Наукові основи ресурсозбереження при експлуатації міського електричного транспорту

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 658.5: 656.07: 629.423

05.13.22 - управління проектами та розвиток виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Наукові основи ресурсозбереження при експлуатації міського електричного транспорту

Далека Василь Хомич

Київ - 2005



Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі “Міський електричний транспорт” Харківської національної академії міського господарства Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Левковець Петро Романович, Національний транспортний університет, проректор

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Ігнатенко Олександр Семенович, Національна академія державного управління при Президентові України, професор кафедри управління містом;

доктор технічних наук, профессор Тартаковський Едуард Давидович, Українська державна академія залізничного транспорту, завідувач кафедри експлуатації і ремонту рухомого складу;

доктор технічних наук, професор Бушуєв Сергій Дмитрович, Київський національний університет будівництва та архітектури, завідувач кафедри проектного менеджменту.

Провідна установа: Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, кафедра менеджменту, маркетингу та управління проектами Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 11 березня 2005 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.01 в Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ-10, вул. Суворова, 1.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01003, м. Київ-3, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розісланий 07 лютого 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Мельниченко О.І.



Загальна характеристика роботи

Вступ. Одним з головних напрямків державної економічної політики України, що визначений на законодавчому рівні, є ресурсозбереження. Статистичні дані економічного розвитку нашої країни свідчать, що навіть при загальному падінні обсягів національного валового продукту потреби України в паливно-енергетичних ресурсах за рахунок власних можливостей задовольняються тільки на 47%. При цьому 31% енергоресурсів України втрачається при їх виробництві, транспортуванні та споживанні. Тому спрямованість економіки на ресурсозбереження є пріоритетним шляхом розвитку України.

Актуальність теми. Особливо важливою проблема ресурсозбереження стає в нових економічних умовах господарювання, які визначаються ринковим середовищем, де відмічається значне збільшення цін практично на усі ресурси при обмеженні їх обсягів виробництва або оновлення.

Одним з найбільших споживачів ресурсів в Україні, що забезпечує життєдіяльність міст, є житлово-комунальне господарство, на частку якого припадає майже 20% паливно-енергетичних ресурсів. Житлово-комунальне господарство, до складу якого входить і міський електричний транспорт (МЕТ), на сьогодні недостатньо інтегроване у сферу ринкових відносин, тому дослідження в цьому напрямку є важливими й актуальними.

Міський електричний транспорт залишається найбільш ефективним, економічним, екологічним і доступним видом транспорту, його послугами користується переважна частина населення будь-якого міста. У той же час сучасний стан господарювання в цій підгалузі житлово-комунального господарства визначається як кризовий. Об'єктивна необхідність подолання кризових явищ на міському електротранспорті, стабілізація роботи підприємств галузі і подальший її розвиток потребують пошуку нових форм і методів господарювання, оптимізації організаційних і функціональних структур інтенсифікації виробництва, методів управління, розробки ефективних проектів та організаційних засобів реконструкції, технічного переозброєння підприємств, формування нової ринкової поведінки. Тому спрямованість підприємств міського пасажирського транспорту на підвищення економічної ефективності, що обумовлена переходом до ринкових умов господарювання повинна базуватися на новій системній концепції ресурсозбереження, системі наукових положень управління проектами та розвитку виробництва. Оскільки міський електричний транспорт виконує важливу соціальну роль, то при розгляді більшості окремих факторів господарської діялності використовувати тільки традиційний економічний підхід не достатньо, тим більше, що надання послуг можливе тільки при повному функціонуванні підсистем міського електротранспорту.

Недостатність, а в багатьох напрямках відсутність наукового опрацювання цих питань є одним з головних чинників відставання експлуатаційних показників вітчизняного пасажирського транспорту від світового рівня. При цьому на підприємствах міського електротранспорту мають місце приховані значні резерви, використання яких не потребує пошуку нових джерел ресурсів. Значне скорочення невиробничих витрат та споживання ресурсів може бути досягнуто за рахунок вдосконалення на науковій основі організаційного управління ресурсами, оптимізації структури ресурсних потоків на виробництві.

Значні резерви в підвищенні технічної готовності транспортних засобів, систем їх електропостачання, управління рухом та колійного господарства, а також зниження рівня експлуатаційних витрат можуть бути отримані шляхом удосконалення технології технічного обслуговування та ремонту; створення відповідного інформаційного, нормативного, технологічного і організаційного забезпечення на основі відповідної концепції з урахуванням різних стратегій реалізації у проектах ресурсозбереження.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню однієї з найбільш важливих для України проблем - ресурсозбереження за рахунок вдосконалення систем управління ресурсами, їх структури і більш раціонального використання внутрішніх резервів у відповідних проектах інтенсифікації виробництва і праці на міському електричному транспорті.

Розробка системи наукових положень ресурсозбереження при експлуатації рухомого складу міського електротранспорту є актуальною і важливою як для економіки міст, так і для всього господарчого комплексу держави, оскільки забезпечує подальше вдосконалення теорії і практики управління потоками ресурсів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до Державних Програм про розробку та виробництво в Україні нового рухомого складу - трамвая і тролейбуса, затверджених Постановами Кабінету Міністрів України №313-р від 22.10.1991 р., №66-р від 03.02.1992 р. та плану законопроектної роботи на 2003 рік в частині міського електротранспорту, затвердженого Постановою Кабінету Міністрів України №100 від 20.01.2003 р., Державної Програми розвитку нового рухомого складу міського електротранспорту, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України №992 від 01.07.1998 р., Комплексної державної Програми енергозбереження України (1996 р.), галузевих Програм "Наука" в період 1992-2002 рр., а також перспективної галузевої Програми на 2003 - 2007 роки, схваленої рішенням колегії Державного комітету України з питань житлово-комунального господарства (Держжитлокомунгоспу України) від 18.06.2003 р. № 24.

