Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Разработка и обоснование сроков службы и системы технического обслуживания и ремонта грузовых вагонов

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Лхамжавын Болд

Москва - 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ) на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент ИВАНОВ Александр Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент СЕРГЕЕВ Константин Александрович (РГОТУПС)

кандидат технических наук, доцент СИРИНА Нина Фридриховна (УрГУПС)

Ведущая организация: Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС)

Защита состоится «______» февраля 2009 г. в ______ часов

на заседании диссертационного Совета Д 218.005.01. в Московском государственном университете путей сообщений (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, 15, ауд. 2505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИТа.

Автореферат разослан «_____» января 2009 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу университета.

Учёный секретарь

диссертационного Совета, д.т.н.,

доцент А.В. Саврухин



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Улан-Баторская железная дорога (УБЖД) является важной составной частью инфраструктуры народного хозяйства Монголии. Достаточно сказать, что на долю железной дороги приходится около 97% общего грузооборота страны.

Отсюда следует особая важность обеспечения успешного функционирования УБЖД, которое во многом зависит от эффективности работы ее вагонного хозяйства (ВХ).

Это означает, что обеспечение перевозочного процесса работоспособным подвижным составом следует осуществлять не любой ценой, а при минимальных издержках при обеспечении безопасности движения приемлемом уровне. Это возможно при постоянном совершенствовании технической базы предприятий и повышении квалификации персонала ВХ.

Отправной точкой при планировании этой работы должно быть расчетное обоснование параметров системы технического обслуживания и ремонта (ТОР) вагонов и нормативных сроков их службы. При этом необходимо учитывать возрастной состав парка вагонов, интенсивность использования его по назначению, требования к обеспечению безопасности движения и т.п.

К сожалению, до настоящего времени отсутствует методология всестороннего комплексного анализа действующей системы ТОР вагонов и методики ее расчетного обоснования. Это явно не способствует принятию эффективных технических и организационных решений в ВХ УБЖД.

Данная диссертационная работа направлена на устранение указанных недостатков.

Цель работы. Разработка инструментария для научного планирования мероприятий, направленных на совершенствование технической базы предприятий ВХ и организации ремонта. Роль упомянутого инструментария играет методика расчетного обоснования нормативного срока службы, структуры и параметров системы технического обслуживания вагонов.

Проведенные с этой целью исследования включают в себя решение следующих основных задач: разработки методов сбора и обработки эксплуатационных данных о повреждениях и отказах вагонов, реальных затратах на различные типы ремонтов и технического обслуживания, возрастном составе парка вагонов и т.п.; критический анализ действующей системы ТОР грузовых вагонов, методы и принципы организации их технического содержания; в рамках оптимизации системы ТОР вагонов и их сроков службы выбора объекта оптимизации, критерия оптимизации и ограничений на объект оптимизации. Кроме того, разработан алгоритм и программное обеспечение для решения поставленной задачи; оценки ожидаемого экономического эффекта, получаемого благодаря переходу от действующей системы ТОР к предлагаемой оптимальной.

Объект исследования. Система ТОР вагонов на УБЖД.

Предмет исследования. Оптимизация системы ТОР, сроков службы и периодичности контроля технического состояния вагонов в эксплуатации.

Методы исследования. Исследования выполнялись на основе методов математического анализа, теории вероятностей, математической статистики и теории надежности. вагон ремонт парк

Научная новизна. При оптимизации системы ТОР вагонов непосредственным образом впервые учитывались такие составляющие эксплуатационной среды как оборот вагона и протяженность гарантийных участков ПТО. Кроме того, разработана методика расчетного обоснования протяженности гарантийных участков ПТО вагонов.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается:

- использование обширного статистического материала, накопленного на предприятиях УБЖД, что позволяет учитывать при расчетах конкретные условия эксплуатации;

- использование классических методов теории вероятностей, математической статистики.

Практическая ценность. Методика оптимизации системы ТОР и сроков службы позволит на научной основе строить техническую политику в области ВХ УБЖД в части совершенствования информационной базы, разработки технических требований к закупаемым за границей вагонам, нормирования гарантийных участков ПТО вагонов и параметра безопасности подвижного состава и т.п.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-технических конференциях (Москва, МИИТ), заседаниях кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» МИИТа, заседании НТС УБЖД.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано четыре статьи, из них одна в издании, рекомендованном ВАК по специальности 05.22.07.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Общий объем составляет 175 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко обоснована актуальность темы диссертации.

В первой главе на основе анализа проблем ВХ УБЖД сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Техническое содержание подвижного состава можно определить как процесс парирования его отказов и повреждений - случайных для персонала ВХ и по времени, и по месту обнаружения, и по своим последствиям, и по причинам возникновения, и по требуемым средствам и ресурсам для их устранения, и по объемам восстановительных работ, и т.п.

Кроме того, чтобы придать упомянутому процессу функцию хотя бы частичного управления техническим состоянием подвижного состава в число мероприятий ВХ обычно включаются меры предупредительного характера, в основном двух типов:

- планирование во времени и по объемам работ по контролю технического состояния подвижного состава, по поддержанию и восстановлению его работоспособности;

- модернизация морально устаревших агрегатов и элементов вагонных конструкций, которая должна осуществляться не только на предприятиях ВХ, но и путем разработки технических требований на новые конструкции вагонов.

Следовательно, эффективность работы ВХ обусловлена не только техническим уровнем вагоноремонтной базы и организации технического содержания, но и прочностью и надежностью вагонных конструкций.

