Размещено на http://allbest.ru

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 656.13.072: 629.114.001.45

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

СИСТЕМНЕ ФОРМУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЙ АВТОМОБІЛЬНИХ ПЕРЕВЕЗЕНЬ ЗА КРИТЕРIЯМИ ЕНЕРГО- I РЕСУРСОВIДДАЧI

Спеціальність 05.22.01 - Транспортні системи

ХАБУТДІНОВ РАМАЗАН АБДУЛЛАЙОВИЧ

Київ - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України, м. Київ

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор

Воркут Анатолій Іванович, Національний транспортний університет, завідувач кафедри транспортних систем та маркетингу.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, доцент Мироненко Віктор Кімович, Державний науково-дослідний центр залізничного транспорту України, завідувач відділом перевезень та економічних методів;

доктор технічних наук, професор Рудзінський Володимир Васильович, Державний науково-дослідний та проектний інститут автомобільного транспорту (“ДержавтотрансНДІПроект”), заступник директора;

доктор технічних наук, професор Курніков Іван Петрович, Національний транспортний університет, завідувач кафедри виробничих систем та сервісу на транспорті.

Провідна установа: Східноукраїнський національний університет ім. В.Даля Міністерства освіти і науки України, навчально- науковий інститут транспортних технологій

Захист дисертації відбудеться “ 29 “ жовтня 2003 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.059.02. при Національному транспортному університеті за адресою: 01010, Україна, м. Київ, вул.Суворова 1, ауд.333^а. З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного транспортного університету (01103, Україна, м. Київ, вул. Кіквідзе,42).

Автореферат розіслано “ 27 “ серпня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент Дзюба О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Основною інтегративною властивістю транспортної системи, що визначає її призначення та корисність стосовно інших систем, є здатність до переміщення вантажів і пасажирів шляхом технологічного використання ресурсів транспорту в масових операціях людино-машинної праці. Тому фактор, що визначає розвиток властивості, є техногенним. Конкурентноздатність та ефективність системи автомобільних перевезень, що забезпечує доставку більшe 2/3 об'ємів вантажів і пасажирів країни, значною мірою визначається відповідністю стратегій удосконалення її властивості та технологій концепції економії енергії і ресурсів у процесі відтворення автотранспортних послуг.

Цей процес реалізується шляхом взаємодії трьох компонентів названої системи: споживачів ресурсів та послуг, ринків ресурсів і послуг, транспортного виробництва (термінал-автомобіль-водій-дорога-транспортний потік).

При забезпеченні процесу відтворення Україна виступає як споживач світового ринку автомобілів (далі-АТЗ) і палива, які є носіями матеріальних ресурсів транспорту. Під ресурсами транспорту розуміються виробничі потенціали матеріальних і людських факторів перевезень. Ресурси поділяються на технічні (АТЗ), енергетичні, трудові й управлінські. Технології використання ресурсів базуються на таких їх перетвореннях:

а) залучення в операцію руху відповідно проявів їхніх властивостей при перетвореннях енергії;

б) з'єднання відповідно з технологіями людино-машинної праці;

в) перетворення у фізичний продукт транспорту в результаті людино-машинних дій на партіонні маси вантажів (пасажирів).

Схема відтворення продукту транспорту є енергетичною. Параметри АТЗ як носія ресурсів є характеристиками продуктотворного засобу праці та процесотворної основи для технологій перевезень. По них формуються технічні запити на ринку АТЗ.

Транспортна послуга є результатом використання ресурсів. Отже, технологія перевезень -це сукупність організаційних та людино-машинних дій носіїв ресурсів на партіонні маси вантажів (пасажирів), а також їхній науковий опис. Системне фо-рмування технологій стримується тому, що відсутні наукові описи вищезгаданих людино-машинних дій та процесів використання ресурсів з урахуванням проявлення видових властивостей АТЗ у системі (об'єкту життєвого циклу, продуктотворного засобу праці, процесотворної основи технологій). Не враховується видова ознака класів АТЗ - варіативність їх параметрів у часі. Тому відсутні методи технологічного аналізу економії машинної праці й уречевленого ( у ресурсах) капіталу.

З іншого боку, маса дрібних перевізників на світовому ринку АТЗ зіштовхується зі зростаючою різноманітністю типів і різновидів конструкцій, що пропонуються. Ця розмаїтість і широкий діапазон дорожніх і транспортних умов автомобільних перевезень в Україні обумовлюють складність практичних питань системного формування технологій. Не реалізуються стратегії техніко-технологічної конкурентноздатності транспортних послуг з урахуванням чиннику тиску споживчого попиту на ринку АТЗ.

Актуальність методів формування технологій в транспортній системі України обумовлена тим, що в ній негативно проявляються її парадокси: ресурсний, методологічний, технологічний. Існує насущна потреба в ресурсній економізації технологій перевезень, однак відсутнє її системне науково-методичне забезпечення з урахуванням механізмів переваг споживачів.

Розробка теоретичних основ системного формування технологій автомобіль-них перевезень за їх енерго- і ресурсовіддачею з одночасним вдосконаленням властивості транспортної системи при умові врахування інтересів споживача на етапах життєвого циклу АТЗ (ЖЦА) є значною науковою проблемою, вирішення якої має важливе народно-господарське значення. У зв'язку з цим існує необхід-ність розробки комплексу методів системного аналізу та синтезу технологій в тра-нспортній системі.

Цілісний підхід до технологій та властивостей системи реалізується шляхом: врахування закономірностей перетворення ресурсів транспорту, аналізу взаємозв'язку показників енерго- і ресурсовіддачі перевезень із конструкти-вними і експлуатаційними характеристиками автомобіля, а також ідентифікаціею інтегративної властивості системи по детермінованості схеми створення продукту.

Реалізація роботи та її зв'язок з науковими програмами. Робота здійснювалася шляхом поетапного впровадження виконаних за участю автора досліджень, що проводилися для СКБ МосЗИЛ, автотранспорту загального користування, Укртрансекспедиції. Тема дисертації і результати наукових досліджень відповідають науково-технічним програмам енерго - і ресурсозбереження, що виконувалися на автомобільному транспорті загального користування в 1984-2000р.р..