Згідно з рішеннями Держжитлокомунгоспу України автор дисертаційної роботи входить до складу його технічної ради та робочої групи з реформування міського господарства і розробки проекту Закону України „Про міський електричний транспорт” (наказ Держжитлокомунгоспу України №2-1 від 10.07.2002 р.). Дослідження залежностей експлуатаційних витрат та споживання ресурсів виконувалось особисто автором та під його науковим керівництвом згідно з науково-дослідними темами Харківської національної академії міського господарства (ХНАМГ) №1367/95 (держреєстрація №0196U006494), №1416/96 (держреєстрація №0197U009213), №1417/96 (держреєстрація №0102U000862), №1607/2000 (держреєстрація №0102U00863), №1706/2001 (держреєстрація №0302U001404) та ін. і планів відповідно до Регіональних програм з ресурсозбереження та розробки комплексних програм соціально-економічного розвитку Харківської області та міста Харкова до 2010р. (розпорядження Голови Харківської обласної державної адміністрації №977 від 03.12.1999 р., розпорядження Харківського міського Голови №300 від 21.02.2000 р.) з оцінки технічного стану об'єктів господарського комплексу області та подовження їх ресурсу (розпорядження Голови Харківської обласної державної адміністрації №502 від 06.08.2001 р.)

Дисертаційна робота виконана у трьох аспектах: теоретичному, методологічному і прикладному.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є створення наукових основ ресурсозбереження для забезпечення ефективного використання ресурсів на міському електротранспорті за рахунок розробки та практичної реалізації методів, моделей і алгоритмів стратегічного та оперативного управління і оптимізації основних параметрів ресурсної динаміки у проектах ресурсозбереження.

Для досягнення поставленої мети вирішені такі задачі:

Дослідження процесів міського електротранспорту стосовно перетворення та використання ресурсів як однієї із категорій формування наукової концепції управління проектами ресурсозбереження.

Дослідження основних показників ресурсної динаміки, оцінка рівня та резервів ресурсовикористання і формування на цій основі основних напрямків його оптимізації і управління відповідними проектами за рахунок визначення задач, які становлять ядро системної моделі функціонування міського електротранспорту.

Розробка, для якісної і кількісної оцінки ресурсоспоживання, системних критеріїв оптимізації основних показників виробничо-господарської і фінансово-економічної діяльності підприємств міського електротранспорту при формуванні і практичній реалізації проектів розвитку виробництва, орієнтованих на раціональне використання матеріальних, енергетичних, трудових, інформаційних та фінансових ресурсів.

Визначення стратегій та розробка концепції управління проектами ресурсозбереження на міському електротранспорті за рахунок врахування діалектичної єдності витрачених ресурсів і отриманих доходів (кінцевих результатів) від функціонування процесів і систем пасажирських перевезень.

Розробка на множині задач системної моделі функціонування міського електротранспорту та обгрунтування і вибір програмно-методичного забезпечення процесів управління проектами ресурсозбереження.

Розробка для окремих задач системної моделі, математичних моделей, їх вирішення та оптимізації у реальному середовищі функціонування міського електротранспорту.

Розробка математичної моделі взаємозв'язку процесів витрат ресурсів із зовнішнім середовищем функціонування, реалізація якої забезпечує оптимізацію ресурсу рухомого складу, з урачуванням умов і режиму його цільового використання за призначенням та формування раціональних рішень при стратегічному й оперативному управлінні проектами ресурсозберігаючої експлуатації.

Розробка математичної моделі енергоспоживання на міському електротранспорті та дослідження чинників, що впливають на перевитрати електроенергії (режим руху та буксування, рекуперативне гальмування, розподіл струмів у силових колах тягових двигунів електроприводів та споживання електроенергії) і дозволяють формувати відповідні оптимальні управлінські рішення.

Визначення вимог експлуатації до вдосконалення технічних систем міського електротранспорту в проектах ресурсозбереження.

Розробка алгоритмів та вибір програмного забезпечення автоматизованої системи збору інформації про споживання ресурсів на міському електротранспорті при реалізації проектів ресурсозбереження.

Розробка методики оцінки економічної ефективності впровадження ресурсозберігаючих організаційно-технічних рішень, методів, моделей і алгоритмів стратегічного та оперативного управління у проектах ресурсозбереження на міському електротранспорті.

Формування та реалізація практичних рекомендацій щодо визначення та вибору стратегій управління ресурсами (ресурсними потоками в проектах ресурсозбереження) при експлуатації міського електротранспорту.

Об'єкт дослідження - процеси функціонування міського пасажирського транспорту.

Предмет дослідження - ресурсозбереження при експлуатації міського пасажирського електричного транспорту.

Методи дослідження.

У теоретичному аспекті основою роботи є результати фундаментальних наукових робіт в області управління проектами та розвитку виробництва, основні положення систем управління, які наводятся у працях вітчизняних і зарубіжних вчених. Для досягнення мети в дисертаційній роботі використано теорію управління, теорію масового обслуговування, теорію системного аналізу, а також теорії математичної статистики і ймовірності.

Сформульовані завдання вирішуються із застосуванням методів: математичної статистики і теорії імовірності при встановленні статистичних залежностей обсягів спожитих на експлуатацію ресурсів від умов реалізації руху як в цілому по місту, так і по окремих маршрутах; теорії ігор, зокрема принципу мінімакса, для досягнення мінімальної різниці між ресурсами, потрібними для задоволення попиту, й ресурсами, що можуть надати експлуатаційні підприємства, при максимумі різниць між ресурсами, що надходять ззовні, та потрібними для здійснення транспортної роботи; інструментальних CASE-засобів - BPwin для розробки інформаційної системи та функціональної моделі експлуатації міського електричного транспорту; програмного забезпечення управління проектами на базі MS Project Manager 2003 для планування і управління ресурсами; імітаційного моделювання ресурсоспоживання для обґрунтування рішень, що приймаються на основі наукових досліджень; дисперсійного та кореляційного аналізу складових експлуатаційних витрат при обґрунтуванні показників ресурсоємності транспортних послуг; теорії графів для оцінки пріоритетів вирішення задач; методів математичної обробки експериментальних даних при випробуваннях технічних засобів і обладнання, реалізації запропонованих технологічних методів та ресурсозберігаючої системи утримання, технічного обслуговування та ремонту; натурних експериментів з використанням вимірювальних інструментів, приладів і програмно-обчислювальних комплексів.

