CC BY
127
УДК 631.173(Б71.1) ГРНТИ 68.85.83
А.П. Соломкин, О.В. Мяло, С.П. Прокопов, Е.Е. Белая, Е.К. Колосович, А.А. Лучинович
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ РЕМОНТНО-ОБСЛУЖИВАЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНИКИ В РАЗЛИЧНЫЕ ПЕРИОДЫ РАБОТ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Наибольшее влияние на показатели безотказности и производительности машин оказывает их своевременное и качественное техническое обслуживание. Безотказность играет решающую роль в обеспечении высокой производительности машин, особенно в условиях Западной Сибири, где объем выполненных работ в напряженные периоды в 3-5 раз больше по сравнению со среднегодовыми показателями. Пропорционально наработке увеличиваются и объемы работ по техническому обслуживанию. При тенденции сокращения числа механизаторов, когда на одного человека приходится более одной машины, в напряженные периоды необходимо выполнять большие объемы полевых работ и операций техобслуживания. Техническое обслуживание выполняется не в полном объеме, увеличивается количество отказов, производительность и наработка машин снижаются, а затраты на эксплуатацию растут. Отказы и простои машин приводят к нарушению технологических процессов производства сельскохозяйственной продукции, следовательно, к растягиванию сроков работ и потере урожая. Это главное противоречие, которое заложено самой системой технического обслуживания и использования машин - в совпадении сроков их выполнения. Механизаторы почти половину рабочего времени (около 56 %) заняты проведением технического обслуживания и ремонта машин. Загрузка механизатора работами по техническому обслуживанию и ремонту машин не должна превышать 20-25 %. Поэтому целесообразно передать специализированным предприятиям часть объемов работ технического обслуживания и ремонта, так как там благодаря высокой специализации и технической оснащенности качество их выполнения будет выше, чем в хозяйстве. Решение проблемы повышения безотказности тракторов в сложившихся условиях важно и актуально и может решаться за счет сокращения времени простоев техники при техническом обслуживании путем интенсификации их выполнения в ненапряженные периоды полевых работ. В работе предложена и теоретически обоснована структура формирования технического сервиса на предприятиях агропромышленного комплекса. Рассмотрены основные преимущества предлагаемой системы технического сервиса.
Ключевые слова: технический сервис, отказ, текущий ремонт, трактор, техническое обслуживание, математическая модель, напряженный период.
A.P. Solomkin, O. V. Myalo, S.P. Prokopov, Е.Е.Belaya, E.K. Kolosovich, A.A. Luchinovich
THEORETICAL STUDY OF THE STRUCTURE OF REPAIR-SERVING ACTIONS ALLOWING FOR THE USE OF TECHNOLOGY IN THE VARIOUS PERIODS OF WORK IN AGRICULTURE
The greatest effect on the reliability and performance of machines has their timely and proficient maintenance. Reliability is crucial in ensuring high performance of machines especially in Western Siberia, where the amount of work performed in the intense periods is 3-5 times more in comparison with the annual average. The operating time and the amount of maintenance work increase proportionally. In the current trend of reducing the number of mechanists when a worker maintains more than one machine, during periods of stress it is necessary to carry out large amounts of field work and maintenance operations. Maintenance is not fully performed, which increases the number of failures, productivity and operating time of machines reduce and operating costs rise. Failures and downtime of machines leads to disruption of production processes of agricultural production, which leads to a stretching of the timing of work and loss of crops. This is the main contradiction, which is incorporated by the system maintenance and the use of machines in the coincidence of the timing of their implementation. Machine operators almost half (about 56 %) of their time are engaged in carrying out maintenance and repair of machines. Mechanists workload with maintenance and repair of vehicles should not exceed 20-25 %. Therefore, it is advisable to transfer some maintenance work and repairs to specialized enterprises, since there the quality of such work will be higher than on a farm because of the highly specialized staff and better technical equipment. Solving the problem of increasing tractors reliability under the circumstances of the present time is of
© Соломкин А.П., Мяло О.В., Прокопов С.П., Белая Е.Е., Колосович Е.К., Лучинович А.А., 2016
particular importance and urgency. It can be solved by reducing downtime on equipment maintenance by intensifying their implementation in a relaxed period of field work. The paper presents the structure and theoretically justified formation of technical services at the enterprises of agroindustrial complex. The main advantages of the proposed system of technical service are considered.
