CC BY
42
--------------------------------------- © А.Ф. Клебанов, Л.В. Рыбак,
2004
УДК 622: 657.471.1.011.27 А.Ф. Клебанов, Л.В. Рыбак
УПРАВЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ЗАТРАТАМИ НА КАРЬЕРНЫЕ АВТОСАМОСВАЛЫ ПРИ ПОМОЩИ ИНФОРМАЦИОННОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ
Семинар № 13
П сложившихся экономических условиях горнодобывающие предприятия России столкнулись с непрерывным экономическим прессингом со стороны конкурентов на мировом рынке и необходимостью эффективного управления производственной, экономической и финансовой деятельностью горногеологического предприятия.
В настоящее время достижение оптимальных условий работы автотранспортного оборудования на горно-обогатитель-ных комбинатах (ГОКах) возможно только на путях поиска резервов по совершенствованию системы управления автотранспортом.
В основе существующих методов повышения эффективности автотранспортного оборудования лежит принцип сетевого планирования транспортных потоков на длительный промежуток времени, не учитывающий состояние автотранспорта и его технические характеристики в реальном масштабе времени, что не позволяет управленческому персоналу оперативно реагировать на изменившуюся горно-транспортную ситуацию.
В связи с этим насущной необходимостью является разработка методов управления эксплуатационными затратами на карьерные автосамосвалы при использовании информационной компьютерной системы, обеспечивающей непрерывный мониторинг за состоянием автотранспортного оборудования и управления им в режиме реального времени, что и составляет цель настоящих исследований.
При этом основная идея работы заключается в достижении максимальных значений параметров, характеризующих эффективность автотранспортного оборудования, за счет получения и использования информации о
его состоянии и положении на всех этапах транспортного цикла в реальном масштабе времени.
В ходе исследований был проведен анализ существующих автоматизированных систем управления работой карьерных автосамосвалов
Ключевую роль в обеспечении открытых горных работ карьерными автосамосвалами в России играл и продолжает играть ПО "БелАЗ, который всего за сорокалетний период своего существования освоил серийно типоразмерный ряд автосамосвалов грузоподъемностью от 30 до 280 т и выпустил около 120 тыс. единиц этого оборудования.
Современный этап развития мобильного автотранспорта состоит во внедрении и освоении комплексной, системной автоматизации, а ее формой является автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) карьерных автосамосвалов, предназначенная для выработки и реализации управляющих воздействий на автосамосвалы и устройства сигнализации.
Анализ существующих АСУ карьерными автосамосвалами показывает, что при их создании достигаются конкретные цели функционирования всей транспортной системы карьера.
В этих трудах ведущих российских ученых А.О. Спиваковского, К.Н. Трубецкого, М.Г. Новожилова, М.В. Васильева, М.Г. Потапова, Б.А. Симкина, Б.А. Кузнецова, А.А. Нечитай-ло, К.К. Мулухова, и др. было убедительно показано, что рост грузооборота горных предприятий, комплексная механизация и автоматизация производства требуют постоянного совершенствования как транспорта, так и методов эффективной его эксплуатации.
Анализ распределения эксплуатационных затрат на карьерные большегрузные автоса-
мосвалы показывает, что от общей суммы затрат расходы на горюче-смазочные материалы в зависимости от грузоподъемности автосамосвалов (от 32 до 181 т) составляют порядка 1832%, расходы на шины - 15-34%, техническое обслуживание и ремонтные работы - 28-42 % и заработную плату водителей - 8-31%.
Вместе с тем с глубиной разработки карьеров растут эксплуатационные расходы, т.е. расходы на топливо и смазочные материалы, элементы двигателя, шины, техническое обслуживание и ремонт автосамосвалов. При этом эксплуатационные затраты часто превышают 30-35% от расходов на транспортирование, или 15-20% от общей суммы расходов.
Таким образом, эксплуатационные расходы являются потенциальным резервом повышения эффективности работы разреза.
С целью повышения оперативного управления работой самосвалов за счет непрерывного обеспечения персонала полной информацией о текущем положении и техническом состоянии самосвалов разработана специализированная информационная компьютерная подсистема управления эксплуатационными затратами автомобильного транспорта (ИКП ЭЗ), являющаяся составной частью АСУ АТ.