Достовірність і обгрунтованість отриманих у дисертації наукових положень і результатів обумовлені використанням сучасних методів математичного моделювання, коректних допущень, перевірених практикою розрахунків, узгодженістю результатів аналітичних та експериментальних досліджень (похибка не перевищує 5%), ефективністю результатів впровадження пропонованих наукових та технічних рішень.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у розробці нових теоретичних та прикладних положень ресурсозберігаючої експлуатації міського електротранспорту, реалізація яких через проекти ресурсозбереження у реальному середовищі функціонування забезпечує стратегічне та оперативне управління ресурсами і оптимізацію основних параметрів ресурсної динаміки, зокрема:

- вперше:

На основі комплексного дослідження процесів, об'єктів і систем міського електротранспорту доведена необхідність ефективного вирішення проблеми раціонального використання матеріальних, енергетичних, трудових, інформаційних та фінансових ресурсів за рахунок розробки та впровадження методів, моделей і алгоритмів управління виробництвом і оптимізації кінцевих результатів діяльності у відповідних проектах ресурсозбереження.

Сформульовані основні положення наукової концепції управління проектами ресурсозбереження на міському електротранспорті, які реалізують принципи системної ефективності використання матеріальних, енергетичних, трудових, інформаційних та фінансових ресурсів.

Визначені й обгрунтовані критерії для оцінки ефективності ресурсоспоживання і ресурсоємності пасажирських перевезень на основі дослідження процесів перетворення ресурсів на транспортну роботу, що дозволяє приймати відповідні управлінські рішення з мінімальним ризиком.

На підставі проведених досліджень стану міського електротранспорту запропонована інтегрована система перетворення ресурсів на транспортні послуги, яка враховує рівень цільового використання транспортних засобів за призначенням, технічний стан рухомого складу, умови реалізації руху та економічну ефективність пасажирських перевезень, що створює наукову базу для оптимізації ресурсних потоків у процесі реалізації проектів раціонального використання ресурсів.

Для ефективного використання ресурсів з єдиних системних позицій проведена оцінка рівня ресурсозбереження на міському електотранспорті, виявлені відповідні резерви й визначені основні напрями оптимального їх використання, що дозволяє розробити методологічні аспекти управління відповідними проектами та сформувати множину першочергових задач, що становлять ядро системної моделі функціонування підприємств міського електротранспорту.

Розроблена на множині задач системна модель функціонування підприємств міського електротранспорту в реальних умовах, що забезпечує оптимізацію управлінських рішень на основі широкого використання ресурсозберігаючих технологій з урахуванням багатоаспектного і недостатньо формалізованого характеру однорідних об'єктів і процесів (рухомий склад та технічне супроводження його в процесі цільового використання за призначенням, систему електропостачання, колійне господарство, організацію перевезення пасажирів та ін.). Запропонована модель дозволяє адекватно формалізувати виробничі процеси міського електротранспорту і на основі єдиних критеріїв системної ефективності оптимізувати кількісні та якісні показники фактичного використання матеріальних, енергетичних, трудових, інформаційних та фінансових ресурсів.

Для окремих задач системної моделі розроблені математичні моделі їх вирішення та оптимізації у реальному середовищі функціонування. При цьому здійснено моделювання роботи підприємств та окремих процесів споживання ресурсів, формування та задоволення попиту на пасажирські перевезення, що дозволяє визначити реальні резерви ресурсів і формувати множину відповідних показників оптимізації. Реалізація такого підходу забезпечує суттєве поліпшення роботи міського електротранспорту, мінімізуючи матеріальні, енергетичні, трудові, інформаційні та фінансові ресурси на здійснення заданих обсягів перевезень та максимізуючи отримані від них доходи.

Розроблена математична модель взаємозв'язку процесів витрат ресурсів із зовнішнім середовищем функціонування, що дозволяє оптимізувати ресурс рухомого складу умов і режиму його цільового використання за призначенням і формувати раціональні рішення при стратегічному та оперативному управлінні проектами ресурсозберігаючої експлуатації. Запропонована модель є конструктивною основою для організації моніторингу ресурсовикористання на підприємствах міського електротранспорту.

- одержали подальший розвиток:

Моделювання процесів енергоспоживання на міському електротранспорті з урахуванням режимів буксування і рекуперативного гальмування, особливостей руху транспортних засобів та розподілу струмів у силових колах тягового обладнання і втрат електроенергії.

Методи розрахунку асинхронних двигунів електроприводу, що враховують закономірності тривимірного розподілу густини струму в короткозамикаючих кільцях і забезпечують зменшення ресурсомісткості електричних машин шляхом оптимізації їх геометричних параметрів.

Методика оцінки ефективності удосконалення конструкції рухомого складу при його розробці та модернізації, що забезпечує зменшення витрат ресурсів на експлуатацію технічних засобів;

- удосконалено:

Методику визначення витрат електричної енергії на перевезення пасажирів, що була покладена в основу розробки галузевих норм споживання електроенергії. Дані норми затверджені для усіх підприємств міського електротранспорту України незалежно від форм власності.

Методику оптимізації загального по підприємству технічного ресурсу транспортних засобів для цілеспрямованого розподілу рухомого складу за маршрутами з різними умовами експлуатації та максимального використання залишкового ресурсу всього парку.

Вимоги до систем, агрегатів, електричних машин та апаратів транспортних засобів, що використовуються у проектах та методику оцінки економічної ефективності впровадження проектів ресурсозбереження на підприємствах міського електротранспорту.

Результати дослідження процесів функціонування міського електротранспорту становлять теоретичну основу прийняття управлінських рішень з визначення пріоритетів розробки та впровадження відповідних проектів ресурсозбереження у структурних підрозділах підприємств та окремих маршрутах.

