Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.



  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
18 марта 2009             

Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Авторы: 

С.В.Репин (Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет), И.Н. Антоненко (НПП «СпецТек») (spectec)

 

Аннотация

В статье кратко описывается  методика определения оптимальных сроков службы машин по надежностным и технико-экономическим показателям, основанная на анализе динамики показателей по времени. Показана практическая реализация методики в автоматизированной системе управления технической эксплуатаций машин, разработанной учеными СПбГАСУ и специалистами НПП «СпецТек». Система предназначена для использования на предприятиях, эксплуатирующих автотранспортную, дорожную, строительную, подъемно-транспортную, коммунальную технику.
 

 

Методика определения оптимальных сроков службы


Управление сроками службы машин производится с целью получения заданных показателей функционирования парка техники с учетом условий  эксплуатации и системы обеспечения его работоспособности. Показатели могут быть надежностными (интенсивность отказов, коэффициент готовности) и технико-экономическими (объем выпущенной продукции, затраты, прибыль, рентабельность).


Значения показателей изменяются по мере старения техники. Так, наработка машин и коэффициент готовности (КГ) падают,  а эксплуатационные затраты (Z) растут с интенсивностью 1,5...4 % в год. Эти изменения достаточно хорошо (с адекватностью  0,88...0,92) описываются экспоненциальной зависимостью с параметром β =0,012...0,048 год-1 (параметр старения по наработке βt и по затратам βz) [1]:


КГ  =  TP (t) / ( TP (t) + TH (t) ) = exp (-βt*t ),  (1)


TP (t) = T0 * КГ (t),                                              (2)


Zпер(t) =  Z0 * exp (βz*t ),                                  (3)

                           

где TP (t), TH (t) - продолжительность периодов времени пребывания машины в работоспособном и неработоспособном состояниях соответственно; Zпер(t) - переменная составляющая  эксплуатационных затрат; Т0, Z0 - наработка и затраты за первый год работы новой машины соответственно; t - возраст машины, год.


Параметры βt и βz зависят от качества изготовления техники, условий эксплуатации и уровня совершенства системы технической эксплуатации (СТЭ).

Затраты имеют весьма сложную структуру. В упрощенном виде состав затрат на содержание и эксплуатацию парка машин, можно представить выражением:


Z(t) = ∑ Zi (t) = ∑{[ Ai (t) + Зi  + ZПЭБi  + ZВСi +  Hi  + Zпр ] + [ZГСМi (t) + ZТОРi (t) + Zперi ]},      (4)


где i - порядковый номер единицы техники в парке; Ai (t) - амортизационные отчисления; Зi - зарплата машинистов; ZПЭБi - затраты на содержание производственно-эксплуатационной базы; ZВСi - отчисления в вышестоящую организацию, учредителям и т.п.; Hi - налоги; Zпр - прочие отчисления (на страховки, банковские проценты по кредитам, лизинговые платежи, разрешения, техосмотры и пр.); ZГСМi - затраты на горюче-смазочные материалы и рабочие жидкости; ZТОРi - затраты на технические обслуживания и ремонты, в том числе на запчасти и быстроизнашивающиеся части (БИЧ); Zперi - затраты на перебазировку техники.


Первое слагаемое выражения (4) в квадратных скобках экономисты рассматривают как условно-постоянные затраты Zпост(t), не зависящие от количества выпущенной продукции (отработанных машино-часов) за расчетный период (но это не значит, что Zпост(t) не зависят от среднего возраста парка машин).  Второе слагаемое в квадратных скобках - переменные затраты Zпер(t), возрастающие пропорционально объему продукции.


Прибыль П(t) представляет собой разницу выручки В(t) и затрат Z(t):


П(t) = B(t) - Z(t),                                      (5)                                    

 

Выручка зависит от цены машино-часа и наработки ТР(t):


B(t)= Цмаш-ч * TP (t),                               (6)   

 

Оптимальный срок службы машины может быть определен по минимуму удельных затрат, приходящихся на машино-час работы машины, максимуму удельной прибыли, заданному уровню рентабельности.

