Разработка методики оптимизации мощности и структуры зон текущего ремонта пассажирских транспортных средств в автотранспортных предприятиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Разработка методики оптимизации мощности и структуры зон текущего ремонта пассажирских транспортных средств в автотранспортных предприятиях

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Верхорубов Виталий Владимирович

Санкт - Петербург - 2010

Работа выполнена на кафедре «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Вологодского государственного технического университета

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Пикалев Олег Николаевич Вологодский государственный технический университет

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Лукинский Валерий Сергеевич Санкт-Петербургский государственный инженерно-экономический университет

кандидат технических наук, доцент Давыдов Николай Артемьевич Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Ведущая организация ГОУ ВПО "Северо-Западный государственный заочный технический университет", г. Санкт - Петербург

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Городской пассажирский транспорт (ГПТ) является одной из важнейших отраслей народного хозяйства - на него приходится до 80% от общего объема пассажирских перевозок в РФ; развитие экономики страны существенным образом зависит от надлежащего транспортного обеспечением населения; увеличение объемов производства товаров и услуг практически невозможно без соответствующего развития пассажирского транспорта в промышленных центрах; от качества работы ГПТ в конечном счете зависит уровень жизни граждан и результативность работы субъектов городского хозяйства. Бурный рост числа индивидуальных автомобилей, наблюдавшийся в последнее десятилетие усложнил дорожную и экологическую ситуацию в городах. В складывающейся в стране ситуации единственным целесообразным решением проблемных задач ГПТ является его сохранение и развитие на базе современных, преимущественно инновационных подходов.

Повышение эффективности работы ГПТ может быть обеспечено по двум стратегическим направлениям: оптимизация структуры и технических параметров подвижного состава и совершенствование технологии использования существующего парка. В условиях непростого финансового положения предприятий и хронического бюджетного недофинансирования второй путь особенно актуален. Проблематика улучшения использования парка автобусов за счет интенсификации перевозочного процесса, оптимизации маршрутной сети, расписания движения и прочих организационных мероприятий представлена в трудах отечественных ученых достаточно широко. Вместе с тем, малоизученным остается ряд вопросов, связанных с влиянием состояния производственно-технической базы (ПТБ) и её отдельных элементов на работу пассажирских автотранспортных предприятий в современных условиях.

Большая часть существующей материальной базы муниципальных ПАТП создавалась и в последний раз реконструировалась еще в годы плановой экономики. В результате, к таким застарелым проблемам, как низкая фондовооруженность и фондооснащенность добавились высокая степень морального и физического износа, несоответствие параметров ПТБ характеристикам эксплуатируемых автомобилей и ряд других. Несмотря на общую избыточность производственных мощностей у значительного числа предприятий, городские автобусы простаивают в ремонте и его ожидании до 40% своего фонда времени, что снижает техническую готовность парка и повышает себестоимость транспортной работы.

Производственно-техническая база любого автопредприятия состоит из многих элементов, предназначенных для обслуживания, ремонта и хранения автомобилей. Одним из них является зона текущего ремонта (ТР), представляющая собой совокупность постов с различным технологическим оборудованием. Зона ТР - это ключевой элемент в обеспечении технической готовности, поскольку является первичным звеном в работе по восстановлению утраченной работоспособности. На неё приходится 50% общей трудоемкости ремонтных работ и до 70% площадей отапливаемых производственных помещений. Очевидно, что недостаток мощностей приводит к увеличению непроизводительных простоев автомобилей, избыток - к неэффективному использованию капиталовложений. В связи с этим, определение необходимого количества постов зоны ТР АТП является актуальной научно-практической задачей.

Актуальность представленной работы определяется ее значимостью для теоретического и практического развития вопросов совершенствования технической эксплуатации городских автобусов, повышения эффективности использования наличествующего подвижного состава (ПС) путем реструктуризации важнейшей составной части ПТБ - зоны ТР.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы предприятий ГПТ за счет увеличения коэффициента технической готовности (КТГ) парка на основе критерия снижения эксплуатационных издержек на содержание постов зоны ТР и убытков от простоя автобусов в ожидании обслуживания.

Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились на пассажирском автотранспортном предприятии (АТП), обслуживающем более 30 городских маршрутов в г. Вологда и располагающем собственной ПТБ для проведения технического обслуживания (ТО) и ТР. В качестве основных методов обработки опытных данных использовались: математическое прогнозирование на основе анализа временных рядов, положения теории вероятностей и математической статистики, гармонический, корреляционный и регрессионный анализ. Для решения основных задач применялись также системный анализ, имитационное моделирование и положения теории оптимизации.