Таким чином, винесені на захист наукові положення і результати дисертаційної роботи складають теоретичну базу для вирішення важливої науково-технічної проблеми України - ресурсозбереження за рахунок вдосконалення систем управління ресурсами, їх структури і більш раціонального використання внутрішніх резервів міського електротранспорту.

Практичне значення отриманих результатів. Матеріали дисертаційної роботи використані при розробці Концепції розвитку міського електротранспорту в Україні та Програми виходу міського електротранспорту з кризового стану. Основні положення дисертаційної роботи також використано в Правилах експлуатації трамвая і тролейбуса (введені в дію з 16.03.1997р.), галузевих комунальних нормах України “ГКН 02.07.005-2001. Витрати електроенергії трамвайними вагонами та тролейбусами. Нормативи. Метод розрахунку” (введені в дію з 01.01.2001р.) та інших, що затверджені як єдині нормативні документи для всіх підприємств електричного транспорту України незалежно від відомчої підпорядкованості. Вони використані при розробці Концепцій і Програм розвитку Харківщини та міста Харкова і нової економічної моделі підприємств електротранспорту.

Основні результати роботи, що були передані до Науково-дослідного та конструкторсько-технологічного інституту міського господарства (м. Київ) і конструкторського бюро “Південне” (м. Дніпропетровськ), використані при розробці технічних вимог на нові трамвайні вагони та тролейбуси і їх документації.

Результати роботи використані при розробці навчальних програм для підвищення кваліфікації інженерно - технічних працівників галузі. Вони складають основу нових навчальних дисциплін "Ресурсозбереження на міському електричному транспорті" та “Ресурсозбереження на підприємствах житлово-комунального господарства” запроваджених у навчальний процес ХНАМГ згідно із статтею 7 Закону України “Про енергозбереження”. Програми цих дисциплін погоджені з Державним комітетом України з енергозбереження 12.04.2001 року.

Результати роботи також використовуються при вивченні спеціальних дисциплін “Технічна експлуатація міського електричного транспорту”, “Ремонт рухомого складу”, “Ремонтно-експлуатаційні підприємства” та при курсовому й дипломному проектуванні з спеціальності 7.092 202 - Електричний транспорт.

Особистий внесок здобувача. Особисто здобувачем опубліковано 14 основних наукових праць [1-14]. У наукових працях, опублікованих зі співавторами, особистий внесок здобувача полягає в наступному: [15] автору належать теоретичні і практичні пропозиції з розробки інформаційних систем управління проектами на МЕТ; [16] - методика оцінки впливу умов експлуатації на технічний ресурс рухомого складу (РС); [17, 22] - методи розрахунку схем та визначення раціональних параметрів протибуксовочних пристроїв; [18] - метод оптимізації елементів конструкції рухомого складу; [19, 23, 25, 26] - математичні моделі дослідження та методи оцінки ефективності системи зменшення нерівномірності струморозподілу на вагонах метрополітену в проектах ресурсозбереження; [20] - технологічне та інформаційне забезпечення системи управління технічним станом РС; [21] - концепція оцінки технічного стану МЕТ; [24] -математична модель для прогнозування надійності тягових електродвигунів рухомого складу; [27] - оцінка методів підвищення коефіцієнта зчеплення колісних пар рейкового рухомого складу; [28] - методика визначення оптимальних параметрів магнітних систем електричних апаратів для зменшення матеріаломісткості; [29] - методика дослідження системи дугогасіння з зменшеною енергією розсіювання; [30] - оптимізація монтажу електрообладнання тролейбусів в проектах модернізації; [31] -аналіз методів підвищення тягових властивостей трамвайних вагонів; [32-34] -формули винаходу; [35] - оцінка факторів реалізації сили тяги; [36] - нова методика розрахунку короткозамикаючих кілець асинхронних двигунів для зменшення їх матеріаломісткості; [37] - автором розроблено методичне забезпечення дослідження витрат електроенергії на підприємствах МЕТ за узагальненими статистичними даними для проектів ресурсозбереження; [38-39] - наукове та практичне забезпечення проектів ресурсозбереження на МЕТ.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень доповідалися, обговорювалися і схвалені на міжнародних науково-практичних конференціях: “Проблеми й перспективи ресурсозбереження в житлово-комунальному господарстві” (м.Харків, 1995р.); “Інформаційні технології на транспорті. Стан справ та основні напрямки розвитку” (м.Київ, 1998р.); “Сталий розвиток міст” (м.Харків, 2002р.); “Устойчивое развитие городов. Проблемы и перспективы энерго-, ресурсосбережения жилищно-коммунального хозяйства” (м.Харків, 2003р.); всеукраїнських науково-практичних конференціях „Устойчивое развитие городов. Проблемы реализации реформирования отрасли жилищно-коммунального хозяйства” (м.Харків, 2003р.) і „Устойчивое развитие городов. Реформирование городского электротранспорта, подготовка кадров в свете государственной программы жилищно-коммунального хозяйства Украины” (м.Харків, 2004р.); обласній науково-технічній нараді “Шляхи розвитку та зміцнення матеріально технічної бази підприємств міського електричного транспорту і взаємодія з виробничими підприємствами” (м.Харків, 2001р.); засіданнях Науково-технічних рад Державного комітету України з житлово - комунального господарства (м.Київ, 1994 - 2004рр.); на науково-виробничих нарадах спеціалістів і керівників підприємств, які проводились президією Корпорації підприємств МЕТ України (Донецьк, Запоріжжя, Київ та ін., 1995-2004рр.); науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів і співробітників Української державної академії залізничного транспорту (Харків, 1995-2003рр.); науково-технічних конференціях викладачів і співробітників ХНАМГ ( 1992 - 2004 рр.). У повному обсязі дисертаційна робота доповідалась на розширених засіданнях кафедри “Міський електричний транспорт” ХНАМГ у 2003 та 2004 роках та кафедри „Системні методи аналізу в економіці та бізнесі” НТУ за участю членів спеціалізованої ради в 2004 р.