Большой вклад в развитие научно-методических основ совершенствования вагоноремонтной базы и организации ремонта внесли М.М. Болотин, А.Л. Бородовский, В.П. Бугаев, В.И. Гридюшко, А.А. Иванов, В.А., Ивашов, А.В. Кирилюк, Н.З. Криворучко, В.Ф. Криворудченко, Н.Г. Мартынюк, К.В. Мотовилов, М.В. Орлов, Г.В. Райков, К.А. Сергеев, Н.Ф. Сирина, В.И. Сенько, Г.К. Сендеров, И.Ф. Скиба, А.С. Ступин, П.А. Устич, А.В. Шилович, И.И. Хаба и др.

Вопросам совершенствования вагонных конструкций, методов оценки НДС и динамических характеристик посвящены работы П.С. Анисимова, А.Н. Балалаева, С.В. Беспалько, Ю.П. Бороненко, С.В. Вершинского, В.В Кобищанова, Е.П. Королькова, В.Н. Котуранова, В.Д. Кузьмича, Т.В., Лисевич, В.В. Лукина, В.Г. Мышкова, Л.Н. Никольского, Е.Н. Никольского, М.Н. Овечникова, М.М. Соколова, В.Н. Филиппова, В.Д. Хусидова, Л.А. Шадура и др.

Обзор выполненных исследований показал, что по-прежнему независимо развиваются в основном две упомянутые выше ветви исследований по вагонному делу. Методическое объединение указанных направлений дает возможность заниматься совершенствованием не отдельных элементов транспортной системы, а в целом, оценивая новые решения, в рамках производственно-технологических систем.

Между тем, в последние 10-15 лет появились доступные для инженерных исследований научные методы и, главное, информационные технологии, позволяющие разрабатывать модели, при помощи которых представляется возможным согласовывать параметры подвижного состава и т.н. эксплуатационной среды в рамках единой модели относительно наперед выбранного критерия. Основой указанного методического объединения, согласно результатам МИИТа, может стать новый объект исследования - система «вагон-эксплуатационная среда». Поэтому указанный новый объект в соответствии с поставленной целью подвержен исследованию в диссертационной работе. Цель настоящей работы состоит в разработке инструментария для расчетного обоснования мероприятий, направленных на совершенствование технической базы предприятий ВХ УБЖД, организации ремонта и технического обслуживания грузовых вагонов с учетом их прочности и надежности.

Во второй главе разработана усовершенствованная методика оптимизации системы технического обслуживания и ремонта вагонов.

При разработке модели системы «вагон-эксплуатационная среда» в данной работе придерживались следующих принципов:

1. Нецелесообразно разрывать жизненный цикл вагона на две независимые части: «проектирование-конструирование-изготовление вагона» и «использование его по назначению-техническое обслуживание-ремонт-исключение из инвентарного парка»;

2. Адекватность модели новым информационным технологиям;

3. Соблюдение запрета на оптимизацию показателей безопасной эксплуатации вагонов относительно критериев чисто экономического содержания;

4. Основная цель исследования рассматриваемой модели должна состоять в минимизации риска принятия ошибочного планового решения руководством транспорта.

Под эксплуатационной средой вагона понимается следующая триада:

- процесс использования вагона по назначению, интенсивность которого определяется его оборотом, среднесуточным пробегом и прочими показателями;

- динамическая, климатическая, технологическая и прочие виды нагруженности вагона, интенсивность которых определяет процесс накопления повреждений в материале конструкции;

- технический уровень предприятий ВХ, который характеризуется их мощностью, стоимостью и качеством технического содержания вагонов.

Наибольшие трудности возникают при моделировании второй составляющей эксплуатационной среды. Чтобы их обойти, в контур рассматриваемой модели целесообразно вписать действующую на УБЖД информационную систему, благодаря которой каждому мероприятию, направленному на совершенствование конструкции вагонов, технологий и организации ремонта можно поставить в соответствие изменение интенсивности потока отказов подвижного состава.

Как видно, модель «вагон-эксплуатационная среда» описывает взаимодействие вагона и предприятий ВХ, в ходе которого происходит расходование ресурсов и предприятий, и вагона. Существует ли, обобщенно говоря, такой регулятор, с помощью которого можно было бы оптимальным образом регулировать расход упомянутых ресурсов во времени? Вторая проблема состоит в следующем. Система «вагон-эксплуатационная среда» состоит из элементов различной природы. Поэтому возникает потребность в неком связующем звене, которое позволило бы рассматривать их в рамках общей математической модели.

Как показано в научных трудах МИИТа, ключом к разрешению и первой и второй проблемы является использование системы ТОР вагонов. Для этого был предложен математический аналог системы ТОР в виде матрицы межремонтных пробегов



(1)

каждый элемент l_ij которой есть j-й межремонтный пробег в пределах i-го ремонтного цикла. Здесь с помощью параметров m₁,m₂,…,m_n, удовлетворяющих неравенства

m₁<m₂<…<m_n, (2)

задается структура системы ТОР вагонов.

Матрица (1) обладает следующими свойствами:

- число ее строк на единицу больше число ЗР за срок службы вагона;

- количество элементов в i-ой строке на единицу больше числа ДР в пределах i-го ремонтного цикла системы ТОР вагона;

- сумма всех элементов матрицы - пробег вагона, за его срок службы.

Благодаря перечисленным свойствам матрицы (1) ее допустимо считать в качестве математического аналога системы ТОР вагонов, Кроме того, данная матрица отражает важную характеристику вагона - его срок службы. Поэтому она является подходящим объектом оптимизации.