Keywords: technical service, failure, maintenance, tractor, service, mathematical model, a busy period.
Введение
Потребитель услуг в сфере технического сервиса сельскохозяйственной техники может сформироваться при определенной величине доходности сельскохозяйственного предприятия. Если представить доходность сельскохозяйственного предприятия в виде прибыли Э, то из нее предприятие может потратить на технический сервис, в том числе на услуги сторонних организаций, дополнительные затраты АЭзат и получить дополнительную прибыль ДЭд в результате сокращения ремонтных работ благодаря качественному техническому сервису и сокращению сроков полевых работ. Тогда средства, которые могут быть отчислены на техническое обслуживание и ремонт техники (ТОР), будут составлять: АЭзат < АЭд.
Целью работы является повышение безотказности тракторов при использовании интенсивных методов технического обслуживания, позволяющих сократить время простоев в напряженные периоды полевых работ, с учетом доходности сельскохозяйственного предприятия.
Объекты и методы
В общем виде сроки выполнения 7-й сельскохозяйственной работы можно представить
T = —F^ , (1)
CIp Wbkk
J J J ти
где Тсхр7 - сроки выполнения 7-й работы, дней; bj - наличие в хозяйстве j-й машины; F7 - объем 7-й работы, га; Wj - номинальная сменная производительность j-й машины на 7-й работе, га/смену; kj - коэффициент сменности j-й машины; kmu - коэффициент технического использования.
При постоянных bj и kj фактическая производительность машины Wф будет зависеть прежде всего от kmu
ф j ти j T + Т + Т + Т ' ^^
p то рем доп
где Тр - время чистой j -ой работы машины, ч; Тто - время выполнения всех видов технического обслуживания, ч; Трем - время, связанное с ремонтом, в том числе и устранением последствий отказов, ч; Тдоп - дополнительные сопутствующие затраты времени на ожидание, транспортировку и прочее при выполнении технического обслуживания, устранение последствий отказов и ремонта.
Исходя из нашей гипотезы, когда время на обслуживание и ремонт сокращаются, а рабочее время машин растет, выражение примет вид
= W -TP +ATP- , (3)
Ф j (Tp +ATp ) + (Тто -АТто ) + (Трем - ^ ) + ^ - АТ^ )
где АТр - увеличение времени работы машины в связи с исключением сложных видов технического обслуживания, а также сокращением времени простоев на устранение последствий отказов и ремонт в напряженные периоды основных сельскохозяйственных работ;
АТто, АТрем, АТдоп - сокращение времени на техническое обслуживание, устранение последствий отказов и ремонтов и сопутствующих затрат времени (транспортировка, ожидание).
Упростив выражение (3), получим
Т = Т + Т + Т + Т + Т + Т , (4)
сх.р р то отк рем тр ож ' v '
Видно, что главный резерв в повышении производительности сельскохозяйственной техники - сокращение сопутствующих составляющих с увеличением времени чистой работы (Т ).
Рассмотрим составляющие, входящие в зависимость (4). Среднее время пребывания трактора на техническом обслуживании ^то), по данным наблюдений, равно
т = 1,27-
N..
(5)
где ^ - трудоемкость у-го вида обслуживания, чел-час; Пу - соотношение у-х видов ремонтно-обслуживающих работ в балансе затрат времени на техническое обслуживание - 1000 час (ТО-1, ТО-2, ТО-3); N - число исполнителей, участвующих в обслуживании; 1,27 - коэффициент, учитывающий несогласованность действий операторов при выполнении технического обслуживания.
Определение суммарного времени безотказной работы и числа заявок на устранение последствий отказов и текущий ремонт (Л) сопряжено с числом восстановлений работоспособности трактора, которые находятся в зависимости от управления качеством технического обслуживания и старения трактора. Моменты отказов и ремонта тракторов образуют последовательность т1, т2, ... т', т'2 независимых, неотрицательных и одинаково распределенных случайных величин с функцией распределения F(t) и Ф(). Эти случайные потоки образуют процесс восстановления [1].