Дослідження пов'язані з Державною науково-технічною програмою “Економія палива і раціональне використання паливно-мастильних матеріалів" (розпорядження Кабміну України №539-р , 15.08.92 р.), з комплексною програмою розвитку транспортного комплексу України “Транспорт" (розпорядження Кабміну України №551-р , 23.07.93 р.). Робота відповідає програми “ Основні напрями наукових досліджень Національного транспортного університету на 1990-2005 р.р." за розділом “Проблеми формування раціональних транспортних та логістичних систем і забезпечення ефективного функціонування їх складових елементів".

Мета і задачи дослідження. Мета роботи полягає в розробці теоретичних основ системного формування технологій автомобільних перевезень на етапах ЖЦА для задоволення довгострокових потреб у більш економічних і прогресивних схемах відтворення продукту, а також для підвищення ефективності транспортної системи згідно концепції економії енергії та ресурсів.

Об'єктом дослідження є технологічні процеси переміщення партіонних мас вантажів (пасажирів) як результати людино-машинних дій у взаємозв'язку зі стратегіями оптимізації енерго- і ресурсовіддачі перевезень та розвитку параметрів і властивостей автомобіля у транспортній системі.

Предметом дослідження визначено закономірності технологічного викорис-тання ресурсів транспорту, на основі яких формуються технології автомобільних перевезень та удосконалюється інтегративна властивість системи за критеріями енерго- і ресурсовіддачі.

Методи дослідження базуються на положеннях системного підходу, теорії систем і економічної теорії, принципах високих транспортних технологій (орієнтування на споживача, життєвого циклу, економії енергії і ресурсів за кінцевим результатом, комплексності).

Останні використані для формування як ресурсного підходу до технологій перевезень, так і енергетичної схеми перетворення ресурсів у продукт транспорту. Модульний підхід, методи транспортної класифікації автомобілів і способи реконфігурації схем структурно-параметричної організації конструкцій, а також методи систематизації типажу рухомого складу використані для розробки однорідних моделей будови автомобіля узагальненого типу як носія технічних ресурсів транспорту.

Аналітичні методи оцінки експлуатаційних властивостей автомобіля і рішення рівнянь його руху (з урахуванням закономірностей кочення еластичних коліс і стереотипних алгоритмів дій водія) використано для комплексної розробки трьох важливих моделей: людино-машинних дій на вантажі при нерівномірному русі автомобіля узагальненого типу, техніко-технологічного аналізу процесів використання ресурсів транспорту, аналізу енергетичної ефективності рухомого складу при варіюванні його технічних параметрів.

Аналітичні методи теорії транспортного процесу, методи аналізу енергетичної ефективності автомобілів узагальненого типу використані для формування розрахункових схем аналізу технологічної якості продукту транспорту, а також для розробки математичних моделей аналізу технологічної ефективності рухомого складу з урахуванням варіювання їх параметрів у часі й у типажах рухомого складу.

Аналітичні методи теорії транспортних процесів і управлінського аналізу, а також методи аналізу технологічної ефективності рухомого складу використано для формування розрахункових схем взаємозаміщення автомобіля у перевізному процесі, що відповідають концепції енерго- і ресурсозбереження в транспортній системі; на основі таких схем розроблений комплекс математичних моделей для аналізу і прогнозування енергоресурсної ефективності автомобіля (ЕРЕА).

Методи теорії транспортного процесу і підвищення ЕРЕА в життєвому циклі автомобіля, а також математичного моделювання використано для створення методу композиційного проектування перевізного процесу за критеріями енерго-і ресурсовіддачі в умовах варіювання параметрів автомобілів у часі розвитку системи.

З використанням методів підвищення ЕРЕА і композиційного проектування, виходячи з маркетингових принципів, вирішений комплекс задач системного формування технологій перевезень. Комплекс методів системного формування технологій перевезень складає науково-методологічну основу для рішення двох стратегічних задач розвитку автотранспортної системи: забезпечення техніко-технологічної конкурентноздатності транспортних пропозиції і інтенсивного (за енерго-і ресурсовіддачею перевезень) зросту на транспорті.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що на основі закономірностей використання ресурсів транспорту, з урахуванням людино-машинних впливів, виявлено взаємозв'язки між конструктивними і експлуатаційними характеристиками АТЗ із показниками энерго-и ресурсовіддачі перевезень, а також між вихідними характеристиками проектів ЖЦА. Ці закономірності обумовлюють можливості інтегрування знань про індивідуальні та видові властивості АТЗ для формування енергозберігаючих технологій перевезень та удосконалення властивостей системи. У дисертації вперше розроблено науково-методичні основи ресурсної економізації перевезень, які забезпечують важливі стратегії техніко-технологічної конкурентноздатності транспортних послуг. При цьому виявлено:

- взаємозв'язок між задачами формування технологій автомобільних перевезень та удосконалення інтегративної властивості транспортної системи (здатність переміщати вантажі і пасажирів шляхом технологічного використання ресурсів);

технологічна роль людино-машинних дій на партіонні маси вантажів;

закономірності технологічного використання ресурсів у транспортній операції;

- доцільність врахування в методологіях транспортного і управлінського аналізів принципу варіативності параметрів АТЗ у часі та у типажах рухомого складу;

- можливість використання закономірностей руху (кочення) АТЗ узагальненого типу для вирішення задач декомпозиції і композиції технологій транспортування;

структурні зв'язки і багатопараметричні залежності для формування технологій

перевезень, а також для аналізу інтегративної властивості транспорної системи.

Установлено:

- структуру розрахункових схем процесів відтворення транспортних послуг, що відповідають ресурсозберігаючому підходу до транспортних технологій;

- характеристики технологічної якості продукту транспорту;

- що показник енергетичної ефективності рухомого складу є також коефіцієнтом його корисного функціонування як продуктотворного засобу транспортної праці і характеризує головну споживчу якість автомобіля на світовому ринку;

- показники технологічної ефективності рухомого складу в системі, які є порівняними по енерговіддачі перевезень і відповідними принципу аддитивності енергетично еквівалентних витрат у транспортних операціях;

- правила, процедури і математичний апарат для рішення важливих задач транспортної системи: а) декомпозиції і композиції технологій перевезень; б) теоретичного синтезу технологічно-необхідної структури рухомого складу; в) композиційного проектування перевізного процесу на основі комбінаторної імітації процесів формування і використання ресурсів транспорту;

- що високоякісні технічні ресурси варто реалізувати в такому сегменті ринку перевезень, у якому забезпечується максимальна енергоресурсна ефективність АТЗ;

- способи вирішення важливих задач розвитку складових транспортної системи в умовах ринкової економіки: раціональний розподіл ресурсів між перевізниками, підвищення техніко-технологічної конкурентноздатності транспортних пропозицій і забезпечення інтенсивного (за ресурсовіддачею перевезень) зросту на транспорті.