Рассматриваемая матрица (1), обладает еще одним полезным для решения поставленной задачи свойством. Она приспособлена к наложению на ее элементы ограничений, позволяющих учитывать: требования безопасной эксплуатации вагонов и возможности ремонтной базы.

В самом деле, было отмечено выше, что на систему ТОР следует смотреть как на механизм регулирования расхода ресурсов ВХ и вагонных конструкций во времени. Очень важно, чтобы упомянутое регулирование происходило на базе оптимальной относительно заранее выбранного критерия системы ТОР вагонов.

В связи с этим в работе сформулированы требования к методике оптимизации системы ТОР. В частности, отмечается, что для многоуровневой иерархической системы управления железнодорожным транспортом целевая функция должна отражать качество функционирования системы на ранг выше рассматриваемой, в данном случае - вагонного хозяйства. Поэтому в качестве целевой функции принят такой показатель УБЖД как себестоимость единицы пробега (СЕП) вагона.

С учетом указанных обстоятельств сформулирована задача, направленная на оптимизацию структуры и параметров системы ТОР парка вагонов конкретного типа в виде задачи на условный экстремум:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Здесь f(l_ij) - целевая функция, определенная на множестве матриц типа (1); l_БД - параметр безопасности вагона, под которым понимается максимально допустимый пробег вагона между его глубокими диагностиками; М - мощность ремонтного хозяйства вагонов рассматриваемого типа; П(l_ij) - функция, определенная на множестве матриц типа (1), значение которой есть потребность в плановых ремонтах вагонов рассматриваемого типа в течение интересующего нас календарного года; a - коэффициент технологического запаса мощности ремонтного хозяйства вагонов рассматриваемого типа; e - коэффициент, учитывающий уровень точности эксплуатационных данных (0,05-0,1).

Требуется на множестве допустимых матриц типа (1) выбрать ту, на которой целевая функция достигает минимума.

Под допустимой матрицей понимается матрица, удовлетворяющая неравенствам (4) и (5).

В качестве целевой функции к задаче (3)-(5) принято выражение

(6)

при выводе которого учитывались затраты на приобретение вагона, на проведение деповских ремонтов (ДР), заводских ремонтов (ЗР), на текущее техническое содержание вагона, а также издержки других хозяйств УБЖД.

Здесь n - количество ремонтных циклов системы ТОР вагона за срок его службы; m_i - структура i-го ремонтного цикла; R_ДРij - затраты на j-й ДР в пределах i-го ремонтного цикла; R_ЗРi - затраты на i-й ЗР; a_ij и b_ij - параметры роста затрат на текущее содержание по мере старения вагона в j-й межремонтный период в пределах i-го ремонтного цикла; S и Q - покупная и ликвидная стоимость вагона соответственно; D - издержки других (кроме ВХ) хозяйств УБЖД, приведенные к одному вагону, приходящиеся на единицу пробега вагона.

Поскольку область определения целевой функции (6) состоит не только из квадратных матриц, то возникает потребность в переходе от матричного к скалярному аргументу этой функции. Для этого по формуле

(7)

определяется количество межремонтных пробегов за срок службы вагона.

Удельные затраты на приобретение вагона, проведение плановых ремонтов и издержек других хозяйств УБЖД, имеющих убывающий характер на соответствующих интервалах срока службы вагона, компенсируются возрастающими удельными затратами на его текущее техническое содержание. Последнее говорит о существовании глобального минимума целевой функции (6).

Для вычисления потребности в ДР и ЗР вагонов рассматриваемого типа П(l_ij) использована разработанная в МИИТе методика и соответствующий программный комплекс.

Неравенство (4), отражающее требование к обеспечению безопасной эксплуатации вагона, свидетельствует о том, что каждый элемент матрицы типа (1) не должен быть больше параметра безопасности вагона l_БД, и определяется по формуле

(8)

где l_k^(Э) - k-й экономически наивыгоднейший пробег, определяемый на основе решения задачи на безусловный экстремум (9)

В задаче (3)-(5) использовано заранее определенное оптимальное значение параметра l_БД, что продиктовано третьим из сформулированных выше принципов разработки модели «вагон-эксплуатационная среда».

Методика оптимизации параметра l_БД с учетом множества факторов является сложной задачей и заслуживает отдельного рассмотрения. В настоящей работе использована методика получения нижней оценки этого параметра

(10)



где - вероятность безотказной работы i-го элемента за время t.

При этом, каждый элемент конструкции, включаемый в расчетную схему должен одновременно иметь ограниченную контролепригодность в эксплуатации и последствия его разрушения чреваты крушением поезда.

Разрушение подобных элементов конструкции обычно происходит внезапно для персонала железных дорог, что позволяет воспользоваться экспоненциальным законом распределения их наработок до указанных событий. В этом случае выражение (10) для оценки l_БД приобретает вид

(11)

где t_i - средняя наработка i-го элемента конструкции вагона до разрушения; m_i - кратность i-го элемента в конструкции вагона; n - количество элементов, включенных в расчетную схему. Для оценки величины t_i были использованы данные эксплуатационных наблюдений за техническим состоянием вагонов.

С помощью неравенства (5) моделируется согласование экономически наивыгоднейших параметров системы ТОР с возможностями ремонтного хозяйства вагонов рассматриваемого типа, которые оцениваются его мощностью М. Введение в неравенство коэффициента a исключает вариант работы ВХ на пределе своих возможностей, без чего трудно обеспечивать требуемый уровень качества ремонта и устойчивую работу предприятий.