Научная новизна:

установлен механизм формирования требований на проведение ТР по всем видам постовых работ, а также вероятностные характеристики процесса восстановления городских автобусов;

разработаны математические модели этих закономерностей, экспериментально определены численные значения параметров моделей; на основании изучения динамики тренда и повторяющихся периодических колебаний потока получен прогноз на период моделирования;

разработана имитационная модель зоны ТР АТП, получена ее программная реализация;

обоснована и представлена методика оптимизации размеров и структуры многоканальной системы массового обслуживания (СМО) с нестационарным входящим потоком и взаимным влиянием разнотипных каналов обслуживания.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в получении следующих результатов:

использование разработанного программного продукта на практике в условиях реального АТП позволяет, не прибегая к дорогостоящему натурному эксперименту, определить показатели эффективности функционирования СМО в целом и каждого ее элемента в отдельности;

применение предлагаемой методики дает возможность посредством критерия минимума суммарных затрат установить не только необходимое общее количество постов, но и в соответствии со сложившимся на предприятии опытом организации работ определить наиболее оптимальную структуру, т. е. типоразмерный ряд постов ТР;

Предлагаемая методика может быть использована в ходе технологического проектирования ПАТП при их реконструкции и техническом перевооружении.

Реализация результатов работы. Разработанная методика и программное обеспечение приняты к использованию в МУ ПАТП №1 г. Вологды и в АК 1456 г. Череповца, а также в учебном процессе ВоГТУ при подготовке инженеров по специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство».

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований доложены, обсуждены и одобрены на четвертой, пятой и седьмой всероссийской научно-практической конференциях «Вузовская наука - региону» в 2006, 2007 и 2009 гг., на седьмой региональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Молодые исследователи - регионам» в 2007 г., на заседаниях кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» Вологодского государственного технического университета, а также на заседаниях кафедр Организации перевозок управления и безопасности на автомобильном транспорте и Технической эксплуатации и ремонта автомобилей Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Публикации. По результатам диссертации опубликованы 7 печатных работ. Из них 4 статьи и 2 тезисов в сборниках Вологодского государственного технического университета, 1 статья в центральном отраслевом журнале «Автотранспортное предприятие». В Отраслевом фонде алгоритмов и программ Министерства образования и науки РФ зарегистрирован один программный продукт.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Объем диссертации составляет 148 страниц машинописного текста, 21 таблица, 37 рисунков. В конце работы представлен список использованных источников, включающий 146 наименования, из которых 140 на русском языке, 6 - на иностранных языках.

На защиту выносятся:

результаты исследования потока отказов городских автобусов в условиях автотранспортного предприятия, а также математические модели, описывающие соответствующие закономерности;

имитационная модель изучаемой производственной системы;

методика расчета оптимальной структуры и размеров зоны ТР;

результаты оптимизации размеров и структуры зоны ТР и определения экономического эффекта от внедрения предлагаемых мероприятий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается выбор темы, ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследования, рассмотрены научная новизна и практическая ценность работы, изложены положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе содержится анализ ситуации на городском пассажирском транспорте, оценка современного состояния ПТБ автотранспорта, производится обоснование выбора направления исследования.

В вопросах обеспечения работоспособности ПС предприятия ГПТ не могут позволить себе зависеть от качества и своевременности услуг сторонних организаций. Поэтому ПАТП больше других зависимы от эффективности работы подсистемы ТР и вынуждены содержать полный перечень технологического оборудования и производственных корпусов для его размещения, а весь комплекс работ по ТО и ТР осуществлять силами собственных подразделений.

В области разработки теоретических и прикладных вопросов повышения эффективности использования ПТБ, совершенствованию организационных аспектов работ по ТО и ТР, а также основ технологического проектирования АТП значительный вклад внесли в своих трудах Авдонькин В. Н., Афанасьев Л. Л., Васильев В. А., Власов В. М., Геронимус Б. Л., Говорущенко Н. Я., Давидович Л. Н., Дажин В. Г., Завадский Ю. В., Захаров Н. С., Карташов В. П., Корогодский Л. М., Курников И. П., Крамаренко Г. В., Клейнер Б. С., Кузнецов Е. С., Лукин В. П., Напольский Г. М., Рыбин Н. Н., Тахтамышев Х. М., Фастовцев Г. Ф. и др.