Практичне значення одержаних результатів роботи полягає у вирішенні про-блеми аналізу і синтезу технологій автомобільних перевезень згідно концепції ре-сурсозбереження і при умові відповідності технічних запитів перевізника на ринку автомобілів та його технологічних зобов'язань перед споживачем та інвестором.

Для практичного використання на автотранспорті і у службах маркетингу заводів пропонуються методи моделювання, аналізу, прогнозування, а також моні-торингу енергетичної ефективності АТЗ, що безпосередньо можуть бути вико-ристані різними суб'єктами ринку при керуванні тенденціями зміни факторів, що формують прибуток від перевезень. Їх використання при вирішенні актуальної народно-господарської задачі формування енергозберігаючих технологій забезпечує підвищення рівня ефективності рухомого складу з урахуванням науково-тех-нічних факторів розвитку транспортної системи. Для покращеного проектування транспортного процесу створений метод аналізу функціональної ефективності АТЗ, заснований на зіставленні розрахункової та еталонної схем його функціонування.

Розроблено інтерактивні алгоритми і системні програми на ЕОМ, що дозволяють моделювати функціонування АТЗ в операціях руху. В них застосовуються математичні моделі для аналізу енерго- і ресурсовіддачі перевезень при використанні АТЗ з різними типами двигунів, трансмісій, колісних схем, структур автопоїздів та ін. Запропоновано методи: ретроспективного і перспективного моніторингу світового ринку автомобілів; композиційного проектування перевізного процесу, що забезпечує формування енергозберігаючих технологій, а також інтегративної властивості системи; забезпечення техніко-технологічної конкурентноздатності транспортних пропозицій перевізників при входженні в європейську транспортну систему.

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертації і конкретних розробок доповідалися на наукових конференціях професорсько-викладацького складу КАДІ (НТУ) у 1974-2003 р., на всесоюзній нараді НАМІ (1975 р.), на всесоюзній конференції (м. Горький, 1984 р.), на науково-дослідній конференції МАДІ (1990 р.), на міжнародних конференціях НТУ і Транспортної академії України (1994, 1997-2002 р.), на 2-й міжнародній спеціалізованій виставці (Транспорт + логістика (м. Київ, 1999 р.), на 4-й міжнародній конференції у Національному технічному університеті КПІ “RUFIS-2000“(м.Київ, 2000р.).

Публікації й особистий внесок здобувача. Основний зміст роботи відоб-ражено в 35 публікаціях [1-35]. Роботи [15,16,28] написано у співавторстві. Здобувач був автором наукових ідей та математичних апаратів цих робіт.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 7 розділів, висновків, списку літератури і додатків (окремий том-222 стор.). Обсяг дисертації складає 333 стор., у тому числі 297 стор. основного машинописного тексту, 64 малюнків, 11 таблиць. Список літератури включає 263 найменування. У додатку вміщено матеріали, що підтверджують апробацію і впровадження результатів роботи, а також проміжні математичні обчислення і розроблені методики.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дана загальна характеристика роботи: розкриті актуальність і сутність наукової проблеми, показані необхідність і мета проведених досліджень, відбито новизну отриманих результатів, оцінене їх наукове і практичне значення.

У першому розділі викладено стан проблеми і задачи дослідження. Системне формування технологій автомобільних перевезень та високий рівень інтегративної властивості транспортної системи реалізуються шляхом забезпечення схем ефективного процесу ресурсозберігаючого відтворення транспортних послуг (ЕРВАП) у проектах ЖЦА.

На етапі створення АТЗ питанням розробки наукових методів оцінки досконалості конструкції й аналізу енергетики автомобілів присвячено роботи Є.А.Чудакова та його наукової школи. Поглиблене вивчення окремих експлутаційних якостей АТЗ з урахуванням різних типів конструкцій і дорожніх умов відображено в роботах А.С.Антонова, Г.Б. Безбородової, М.С.Висоцького, А.І.Гришкевича, П.М.Гащука, М.Ф.Кошарного, Л.В. Крайника, В.В. Рудзінського, В.Ф. Платонова, О.О.Токарєва, А.Morelli, L.Money, I. Mackerle і ін. Методи техніко-економічного аналізу АТЗ розроблені Д.П.Великановим, М.І.Іпатовим, Г.Б.Кацом. Питання аналізу параметричних рядів АТЗ відображено в роботах В.С.Антипенка, В.А. Петрушова, Н.І.Борисова.

Теоретичні основи підвищення ефективності використання рухомого складу в транспортному процесі подано в роботах Л.Л.Афанасьєва, Л.А.Бронштейна, Д.П.Великанова, А.І.Воркута, Б.Л.Геронімуса, Н.Я.Говорущенка, Л.Г. Зайончика, П.Р.Левковця, В.К.Мироненка, М.М.Маяка, А.О.Чеботаєва, Ю.М.Цвєтова та ін. Достатня міра дослідженості взаємозв'язку конструктивних параметрів автомобілів з характеристиками енергетики їх руху, накопичені дані про ефективність рухомого складу в різних умовах його використання, стан розвитку теорій автомобіля і транспортного процесу, а також поширення комп'ютерних технологій на транспорті і в побуті дозволяють ставити і вирішувати проблему системного формування технологій автомобільних перевезень згідно з концепцією комплексної економії енергії і ресурсів в ЖЦА та з урахуванням варіювання параметрів АТЗ у часі.

Ресурсозберігаючий підхід до технологій заснований на наступних передумовах. По-перше, авансований капітал уречевлюється в носіях ресурсів транспорту, а транспортні послуги і перевізний процес є результатами технологічного використання останніх.