Структурирована база исходных данных и разработан алгоритм решения задачи (3)-(5).

В третьей главе разрабатывается методика расчетного обоснования протяженности гарантийных участков ПТО вагонов.

Важность решения этой задачи заключается в необходимости, во-первых, нормирования неотъемлемой компоненты системы ТОР вагона - периодичности контроля технического состояния вагонов в условиях эксплуатации на технических станциях. Отметим, что в приказах руководства УБЖД, регламентирующих системы ТОР вагонов, отсутствует рассматриваемая компонента. Во-вторых, - научно обосновать координаты размещения на УБЖД предприятия ВХ. В-третьих, - нахождения возможности управлять зависящими от ВХ факторами, влияющими на увеличение маршрутной скорости движения поездов, которая является важнейшим показателем работы железнодорожного транспорта. Речь идет о нахождении некой формулы влияния на протяженность безостановочного пробега вагона таких факторов как затраты на содержание ПТО, периодичность ДР, квалификация и техническая вооруженность осмотрщиков вагонов, прочность, котнтролепригодности и надежность вагонных конструкций, а также риск аварии и крушения поездов.

В основе метода решения рассматриваемой задачи лежит словесно сформулированная модель функционирования действующей системы своевременного обнаружения имеющегося на конкретном вагоне опасного повреждения. Допустимо упомянутую систему представить в виде одного действующего на рассматриваемом ПТО осмотрщика и (k-1) резервных его коллег, каждый из которых находится на своем ПТО. Резервный осмотрщик начинает действовать после допущенного брака осмотрщиком предыдущего ПТО, не обнаружившего имеющегося на вагоне рассматриваемого опасного повреждения. Этот процесс продолжается до тех пор, пока либо один из (k-1) осмотрщиков не обнаружит злополучное повреждение, либо его (по нашему допущению) обязательно обнаружат в рамках очередного планового ремонта. Здесь k - максимально возможное число попыток обнаружения имеющегося на вагоне опасного повреждения в течение его пробега, начиная от момента появления в нем этого повреждения и до очередного планового ремонта.

Таким образом, объектом рассмотрения должно быть не каждое в ПТО отдельности, а множество этих предприятий, которые проходит вагон в межремонтный период, что соответствует пробегу, равному величине l_БД при существующей стратегии ДР. Нас интересует не просто расчетным образом обоснованное решение рассматриваемой задачи, а оптимальное решение.

В качестве объекта оптимизации примем вектор пробегов вагона

(12)

где x_i - пробег вагона до i-го контроля технического состояния на интервале (0,l_БД), начиная отсчет его с нуля.

Требуется найти не только оптимальные значения x₁,x₂,…,x_n, но и оптимальное число n.

В качестве целевой функции к искомой оптимизационной задачи использована функция двух случайных аргументов, первый из которых есть непрерывная случайная величина x - наработка вагона до появления в нем опасного повреждения, а вторая - дискретная случайная величина n_i, закон распределения которой удобно представить в виде следующей таблицы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Здесь под p_i понимается вероятность того, что осмотрщик i-го ПТО обнаружил имеющееся на вагоне опасное повреждение, а (1-p_i) - есть вероятность необнаружения (вероятность брака в его работе).

С помощь этой случайной величины представляется возможным в рамках рассматриваемой методики учитывать влияние контролепригодности конструкции вагона и т.н. человеческого фактора на результат решения задачи (квалификации, технологической и трудовой дисциплины осмотрщика). А случайная величина x позволяет учитывать прочностную надежность вагонных конструкций.

Итак, аргументы целевой функции x и n_i характеризуют процесс появления и обнаружения опасных повреждений вагонных конструкций. Неслучайные же факторы, влияющие на результат решения задачи учитываются с помощью параметров с и u искомой целевой функции. Эти параметры составляют, так сказать, экономическую суть системы своевременного обнаружения опасных повреждений подвижного состава.

Параметр c - затраты на однократный контроль технического состояния вагона

(14)

где S - среднемесячные затраты на содержание и обеспечение работы ПТО; N - количество вагонов, проследовавших через данную станцию за указанный период времени; 0,16 - удельный вес затрат труда на контроль технического состояния вагонов на ПТО.

Параметр u - усредненное значение экономических потерь УБЖД из-за пребывания вагона в скрытом аварийном состоянии (САС) в течение единицы пробега

(15)

где П - усредненное значение ущерба из-за крушения поезда по вине ВХ; R - проектный уровень риска крушения за указанный период.

С помощью параметра u имеется возможность выйти на расчетное обоснование тарифов страхования перевозок грузов на железных дорогах.

По своему смысловому содержанию целевая функция есть математическое выражение эксплуатационных затрат УБЖД на обеспечение своевременного обнаружения опасных повреждений и компенсации ущерба из-за возможных аварий и крушения. Для компенсации упомянутого ущерба следует подумать о создании специального фонда накопления средств путем страхования грузов, для чего и ввести в рассмотрение параметр u. Судя по размерности аргументов целевой функции, она определена на оси х пробегов вагона. Требуется выразить эту функцию через элементы вектора пробегов D_n (12). Обозначим целевую функцию через G_Dn(n,x), при этом для упрощения индекс i при случайной величине n опустим, полагая, что уровень квалификации осмотрщиков вагонов УБЖД примерно одинаков.