 

Удельные затраты, приведенные к машино-часу эксплуатации определяются по формуле (рис. 1):


z'(t) = ( Zпост(t) + Zпер(t))/ TP (t),          (7)

 
 
 
Методика определения оптимальных сроков службы машин по надежностным и технико-экономическим показателям. 

Рис. 1. Изменение удельных затрат на эксплуатацию машины в зависимости от срока службы[1]

                                         

Рассмотрим динамику накопленной за срок службы машины прибыли. По мере старения машины значение выручки будет падать, т.к. согласно формуле (2) будет уменьшаться наработка машины в единицу времени.  Затраты же будут возрастать в соответствии с выражением (3). В течение срока службы суммарная выручка SB(t) = ∑ B(t) и суммарные затраты SZ(t) = ∑Z(t) составят суммарную (накопленную)  прибыль от эксплуатации машины (рис.2, а):


SП(t) = - См + SB(t) - SZ(t),                   (8)


alt
                      а                                                                                                                                                       б
Рис. 2. Динамика накопленной прибыли SП(t) (а) и удельной прибыли (б) за срок службы машины: SB(t), SZ(t),STP(t) - накопленные выручка, затраты и наработка; См - стоимость новой машины; tок - строк окупаемости; tПmax - срок службы по максимуму накопленной прибыли; tSП=0 -  срок службы, при котором затраты на поддержание работоспособности машины «съедят» всю прибыль; tПmaxопт -  оптимальный срок службы по максимальному удельной накопленной прибыли
 
 
 

График суммарной прибыли SП(t) имеет четыре характерные точки в моменты времени: 0, tок, tПmax и tSП=0. При t=0 SП(t)= -См. До момента времени окупаемости tок значение суммарной прибыли остается меньшим нуля. Максимума SП(t) достигает при tПmax. В этот момент становятся равными величины годовых выручки и затрат. Эксплуатация машины должна быть прекращена ранее времени tПmax. Дальнейшее использование машины будет приносить убыток, и к моменту tSП=0 затраты на поддержание работоспособности старой машины «съедят» всю прибыль.


Таким образом, оптимальный срок службы машины находится в интервале времени от tок до tПmax. Более конкретно можно прогнозировать оптимальный срок службы по модели динамики удельной накопленной прибыли (рис. 2, б).

Дополнительную информацию по выбору срока службы может дать анализ уровня рентабельности эксплуатации машины:


R(t)=П(t)/Z(t)≥Rmin,                      (9)


который является одним из основных экономических показателей. Задавшись нижним значением Rmin, например 0,3 (рис. 3), получаем максимальный срок службы tRmax  по условию нижнего предела уровня рентабельности, меньший tПmax. Нетрудно заметить, что tRmax намного превышает оптимальный срок службы, рассчитанный по минимуму удельных, приведенных к машино-часу, затрат.

 

 

Методика определения оптимальных сроков службы машин по надежностным и технико-экономическим показателям. Рис. 3. Динамика уровня рентабельности за срок службы машины: tRminmax - максимальный срок службы по минимально допустимому уровню рентабельности Rmin; tRmaxопт -  оптимальный срок службы по максимальному уровню рентабельности Rmах;  линии 1 и 2  соответствуют равномерному и ускоренному (с коэффициентом два) методам расчета амортизационных отчислений

 

Модели определения сроков службы по минимуму удельных затрат  и максимуму удельной прибыли (оптимальные значения примерно совпадают) целесообразно применять в случае наличия у эксплуатирующей организации средств для обновления парка машин. В этом случае можно будет выручить значительные суммы от продажи машины (рыночная стоимость снижается примерно на 20% в год от текущего значения рыночной стоимости). Модель минимума уровня рентабельности применима для предприятий, испытывающих дефицит средств для приобретения новой техники.


Следует отметить, что срок службы машин определяется также требуемым уровнем работоспособности для выполнения заданной работы. Так, на менее ответственных объектах можно применять и менее надежную технику и наоборот, если при выполнении работы простои машины вследствие внезапных отказов чреваты серьезными экономическими или другими последствиями, то следует использовать более надежные машины. Тогда с учетом возможного экономического ущерба У(t) от простоев техники (или других видов ущерба, выраженных через экономический эквивалент) выражение (5) для прибыли будет выглядеть так:


П(t) = B (t) - Z (t) - У (t).