По-друге, у перевізний процес залучаються складні ресурси з їхніми технологічними властивостями. По-третє, у транспортних операціях ресурси перетворюються в енерговитрати, а останні - у технологічні імпульси кількостей руху мас вантажів і пасажирів; відносини цих імпульсів до відповідних енерговитрат чи до витрат палива характеризують технологічну якість продукту транспорту. Підвищення ресурсовіддачі на транспорті пов'язано з комплексним поліпшенням натуральних і вартісних показників ефективності АТЗ як засобу праці й процесотворної основи технологій використання ресурсів.

Поліпшення нату-ральних показників досягається зменшенням характеристик матеріало-енерго-паливоємності транспортної роботи. Економічна сторона використання АТЗ виражається в розмірах вартісних показників фондовіддачі, собівартості пере-везень і прибутку. Однак вони не можуть бути використані для удосконалення технологій і якості продукту тому, що в існуючих розрахункових схемах розглядається акт з'єднання витрат замість процесу використання ресурсів з їх властивостями. Крім того прийнято, що капітал не оречевлюється в носіях ресурсів.

Розміри натуральних показників залежать від комплексу виробничих властивостей АТЗ, що виявляються в операції руху. Відповідно до положень динаміки машин (акад. В.П. Горячкин , проф. М.С. Комаров), теорії екслуатації транспортних засобів ( професори Великанов Д.П., Говорущенко М.Я. та Іларіонов В.А.) та інженерної психології (акад. Ломов Б.Ф.) до основних виробничих властивостей АТЗ варто віднести його інерційність, динамічність, адаптивність, енерговитратність, технічну конфігурацію і транспортну продуктивність. Інерцій-ність АТЗ характеризується його обертовою та експлуатаційною масами, а динамічність та адаптивність виражаються його спроможністю зміни кількості руху цих мас в заданих дорожніх умовах. Названі властивості формуються різними спеціалістами і на різних етапах ЖЦА. Для енергозбереження по принципах кінцевого результату і ЖЦА необхідна інтеграція методів інженерного й економічного аналізів натуральних та вартісних показників використання ресурсів.

Аналіз літературних джерел за проблемою, що досліджується, показав сучасний стан її розробки. Методи удосконалення конструкції АТЗ основані на теорії сталого руху для аналізу потенційних можливостей машини, яка не зовсім відбиває його транспортне функціонування і не описує умови використання ресурсів транспорту. Поряд із цим недостатньо приділена увага задачам аналізу споживчих якостей конструкції, а також синтезу її структури виходячи з вимоги споживача - підвищення енерго- и ресурсовіддачі перевезень. Крім того, не адаптована до задачі формування транспортних технологій важлива умова удосконалення конструкції: відповідність необхідних і запропонованих параметрів АТЗ згідно схеми відтворення продукту транспорту.

Методи підвищення ефективності використання АТЗ основані нерідко на спрощеній схемі перевізного циклу, в якій руховий етап замінений проміжком часу між початковою і кінцевою операціями. Відсутність розрахункових схем перетворення ресурсів, а також допущення про незмінюваність параметрів АТЗ призвели до недостатності методології формування енергозберігаючих технологій перевезень. Не враховується якість оречевлення капіталу в носіях ресурсів, тому відсутні сучасні методи керування розвитком техніки та технології перевезень.

В олігопольному ринку АТЗ виробники нав'язують споживачам свої витрати по стратегіях максимізації прибутків. У недостатній мірі використовуються методи кількісного аналізу споживчих якостей конструкції і оцінки помітної переваги кон-кретного варіанту АТЗ для ринково-інтегрованої системи його експлуатації і створення. Запропоновані конструктивні параметри нових АТЗ не завжди можуть бути адекватно оцінені споживачем, а перспективні характеристики споживчого попиту на технічну новизну АТЗ не цілком враховуються в їх виробництві. Для забезпечення енерго- і ресурсозбереження потрібні наукові методи раціоналізації корисності АТЗ для різних суб'єктів ринку. Важливі параметри АТЗ повинні обгрунтовуватися як виробниками, так і споживачами АТЗ виходячи з узгоджених методів аналізу відповідності конструкції енергозберігаючим технологіям в системах автомобільних перевезень. При відсутності цього не можуть бути реалізовані закони про захист прав споживача, а також зменшені наслідки суперечливості системи.

У зв'язку з викладеним прийнята енергетична схема перетворень у перевізному процесі: “ресурси - енерговитрати - фізичний продукт транспорту -послуга”. Реалізація такої схеми стосовно до проекту перевезень розглядається як результат функціонування деякої перетворюючої підсистеми. На її вхід подаються три види ресурсів (АТЗ, паливо і трудовий ресурс). Кількісні характеристики їх споживання відповідають нормативам проекту перевезень. Завдяки технічному устрою АТЗ ці ресурси перетворюються в потоки енерговитрат Е на переміщення експлуатаційної маси машини. На виході підсистеми утвориться фізичний продукт транспорту (тоннокілометри-брутто). Та частина останього, яка споживається, називається обліковим продуктом W_ї і вимірюється у тоннокілометрах. У зв'язку з тим, що кількості використаних ресурсів і енергії в перевезеннях зв'язуються з параметрами технічного устрою машини, якість перетворюючої підсистеми визначається показниками енергоресурсної ефективності АТЗ (ЕРЕА). Поняття ЕРЕА відбиває результативність носія технічних ресурсів транспорту (АТЗ) в енергетичній схемі їхнього перетворення. Причому рівень технологічної якості продукту транспорту, що визначається відношенням величини останього до енерговитрат, залежить від результативності людино-машинних дій на партіонну масу вантажу (пасажирів).

Математичні моделі показників енерговитрат АТЗ як функціоналів фізичного вимірника продукту транспорту є складними і громіздкими через різноманіття типів автомобілів, широкого діапазону зміни характеристик режимів їх нерівномірного руху і поверхонь кочення. У зв'язку з цим, а також для надання функціоналу енерговитрат форми максимально наближеної до виду вимірювача продукту транспорту, прийнятий метод порівняння АТЗ із його розрахунковим еталонним прототипом, що має фіксовану характеристику енерговитрат. Останній рухається з постійною еталонною швидкістю V_ет і при мінімальному опорі руху _ет = min.