ИКП ЭЗ представляет собой информационную систему, которая связывает между собой источники и потребители информации с помощью каналов передачи информации. В качестве источников информации используются датчики местоположения, скорости и технического и эксплуатационного состояния автосамосвалов, а также цифровой план горных работ разреза, отображающий положение и состояние автосамосвалов на экране монитора. Потребителями информации являются диспетчерский центр разреза, а также другие инженерные службы предприятия, в том числе регламентные и ремонтные службы. Передача информации осуществляется средствами радиосвязи в УКВ-диапазоне с использованием ретранс-ляторов для покрытия всей зоны работы автосамосвалов, а также локальной вычислительной сетью для связи с сервером баз данных АСУ АТ.
В свою очередь функционирование АСУ АТ поддерживается глобальной системой позиционирования (Global Positioning System -GPS), назначение которой состоит в определении с достаточной точностью в реальном масштабе времени положения и скорости
любого объекта, работающего в карьере с помощью спутниковой системы навигации. Автосамосвалы, оснащенные GPS-приемниками и связанные с помощью УКВ-связи с диспетчерским пунктом, в автоматическом режиме передают сведения о своих координатах и скорости, а также другую цифровую информацию, отображающую параметры состояния элементов автосамосвалов (расход топлива, его количество в баках, режимы работы двигателя, пробег и т.п.). На структурном уровне ИКП ЭЗ состоит из оборудования автосамосвалов, коммуникационной и прикладной частей информационной системы и УКВ-канала связи.
Оборудование автосамосвалов (датчики местоположения, скорости и технического и эксплуатационного состояния) предназначено для сбора, накопления и передачи информации о состоянии и положении автосамосвала с частотой не менее 1 отсчета в секунду и составляет так называемый базовый комплект оборудования.
Коммуникационная подсистема обеспечивает прием, обработку, накопление и передачу информации в прикладную подсистему, которая решает задачи по контролю и управлению автосамосвалами, а также осуществляет хранение полученной информации и визуализацию ее на картографических терминалах рабочих мест диспетчера и подготовку отчетов о работе автосамосвалов и водителей с целью объективной оценки их деятельности.
На прикладную подсистему возложены функции сбора, накопления, хранения и архивации данных о положении и состоянии автосамосвалов, получаемых от коммуникационной подсистемы; визуализации текущего положения и состояния контролируемых машин на терминалах рабочих мест пользователей; распознавания и обработки определенных событий, их архивации в базе данных и/или оповещение диспетчера; подготовки и передачи отчетов о работе контролируемых автосамосвалов; подготовки и передачи в базу данных разреза информации, необходимой для проведения отчетности, расчетов различного рода затрат и заработной платы сотрудников.
Потребность в дизельном топливе для автосамосвалов составляет 45-50 тыс. т в год, при этом эксплуатационные затраты по горюче-смазочным материалам на карьерные большегрузные автосамосвалы в зависимо-
сти от их грузоподъемности составляют от 18 до 32% .
Как показали исследования на разрезе «Черниговский» выбор в качестве автосамосвала БелАЗ 75485, имеющего двигатели с отключающейся секцией на холостых оборотах, позволил сократить расход топлива за время ожидания и погрузки на 25-30%, а во время движения в порожняковом направлении - до 20% от значения расходов того же двигателя, но без отключающейся секции.
При обустройстве автомобильных дорог, по которым автосамосвалы движутся в карьере, принимались во внимание: 1) зависимость расхода топлива от расстояния, которая показывает, что при протяженности транспортирования 2,5 км надежно получается экономия в топливе в среднем на 26%, по сравнению с длиной трассы в 1 км, за счет оптимальных условий работы двигателя; 2) продольный уклон дороги, который не превышал 5-7 0/00, что на 25% ниже, чем при уклонах 10-12 0/00; при этом на трассе было организовано всего два поворота с радиусом 18-20 м, а места погрузки и разгрузки были оборудованы так, чтобы до минимума снизить движение автосамосвала задним ходом, что дало дополнительно 12% снижения расхода топлива.
Кроме того, топливные баки автосамосвалов были оборудованы системой нормирования расходом топлива, которая подключалась к информационной компьютерной системе (ИКС ЭЗ), а сам автосамосвал был оборудован системой GPS, позволяющей с точностью 2-5 м позиционировать его положение в любой точке карьера. Для функционирования информационной компьютерной системы в поле управления горючесмазочными материалами была разработана логическая структура базы данных в виде набора объектов базы данных. Благодаря этому полностью исключена возможность несанкционированного слива топлива и неполного заполнения бака, отклонение автосамосвала от заданного маршрута, непредсказуемых задержек с выездом на трассу и преждевременное возвращение в гараж, что резко снижает так называемую "незаработанную" зарплату. Решение этих задач позволило на 50% сократить расходы топлива.