Состояние ПТБ на современном этапе характеризуется отставанием ее развития от темпов роста численности ПС, несоответствием структуры прогрессивным методам проведения ТО и ТР, низкими значениями технико-экономических показателей работы АТП, прежде всего, фондоотдачи, преобладанием экстенсивных путей развития, низкой степенью использования имеющихся производственных мощностей, слабым уровнем механизации и автоматизации производственных процессов. Вместе с тем, опыт отдельных предприятий и городов, добившихся наибольших успехов в деле организации пассажирских перевозок показывает, что во всех случаях удачного реформирования неизменным спутником динамичного развития отрасли является развитая ПТБ.

Анализ литературных источников показал, что в решении задачи определения необходимого числа постов ТР исторически сложились два подхода - детерминированный и вероятностный. При детерминированном подходе число постов определяется на основании годовых значений трудоемкости ремонтных работ. Условия эксплуатации, модификация ПС, климатические условия, возраст и концентрация парка учитываются путем корректирования базовых значений трудоемкости при помощи коэффициентов k1 - k5. Неравномерность поступления компенсируется умножением расчетного числа постов на соответствующий коэффициент. При вероятностном подходе используются формулы, выведенные в математической части теории массового обслуживания, при этом предполагается, что поток отказов стационарный, а время обслуживания распределено по показательному закону. Существующие методики учитывают только случайную неравномерность поступления и предоставляют возможность оценочного расчета общего числа однотипных постов ТР. Вместе с тем, в традиционных методиках технологического расчета не учитывается в достаточной мере сезонный характер потока отказов, вероятностный характер времени устранения отказов, не акцентируется внимание на специфических особенностях городских автобусов как объектов технической эксплуатации. Возможность принятия на их основе эффективных инженерных решений для современного производства ограничена. Кроме того, в быстроменяющейся обстановке конкурентного рынка перевозок необходимо обеспечивать не просто высокую производительность подсистемы ТР и качество обслуживания, но также возможность ее максимально гибкой работы с различными типами ПС. Стремительный рост себестоимости капитального строительства и цен на оборудование делает невозможным ввод в строй производственных мощностей с гарантированным запасом. Это выводит на передний план инновационные подходы, основанные на использовании информационных технологий, позволяющих оценить показатели эффективности работы реальных производственных систем еще до начала строительства и реконструкции. Таким образом, к элементам, требующим научного подхода, следует отнести разработку математического аппарата и методики, позволяющих при технологическом проектировании зоны ТР учесть требования современных реалий.

Во второй главе на основании выводов, полученных из анализа состояния вопроса, определена цель проведения дальнейших исследований - разработка методики повышения до рационального уровня технической готовности автобусов, обслуживающих городские маршруты за счет оптимизации мощности и структуры зоны ТР пассажирских АТП.

Исходя из поставленной цели, в рамках диссертационной работы решаются следующие задачи:

Исследование закономерностей формирования потока требований на ТР и процесса восстановления изделий в условиях автотранспортного предприятия, составление их математического описания.

Разработка имитационной модели изучаемого объекта - зоны ТР пассажирского АТП.

Разработка методики определения оптимального соотношения постов различного типа в структуре зоны ТР.

Оценка технико-экономического эффекта от внедрения предлагаемых мероприятий, разработка рекомендации по практическому применению результатов исследований.

С точки зрения организации работ и экономических аспектов деятельности для классификации ремонтных постов целесообразно принять такой признак, как оснащение основным технологическим оборудованием. Исходя из этого в рамках исследования выделены следующие типы постов ТР в порядке возрастания сложности и стоимости: 1 - напольного типа; 2 - подъёмник типа “П-238”, обеспечивающий подъём автомобиля за колеса; 3 - подъемник, обеспечивающий подхват за домкратные площадки; 4 - подъемник платформенного типа; 5 - осмотровые канавы с канавными подъёмниками; 6 - шиномонтажный пост; 7 - пост для кузовных и покрасочных работ. Обозначим: j - текущий номер типа поста, n - общее количество типов постов.

В качестве критерия оптимальности принят экономический показатель минимума суммарных затрат на эксплуатацию x постов ТР j-го типа, а также убытков от простоя автобусов в ремонте и его ожидании на постах j-го типа (рис. 1). В аналитической форме целевая функция имеет вид:

, (1)

где xj - количество постов j-го типа; УПРxj и ЗЭxj - соответственно убытки от простоя автобусов в ремонте и затраты на эксплуатацию зоны ТР при наличии x постов j-го типа.

Рис.1. Целевая функция оптимизации размеров и структуры зоны ТР АТП.