Енерговитрати на переміщення прототипу рівні

Е_ет = _ет g G l /К_v ,

де G і l -експлуатаційна маса АТЗ і його пробіг, g-прискорення вільного падіння, К_v = V/V_ет -коефіцієнт швидкості АТЗ.

Виходячи з методу порівняння, енерговитрати на переміщення АТЗ рівні

Е= К_еЕ_ет,

де К_е -енергетичний коефіцієнт його пробігу, К_е=f(Q_t , t_р, K,Д,Р); Q_t -витрати палива в одиницю часу руху t_р; К, Д і Р підмножини конструктивних параметрів АТЗ , характеристик дороги і режимів руху.

Витрати енергії на переміщення порожнього АТЗ рівні

Е_п = К_еп Е_ет К_с К_п,

де К_с і К_п - співвідношення власної й експлуатаційної мас АТЗ, також його порожнього і навантаженого пробігів у їздці, К_еп -енергетичний коефіцієнт пробігу порожнього АТЗ.

У вищезгаданій підсистемі перетворення результатом людино-машинних дій на партіонну масу вантажу є використання матеріальних ресурсів. Для оцінки останніх використовується величина енергетично еквівалентного фізичного продукту транспорту R= GVt_рК_е.

За інших рівних умов чим більше розмір коефіцієнта К_е, тим менше пробіг АТЗ на одиницю енергетичного ресурсу (маси палива) і інтенсивніше зноси агрегатів АТЗ при його русі.

Якщо виходити з заданих нормативів витрати ресурсів, у розрахунковому транспортному зв'язку АТЗ чинить рівноцінний (за енерговит-ратами) пробіг, рівний

l_р = l_ї К_е,

де l_ї - довжина їздки.

При ресурсному підході до перевезень час руху АТЗ t_р визначається інтенсивністю енерговитрат. Для оцінки енерго-і ресурсоємності процесів формування часових розривів у транспортних зв'язках використовується енергетичний коефіцієнт часу руху АТЗ, який визначається відношенням

К_t = К_е/К_v .

При системному формуванні технологій перевезень слід оптимізувати значення рівноцінного часу руху АТЗ t_рр = t_р К_t . Можливість відображення впливу цих коефіцієнтів на ефективність рухомого складу забезпечується шляхом підстановки рівноцінних значень пробігу l_р і часу t_рр у вирази показників використання АТЗ.

Отримано формули розрахунку енергетичних коефіцієнтів годинного виробітку К_p і собівартості перевезень К_s для аналізу техно-логій. Перехід до звичайних експлуатаційних розрахунків здійснюється прирівнюванням розмірів К_е , К_t , К_p і К_s одиниці. Цим забезпечується простий зв'язок між ресурсним та існуючим підходами.

При реалізації довгострокових стратегій ресурсовіддачі перевезень обов'язково присутній аспект науково-технічного прогресу - цілеспрямована зміна конструктивних параметрів АТЗ. Цей аспект реалізується з урахуванням мотивації перевізника. Відповідно основ ринкової економіки метою перевізника є капіталізація вартості та якості ресурсів транспорту у перевізному прибутку. При цьому у випадку реалізації техніко-технологічної новизни проектів перевезень виникають протиріччя між сторонами ринку послуг. Координація протиріч може бути здійснена на основі моделі годинної різниці (З_сг -З_вг ) транспортних витрат споживача З_сг і відтворювальних витрат перевізника З_вг (сума експлуатаційних витрат S_ч і капвкладень на автомобіле-годину роботи рухомого складу С_аг). Для можливості рішення задач дослідження ця модель модифікована виходячи з трьох вимог. По-перше, для забезпечення захисту споживача при відновленні рухомого складу варто регламентувати величину тарифу на перевезення 1т вантажу (чи одного пасажиру). По-друге, модель повинна відображати удосконалення властивостей носія технічних ресурсів з урахуванням його багатоцільового призначення в ЖЦА (машина, товар, транспортний засіб). По-третє, модель повинна відбивати технологічні процеси використання ресурсів відповідно до енергетичної схеми їх перетворень.

Для врахування цих вимог у модель різниці вводяться вищезгадані енергетичні коефіцієнти: годинного виробітку К_pjr, собівартості перевезення К_sjr і часу роботи К_tjr. Для усунення впливу інфляції модель приведена до безрозмірного виду. На основі такої моделі різниці витрат споживача і перевізника визначається результативність автомобіля у схемі відтворення продукту транспорту. Вона оцінюється показником енергоресурсної ефективності автомобіля (ЕРЕА):

Ф_jr = [P_гjr К_pjr ( T_тj - S _тj К_sjr) - К_в(Г) C_агjr К_tjr] / З_ргj max, T_тj T_трj, (1)

де j і r - індекси класу АТЗ у типорозмірному ряду і різновиду конструкцій в класі (j=1, n1, r =1, n2), n1 і n2 - число класів АТЗ у ряду і варіантів у класі;

Р_г - годинний виробіток рухомого складу (тонни вантажу за годину) у розрахункових умовах, що характеризує споживчу корисність АТЗ для вантажовласника;

T_тj і T_трj - розрахунковий і ринковий тарифи на перевезення 1 т вантажу для заданого класу рухомого складу; Sт - собівартість перевезень однієї тонни вантажу, різниця (T_тj - S _тj ) визначає трудову корисність АТЗ для перевізника;

C_агjr- вартість АТЗ, приведена до однієї автомобіле-години роботи, що характеризує його товарну корисність для автозаводу;

К_в (Г) - коефіцієнт середньорічних відрахувань на реновацію АТЗ, який залежить від кількості років Г його експлуатації, норм амортизаційних відрахувань і ставки дисконту грошових потоків у часі; З_ргj-минулі годинні середньоринкові витрати споживача.

Важливою особливістю формули (1) є те, що вона забезпечує аналіз беззбитковості схеми відтворення транспортної послуги при варіативності параметрів АТЗ у часі з урахуванням вимог споживача і ринкових протиріч. Крім того, вона дозволяє оцінювати нові технічні рішення по підвищенню енерго-і ресурсовіддачі проектів перевезень з урахуванням людино-машинних дій на вантажі. Умова беззбитковості перевезень стосовно до минулих витрат і ринкових тарифів перевіряється шляхом прирівнювання одиниці значень всіх енергетичних коефіцієнтів.