У Д. Кокса и В. Смита - два процесса восстановления: если {¥1(^ = F2(t) ... = Fn(t)} -простой, а если {¥1(^ Ф F2(t) ... Ф Fn(t)} - то общий [1]. В нашем случае наблюдается общий процесс восстановления. Об этом свидетельствует существенная разница ресурсов узлов и агрегатов трактора в до- и послеремонтном периодах (табл. 1). Ресурс отремонтированных узлов и агрегатов составляет 40-80 % от новых [2].
Табяща 1 Исходя из теории восстановления интеграль-
Ресурс составных частей тракторов ная функция восстановления Н(^ выражается урав-«Кировец» межремонтного нением Вольтерра с разностным ядром [1]
и доремонтного периодов
Составная часть трактора Марка трактора
К-701 К-700А
Двигатель 0,51 0,53
Коробка передач 0,49 0,56
Ведущие мосты 0,67 0,74
Ведущий вал К.П. 0,60 0,68
Топливный насос 0,64 0,63
Стартер 0,59 0,66
Н(г) = F(г) + / F(г - т)Ш(т),
(6)
где Н(^ - функция восстановления с учетом профилактики и замены функции распределения ресурсов заменяемых деталей; dF(т)d(т) - функция распределения ресурсов заменяемых стареющих деталей (межремонтный период).
Несмотря на все изящество формулы (6), где функция dF(т)d(т) дает приращение числа восстановлений в результате старения изделия, на практике применительно к сельскохозяйственной технике ее использование весьма проблематично, поскольку, с одной стороны, необходимо учитывать количество профилактик (профилактика не есть отказ), а с другой - профилактика затормаживает процесс старения. В результате от интенсивности технических обслуживаний будет меняться распределение рабочего времени безотказной работы трактора (Н), а периодичность будет также принимать случайные значения.
Теперь, например, функцию плотности вероятности случайных величин (Тто) и наработку на отказ (Н) можно выразить как ф(Тто; Н) [3], таким образом получаем равенство
Р^ < Тто < t + & и h < Н < h + АИ} = ф(I h)dt dh. (7)
Поэтому вероятность того, что Тто примет какое-либо значение в интервале от а до Ь, а Н при этом примет значение в интервале от с до d, может быть найдена из уравнения
Р{а < ТТО < В и С < Н < d } = | ф^, Их dh
(8)
В случае если распределение величин t и И нормальное, то плотность их вероятности будет иметь вид
ф(г, И) = -
1
ф
1
-
2 х(1 - гИ)
1 - 10 12 2гл х( -10 )(И - И0 И - И
к )
2
К
где 70, И0 - математические ожидания величин 7 и И, а а 2 аИ 2 - их дисперсии; гН - коэффициент корреляции величин 7 и И.
Так, установлено [4], что при значениях А = 0,2-0,4 распределение периодичности технического обслуживания и наработки на отказ и межремонтной наработки тракторов К-700
имеют зависимость при ^(т ) =
1
61,4727
ехр
(Тто -154,2)2 2 • 61,42
Наработка на отказ трактора К-700 меняется как
<р(Н) =
1
70,0Л/2Р
ехр-
(Н -122,0)2 2 • 702
а межремонтная наработка
Н')=79^7
ехр-
(Нр -1686,3)2 2•7992
•(РХ2 = 0,55). •(РХ2 = 0,18), (РХ2 = 0,09).
Оценка распределений по критерию Пирсона (РХ2) позволяет нам при реализации модели использовать нормальный закон.
В практических расчетах Б.В. Гнеденко предложил для большого промежутка времени (7) приближенную формулу числа восстановлений [5]
Н (/ ) = — +---.
7 2/ 2
ср ср
(10)
Тогда формулу определения суммарного числа заявок на устранение последствий отказов или текущий ремонт трактора с учетом его старения можно предложить в виде
Л> =
' V + л --1------
7 и2 :
V ср ср у
(11)
где А]У - суммарное количество заявок на устранение последствий отказов или ремонт i-й марки трактора в у-й период его использования; - годовая наработка трактора i-й марки, час; 7ср - средняя наработка на отказ, час; т7 - количество тракторов i-й марки; - доля объемов работ, выполненных в у-й период использования тракторов.