пассажирский транспорт ремонт эксплуатационный

Исходя из цели исследования для решения поставленных задач разработана общая методика исследования. В ее структуре можно выделить три этапа:

1 этап - экспериментальные исследования, состоящие из двух частей. Первую можно охарактеризовать как пассивный эксперимент, заключающийся в сборе статистической информации на реальном предприятии, её обработке, получении математических моделей, проверке их на адекватность. Вторую часть эксперимента можно охарактеризовать как активную, заключающуюся в постановке опытов на полученной в ходе теоретических исследований имитационной модели изучаемой системы.

2 этап - теоретические исследования и разработки, посвященные анализу современного состояния вопроса, постановке цели и задач исследования, структурированию и формализации изучаемой системы, а также созданию и отладке ее имитационной модели.

3 этап - решение задачи оптимизации и оценка технико-экономического эффекта от внедрения результатов исследований. Полезный эффект от повышения технической готовности городских автобусов заключается в увеличении провозного потенциала имеющегося парка ПС. Он состоит из нескольких компонентов, обусловленных спецификой ГПТ как отрасли, дающей эффект не только внутри себя, но и в народном хозяйстве в целом:

(2)

где ЭПАТП - увеличение доходов АТП; ЭХС - эффект для прочих хозяйствующих субъектов, расположенных в зоне обслуживания ПАТП; ЭСОЦ - социальный эффект, состоящий в улучшении качества обслуживания граждан.

Известно, что возникновение отказов - сложный стохастический процесс, происходящий под воздействием множества различных по своей природе факторов. Результатом их действия является формирование потока заявок на ТР, гипотетически подчиняющегося некоторым детерминированным закономерностям.

Исследованию подвергались 4 марки автобусов: Икарус 280, Мерседес Бенц Тюрк О 345, ЛиАЗ 5256, ЛиАЗ 677. Получены 44 статистические выборки для следующих одиннадцати видов постовых работ, каждая из которых включает в себя данные об отказах за год и разделена на 12 частей по месяцам: 1-текущий ремонт (ТР) и замена двигателей, 2-замена и регулировка узлов, 3-замена агрегатов и узлов трансмиссии, 4-замена приборов электрооборудования, 5-замена и регулировка приборов системы питания, 6-замена узлов и деталей ходовой части, 7-замена и перестановка колес, 8-ремонт тормозной системы, 9-замена и регулировка узлов рулевого управления, регулировка углов установки колес, 10-замена деталей кабины и кузова, 11-прочие работы, выполняемые на универсальных постах.

Для изучения и прогнозирования изменения структуры работ по ТР по обследованным автобусам в среднесрочной перспективе применяется анализ временных рядов. В результате обработки статистических данных по отказам парка за 7 предшествующих лет определено, что суммарный поток заявок на ТР городских автобусов по видам работ определяется трендом, сезонной и случайной компонентами. Аддитивной модели присуща практически постоянная сезонная вариация (неизменный парк автобусов):

, (3)

где y*t - прогнозные значения временного ряда; yt - среднее значение прогноза (тренд); st - составляющая прогноза, отражающая периодические сезонные колебания; et - случайная величина отклонения прогноза, обусловленного стохастическим характером процесса.

Применение мультипликативных моделей обусловлено тем, что в некоторых временных рядах значение сезонной компоненты возрастает или убывает (списание или пополнение парка) и представляет собой определенную долю трендового значения:

, (4)

где Is - коэффициент (индекс), учитывающий сезонные колебания.

Погрешность оценивается по среднеквадратическому отклонению:

, (5)

где yiр - расчетные значения наблюдаемого ряда; yi - соответствующие фактические значения; k - число степеней свободы, определяемое в зависимости от размера выборки N и числа параметров модели тренда z, k=N-z.

Для визуализации полученных результатов на рис. 2 в качестве примера представлена одна из наиболее типичных закономерностей - замена и регулировка приборов электрооборудования. На графике приведены экспериментальные точки, аппроксимирующие их линии тренда, а также графики полученных на основе средних скорректированных сезонных составляющих прогнозных моделей.

Динамика линий тренда определяется с естественным старением парка, за исключением марок автобусов, направляемых в капитальный ремонт (Икарус 280) и на списание (ЛиАЗ 677). Тренд общего числа заявок на замену деталей кузовов по всем исследованным маркам имеет уклон вниз, что свидетельствует о высоком уровне организации восстановительных кузовных работ.