Публікації. За темою дисертації автором опубліковано 49 наукових праць (36 основних і 13 додаткових), серед яких 33 - у наукових журналах і збірниках наукових праць; 5 - тези доповідей на науково-технічних конференціях, 6 - патенти України.

Структура і обсяг роботи. Дисертація містить вступ, 5 розділів, висновки, список використаних джерел і додатки. Обсяг дисертації складає 297 стор., у тому числі 286 стор. основного машинописного тексту, 63 рисунків, 22 таблиці. Список використаних джерел включає 324 найменування. У додатку вміщено також матеріали, що підтверджують апробацію і впровадження результатів роботи.

міський транспорт ресурсозбереження стратегічний



Основний зміст роботи

У вступі розкрито сутність та значущість для народного господарства проблеми раціонального використання ресурсів при експлуатації МЕТ. Відзначено, що ресурсозбереження, зокрема енергозбереження визнано пріоритетним напрямком державної політики України. У зв'язку з цим обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані її мета і задачі дослідження, визначені її наукова новизна і практичне значення, подано загальну характеристику роботи.

В першому розділі розкрита проблема забезпечення функціонування міського електричного транспорту необхідними ресурсами в умовах невизначеності та наведені основні шляхи її вирішення.

Представлений аналіз фактичного стану ресурсозбереження на міському електротранспорті, його законодавчого, нормативного, технічного і наукового забезпечення та потреби галузі. Виконана соціально-економічна оцінка досліджуваної проблеми ресурсозбереження на МЕТ. Визначено, що в житлово-комунальному господарстві вирішенню проблеми ресурсозбереження не приділялась значна увага, оскільки головними були витратні принципи господарювання. Хоча за останні роки і в цій галузі було прийнято ряд програм з ресурсозбереження, підвищена роль наукового забезпечення, але комплексне наукове вирішення проблеми ресурсозбереження ще не сформовано. Крім того, на підприємствах МЕТ внаслідок нераціонального використання ресурсів збільшується собівартість перевезень, погіршується якість обслуговування та проявляється ряд інших наслідків, що негативно впливають на роботу підприємств у цілому. Тому розробка системи наукових положень ресурсозбереження при експлуатації рухомого складу МЕТ є актуальною і важливою як для економіки міст, так і для всього господарчого комплексу держави.

Розглянуті результати фундаментальних наукових робіт як вітчизняних, так і зарубіжних вчених в області управління проектами та розвитку виробництва з ресурсозбереження, які показують, що проблема раціонального споживання ресурсів є в даний час однією з основних і актуальних наукових проблем. Відзначено, що значний внесок у вирішенні цієї проблеми внесли наукові школи, очолювані такими вченими як П.Р. Левковець, С.Д. Бушуєв, В.А. Рач, А.І. Білоконь, Л.М. Шутенко, Дж. Нейман, Дж. Дантціг та ін. Питанню формування ресурсозберігаючої технічної експлуатації приділяється значна увага в роботах І.П. Курнікова, А.І. Воркута, В.В. Рудзінського - стосовно автомобільного транспорту, В.П. Веклича, І.С. Єфремова, В.Є. Розенфельда, Г.П. Щербини - електричного транспорту, Е.Д. Тартаковського, М.І. Данька, О.Л. Голубенка, Г.К. Гетьмана, В.М. Самсонкіна - залізничного транспорту та багатьох інших вчених.

На основі аналізу наукових досягнень з ресурсозбереження виявлено, що для вирішення проблеми раціонального використання ресурсів при наданні транспортних послуг населенню міським транспортом, необхідно впроваджувати ресурсозберігаючі проекти, технології і режими поряд з використанням стимулів для їх застосування. При цьому, вирішення задач проблеми раціонального використання ресурсів повинно базуватися на науково обґрунтованій концепції ресурсозбереження в нових умовах господарювання як при сучасному складі і стані основних фондів, так і з використанням методів управління проектами, бізнес-процесами, логістики, менеджменту, маркетингу, інжинірингу та можливостей нової техніки.

Відзначено, що міський електричний транспорт слід розглядати як комплексну виробничу багатогранну систему, яка функціонально об'єднує виробничі підприємства й забезпечує потреби населення в перевезеннях; систему, що використовує внутрішні та споживає зовнішні ресурси. Наведено результати дослідження МЕТ при його експлуатації з позиції системного аналізу за критеріями ресурсозбереження. Експлуатація транспорту є комплексним процесом, що складається з трьох підсистем: управління експлуатацією, комерційної та технічної експлуатації. Кожна з цих підсистем має свої функціональні завдання, для виконання яких необхідні відповідні ресурси. Тому для забезпечення ресурсозбереження при експлуатації МЕТ представлені та розглянуті такі рівні розробки та управління проектами: транспортна система міста, підприємства МЕТ, технологічні процеси пасажирських перевезень, утримання, технічного обслуговування та ремонту об'єктів і технічних засобів

Визначені основні ресурси міського електротранспорту, розглянуті їх склад, структура, нормативні вимоги й методи управління ними. Показано, що основними ресурсами для міського електротранспорту є матеріальні, енергетичні, трудові, інформаційні та фінансові, що складають до 85% у собівартості транспортних послуг. Це свідчить про першочерговість прийняття рішень з раціонального використання відповідних ресурсів.

Оцінено рівень ресурсозбереження на МЕТ та виявлено його резерви. Відзначено, що в рамках управління проектами відповідний рівень ресурсозбереження забезпечується процесами управління ресурсами проекту. визначені вимоги до ресурсозбереження та встановлено, що для забезпечення їх виконання на МЕТ потрібно розробити на науковій основі комплекс організаційних, технічних, економічних та соціальних заходів.

Встановлено закономірності ресурсовикористання та обґрунтовані показники оцінки ефективності споживання ресурсів. Зокрема запропоновано оцінювати споживання ресурсів за питомими витратами на одну транспортну послугу. Відзначено, що цей показник за останні шість років збільшився майже в 2,3 раза, в той же час зросли витрати на одиницю пробігу в 2,6 раза, а відношення виручки до витрат зменшилось на 12 % (рис.1).