Цим забезпечується просте виконання методологічних вимог про однорідність моделей для аналізу технологій перевезень, а також про інтеграцію інженерних та економічних методів їх удосконалення. Виходячи з мети роботи, енергетичної схеми перетворення ресурсів та з ідеї раціоналізації їх використання у ЖЦА, сформульовано задачі дослідження і виявлено взаємозв'язки між ними (рис.1).

У другому розділі виходячи з принципів типажу й прогресивності описані моделі АТЗ узагальненого типу як елемента транспортних технологій, які враховують варіативність параметрів АТЗ у часі й у типорозмірному ряду. Типорозмірний ряд - це сукупність моделей АТЗ (існуючих і проектованих) різної вантажопідйомності q_j, j=1, n1, де n1 - число класів АТЗ. Будова АТЗ у перевізному процесі забезпечує перетворення енергії, а також несення вантажу. логістичний транспортний автомобіль

Для забезпечення безперервності й однорідності математичних моделей аналізу функціонування АТЗ як елемента заданого типорозмірного ряду розроблена уніфікована схема опису робочих процесів АТЗ у вигляді модульних схем двох основних пристроїв АТЗ, що гнучко змінюються: енергоперетворення (ЕППА) і вантажонесення (ВНПА). На основі цих схем нові варіанти ЕППА і ВНПА формуються з попередніх і переходять у наступні відповідно заданому принципу трансформації елементів типорозмірного ряду. У типову структуру першого пристрою входять такі елементы: двигун, модуль трансформації енергії (МТЕ), модуль розподілу енергії (МРЕ), колісний тяговий модуль (КТМ). Структура другого пристрою складається з таких елементів: кузов, рама, підвіска, ходові модулі. Під ходовим модулем розуміють один або декілька мостів, що об'єднані загальним направляючим пристроєм підвіски. Структура АТЗ або тягачу складається з обох пристроїв. Структура звичайного причепа складається тільки з елементів пристрою вантажонесення. У загальному випадку автопоїзд складається з одного або двох тягачів, а також - декількох причепів. Вантажопідйомність q_jr, експлуатаційна маса G_jr, зчіпна маса G_jr, сила тяги (по двигуну) P_тjr, сила зчеплення P_jr, розподіл моментів M_kzi й мас G_kzi по колісно-тягових модулях АТЗ узагальненого типу визначаються з урахуванням структури і пара-метрів його основних пристроїв, а також закономірностей функціонування богатоколісних автомобілів (k,z,i -індекси тягача, ведучего ходового модуля, колісно-тягового модуля у схемі АТЗ)

Елемент розмірного ряду конструкцій АТЗ задається значеннями q_j, j=1, n _k. У кожному класі ряду може існувати nв варіантів моделей, що різняться характеристиками структури і параметрами основних пристроїв АТЗ. Сукупність цих характеристик і параметрів названа структурно-параметричною організацією конструкції автомобіля (СПОКА). Характеристиками структури СПОКА є такі дані: варіанти схем з'єднання модулів між собою, їхні типи і кількість, варіанти компонування основних пристроїв. Її параметрами є геометричні, кінематичні, масові й енергетичні характеристики восьми вищезгаданих модулів і основних пристроїв . Для формалізованого опису СПОКА вона подана у вигляді чотирьох підмножин: характеристик структур пристроїв енергоперетворення (S_В ), вантажонесення (S_В), а також параметрів цих пристроїв (P_Е) і ( P_В).

Рис.1. Взаємозв'язок і зміст основних задач досліджень

Будь-який jr-й варіант конструкції формалізується у вигляді деякої множини K_jr, яка наділена структурою і є перетинанням чотирьох зазначених підмножин:

K_jr ((S_В S_В) (P_В P_Е )_jr . (2)

Організованість характеристик структури і параметрів АТЗ забезпечує його спроможність ефективного перетворення енергії в процесах переміщення. Ця спроможність є властивістю АТЗ як потенційного матеріального ресурсу транспорту.Вона цілеспрямовано формується при проектуванні автомобіля, обумовлює його технічний образ як товару і виявляється по-різному в кожній фазі операції руху.

Поняття СПОКА дозволяє в зручній для споживача формі формалізувати інформацію про удосконалення ресурсів, а також про розвиток типорозмірного ряду рухомого складу. Отже, будь-яку сукупність конструкцій, необхідних для перевізника, можна представити у вигляді упорядкованого ряду множин K_jr, j=1, n1, r=1, n2.

Кожний новий r+1-ий варіант конструкції АТЗ (множини K_jr ) є прикладом розвитку ряду. Для аналізу такого розвітку в програмах розрахунків розроблена базисна схема АТЗ узагальненого типу, яка заснована на структурній схемі автомобільного шасі з колісною формулою 8х8.

Для забезпечення загального підходу кожний новий варіант конструкції ідентифікується як результат реконфігурації цієї базисної схеми. Наприклад, для того, щоб із базисної схеми одержати варіант АТЗ 4х2, з неї видаляються три ведучих ходових модулів і два модулі розподілу енергії. Розроблено декілька схем ідентифікації АТЗ, що дозволяють формалізувати математичний опис його можливих вариантів в широкому діапазоні вантажопідйомності q= 0, 5... 100т.

У проектах перевезень АТЗ узагальненого типу виконує функції процессотворної основи технології переміщення. Показник технологічної якості продукту транспорту визначається відношенням імпульсу кількості руху маси вантажу (пасажирів) до енерговитрат чи до витрати палива. Визначивши цей показник методом аналогії із еталонним прототипом і стосовно до узагальненої транспортної операції, що складається з n фаз, одержимо наступне вираження характеристики енергетичної ефективності АТЗ:

П_ер = _тg G_вl_о / (Ei ); ПэрQ = Gвlо / (Q_i ); lо =V_i t_i , (3)

де V_{i ,} t_i , Ei , Q_i- швидкість, час руху, енерговитрати й витрати палива АТЗ в i-ї фазі операції руху; G_в -маса вантажу в кузові АТЗ, _т -ККД трансмісії АТЗ.