Рис. 2. Прогнозирование потока отказов автобусов на основе анализа временных рядов. Мерседес Бенц Тюрк О 345, замена приборов электрооборудования

В наибольшей степени общий рост числа отказов по всем системам с течением времени наблюдается на примере автобусов марки ЛиАЗ 5256, что обусловлено их низкой конструктивной надежностью. Поток отказов городских автобусов по всем системам обладает выраженной сезонностью. Характер сезонных колебаний типичен для каждого вида работ и определяется изменениями условий эксплуатации в течение года. В холодное время года наблюдается стабильное увеличение числа обращений в ТР по следующим системам: двигатель, электрооборудование и прочие агрегаты и узлы (вид работ 2). Это связано с изменением природно-климатических факторов, прежде всего, температуры и относительной влажности воздуха. В летний период значительно чаще выходят из строя агрегаты трансмиссии, элементы ходовой части, тормозное и рулевое управление, а также возрастает частота «сложных» заездов (вид работ 11) и заявок на шиномонтажные работы. Кроме того, в весенне-летний период заметно растут производственные программы по кузовным работам. Такая ситуация обусловлена увеличением интенсивности эксплуатации городских автобусов и объемов перевозок пассажиров в летний период.

Таким образом, теория анализа временных рядов дает исчерпывающую информацию о вариации потока отказов в течение года, а также позволяет получить прогноз на период моделирования (1 год). Однако специфика работы всех подразделений пассажирских АТП состоит в том, что здесь важно не просто обеспечить годовой план по перевозкам, но выпустить ПС на линию точно и в срок. В контексте решаемой задачи это означает, что необходимо полностью выполнить суточную производственную программу по ТР. Величина последней, в свою очередь, зависит от вариации потока отказов в течение суток, а также недели и месяца.

Недельная неравномерность, обусловлена изменением спроса на пассажирские перевозки в течение недели. Наиболее напряженными для ремзоны днями являются понедельник и вторник - 16-18% заявок недельной производственной программы, в среду наблюдается некоторый спад - 14-15%, в четверг и пятницу - стабилизация - 15-16%. Наименее загруженными являются выходные - 8-10%. Подобные колебания аппроксимируются полиномом 5-й степени с достоверностью R2 = 0,98:

, %

где t - номер дня недели.

Суточная неравномерность связана с режимом работы основного производства - выпуском автобусов на линию, пересменой в работе, а также пусковыми отказами. Суточный поток отказов обладает наибольшей неравномерностью, причем наиболее загруженными являются следующие временные интервалы: 800-1000, 1400-1600, 1800-2100 - рис. 3.

Подобные зависимости с многочисленными экстремумами наиболее точно описываются при помощи рядов Фурье:

где: , , … , …- коэффициенты, , - период, r n, t - порядковый номер временного интервала.



Рис. 3. График суточной неравномерности поступления заявок на ТР маршрутных автобусов

Расчет параметров моделей производится по формулам Бесселя: абсциссы точек деления ординаты (k=0,1,2,….2n). Тогда коэффициенты тригонометрического многочлена определяются по формулам:

где m =1,2,…n.

Подставляя числовые значения, получаем искомые коэффициенты. Математическая модель суточного потока отказов имеет следующий вид:

где t - час с начала суток.

В результате исследования также установлено, что недели месяца загружены равномерно, все отклонения находятся в пределах доверительных интервалов, а потому в дальнейших расчетах не учитывались. Таким образом, поток требований на ремонт городских автобусов нестационарен и определяется изменениями сезонных условий, режимом работы перевозочного процесса.

Далее, в результате статистического исследования закономерностей простоя в ремонте определено, что характеристики такой случайной величины, как продолжительность простоя в ремонте в условиях пассажирского АТП существенно зависят от вида работ и марки ПС. Обработка экспериментальных данных показала, что наилучшую аппроксимацию эмпирических распределений обеспечивают нормальный и экспоненциальный законы.

Третья глава посвящена разработке имитационной модели зоны ТР. Целью исследований средств автообслуживания является решение вопросов наиболее эффективной организации производства. Зона ТР рассматривается, как многоканальная система массового обслуживания (СМО) с ожиданием. При этом входными переменными являются: M - количество марок обслуживаемых автомобилей, ед.; y(t)г, y(t)н, y(t)с - годовой, недельный и суточный характер поступления требований на ремонт, %; f(tф) - функции распределения времени простоя автобусов в ремонте; tpоп - количество рабочих часов основного производства.

С целью обеспечения универсальности и адекватности реальному объекту поставлен ряд критериев, которым должна соответствовать модель:

учет вероятностных характеристик процесса восстановления изделий в зависимости от марки автомобиля и вида работ по ТР;

моделирование производственных ситуаций с одновременным участием множества технологически разнородных марок ПС, а также постов ТР различных как по типу, так и по габаритным параметрам;

моделирование производственных ситуаций, когда по причине занятости «искомого» поста заявка выполняется на другом, пригодном для проведения данного вида работ;

формирование очереди в соответствии с принятым приоритетом.