Систематизовано основні напрямки ресурсозбереження при експлуатації МЕТ в ринковому середовищі. Оскільки ресурсозбереження - організаційна, економічна, технічна, наукова, практична та інформаційна діяльність, методи, процеси, то показано, що ресурсозбереження необхідно розглядати як комплексну систему. Це дає можливість на основі системного аналізу досліджувати складові структури комплексної системи ресурсозбереження.

Запропоновано комплекс проектів ресурсозбереження як визначеної в часі цілеспрямованої сукупності дій і завдань для управління ресурсами, вдосконалення їх структури, оптимізації ресурсних потоків на виробництві і удосконалення організаційного управління, розробки та адаптації математичних моделей для вирішення задач організаційного управління на МЕТ. Основними з проектів (рис. 2) є: дослідження енергоспоживання та встановлення нормативів витрат, оптимізація розподілу ресурсів для підприємств МЕТ і їх структурних підрозділів, модернізація технічних засобів МЕТ, нормування споживання ресурсів, оптимізація розподілу рухомого складу за маршрутами, забезпечення працездатного стану об'єктів та технічних засобів МЕТ, мінімізація втрат у системах електропостачання.

Розроблено структуру наукових основ ресурсозбереження та алгоритм вирішення наукової проблеми (рис.3), сформульовано мету та відповідно до неї завдання дослідження.

Другий розділ присвячено методологічним аспектам управління проектами ресурсозбереженням на МЕТ. Обґрунтовано методологію раціонального управління ресурсами та визначені методологічні аспекти побудови моделей витрат ресурсів. Розроблено ієрархічну структуру задачі з моделювання ресурсовикористання при експлуатації МЕТ (рис. 4).

Експлуатацію міського електричного транспорту пропонується розглядати не тільки як систему за виробничим функціональним призначенням, але і як комплексну соціально-економічну систему: перетворення попиту на транспортні послуги до пасажироперевезень; технологічну систему та систему споживання ресурсів для транспортної роботи. Узагальнено як експлуатація МЕТ потребує витрат певних ресурсів, потрібних для виконання запланованих обсягів транспортної роботи відповідно до попиту на пасажирські перевезення. На основі цього розглядаються методи моделювання процесів ресурсовикористання, системна моделів функціонування, моделі процесів і даних. Обґрунтовані методи формалізації задач ресурсозбереження на МЕТ, які дозволяють вирішувати ці задачі при управлінні відповідними проектами.

Запропоновано концептуальний підхід до формування системної моделі функ-ціонування МЕТ і розроблено системну модель, що базується на принципі функціо-нальної єдності його об'єктів та систем. Це дозволяє розробляти математичні моделі для формулювання завдань проектів з раціонального використання матеріальних, енергетичних, трудових, інформаційних та фінансових ресурсів.Системну мету функціонування МЕТ на i-му проміжку часу можна подати у вигляді

, (1)

де П - прибуток підприємства на i-му проміжку часу при раціональному використанні матеріальних, енергетичних, трудових, інформаційних та фінансових ресурсів на заданому рівні якості обслуговування пасажирів; Дi - доходи підприємства; Si -матеріальні, енергетичні, інформаційні та трудові ресурси, витрачені на функціонування виробничих процесів МЕТ; SHi - накладні витрати на i-му проміжку часу; SAi - амортизаційні нарахування на повне відновлення основних виробничих фондів; і - інтервали часу; І - кількість інтервалів.

Ефективність функціонування МЕТ значною мірою залежить від комплексного вирішення множини задач Зjk , які зорієнтовані на досягнення високих кінцевих результатів діяльності підприємства при раціональному використанні усіх видів ресурсів. Множина задач Зjk, спрямованих на забезпечення необхідного рівня ефективності та якості функціонування МЕТ, яку необхідно формувати з урахуванням організаційних, технологічних, технічних, економічних і соціальних аспектів діяльності підприємства, представлена при декомпозиції як дві підмножини:

Зjk = Зjk {З(1)jk ,З(2)jk };З(1)jk З(2)jk = Зjk; j = 1,2,...,J; k = 1,2,...,K,(2)

де З(1)jk - підмножина задач, розв'язання яких забезпечує досягнення необхідного рівня ефективності та якості функціонування виробничих процесів МЕТ; З(2)jk - підмножина задач, розв'язання яких забезпечує раціональне використання ресурсів; j - види ресурсів, що використовуються для розв'язання нових оптимізаційних задач; k - етапи життєвого циклу функціонування МЕТ.

Виконана структуризація системної моделі для формування проектів ресурсозбереження на МЕТ у вигляді чотирьох незалежних за характером і критеріями функціонування підсистем: населення з попитом на транспортні послуги; транспортна мережа; виробничо-технологічний потенціал, що включає виробничі об'єкти та рухомий склад, а також споживачів транспортних послуг. Розглянуто виробничо-технологічний потенціал як об'єкт управління, що функціонує в певному середовищі. Розроблена блок-схема управління виробничо-технологічним потенціалом МЕТ. Управління виробничо-технологічним потенціалом здійснюється шляхом зміни структури і параметрів її окремих підсистем. Розглянута система оперативного управління споживанням ресурсів у виробничо-технологічному потенціалі. Розроблені математичні моделі об'єкта дослідження і навколишнього середовища.

Запропоновано нові науково-методичні підходи щодо розв'язання актуальних проблем ресурсозбереження в проектах вдосконалення експлуатації МЕТ та концепцію її структуризації як системно узгодженого комплексу механізмів. Розроблена методологія функціонального моделювання і розробки моделей ресурсозбереження на МЕТ та встановлено зв'язок між моделями процесів та моделями даних експлуатації.

Розглянуто методи управління комунікаціями проектів ресурсозбереження на міському електротранспорті. На основі аналізу сучасного програмного забезпечення, методів та засобів управління і формування ресурсів підприємств обґрунтовано методологію раціонального управління ресурсами та створення баз даних при експлуатації МЕТ. Це дало змогу створити функціональну модель експлуатації для системного аналізу із застосуванням інструментальних CASE-засобів.