Структура целевой функции такова, что затраты на компенсацию последствий аварий и крушений поездов уравновешиваются затратами на организацию своевременного обнаружения опасных повреждений вагонов в эксплуатации. Поэтому существование экстремума целевой функции не вызывает сомнений

Поскольку аргументами целевой функции являются случайные величины, то сама функция принимает случайные значения. В таком виде оставлять целевую функцию для решения поставленной задачи неприемлемо. Для устранения указанной преграды была последовательно усреднена функция G_Dn(n,x) сначала по величине n, а затем и по случайной величине x.

Так, математическое ожидание рассматриваемой функции при n=4 имеет вид



Можно заметить определенную рекуррентную закономерность в последних четырех формулах этого соотношения. Это позволяет заменить их одной формулой

(17)

Тем самым, для дальнейшего решения поставленной задачи имеется выражение для математического ожидания функции G_Dn(n,x) по случайной функции n для любого n.

Взяв теперь математическое ожидание от функции M_nG_Dn(x) по случайной величине x, получим целевую функцию в виде, приспособленном для использования в оптимизационной задаче.

(18)

где F(x) - функция распределения наработки x вагона до появления (не до обнаружения) опасного повреждения;

(19)

Зная F(x), требуется найти такой вектор пробегов вагона до контролей технического состояния (в пределах между соседними плановыми ремонтами (0,l_БД)), на котором целевая функция (18) принимает минимальное значение.

Данная задача вполне разрешима, однако существует весьма серьезное препятствие. По нашим данным даже крупнейшие транспортные системы, включая РЖД, не располагают действующим механизмом сбора и накопления эксплуатационных данных, пригодных для идентификации функции распределения F(x).

С учетом указанного обстоятельства целевая функция использована в настоящей работе в предположении отсутствия информации о F(x). Как видно из структуры правой части (18), существует такая функция F^*(x), на которой достигается максимум эксплуатационных потерь

(20)

Получаемая при этом погрешность, пойдет гарантированно в запас безопасности движения. Правда, этот запас может быть слишком большим.

Теперь остается на интервале (0,l_БД) выбрать такой вектор пробегов до контролей технического состояния D_n, на котором выражение (20) принимает минимальное значение, что можно записать в виде

(21)

которое, соответственно, и является искомым критерием оптимизации пробегов вагона до контролей технического состояния на интервале (0,l_БД).

Методика решения подобных минимаксных задач известна. В данном случае оптимальные пробеги x_i , в которые следовало бы контролировать техническое состояние вагона, могут быть вычислены по формуле

(22)

где n^* - наибольшее n, при котором выполняется неравенство



(23)

Для оценки протяженности гарантийного участка ПТО можно

использовать выражение

(24)

Формула (22) может быть использована при более совершенной форме организации контроля технического состояния вагонов в эксплуатации - каждого в отдельности вагона, например, в рамках действующей в настоящее время системы централизованного пономерного учета вагонов, функционирующей в РФ.

Задавшись исходными данными (см. табл. 2), с помощью формулы (24) проведен анализ влияния некоторых из указанных выше факторов на протяженность гарантийного участка ПТО вагонов. Заметим, что приведенным данным соответствует тариф на страхование пробега вагона (n), равный 150 руб. за 1000 км пробега.

Влияние на l_гу таких важных факторов как брак в работе осмотрщиков (1-р), затраты на контроль технического состояния вагона показано в виде номограмм. Эти данные удобно представить в виде матрицы (см. табл.3).

Таблица 2. Значения исходных данных

Фактор	Обозн.	Размерн.	Значение
Усредненное значение ущерба от крушения поезда	П	руб.	360·106
Параметр безопасности вагона	lБД	мес.	20
Проектный риск крушения поезда	R	-	10-4
Среднесуточный пробег вагона	lср.сут.	км	400



Таблица 3. Матрица длин гарантийных участков l_гу, км

Стоимость одного осмотра С, руб./вагон	Вероятность брака осмотрщика (1-р), (-)
	0,7	0,65	0,6	0,55	0,5	0,45
1	493	532	569	603	635	666
1,275	557	601	642	681	718	752
1,5	604	652	697	741	779	816
2	700	755	805	854	899	949
3	857	926	987	1048	1106	1159
4	992	1071	1143	1203	1276	1336

Также построена кривая (см. рис. 2), отражающая зависимость между материальным стимулированием работы осмотрщиков и качеством их работы. Так при увеличении затрат на контроль технического состояния вагона (а значит и на зарплату осмотрщиков) с 2 до 4 руб., безостановочный пробег вагона может быть увеличен с 854 до 1336 км, т.е. почти на 500 км. Тем самым увеличиваются такие важные транспортные показатели, как маршрутная скорость поездов, оборот вагона и др., а также сократятся расходы ВХ за счет уменьшения количества ПТО на железной дороге.

Как известно, брак в работе осмотрщиков может иметь и имеет порой весьма серьезные последствия. В то же время эта категория работников в основном полагается на т.н. органолептические методы обнаружения опасных повреждений. Причем на контроль технического состояния вагона даже в сложных погодных условиях выделено в среднем 40-60 сек. Для успешной работы осмотрщик должен не только хорошо знать и понимать особенности работы основных агрегатов вагона и поезда в целом, но и обладать хорошим зрением, обонянием, слухом и осязанием, а также определенными чертами характера и психофизиологическими свойствами, например, наблюдательностью, дисциплинированностью, способностью и волей принимать ответственные решения, и т.п. Это тот набор качеств, которыми в совокупности обладает незначительный процент работников.



Рис. 2. Кривая «стоимость-качество» работы осмотрщика.

Для привлечения на конкурсной основе в штат осмотрщиков, отвечающих указанным требованиям, транспортная наука должна указать, по крайней мере, необременительные для экономики транспорта источники финансирования резкого повышения их заработной платы.