Для споживача цільова функція удосконалювання конструкції АТЗ як процесотворної основи технології транспортування і забезпечення інтенсивності останньої має такий вигляд:

П _{(ер) jr} max, П(эрQ) _jr max, j=1, n1, r=1, n2 (4)

де n1 і n2 - кількість класів АТЗ у типорозмірному ряду і варіантів конструкцій у класі.

Якщо показники енергетичної ефективності (ПЕЕА) П_ер і ПэрQ визначається для типової транспортної операції, то їх величини відображають міру придатності конструкції АТЗ до енергоєберігаючих технологій перевезень.

Основною ознакою споживчо-орієнтованого прогресу конструкції АТЗ як носія технічних ресурсів у проекті транспортного процесу варто вважати обгру-нтоване підвищення рівней показників П_ер і П_ерQ на кожному етапі відновлення рухомого складу.

Для реалізації концепції заощадження ресурсів на всіх етапах ЖЦА з урахуванням підвищення ПЕЕА розроблений комплекс моделей аналізу енергоресурсної ефективності АТЗ (табл.1).

Таблиця 1

Комплекс показників для аналізу енергоресурсної ефективності АТЗ у його життєвому циклі

Етапи і підетапи життєвого циклу	Показники оцінки вирішень
Аналіз проекту використання нового АТЗ для споживача	Фjr = f [Пер(Кjr) , Ц(Пер)] Фо +Ф Рг = idem , Ц Цmax , Кp Кpj
2. НІОКР 2.1 Поліпшення експлуатаційних властивостей 2.2 Удосконалювання jr-го АТЗ як товару	Відомі показники експлуатаційних властивостей Пер max , Пд = LH / LHj max Пте = Цj / Ц max , Пм = / (+) max По =1/С, С= (Ц+Цаг)/ Ц= 1+ (Lн / li -1) цi max
3. Збут і купівля	Пер Пэрj , Пд Пдj , Птэ Птэj ,
3.1. Моніторинг попиту і пропозиції	Пм Пмj , По Поj
3.2. Оптимізація товарних вирішень	Псjr=П(ер) jr Пдjr Птеjr Поjr max
4.Експлуатація 4.1.Оперативний вибір рухомого складу	Рг max , Sт min
4.2.Вибір рухомого складу з урахуванням енерго-і ресурсозбереження	Рг Кpjr max , Sт Кsjr min Кpjr=[Xдj (П(ер)jr-1 - 1)+1]-1, Кsjr=(Вкмj Kvjr (П(ер)jr)-1+ Впсj)/(1+Впсj),
5. Відновлення рухомого складу	Фjr = f [Пер(Кjr) , Ц(Пер)] Фо +Ф, Рг = idem , Ц Цmax , Кp Иpj , Sт opt

У таблиці прийняті такі позначення: Фо і Ф - вихідне значення цільової функції і її планове збільшення; Ц і Ц_аг - вартості АТЗ і його агрегатів, замінних протягом терміна експлуатації; li і цi -пробіговий ресурс i-го агрегату конструкції і питома вага його вартості в ціні АТЗ; n- число замінних агрегатів; П_{дjr ,} П_{тэjr ,} П_{мjr ,} П_оjr -показники довговічності, товарної економічності, ресурсної однорідності структури конструкції АТЗ; С- коефіцієнт ціни АТЗ у ЖЦА; j- індекс прототипу АТЗ для заданого класу рухомого складу; К_p- екологічний коефіцієнт годинного виробітку АТЗ; В_кмj і В_псj - параметри, що залежать від значень питомих постійних і змінних витрат. X_дj - розрахункова частка часу руху АТЗ у їздці; K_vjr - ефіцієнт швидкісностіАТЗ у тестовій операції, і -коефіцієнти використання вантажопідйомності і спорядженої маси АТЗ.

У моделях використані закономірності причинно-наслідкових зв'язків між трьома групами факторів цільової функції (3) - ”характеристики конструкції узагальненого АТЗ - показник ПЕЕА- енергетичні коефіцієнти (К_e,К_p,К_s,К_t)”. Формування комплексу моделей виходить з ідеї маркетингового удосконалення технології використання АТЗ на основі інтегрованих знань про його енергоресурсну ефективність у ланцюжку проектів ЖЦА. Для формалізованої оцінки вирішень покупця на ринку АТЗ у зазначений комплекс включена спрощена модель показника споживчої властивості АТЗ П_с. Математична модель П_с є мультиплікативною функцією основного (ПЕЕА) і трьох додаткових показників споживчої якості АТЗ, що враховуються: довговічності П_дjr, товарної економічності П_теjr, ресурсної однорідності структури конструкції-П_ojr.

Останній показник характеризує АТЗ як майбутній об'єкт технічного обслуговування, спрямованого на планові заміни агрегатів (двигун, коробки передач, мости, шини й ін.), що мають менші пробігові ресурси l_i, чим нормативний пробіг АТЗ L_н. Неоднорідність агрегатів за їх пробіговим ресурсом призводить до підвищення розміру коефіцієнта ціни АТЗ в ЖЦА С.

Для існуючих АТЗ розміри коефіцієнта С і показника ресурсної однорідності По знаходяться в таких межах: С=1.4...2.4, По =0.4…07. При l_i = L_н (ідеальна структура конструкції) будемо мати С=П_о =1. Особливістю комплексу моделей є те, що вони дозволяють на стадіях прийняття рішень аналізувати й оптимізувати ряд необхідних споживачу якостей АТЗ, що обумовлюють рівні енерго- і ресурсовіддачі проектів перевезень.