Показано, що інформаційна система управління проектом - це організаційно-технологічний комплекс методичних, технічних, програмних і інформаційних засобів, спрямований на підтримку і підвищення ефективності процесів управління проектом. На основі сучасних стандартів управління проектами, зокрема професіональних пакетів Microsoft Project, Spider Project, MS Project Manager 2002, розроблена система управління процесами функціонування підприємств МЕТ.

Розроблено методологічні підходи визначення вимог експлуатації до вдосконалення технічних систем (ТС) МЕТ, що передбачають розглядати ТС з різних сторін: як системно-структурний об'єкт, як об'єкт функціонування і як об'єкт розвитку, який супроводжується інноваційним процесом. Для встановлення закону розвитку ТС МЕТ обгрунтована дворівнева експонентна модель.

Відмічено фактори, що визначають процес модернізації ТС. Це політичні, економічні, соціальні, й інноваційні сторони розвитку ТС, що використовуються для первісної оцінки модернізаційної здатності ТС, а також технологічні, виробничі, експлуатаційні й інноваційні сторони розвитку, які використовується вже при безпосередній оцінці готовності до модернізації ТС. Розглянуто також фактори і встановлено критерії оцінки ризику проведення модернізації технічних систем МЕТ.

У третьому розділі розглянуто питання моделювання використання ресурсів на міському електричному транспорті за ринкових умов. Розроблено математичні моделі системи функціонування МЕТ та енергоспоживання.

У загальному вигляді експлуатація МЕТ представлена моделлю:



(3)

де КЯ - множина показників якості рухомих одиниць; WР - множина показників опору рухові вздовж траси; SТ - множина причин зміни режимів уздовж траси; QЕ - множина показників перевізного процесу вздовж траси (середні дальності поїздок, швидкості сполучення); EЕ - множина показників економічних обмежень (готовність парку, час на перерви, втрати від відмов тощо); UТЕ, PТЕ - підмножини структури та параметрів тягового електроприводу; UПС, PПС - підмножини структури і показників планування кузову і пасажирського салону.

Набір показників, що визначає мінімум спожитих на здійснення заданого обсягу пасажирських перевезень ресурсів при максимумі отриманих доходів розподіляється на три групи: 1) визначення енергетичної досконалості рухомих одиниць, 2) організація експлуатації, за якою можна оцінити відповідність транспортної роботи попитові на транспортні послуги, 3) технологічні процеси, що визначають обсяги експлуатаційних витрат.

Перетворення ресурсів відбувається як у навколишньому середовищі, коли отриманому ресурсу відповідає формування можливості ресурсозабезпечення об'єкта, так і в межах самого об'єкта, коли потреби на досягнення результату діяльності відповідають можливості об'єкта. Стосовно експлуатації міського електротранспорту це означає, що задоволення попиту населення на пасажироперевезення повинно супроводжуватись відповідними сплатами, а забезпеченню необхідних обсягів транспортної роботи мають відповідати організаційні й технічні можливості підприємства.

Таким чином, усталена експлуатація міського електротранспорту означає відповідність чотирьох пар множин потреб та можливостей. Якщо П та М - множини потреб і можливостей, то їх відповідність являє собою трійку множин:



Q=(П,М,Q),

де - множина, що визначає закон, за яким здійснюється відповідність. Звідси:

(4)

де qi є ; ТР, Е, Ф та ТП - індекси, означають відповідно транспортну роботу, експлуатаційні можливості підприємства, необхідні кошти на потрібний обсяг транспортних послуг як показник задоволення потреб міського населення; В, З - індекси для позначення внутрішніх та зовнішніх потреб та можливостей.

Очевидно, що коли споживання ресурсів об'єктом дорівнює споживанню навколишнім середовищем, процес є нейтральним; якщо продукування ресурсу від об'єкта менше притоку ресурсу ззовні, то маємо збитковий процес. Для експлуатації міського електротранспорту поняття “збитковість” означає деградацію підприємства і незадоволений попит на транспортні послуги, поняття “прибутковість” - розвиток підприємства та підвищення якості транспортного обслуговування. Таким чином баланси ресурсів S можуть створювати різні комбінації:



Цими комбінаціями вичерпуються всі можливі ситуації, що можуть складатися у сфері транспортного обслуговування: якщо, наприклад, підприємство попередньо знаходилося у стабільному стані і задовольняло попит на перевезення, то поступове зменшення попиту внаслідок появи альтернативних перевізників обумовить, з одного боку, підвищення якості транспортного обслуговування, а з другого, через відповідне зменшення доходів при тих самих обсягах транспортної роботи та збереженні незмінною дотації - може означати початок деградації. Очевидно, що за допомогою цієї моделі можна формувати стратегію змін у господарчій діяльності підприємства відповідно до того чи іншого балансу ресурсів, що складається.

Показано, що неодмінною складовою реформування міського електро-транспорту є впровадження комплексу проектів з енерго- та ресурсозбереження.

Оскільки обсяги ресурсів є функціями різних складових, що повторюються, будь-яка складова х, на яку бажано впливати для удосконалення експлуатаційних показників, може виступати аргументом:

де ЕО - множина показників економічних обмежень; х - будь-які показники експлуатації.

Під х слід розуміти будь-які показники експлуатації, що поодинці або у сукупності з іншими безпосередньо або опосередковано можуть змінювати D1 та D2 - кількості одиниць в русі, наповнення і т.п.

Таким чином, удосконалення експлуатації при заданих умовах збитковості полягає у реалізації попередньо оціненої, за методом мінімаксу, ефективності змін тих чи інших показників. Оскільки будь-який показник х можна змінювати тільки дискретно, значення D1, D2 можуть трактуватися як координати точок певної ламаної відповідно до значень х, поданих на рис.5.

Умовою досягнення мінімаксу утвореної таким чином функції є дотик ламаної з побудованим в тих же координатах обмежувальним відрізком. При статистичному трактуванні задачі кутовий коефіцієнт обмежувального відрізку визначається умовною імовірністю Pr(D1) досягнення мінімуму та Pr(D2) = 1-Pr(D1) досягнення максимуму.