Реализовать указанные правила в рамках традиционных расчетных схем, основанных на последовательной обработке каждой заявки на ТР, крайне сложно. Поэтому для оценки эффективности организации ремонтных работ на предприятии разработан моделирующий алгоритм, основанный на использовании очереди событий: поступления заявки, окончание ремонта, окончание моделирования - рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная блок-схема функционирования модели зоны ТР АТП

Следующим этапом работ стало создание оригинального программного обеспечения для моделирования работы зоны ТР пассажирского АТП, в результате которой была разработана программа «Bus 1.0». В качестве среды разработки использован программный комплекс Delphi 7 компании Borland. Фрагменты интерфейса ввода исходных данных и вывода результатов моделирования для наглядности приведены на рис. 5 и 6.

Рис. 5. Форма ввода исходных данных

Рис. 6. Фрагмент интерфейса вывода результатов моделирования

В ходе реализации программы производится полное моделирование процесса обслуживания заявок: генерация потока поступления требований на ремонт, формирование перечня неисправностей и очереди перед постами ТР различного типа, имитация обслуживания. При запуске моделирования создаются события возникновения заявки для всех моделируемых неисправностей и событие окончания ремонта. Исходные данные для моделирования условно разделены на две группы:

Данные для формирования потока поступающих в зону ТР отказов: продолжительность моделирования, количество и наименования видов постовых работ по ТР, числовые ряды, описывающие неравномерность поступления автомобилей в ремонт, численность марок ПС на предприятии.

Параметры, задающие численное описание процесса восстановления: количество рабочих дней в неделе и часов в сутках, типоразмерный ряд постов с указанием их количества, возможные к использованию альтернативные виды постов, а также процентное распределение обращений, приходящихся на каждый из них.

На основании данных первой группы в ходе реализации программы формируются функции распределения времени поступления отказов и генерируется заданное число заявок с распределениями, близкими к реальным. Расчет прогнозного числа отказов с учетом линейного тренда и усредненной скорректированной сезонной компоненты автоматизирован. Далее для каждой заявки случайным образом назначается канал обслуживания (пост) соответствующего характеру производимых работ типа. Для учета продолжительности простоя в ремонте, носящей вероятностный характер, специальный блок программы генерирует случайные величины в соответствии с заданными законами распределения: равномерным, нормальным, законом Вейбулла, и другими в зависимости от вида производимых работ и марки ремонтируемого автомобиля. Если необходимый для ремонта пост занят, то автоматически осуществляется перенос обслуживания заявки на любой из свободных, технологически совместимых, если таковые имеются. Блок формирования очереди перед обслуживающими устройствами работает следующим образом. Очевидно, что с целью максимизации числа удовлетворенных заявок целесообразно в первую очередь обслуживать автомобили с меньшей трудоемкостью работ. Программа позволяет задать критерий формирования очереди КО - разницу в длительности ремонта, при которой более поздняя по времени возникновения неисправность, но меньшая по времени устранения, реализуется раньше. Если задать заведомо большое значение КО, то постановка ПС в очередь осуществляется в хронологическом порядке.

Применение программы «Bus 1.0» в условиях реального АТП позволяет определить следующие показатели работы СМО:

время пребывания автомобилей каждой марки в системе общее, а также время пребывания автомобилей в системе в часы работы основного производства;

время простоя постов ТР в режиме ожидания;

количество обслуженных и необслуженных заявок на ТР;

среднюю длину очереди перед постами ТР каждого типа, а также среднюю длину очереди по видам работ;

коэффициент загрузки (использования рабочего времени постов);

сформировать детальный отчет о работе исследуемого объекта при данных условиях моделирования.

Четвертая глава посвящена разработке и реализации методики решения оптимизационной задачи, а также определению технико-экономического эффекта от внедрения предлагаемых мероприятий.

Характерная черта любой сложной системы заключается во взаимном влиянии структурных элементов. В нашем случае изменение количества постов одного типа значимо влияет на показатели работы других. Поэтому процесс оптимизации структуры и размеров зоны ТР происходит не в один прием, а поэтапно, путем последовательных циклических итераций. Наиболее эффективной методологической основой решения задач подобного типа является метод покоординатного спуска (метод Гаусса - Зейделя) области нелинейного программирования теории оптимизации. Сущность процесса нахождения минимума целевой функции представлена на рис. 7.