Приведенные выше данные позволяют ставить в практической плоскости следующий вопрос. На сколько следует увеличить безостановочный пробег вагона (поезда) для получения такого экономического эффекта, которого с избытком хватило бы на повышение в 2-3 раза заработной платы рассматриваемой категории работников. При этом должен быть обеспечен уровень безопасности движения, по крайней мере, не ниже, чем до повышения заработной платы осмотрщикам.

Транспортная наука в полной мере сможет реализовать указанную задачу, если она, во-первых, сможет располагать данными о реальном уровне качества работы осмотрщиков (р_i) и, во-вторых, будет иметь возможность определять оптимальные значения протяженности гарантийных участков ПТО (l_гу) относительно экстремума целевой функции (18).

Для этого следует разработать и внедрить общесетевую автоматизированную систему (АСК) своевременного обнаружения опасных повреждений вагонов, находящихся в эксплуатации.

По данным АСК можно будет не только обеспечить гласный контроль качества работы буквально каждого осмотрщика вагонов (в том числе осмотрщиков-пролазчиков), тем самым повысить эффективность работы ревизорского аппарата дороги. По специальной методике впервые представляется возможным идентифицировать F(x) - функцию распределения наработки того или иного узла или агрегата вагона до появления опасного повреждения.

В четвертой главе приведено расчетное обоснование перспективной системы ТОР и сроков службы полувагонов УБЖД.

Наиболее трудоемким этапом решения является этап конкретизации базы исходных данных, структура которой приведена во второй главе.

Для получения зависимости затрат на плановые виды ремонта вагонов по мере их старения проанализированы фактические затраты на проведение этих ремонтов, выполненных в течение 2006 г. и девяти месяцев 2007 г. для полувагонов различных годов выпуска (изготовления). В табл. 3 и 4 приведены фрагменты этой информации.

Таблица 3. Фрагмент данных о затратах в 2007 г. на ДР полувагонов 1985 г. выпуска

№	Номер вагона	Дата последнего ДР	Дата постановки в ДР	Дата последнего ЗР	Результаты калькуляции, туг.	Результаты калькуляции, у.е.*
1	810549	2003-12-25	2007-01-12	2005-01-12	451971	381,7
2	810655	2004-01-15	2007-01-22	2005-01-20	369079	311,7
3	810663	2004-01-14	2007-01-04	2005-01-04	397669	335,9

* - калькуляция расходов ведется в Монгольских тугриках, в расчетах приняты условные единицы, пересчитанные по курсу 1184 у.е./Монгольский тугрик



Таблица 4. Фрагмент данных о затратах в 2007 г. на ЗР полувагонов 1987 г. выпуска

№	Номер вагона	Дата последнего ЗР	Дата постановки в ЗР	Дата последнего ДР	Результаты калькуляции, туг.	Результаты калькуляции, у.е.
1	812172	1997-05-06	2007-01-23	2006-01-03	4380146	3699,4
2	812560	1997-03-26	2007-01-26	2006-01-02	3266026	2758,5
3	812529	1997-07-23	2007-03-02	2006-02-16	3096185	2615,0

На основании обработки подобной информации для различных годов выпуска полувагонов получены теоретические зависимости роста затрат на плановые ремонты по мере старения вагонов. При аппроксимации эксплуатационных данных линейной функцией вида

y=ax+b (25)

с помощью метода наименьших квадратов получены оценки параметров a и b этой функции (см. табл. 5).

Согласно полученным данным оказалось, что величина средних расходов на ремонт новых вагонов и вагонов, отслуживших более 10 лет, различаются примерно на 10% для ДР и на 5% для ЗР. Полученные результаты ставят под сомнение достоверность информации, заносимой в дефектные ведомости и бухгалтерские отчеты. Поэтому в настоящей работе рост затрат на ДР и ЗР по мере старения вагона смоделированы расходы на плановые ремонты приняты на уровне средних затрат на один ремонт (для ДР - равными 380 у.е., для ЗР - 3900 у.е.). Рост затрат на плановые ремонты по мере старения вагона моделируются с помощью введения в рассмотрение трапециидальных матриц межремонтных пробегов типа (1).



Таблица 5. Параметры роста затрат на плановые ремонты

Год	ПР	а, у.е./год	b, у.е	Год	ПР	а, у.е./год	b, у.е.
2006	ДР	0,72	333,0	2007	ДР	1,03	345,47
	ЗР	3,27	2904,2		ЗР	2,03	3861,5

Остановимся вкратце на методике оценки параметров a_ij и b_ij - роста затрат на текущее техническое задержание. Их значения получены в соответствии с соотношениями

и (26)

где - параметры роста затрат на техническое обслуживание, контроль технического состояния и безотцепочный ремонт вагонов на ПТО;

- параметры роста затрат на техническое обслуживание и текущий ремонт при подготовке вагона к перевозкам на ППВ;

- параметры роста затрат на текущий отцепочный ремонт.

Коэффициенты и находились из решения двух систем алгебраических уравнений

(27)

(28)

составленных из условия сохранения баланса затрат на выполнение рассматриваемых видов работ. Здесь



и (29)

есть удельные затраты при выполнении соответствующих рассматриваемых видов работ, где А и В - затраты на содержание соответственно ПТО и ППВ в течение года; N - число вагонов, проследовавших через ПТО в течение года;

m - число вагонов, подготовленных к перевозкам на данном ППВ за год;

l_гу - протяженность гарантийного участка ПТО вагонов; l_об - оборот вагона, характеризующий интенсивность его использования по назначению.