Среднее время ожидания (7ож) обслуживания, устранения отказов, ремонта равно
' Л
м-
ГзЛ 5
г
му
- 1)^м-Л)
при S > 1
Л
м(м-Л)
, при S = 1
(12)
(13)
где - число каналов обслуживания; м - интенсивность обслуживания, ч; Л - интенсивность поступления заявок на обслуживание; м = 1 - при обслуживании тракторов на стационаре;
м
=_1_ - обслуживание с помощью передвижных средств; tnер - среднее время переездов
7 +1„
передвижного агрегата при выполнении одной заявки на обслуживание, час.
При выполнении заявок на стационаре (ТО, устранение отказов и ремонт) среднее время ожидания обслуживания равно
м„
=1 Л'
с 2 >
Vм* у
(14)
Рассмотрим математические модели затрат на поддержание тракторов в работоспособном состоянии на двух уровнях - уровне хозяйства и специализированного предприятия технического
7
7
сервиса в пределах допустимых значений ф., - доли объемов работ по ТОР, передаваемых специализированному предприятию. Введя показатель качества технического обслуживания (зависимость Н и Нр - наработка на отказ и межремонтная наработка от удельной трудоемкости выполняемых операций технического обслуживания гуд), получим [4]:
С . =(1 -ф. V.
XIV \ г^г I
2R
+ (Стр + С^ ) +
трv
tто, { ^ ^ \ tто,( г. ^ \
С...)+-^\(pSx + tPC2v)+
Н н \ Р X Р то
удто отк уд
(15)
где tто¡ , 1отк, tp - продолжительность технического обслуживания, устранения последствий отказов и ремонта трактора в хозяйстве, ч; tто - трудоемкость р-го технического обслуживания, чел час; С^ - стоимость часа простоя трактора в v-й период, руб.; 2Я. - расстояние транспортировки трактора на ТОР внутри хозяйства, км; Vтрv - скорость транспортировки трактора в v-й период, км/ч; Стр - стоимость часа транспортировки трактора, руб.; Лр - количество заявок, поступающих нар-е обслуживание в v-й период; и Кх - себестоимость и капитальные затраты
на проведение |-го вида ТОР, руб./час; фф - доля объемов работ пор-му виду ТОР, передаваемых в специализированное предприятие; у - удельная трудоемкость плановых ТО, приходящаяся на один час работы трактора; Нотк и Нрх - наработка на отказ и наработка трактора при обслуживании его в хозяйстве.
В модели (15) затрат С.,, которые может понести хозяйство в зависимости от его доходности при передаче объема работ фф специализированному предприятию (назовем функционалом М), заменим Ях, Ноткх, Нрх, 8Х, Кх и tj на Яс, Ноткс, Нрс, 8С, Кс и t.с - соответственно расстояние до специализированного предприятия, наработка на отказ и межремонтная наработка трактора, если бы его обслуживали на специализированном предприятии, себестоимость и затраты, приходящиеся на час работы предприятия, и назовем его функционалом X.
При условии, что суммарные затраты по ТОР С.,,, которые понесет хозяйство, СIV = СXV + С„ред ^ шт, получим СIV = +Л^г - Л.№.
При совместном решении функционалов М и X (при условии М - X > 0) определим долю объемов работ (ТОР, фф ), которую может передать хозяйство специализированному предприятию. Для получения типичных решений вначале нужно классифицировать хозяйства на типичные группы с реальными значениями Ях, Сх, в результате мы получим конкретные значения фф для хозяйств с определенной величиной дохода Ср.
Результаты исследований
Поскольку большая часть сельскохозяйственной техники в Западной Сибири (в Омской области - около 90 %) эксплуатируется за пределами амортизационных сроков, последнее условие следует применять при решении поставленной задачи только для этой техники.
Анализ отказов показывает, что на постепенные во всей совокупности отказов по тракторам приходится 65-75 %. Возникновение этих отказов можно прогнозировать, поскольку они связаны с параметрами технического состояния машины. Возникновение внезапных отказов, к сожалению, трудно предугадать. Все отказы классифицируют на первую, вторую и третью группу сложности. Наиболее сложные отказы - третьей группы сложности - ресурсные. Для их устранения необходимо произвести ремонтные работы с возможной заменой или восстановлением основных, в том числе базовых деталей узлов и агрегатов машин.