Таким чином, необхідність і прийнятність впровадження тих чи інших заходів, яким відповідають зміни показників х, з урахуванням потреб населення та можливостей підприємства оцінюється ступінню наближення ламаної до відрізка Q - (1-Q), і в місці дотику відповідне значення х є оптимальним, що забезпечує мінімум розбіжності між потребою населення та можливостями підприємства при максимумі різниці між потрібними і наданими ресурсами.

Показано, що найвища ефективність експлуатації МЕТ буде при виконанні умови:

(5)

де Vсп.- швидкість сполучення, Lс. - середня дальність поїздки, Lм - пробіг рухомих одиниць, В - розрахункова місткість рухомої одиниці, N- кількість рухомих одиниць, П - пасажиропотік, зi - середній коефіцієнт використання місткості.

Мінімум транспортної роботи і витрат відповідних ресурсів досягається при мінімумі функціоналу

(6)



Розроблена математична модель дозволяє визначати реальні резерви ресурсів, виявити набір показників і сформулювати новий підхід щодо удосконалення експлуатації, виходячи з мінімуму спожитих на здійснення заданого обсягу пасажирських перевезень ресурсів при максимумі отриманих доходів. З точки зору технології, як належно організованої послідовності процесів, просторові та часові функції формування попиту на пасажирські перевезення, що визначаються містобудівними, економічними та соціальними показниками міста, є незалежними і визначають кількісні та якісні показники транспортної роботи рухомого складу. Визначено складові витрат ресурсів. Встановлено, що потрібні ресурси для задоволення попиту населення на пасажирські перевезення визначаються формулою

, (7)

де Nпотр. - потрібна кількість одиниць в русі; Зт.с. - вартість робіт; ссз - середньозважена годинна ставка; kл.п. - коефіцієнт робочого часу лінійних працівників; а - питомі витрати енергії; Vе - експлуатаційна швидкість; Мт.с. - середня маса тари; Нс. - середнє наповнення; Т - діючий тариф; ДЗпотр. - частка витрат, що йде на утримання інфраструктури та інші потреби.

Виконана оцінка ефективності споживання матеріальних і енергетичних ресурсів та використання трудових, інформаційних і фінансових ресурсів на МЕТ. Встановлено вплив організаційних, технічних, економічних, соціальних заходів та підзаходів на загальний рівень ресурсозбереження за видами ресурсів на підприємствах МЕТ. Перелік факторів та ступінь їх впливу на процеси ресурсозбереження підприємствами міського електротранспорту були отримані методами експертних оцінок Делфі.

Розроблено математичну модель витрат електроенергії та обгрунтовано метод визначення витрат електричної енергії на перевезення пасажирів, який ліг в основу галузевих комунальних норм споживання електроенергії, що затверджені для усіх підприємств електротранспорту України незалежно від форм власності.

Математична модель витрат електроенергії, коефіцієнти якої визначені методом найменших квадратів має вигляд:

А=-7929,61+0,4523L1+3,6288L2+0,062174L3,(8)

де L1 - пробіг тролейбусів, L2 - пробіг трамваїв, L3 - загальний обсяг перевезених пасажирів.

Проведений аналіз адекватності моделі за критерієм Ст'юдента показав, що середнє значення похибки складає 3,58%, а найбільша похибка моделі при розрахунках для усіх підприємств України не перевищує 5%.

Виявлено та досліджені фактори, що впливають на перевитрати електроенергії при експлуатації МЕТ. Оцінено вплив режимів буксування і рекуперативного гальмування, режимів ведення рухомого складу та розподілу струмів в силових колах тягового обладнання на споживання енергетичних ресурсів. Виявлено, що втрати енергії при буксуванні рухомих одиниць МЕТ є одним з факторів ресурсовитратності та у осінні та зимові періоди року стають визначальними.

Досліджені процеси струморозподілу у силових колах тягового електрообладнання, нерівномірність яких значного мірою призводить до перевитрат електроенергії. Доведено, що максимальна нерівномірність струморозподілу в силових колах тягового приводу трамвайних вагонів може досягати 50%, а нерівномірність струморозподілу між тяговими двигунами вагонів метрополітену в 1% збільшує витрати електроенергії на 0,16%. Встановлено залежність споживання електроенергії на перевезення пасажирів від коефіцієнту нерівномірності струморозподілу: А = a + b, де А - споживання електроенергії на перевезення пасажирів; a, b - коефіцієнти, що визначають тип рухомого складу та умови руху; л- коефіцієнт нерівномірності струморозподілу.

Досліджено режим рекуперації електричної енергії як основи ресурсозбереження. Показано вплив конструкторських, технологічних та експлуатаційних факторів та тягові властивості рухомого складу.

Проаналізовано вплив технічного стану засобів системи електропостачання МЕТ на рівень ресурсовикористання. Відмічено, що неодмінною складовою втрат електроенергії у системах електропостачання міського електротранспорту є втрати на підвищення опору контактних проводів внаслідок зносу в зоні зупинок, який перевищує знос у середній частині перегону у більше ніж в 2 рази. Виявлено, що зменшення кількості пусків на секції при однакових інших умовах може забезпечувати зниження втрат енергії до 14,6 %.

Досліджено вплив умов експлуатації на показники надійності рухомого складу МЕТ. Розроблено математичні моделі, що враховують зв'язок показників витрат ресурсів з показниками умов експлуатації. Розроблена математична модель оптимізації загального по депо ресурсу рухомого складу з урахуванням умов експлуатації, яка може бути використана для вибору рішень при стратегічному й оперативному управлінні проектами ресурсозбереження. Одержано залежності зміни технічного стану рухомого складу від умов експлуатації з урахуванням таких даних маршрутів: кількість пунктів зупинок, кількість світлофорів, кількість перетинань, кількість поворотів. У результаті регресійного аналізу отримана математична модель, яка показує, що на кількість повернень рухомого складу з лінії найбільший вплив має кількість поворотів на маршруті.

...