Рис. 7. Блок-схема оптимизации структуры зоны ТР. x0 - начальная точка состояния системы; ei - единичный вектор, задающий направление оптимизации; a0 - некоторое положительное число, длина шага оптимизации; k - порядковый номер итерации; - положительное число, значение которого определяется необходимой точностью решения оптимизационной задачи

Значение целевой функции на j-м шаге k-й итерации формируется с учетом объема упущенной выгоды предприятия от простоя автобусов в системе ТР и эксплуатационных издержек на ее функционирование, на основании экспериментальных данных:

(10)

где УiП - убытки от простоя автобуса i-й марки, руб./час.; ЗjЭ - эксплуатационные затраты на работу постов j-го типа за период моделирования, руб.; ТiПР - общее время пребывания автобусов i-й марки в системе в рабочие для основного производства часы, авт.-час.

Завершающим этапом работы стала практическая реализация результатов исследований - оптимизация параметров зоны ТР на примере пассажирского АТП, послужившего объектом упомянутых выше статистических исследований. Результаты изысканий по разработанной методике приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1.

Сравнительный анализ существующего и оптимизированного состояний изучаемой системы, технические показатели

Группа	Тип поста	Существующее состояние	После оптимизации
		Xj	?tож	r	kз	Xj	?tож	r	kз
Одиночные	Пост напольного типа	1	5968,01	0,016	0,319	0	-	0,072	-
	Подъемник П-238	1	2918,79	0,037	0,67	1	2749,5	0,058	0,68
	Подъемник П-238+ к-т стоек	3	13275,1	0,023	0,695	3	12611,6	0,035	0,73
	Платформа НВ 1200	5	38637,6	0,01	0,22	1	4835,2	0,018	0,67
	Канава+канавный подъемник	2	13488,1	0,01	0,43	1	5294,7	0,003	0,62
	Шиномонтажный пост	1	6892,3	0,01	0,323	0	-	0,018	-
	Пост для кузовного ремонта	2	7785,8	0,207	0,756	2	6997,1	0,252	0,76
Сочлененные автобусы	Пост напольного типа	1	6502,1	0,011	0,258	0	-	0,071	-
	Подъемник типа П-238	1	2971,1	0,114	0,65	1	2476,0	0,207	0,78
	Подъемник П-238+ к-т стоек	3	13804,8	0,048	0,49	2	10781,6	0,07	0,69
	Канава+канавный подъемник	7	56885,4	0,015	0,17	1	3569,8	0,025	0,66
	Шиномонтажный подъемник	1	7453,4	0,003	0,254	1	5665,9	0,014	0,65
	Кузовной ремонт	2	1069,1	2,18	0,94	3	7473,6	0,52	0,8
Сумма	30	177651,6	-	-	16	62455	-	-

Обозначения: ?tОЖ - суммарное время простоя постов в режиме ожидания, zн - количество необслуженных заявок, r - средняя длина очереди, kЗ - коэффициент загрузки постов.

Из табл. 1 видно, что общее количество постов в результате оптимизации значительно уменьшилось, а значит, отпадает необходимость дорогостоящего капитального строительства в случае реконструкции.

Таблица 2

Сравнительный анализ существующего и оптимизированного состояний изучаемой системы, экономические показатели

Вариант	бт	?ТiПР, авт.-час.	?УiП, руб.	? З Э, руб.	F(x), руб.
Существующий	0,901	84 587	5 710 736	8 394 425	14 105 161
Оптимизированный	0,912	74 392	5 124 971	4 189 146	9 314 117
Разность	0,011	10 195	585 765	4 205 280	4 791 044

В период с 2005 г. по настоящее время происходило обновление парка за счет закупки новых автобусов ЛиАЗ 5256 и планового направления в КР всего парка Икарус 280. Помимо этого, имело место массовое списание наиболее изношенной части парка - ЛиАЗ 677. Результатом перечисленных мероприятий стало значительное снижение нагрузки на ремонтные подразделения, в частности, на зону ТР. По этой причине исходное состояние исследуемого объекта отличается от результатов оптимизации. Среди выявленных диспропорций можно отметить явный избыток постов с платформенными подъемниками и осмотровых канав, а также недостаток специализированных мощностей для ремонта кузовов. Таким образом, выявлено частичное несоответствие параметров зоны ТР объему и характеру ремонтных воздействий, что обусловлено значительным моральным износом ПТБ.