Ресурсные отказы можно предотвратить, выполняя ремонт в ненапряженный период использования тракторов. В этот период целесообразно ввести операции диагностирования для определения остаточного ресурса узлов и агрегатов, которые не ремонтировали и не заменяли, и оценить вероятность их появления в период выполнения сельскохозяйственных работ. Постепенные отказы, входящие в первую и вторую группу сложности, можно сократить за счет
выполнения операций технического обслуживания перед напряженным периодом сельскохозяйственных работ. Здесь мы не только сокращаем время на ТО в напряженный период, но и добиваемся сокращения количества отказов. Таким образом, теоретически обоснована и доказана на практике целесообразность выноса сложных операций ТО-2 и ТО-3, СТО за пределы напряженного периода сельскохозяйственных работ, т.е. осуществляется концентрация работ по техническому сервису. Наибольшее снижение затрат дает концентрация восстановления изношенных деталей; далее - концентрация ремонта узлов и агрегатов; полнокомплектный ремонт машин, текущий ремонт, техническое обслуживание и хранение машин.
Повышение эффективности технического сервиса должно быть направлено на достижение максимальной производительности машин в периоды выполнения основных сельскохозяйственных работ (Жтс1Х).
С учетом изложенного и упомянутых выше приоритетов ремонтно-обслуживающих работ структура технического сервиса применительно к основным периодам выполнения сельскохозяйственных работ может выглядеть следующим образом (табл. 2).
Таблица 2
Предлагаемая структура ремонтно-обслуживающих воздействий (РОВ), учитывающая особенности использования техники в разные периоды выполнения сельскохозяйственных работ
Время выполнения, вид ремонтно-обслуживающих воздействий Характеристика Результат воздействия
Ненапряженный период использования тракторов во время ремонта техники перед предстоящим напряженным периодом сельскохозяйственных работ Определение остаточного ресурса составных частей машины по результатам диагностирования (ТО-3). Обоснованное назначение ремонтных работ При выполнении с.-х. работ в напряженный период повышается вероятность безотказной работы машины. Сокращается количество ресурсных отказов третьей группы сложности
Предстоящий напряженный период с.-х. работ. Выполнение операций ТО-3 и ТО-2 в объеме ТО-3 по прогнозируемой наработке Диагностирование, техническое обслуживание ТО-3 и ТО-2 в объеме ТО-3, устранение последствий отказов (УПО) первой и второй групп сложности При выполнении с.-х работ в напряженный период проводятся ТО-1, УПО первой и второй групп сложности. Исключаются ремонт, УПО третьей группы сложности, ТО-2, ТО-3, СТО, операции диагностирования
Сущность интенсивных методов технического обслуживания тракторов рассмотрим на примере предстоящего зимнего и напряженного (период посевной) периодов полевых работ. Как уже отмечалось, наибольший эффект в организации работ по ТОР - при концентрации и специализации. С учетом того, что сложные операции технического обслуживания ТО-2 и ТО-3 мы выносим за пределы напряженного периода, а в зимний период при ремонте используем услуги специализированных предприятий, в частности, по ремонту сложных узлов и агрегатов тракторов, а также передвижных средств диагностирования. Концентрация сложных видов ТОР, а также более глубокая специализация выполнения операций технического обслуживания в ненапряженный период позволяют привлечь достаточное количество узкоспециализированных исполнителей, тем самым повысив качество работ и разгрузив механизатора от большей части работ по ТОР.