Учет расходов смазочных материалов показывает, что соотношение между расходом масла и топлива составляет в зависимости от
периода года от 6% (для зимы) до 13% (для лета). Снижение расхода масла возможно только за счет его регенерации, которая проводилась на специализированной установке.
В ходе исследования на разрезе «Черниговский» путей повышения эффективности эксплуатационных характеристик карьерных автосамосвалов за счет управления расходом горюче-смазочных материалов было учтено влияние конструктивных, технологических и организационных факторов, обусловивших снижение затрат на топливо и масло в целом на 5-8%.
Для поддержания автосамосвала в постоянной готовности необходимо периодически в установленные сроки проводить его техническое обслуживание и ремонт (ТО и Р), которые оказывают решающее влияние на производительность карьерного автотранспорта, а также определяют продолжительность его простоя. По этой причине простои автосамосвалов составляют 20-30% календарного времени, а затраты на ТО и Рв зависимости от грузоподъемности достигают 29-32% от общих эксплуатационных затрат .
Анализ данных показал, что вероятность отказа автосамосвалов в зависимости от отношения расстояния транспортирования к средневзвешенному уклону изменяется обратно пропорционально, что позволяет использовать этом факт в качестве обоснования прогнозной величины отказа автосамосвала в зависимости от отношения указанных выше величин, не проводя сложных и дорогостоящих статистических исследований.
Для повышения эксплуатационных характеристик автосамосвала за счет сокращения затрат на техническое обслуживание и ремонт на разрезе «Черниговский» было проведено совершенствование системы ТО и Р в трех направлениях:
1) согласование работы автосамосвалов с организацией работы карьера.
Была выбрана двухсменная работа автотранспорта при третьей ремонтной смене, что позволило повысить его производительность и резко снизить время на эксплуатационные ремонты. Передвижные диагностическая лаборатория и авторемонтная мастерская, предназначенные для сокращения затрат на ремонт деталей, узлов и агрегатов автосамосвала, были использованы для внутрикарьерного обслуживания автосамосвалов, причем передвижная лаборатория
позволяет сократить эксплуатационные расходы на 6-8%, а авторемонтная мастерская -на 5-6%, по сравнению с теми же функциональными операциями, проводимыми в стационарных условиях ремонтного цеха;
2) применение методов диагностики технического состояния автосамосвала.
Типичная диагностическая система состоит из датчиков (микропроцессоров), предназначенных для суровых условий эксплуатации на большегрузных автосамосвалах, информация от которых в виде базы данных поступает в ИКС ЭЗ, а затем непосредственно диспетчеру в режиме реального времени. Каждый датчик подает тревожный сигнал в случае возникновения аварийного состояния. Наиболее существенными контролируемыми параметрами являются скорость вращения двигателя, уровень масла и давление в двигателе, повышенное давление в полости картера, напряжение аккумулятора и др.;
3)совершенствование системы учета, обработки и анализа данных по эксплуатации карьерного автотранспорта.
С помощью информационной компьютерной системы, позволяющей определять пробег автосамосвала в километрах, а также датчиков, контролирующих важнейшие параметры двигателя, прослеживается эксплуатация важнейших агрегатов автосамосвала и отображается в базе данных в диспетчерском центре. Текущее значение пробега автосамосвала сравнивается с продолжительностью безотказной работы его соответствующего агрегата, при этом управляющий сигнал вырабатывается тогда, когда различие между сравниваемыми величинами достигает 5%.
В результате проведенных исследований показано, что для прогнозирования величины отказов автосамосвала можно использовать зависимость этой величины от отношения расстояния транспортирования к средневзвешенному углу уклона дороги, а также доказано, что в результате организационных мероприятий, проведенных на карьере «Черниговский» с использованием информационной системы удалось сократить затраты на ТО и Р на 10 %.
В свою очередь анализ статистических данных о причинах разрушения автомобильных шин, работающих в условиях бездорожья карьеров, показывает, что определяющими являются три основных фактора, а
именно: перегрев шин, перегрузка и недостаточное их накачивание. Опыт эксплуатации автомобильных шин убеждает, что нарушение нормативных значений, при которых возможна их нормальная эксплуатация, приводит, как правило, к разрыву проволоки корда или сквозному разрыву корда и отслоению протектора.