Для оценки параметров была предварительно собрана информация о фактически выполненных ремонтных работах и их стоимости на всех пунктах технического обслуживания УБЖД (пример см. табл. 5).

Таблица 5. Фрагмент информации о текущих ремонтах полувагонов, выполненных на ПТО Чойр в 2006 г.

№ п/п	Номер вагона	Дата ПР	Дата тек. ремонта	Нара-ботки, сут.	Нара-ботки, тыс. км	Суммарные рас-ходы, у.е./1 вагон.
1	805200	02.01.2007	04.01.2007	2	0,4	0,04
2	805317	24.01.2007	08.02.2007	15	3	0,15
3	805275	29.08.2006	18.09.2006	20	4	0,24

Полученный массив данных был разбит на группы в соответствии с возрастными группами полувагонов. Для каждой группы построена кривая роста суммарных затрат по мере отдаления от планового ремонта, получено апроксимирующее уравнение, расчитан коэффициент детерминации (см. рис. 3, например, для вагонов 1972 г.). Полученные результаты имеют высокие значения коэффициентов детерминации, что говорит о хорошей точности описания полученной статистической информации расчетной кривой.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Рост затрат на текущие ремонты по мере старения вагонов 1972 года выпуска

Таким образом, расчетные значения параметров роста затрат на текущее техническое содержание (а_ij и b_ij) приведены в табл. 6 и табл. 7.

Таблица 6. Расчетные значения параметров а_ij, у.е./тыс.км

Номер цикла i	Номер межремонтного периода j
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	2,1892	2,2284	2,2676	2,3068	2,346	2,3852	2,4244	2,4636	2,5028	2,542
2	2,2304	2,3108	2,3912	2,4716	2,552	2,6324	2,7128	2,7932	2,8736	2,954
3	2,517	2,884	3,251	3,618	3,985	4,352	4,719	5,086	5,453	5,82
4	3,081	4,012	4,943	5,874	6,805	7,736	8,667	9,598	10,529	11,46

Получение остальных значений исходных данных для решения поставленной оптимизационной задачи не представляет серьезной проблемы, принятые значения приведены в табл. 8 и табл. 9.



Таблица 7. Расчетные значения параметров b_ij, у.е./тыс.

Номер цикла i	Номер межремонтного периода j
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	0,0042	0,0204	0,0233	0,0262	0,0291	0,032	0,0349	0,0378	0,0407	0,0436
2	0,0176	0,0206	0,0236	0,0266	0,0296	0,0326	0,0356	0,0386	0,0416	0,0446
3	0,0346	0,0546	0,0746	0,0946	0,1146	0,1346	0,1546	0,1746	0,1946	0,2146
4	0,0526	0,1059	0,1439	0,1819	0,2199	0,2579	0,2959	0,3339	0,3719	0,4099

Таблица 8. Условно-постоянные затраты ИД1

№	Наименование	Обозначение	Размерность	Значение
1	Покупная цена полувагона	S	у.е.	62000
2	Ликвидная стоимость полувагона	Q	у.е.	6200
3	Затраты на ДР	RДР	у.е.	380
4	Затраты на ЗР	RКР	у.е.	3900
5	Издержки других хозяйств	D	у.е.	15000

Таблица 9 Характеристика ремонтного хозяйства по ремонту полувагонов

№	Показатель	Обознач.	Размерность	Значение
1	Мощность ремонтного депо	М	полув./год	750
2	Параметр безопасности	lБД	мес. (тыс. км)	30 (360)
3	Коэффициент технолог. запаса мощн.	A	-	1,2
4	Точность расчета	E	-	0,1

Среди всего допустимого множества структур систем ТОР w_i рассмотрена 21 структура. Сводные результаты решения оптимизационной задачи (3)-(5) приведены в табл. 10.

Оптимальной системой ТОР полувагонов для УБЖД является структура w₁₅, имеющая наименьшую себестоимость единицы пробега из всех рассмотренных структур и удовлетворяющих ограничению по возможностям ремонтной базы. Эта система имеет следующие параметры:



Здесь оптимальные межремонтные периоды приведены в годах.

При этом ожидаемый эффект при переводе всего парка полувагонов УБЖД (порядка 1500 вагонов) на оптимальную систему ТОР составит порядка 15 тыс. у.е. на каждые тыс. км пробега полувагона (15 тыс. у.е./1000 вагоно-км) или 2,2 млн. у.е./год.

Кроме того, с помощью рассмотренного оптимизационного алгоритма, получено решение еще одной задачи. Оценен объем средств, которые возможно направлять на повышение параметра безопасности вагона (lБД). Так, для повышения параметра безопасности для полувагонов с 30 до 33 месяцев, за счет изменения оптимальных параметров системы ТОР и соответствующего увеличения сроков службы полувагонов, можно выделить и распределить между различными инновационными проектами сумму порядка 376 тыс. у.е. в год. При этом величина экономического эффекта от перевода вагонного хозяйства на оптимальные параметры системы ТОР будет не ниже полученных выше 2,2 млн. у.е./год.