При этом разовые затраты на демонтаж устаревшего технологического оборудования и оснащение одного дополнительного поста кузовного ремонта для сочлененных автобусов, включая наладку и монтаж составят не менее 234723 руб. Помимо этого, первый год эксплуатации данного поста потребует от предприятия дополнительных текущих затрат в 253235 руб. Годовой экономический эффект от увеличения провозного потенциала предприятия и снижения эксплуатационных затрат на содержание постов ТР, с учетом нулевых пробегов и возможных организационных простоев уже в первый год составит 4 791 тыс. руб. Помимо этого, расчетное время ожидания автобуса сокращается на 0,16 мин., что снижает потери общественно-полезного времени населения г. Вологды на 105661 пасс.- час.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основе проведенного анализа состояния вопроса установлено, что имеющиеся методики технологического расчета зоны ТР наряду с очевидной научно-технической значимостью и преимуществами обладают рядом недостатков, ограничивающих их эффективное использование для технологического расчета предприятий ГПТ на современном этапе развития отрасли. Все они предоставляют возможность определения с той или иной точностью общей мощности зоны ТР и не подразумевают решения задачи определения наиболее рационального соотношения постов ТР различного типа, что приводит к рассогласования теоретических решений и практических реалий.

В результате проведенных исследований решена научно-практическая задача по созданию методики повышения технической готовности городских автобусов за счет оптимизации параметров зоны ТР пассажирских АТП, позволяющая с одной стороны, максимально избежать неточностей традиционного технологического проектирования, с другой - больших затрат и неопределенности последствий натурного эксперимента.

Показано, что исследуемая система содержит значительный потенциал, позволяющий достичь повышения работоспособности имеющегося парка даже без интенсификации производственных процессов и закупки новых единиц ПС.

Установлены закономерности формирования потока требований на ТР в условиях пассажирского АТП, а также вероятностные характеристики процесса восстановления.

Разработана имитационная модель функционирования системы ТР пассажирского АТП, получена соответствующая программная реализация. По результатам моделирования установлено, что существующее состояние системы характеризуется частичным несоответствием ее структуры характеру осуществляемых ремонтных воздействий. На основе полученных результатов предложена методика оптимизации изучаемой производственной системы. Управление процессом оптимизации сводится к изменению количества постов того или иного типа по критерию минимальной величины суммарных потерь.

В результате оптимизации технико-экономические показатели работы системы улучшились на 10-30%, причем позитивный эффект достигнут за счет меньшего количества постов ТР.

Перспективными направлениями для дальнейших исследований являются создание программного и аппаратного обеспечения для автоматизации сбора и обработки необходимой статистической информации, а также адаптация результатов исследований для ПАТП, осуществляющих междугородние перевозки и для АТП общего пользования.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Анализ существующих методов оптимизации количества постов текущего ремонта на предприятиях автотранспорта / О. Н. Пикалев, В. В. Верхорубов // Вузовская наука - региону: Материалы четвертой всероссийской научно-технической конференции. В 2-х т. - Вологда: ВоГТУ, 2006. - Т.1. - С. 101-102.

2. К вопросу о разработке имитационной модели функционирования зоны текущего ремонта автотранспортного предприятия / В. В. Верхорубов // Молодые исследователи - регионам: Материалы всероссийской научной конференции студентов и аспирантов. В 2-х т. - Вологда: ВоГТУ, 2007. - с. 260-262.

3. Программа для моделирования работы зоны текущего ремонта «Bus 1.0» / В. В. Верхорубов, О. Н. Пикалев, С. Л. Шестаков. - М.: ОФАП, 2007. - № 8414.

4. Статистическое исследование закономерностей простоя автобусов в ремонте / В. В. Верхорубов // Вузовская наука - региону: Материалы пятой всероссийской научно-технической конференции. В 2-х т. - Вологда: ВоГТУ, 2007. - Т.1. - С. 16-19.

5. Исследование вариации потока заявок на ремонт городских автобусов в условиях автотранспортного предприятия / О. Н. Пикалев, В. В. Верхорубов // Вузовская наука - региону: Материалы пятой всероссийской научно-технической конференции. В 2-х т. - Вологда: ВоГТУ, 2007. - Т.1. - С. 82-85.

6. Методика повышения технической готовности городских автобусов за счет оптимизации размеров и структуры зоны текущего ремонта пассажирских АТП / О. Н. Пикалев, В. В. Верхорубов // Автотранспортное предприятие. - 2007, № 10. - с. 46-53.

7. Исследование динамики и структуры ремонтных воздействий городских автобусов/ В. В. Верхорубов, П. И. Смирнов // Вузовская наука - региону: Материалы седьмой всероссийской научно-технической конференции. В 2-х т. - Вологда: ВоГТУ, 2009. - Т. 1. - С. 119-120.

Размещено на Allbest.ru

...