У третьому розділі подані розроблені адаптивно-дискретні моделі руху АТЗ узагальненого типу. Ці моделі дозволяють описати закономірності робочих процесів АТЗ при виробництві продукції транспорту, що необхідно для аналізу економії ресурсів. Для виявлення цих закономірностей використовується модель закону руху АТЗ, що відбиває такі фази процесу його переміщення як: постійна швидкість, розгін, накат, уповільнення. Така модель отримана на основі розв'язку системи рівнянь руху АТЗ узагальненого типу з урахуванням закономірностей його взаємодії з поверхнею кочення. Як основа прийнята рівняння зміни кінетичної енергії АТЗ:

(G_{jr jr} V² / 2g ) =

=( M_{kzi kzi-} -N_fkzi) - N_ofk - N_fm - N_h - N_w, (5)

де _jr - коефіцієнт збільшення кінетичної енергії АТЗ (від обертових мас); N_fkzi - потужність сил опору коченню kzi-го колісного тягового модуля (КТМ); N_ofk - потужність сил опору коченню

відомих коліс k-го тягача; N_fm - потужність сил опору коченню коліс m-го причепу; N_h і N_w - потужність сил опору підйому дороги і повітряного середовища; _kzi - кутова швидкість коліс;

n1-кількість тягачив; n2-кількість причепів; n3 - кількість ведучих ходових модулів у к-му тягачу; n4 - кількість колісно-тягових модулів у z-му ведучему ходовому модулі.

Кожний kzi-й КТМ працює як приймач потоку внутрішньої енергії N_kzi= M_{kz kzi} t, а з ін-шого боку, він є джерелом зовнішньої сили тяги, що формується на основі балансу сил, що діють у зонах контактів коліс з дорогою. З урахуванням закономірностей кочення еластичних коліс у рамках заданої схеми структурі АТЗ (n1=2; n2=2; n3=2; n4 =4) складена система рівнянь руху КТМ. Їх розв'язок разом з (5) та з урахуванням технологічних вимог дозволив одержати універ-сальну трьохпараметричну модель зміни швидкості узагальненого АТЗ V(t,h,u) у функції множини (2) К, параметрів дороги Д,часу t, параметрів управління двигуном h і коробкою передач u:

V(К,Д,t,h,u) = [Vo(h_v,u_v) + A1(К,Д,h,u)] exp (A2 (К, Д,h,u) t) - A1 (К,Д,h,u), (6)

t (to,to+ t), V (Vo,Vo V), l (lo, lo + l) ,

де Vo(h_v,u_v)- початкова швидкість АТЗ в операції; A1(h,u) і A2 (h,u) - параметри моделі; t, V і l - збільшення часу, швидкості АТЗ і пробігу в операції.

Отримано аналітичні залежності для визначення розмірів A1(К,Д,h,u) і A2(К,Д,h,u) для аналізованих фаз руху АТЗ. На основі (7) розроблені моделі різноманітних режимів руху АТЗ: із постійною швидкістю розгонів, гальмувань і накатів. Єдність їхньої математичної форми забезпечує зручність формування моделей багатофазних їздових циклів за даними умовами узгодження робочих процесів АТЗ і технології транспортної операції. Зіставлення результатів різноманітних розрахунків на ЕОМ, що проводилися для різних варіантів конструкції АТЗ і ряду типів поверхонь кочення, з експериментальними даними показали достатню для інженерних розрахунків точність цих моделей. Вперше отримані техніко- технологічні моделі руху АТЗ.

В четвертому розділі подані моделі, алгоритми і результати оптимізації режимів функціонування АТЗ узагальненого типу, яки отримані шляхом моделювання його руху при виробництві продукції транспорту. На основі моделей динамики і енергетики АТЗ у складних режимах руху описани процеси його використання як складної машини й об'екту керування рухом.

Вирішені задачи імітування операційніх карт їздових циклів, в яких варіюються як параметри процесу руху, так і характеристики АТЗ. У зв'язку з цим розроблені аналітичні моделі, що відбивають дискретне функціонування АТЗ по фазах їздового циклу і що дозволяють визначати для них (фаз) пробіги l, час руху t, швидкості V, енерговитрати Еv_(н) і витрати палива Qv_(н) як функції від таких характеристик: конструкції АТЗ (К), поверхні кочення (Д), параметрів управління двигуном (h), трансмісією (u), а також від параметрів дискретної кінематики руху АТЗ ( V_о, V і ін).

Ці моделі мають вигляд, зручний для аналізу робочих процесів АТЗ, що формуються на режимах сталого і несталого руху, а також для аналізу показника енергетичної ефективності АТЗ при вирішенні задач декомпозиціїї та композиції транспортних технологій.

Відповідно схеми залучення ресурсів і їхніх перетворень “ресурси- енерговитрати-послуга” у кожній операції руху виконується частина транспортної роботи Wo. При цьому кількість спожитих ресурсів, обмірюваних в тонокилометрах-брутто Ro, відповідає потокові енерговитрат на переміщення експлуатаційної маси АТЗ. Значення Wo і Ro визначаються наступним чином:

W_о= q ( A1_f t_f + A3_f V_f), (7)

R_o= q (+)(A1_f t_f +A3_f V_f ) К_ef ,

де К_ef - коефіцієнт енерговитратності руху АТЗ у f-й фазі операції.

Відповідно до принципів типажу і прогресивності отримані закономірності дозволяють описати процеси формування рівня транспортної енерго-і ресурсовіддачі віддачі перевезень у взаємозв'язку з характеристиками таких виробничих властивостей АТЗ як: инерційність, транспортна продуктивність, адаптивність, енерговитратність. З вищевикладеного випливає, що вирішені задачи наукового опису процесів використання ресурсів транспорту, а також декомпозиції технологій транспорту з урахуванням варіативності параметрів та властивостей автомобілів.

Для порівняльного аналізу конкуруючих варіантів конструкції АТЗ сформована аналітична модель тестової транспортної операції, що складається з n загальної кількості фаз руху АТЗ і nv фаз сталих режимів його роботи. Характеристики тестової операції, необхідні для розрахунку показників ПЕЕА П_ер, паливної ефективності АТЗ П_ерQ, середньої швидкості Kv, визначаються з урахуванням виду операційної карти V(l,t,n ) і заданих послідовностей фаз руху. Далі здійснена в загальному вигляді алгоритмізація процесів руху АТЗ стосовно задач економії енергії й ресурсів.

При моделюванні функціонування АТЗ кожному стану множини K_jr (конструктивні параметри) ставляться у відповідність величини показників П_(ер)jr, П_(ер)Qjr і K_vjr. Перевага того або іншого варіанту оцінюється умовами П_(ер)Qjr max, K_vjr max.

...