Заключение
Таким образом, преимущества предлагаемой структуры ремонтно-обслуживающих воздействий технического сервиса заключаются в следующем:
- новая форма технического сервиса тракторов устраняет главное противоречие, возникающее при выполнении сельскохозяйственных работ и необходимости обслуживания техники;
- техника в течение года подвергается наиболее полному техобслуживанию всего четыре раза (с учетом сезонного ремонта) и обслуживание проводится в ненапряженные периоды полевых работ, когда есть возможность привлечь достаточное количество исполнителей с высоким уровнем квалификации на сравнительно небольшой промежуток времени, чего в другое время достичь невозможно;
- повышается качество и сокращается продолжительность выполнения операций технического сервиса за счет более узкой специализации исполнителей и применения сменных комплектов;
- в напряженные периоды работ нет необходимости останавливать тракторы на техническое обслуживание, в результате увеличивается производительность труда;
- повышается надежность техники за счет более полного объема профилактических работ и использования средств диагностики, позволяющих обеспечить выявление скрытых отказов и спрогнозировать ресурс составных частей машин;
- в незагруженный период более полно загружать специалистов, занятых обслуживанием и ремонтом техники;
- возникает возможность совмещения операций ТО-1 (ввиду его сравнительно небольшой трудоемкости) с операциями по устранению последствий отказов, что раньше категорически не рекомендовалось. Это позволяет сформулировать новые требования к передвижному агрегату технического обслуживания сельскохозяйственной техники.
Список литературы
1. Кокс, Д.Р. Теория восстановления / Д.Р. Кокс, В.Л. Смит. - М. : Советское радио. - 1967. - 298 с.
2. Бабченко, Л.А. Формирование технического сервиса сельскохозяйственной техники : дис. ... д.-ра техн. наук / Л.А. Бабченко. - Алматы, 2010. - 358 с.
3. Соломкин, А.П. Математическая модель формирования объемов работ по техническому обслуживанию и ремонту тракторов в сельскохозяйственных предприятиях и предприятиях технического сервиса / А.П. Соломкин, О.В. Мяло, С.П. Прокопов // Вестн. Вост.-Сиб. гос. ун-та технологий и управления. - № 2 (37). - 2012. - С. 58-63.
4. Соломкин, А.П. Формирование и обеспечение готовности тракторов : дис. ... д.-ра техн. наук / А.П. Соломкин. - Новосибирск, 1989. - 458 с.
5. Математические методы в теории надежности / Б.В. Гнеденко [и др.]. - М. : Наука, 1965. - 524 с.
Соломкин Александр Прокопьевич, доктор техн. наук, профессор, Омский ГАУ; Мяло Ольга Владимировна, кандидат техн. наук, доцент, Омский ГАУ, olgamjalo@mail.ru; Прокопов Сергей Петрович, старший преподаватель, Омский ГАУ, sp.prokopov@omgau.org; Белая Елена Евгеньевна, аспирант, Омский ГАУ, e.e.belaya@omgau.org; Коло-сович Екатерина Константиновна, магистрант, Омский ГАУ; Лучинович Анастасия Александровна, магистрант, Омский ГАУ.
References
1. Cox, D.R. The theory of recovery / D.R. Cox, V.L. Smith. - M.: Soviet Radio. - 1967. - 298 s.
2. Babchenko L.A. Formation of the technical service of agricultural technology: dis. ... d-ra tehn. nauk. -Almaaty, 2010. - 358 s.
3. Solomkin A.P. The mathematical model of the volume of work on the maintenance and repair of tractors in the agricultural enterprises and enterprises of technical service / A.P. Solomkin, O.V. Myalo, S.P. Prokopov // Herald of the East Siberian State University of Technology and Management. 2012/ - № 2 (37)/ - 58-63 s.
4. Solomkin A.P. Generation and availability of tractors: dis. ... d-ra tehn. nauk. - Novosibirsk, 1989. -458 s.
5. Mathematical methods in the theory of reliability / B.V. Gnedenko [and others]. - M.: Nauka, 1965. -524 s.
Solomkin Alexander Prokopevich, Dr. Sc. Eng., Assoc. Prof.; Myalo Olga Vladimirovna, Cand. Sc. Eng., Assoc. Prof., Omsk SAU, olgamjalo@mail.ru; Prokopov Sergey Petrovich, Senior Lecturer, Omsk SAU, sp.prokopov@omgau.org; Belaya Elena Evgenyevna, a graduate student, Омский ГАУ, e.e.belaya@omgau.org; Kolosovich Catherine Konstantinovna, magistracy, Омский ГАУ; Luchinovich Anastasia Alexandrovna, magistracy.
Статья поступила в редакцию 16 марта 2016 г.