Низкое качество шин также является причиной больших простоев автосамосвалов. По данным наблюдений за 1999-2001 гг. простои, связанные с выходом из строя шин, составили не менее 9% всего времени простоев.
Прямые затраты на шины подвижного автотранспорта стоят на втором месте после затрат на топливо, при этом их доля от эксплуатационных расходов составляет 15-35% и зависит от грузоподъемности автосамосвалов.
Наиболее крупные из созданных шин имеют размер 44.5.00-45, а вес каждой шины достигает 1450 кг. За период работы до списания каждый самосвал расходует 120-150 шин. В результате общие расходы на шины за амортизационный период превышает первоначальную стоимость машины на 45-50%, поэтому крупногабаритные шины относятся к наиболее дорогим и дефицитным эксплуатационным материалам.
Для оценки уровня повышения эксплуатационных характеристик карьерных автосамосвалов за счет сокращения расходов на шины были исследованы следующие факторы, которые влияют на ходимость и износ шин:
1) контроль давления воздуха в шинах "давление-температура";
автосамосвал снабжается датчиками температуры и давления, которые включаются в систему регулирования, позволяющую при превышении давления на 25% по сравнению с давлением в холодной шине вырабатывать управленческое решение на снижение скорости движения или на уменьшение груза в автосамосвале, или сделать то и другое. Такая система позволяет увеличить срок службы шин на 15% и снизить за счет этого мероприятия эксплуатационные затраты на 3%.
2) контроль максимальной действительной нагрузки на шину;
с помощью информационной компьютерной системы (ИКС ЭЗ) прослеживается эксплуатация каждой шины всех автосамосва-
лов и отображается на дисплее и в базе соответствующих данных в диспетчерском центре текущее показателя тоннокилометров (ТНКМ) в час. Это значение сравнивается информационной системой с величиной рекомендованной заводом изготовителем. Текущее состояние каждой шины отображается в виде графика в кодах, указывая немедленно ситуацию, когда происходит превышение этой величины на 15%, после чего выдается управляющее решение водителю автосамосвала уменьшить скорость движения, изменить распределение автосамосвалов, изменить маршрут движения и т.д. Эти действия позволяют предотвратить разрывы шин, прослуживших срок службы, или сократить незапланированное техническое обслуживание и, таким образом, увеличить готовность машин, т.к., например, незапланированная замена шин из автосамосвала может продолжаться до 8 часов.
Данные полученные на разрезе "Черниговский" показали, что контроль максимальной действительной нагрузки на шину позволяет снизить эксплуатационные затраты на 5%.
3) организованный ремонт и монтаж-демонтаж шин;
на разрезе мелкие повреждения шин устраняют путем вулканизации холодным методом без снятия с оси колеса. Для снятия очень тяжелых колес автосамосвалов используются специальные самоходные машины на колесном ходу. Своевременный ремонт шин позволяет снизить простои авто-
самосвалов на 15%, а значит сократить эксплуатационные расходы на 4%.
В результате анализа выявлено, что наибольший темп роста эксплуатационных затрат на шины наблюдается для автосамосвалов грузоподъемностью от 68 до 181 т.
Кроме того, показано, что наличие устойчивой причинной связи между отношением расстояния транспортирования к средневзвешенному уклону дороги и вероятностью внутрисменного отказа позволяет использовать эту величину в качестве прогнозной величины внутрисменного отказа шин для автосамосвалов для любого карьера, не проводя сложных статистических исследований.
Доказано, что в результате организационных мероприятий, проведенных на карьере «Черниговский» с использованием информационной компьютерной системы удалось снизить эксплуатационные расходы на шины на 10-11%.
Практическое использование ИКС ЭЗ на разрезе «Черниговский» позволило: 1) снизить эксплуатационные расходы за счет предотвращения преждевременного износа шин, деталей и частей автосамосвалов на 10-11%;
2) сэкономить на затратах по горючесмазочным материалам на 5-8%; 3) сократить затраты на техническое обслуживание и ремонт на 10%, что в целом существенно (на 12-15%) повысило среднюю производительность автосамосвала в смену и обеспечило экономию всех видов ресурсов, требуемых для достижения необходимых объемов добычи угля на разрезе.
— Коротко об авторах -------------------------------
Клебанов А.Ф., Рыбак Л.В. - ВИСТ Групп, ЗАО «Черниговец».