Таблица 10. Результаты расчета для конкурирующих структур

Обоз-нач.	Струк- тура*	Опти-мальный НССт	Потребн. в ПР на 2009 год	Расходы на ТР за НСС, тыс.у.е.	Расходы на ПР за НСС, тыс.у.е.	Себестоимость ед. работы, у.е./тыс.км	Удовлетворяет ли ограни-чению (5)
w1	8-11	40,14	731	64,29	10,36	24,81	НЕТ
w2	4-5-9	30,05	790	48,65	13,50	30,30	НЕТ
w3	9-10	40,35	745	64,52	10,36	24,72	НЕТ
w4	5-7-8	35,84	576	58,67	14,26	27,47	НЕТ
w5	6-8-10	39,87	777	65,51	15,78	26,13	НЕТ
w6	7-10	37,44	541	60,04	9,60	25,69	НЕТ
w7	4-6-8-10	35,85	761	60,65	20,82	29,09	НЕТ
w8	17	31,56	645	54,71	6,08	28,55	ДА
w9	20	34,05	759	58,84	7,22	27,53	НЕТ
w10	10-15	46,4	876	73,62	12,64	23,18	НЕТ
w11	23	36,13	846	62,27	8,36	26,78	НЕТ
w12	4-5-6-7-8	35,22	926	60,73	25,1	30,46	НЕТ
w13	4-5-6-7	54,76	624	283,51	18,45	46,63	ДА
w14	4-7-11	34,52	634	56,89	15,02	28,32	ДА
w15	7-13	40,77	677	64,43	10,74	24,69	ДА
w16	7-15	42,62	748	68,36	11,50	24,21	НЕТ
w17	7-8-9	41,26	716	67,53	15,78	25,58	НЕТ
w18	6-8-12	40,35	804	66,57	16,54	26,12	НЕТ
w19	3-5-7-9	31,08	991	52,51	19,30	31,43	НЕТ
w20	5-5-5-8-8	37,11	1031	63,85	25,48	29,55	НЕТ
w21	5-7-10	36,43	613	59,93	15,02	27,40	ДА

Примечание: * - на первом месте число элементов 1-й строки матрицы системы ТОР(число периодов в первом цикле), на втором - во 2-й (во втором цикле) и т.д.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Детально изучены особенности опыта эксплуатация грузовых вагонов УБЖД, исследовано общая характеристика УБЖД и его вагонного хозяйства.

Анализ исследованиий в области эксплуатации и организации ремонта грузовых вагонов, фактических данных о работе ремонтного предприятия и других материалов позволил сформулировать основные проблемы функции ВХ и возможные пути их решения. Для их реализации необходим системный подход, учитывающий сложные взаимодействия многочисленных факторов, влияющих на показатель качества работы ВХ.

Для достижения цели сформулированы и решены следующие задачи:

· разработаны методы сбора и обработки эксплуатационной информации о повреждениях и отказах вагонов, о реальных затратах на различные ремонты и техническое обслуживание, возрастном составе парка полувагонов и параметрах ремонтного хозяйства;

· подвергнуты критическому анализу действующая система ТОР грузовых вагонов, методы и принципы организации их технического содержания;

· выбран критерий оптимизации, разработан алгоритм и программное обеспечение для оптимизации структуры и параметров системы ТОР, а также нормативного срока службы полувагона;

· впервые при оптимизации системы ТОР вагонов непосредственным образом учитываются такие параметры эксплуатационной среды как интенсивность использования вагона по назначению и протяженность гарантийных участков ПТО.

· определен ожидаемый экономический эффект от перехода ВХ на предлагаемую оптимальную систему ТОР полувагонов;

· определена (с запасом в надежность) нижняя оценка оптимальный уровень количественного показателя безопасной эксплуатации вагонов.

Предложен новый подход к определению оптимальной продолжительности гарантийных участков ПТО вагонов, в рамках которого получена возможность получить на научном уровне ответы на следующие вопросы: какова зависимость уровеня квалификации работников ПТО от протяженности гарантийного участка; каким образом выйти на методику оптимизации периодичности еще одной компоненты системы ТОР - контроля технического состояния вагонов в эксплуатации; какова количественная связь между зарплатой осмотрщика и уровнем брака в его работе; из каких соображений подходить к тарификации страхования перевозок грузов; каким образом должны быть количественно связаны периодичность ДР и периодичность контроля технического состояния вагонов в эксплуатации.

Определены оптимальные параметры системы ремонта полувагонов для УБЖД. Так, оптимальные значения: нормативного срока службы полувагона составляют 40,7 лет; с одним капитальным ремонтом и 17 деповскими ремонтами . Ожидаемый экономический эффект при переходе к этой системе ремонта от ныне действующей составит не менее 15 тыс. у.е. на каждые тыс. км пробега полувагона (15 тыс. у.е./1000 вагоно-км) или 2,2 млн. у.е./год.



ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Ламжав Болд. Приоритетность эксплуатационной среды. Мир транспорта. №3, 2008. -с. 50-55.

2. Ламжав Болд, Устич П.А., Аверин В.Н., Иванов А.А. Оптимизация уровня безопасной эксплуатации вагонов. Безопасность движения поездов//Труды VII научно-практической конференции. -М.: МИИТ. 2006г. с. VI-1-VI-4.

3. Ламжав Болд, Учтич П.А., Митюхин В.Б., Иванов А.А. Общесетевая автоматизированная система контроля своевременного обнаружения опасных повреждений и отказов вагонов в эксплуатации. Безопасность движения поездов//Труды VIII научно-практической конференции. -М.: МИИТ. 2007г. с. VI-20-VI-21.

4. Ламжав Болд, Устич П.А., Шикина Д.И., Кузнецов М.А., Иванов А.А. Расчётное обоснование протяжённости гарантийных участков ПТО грузовых вагонов. Труды девятой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». -М.: МИИТ 2008 г. с. VII-31-VII-32.

Размещено на Allbest.ru

...