Механизм влияния ущерба на эффективность применения машин рассмотрен в работе [2].


Управлять сроками службы техники можно также и экономическими методами, например, применением различных схем амортизационных начислений  (см. рис. 3).


Процесс обновления парка машин включает в себя не только оптимизацию замены старых машин на новые. Возможна также покупка не новых машин, но обладающих выгодным  соотношением цена/качество, капитальный ремонт техники, замена машин на более производительные и т.д. С комплексной методикой обновления перка машин можно ознакомиться в работе [3].

 

 

Реализация методики в автоматизированной системе

 
 
Для управления сроками службы машин согласно приведенной методике необходимо большое количество данных - по наработке, простоям, динамике технического состояния машин, затратам материальных и финансовых ресурсов на обеспечение  эксплуатации, рыночным ценам на технику, на проведение капитальных ремонтов и т.д. Сбор этих данных вручную, в бумажной форме, не представляется возможным. Использование первичных средств автоматизации, таких как электронные таблицы Excel, не позволяет организовать сбор информации от нескольких источников. Как правило, первоисточники необходимых данных находятся в различных подразделениях предприятия, территориально удаленных от головного офиса. Поэтому процессы сбора и обработки  могут быть организованы только средствами информационной автоматизированной системы управления технической  эксплуатацией (ИАСУ  ТЭ), обеспечивающей единое информационное пространство для всех участников ТЭ, независимо от места их расположения.
 
Такая система разработана специалистами Автомобильно-дорожного факультета Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (СПбГАСУ) и компанией НПП «СпецТек», о чем сообщалось в октябре 2006 года [4]. Более поздние публикации на эту тему [5] содержат краткое описание функций ИАСУ и примеры внедрения. В ходе разработки СПбГАСУ обеспечил методическую и информационную поддержку, в частности, предоставил методику управления технической эксплуатацией. Частично данная методика описана выше. Компания НПП «СпецТек» предоставила программную основу ИАСУ. Этой основой стал программный комплекс TRIM, разработкой и внедрением которого НПП «СпецТек» занимается с 1994 года. Комплекс TRIM является специализированным программным продуктом, ориентированным на нужды ремонтно-эксплуатационных служб предприятий транспорта, промышленности и энергетики. Его возможности позволяют реализовать информационную систему в масштабе всего предприятия, в том числе имеющего территориально удаленные филиалы. По западной классификации TRIM принадлежит к программным продуктам класса EAM (Enterprise Asset Management), предназначенным для управления процессами технического обслуживания, ремонта и эксплуатации оборудования, техники, зданий и сооружений, инженерной инфраструктуры. 
 

Таким образом, ИАСУ содержит: программные модули комплекса TRIM, осуществляющие планирование и учет мероприятий обеспечения работоспособности машин, расчет показателей  в соответствии с методикой, оптимизацию процессов, в том числе и определения срока службы; электронный каталог запчастей, базы данных поставщиков продукции и услуг, заказчиков, персонала, рынка техники и т.д. Функционирование ИАСУ в целом показано на рис. 4.


Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 4. Функциональная схема автоматизированной системы управления ТЭ  (Нажмите на изображение для его увеличения).
 
 

 

Рассмотрим некоторые ключевые функции ИАСУ, реализующие описанную выше методику определения сроков службы.

 
Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 5 Каталог запчастей (Нажмите на изображение для его увеличения).
 

Основой для функционирования ИАСУ ТЭ являются базы данных[2], содержащие информацию по запчастям и материалам каждой единицы техники (рис. 5), видам техобслуживания и ремонтов, имеющемуся ремонтному оборудованию, технической и ремонтной документации и т.д. [6]. База данных создается в ИАСУ ТЭ посредством механизмов ввода и обработки данных, предоставляемых программным продуктом TRIM. В итоге ее создания для пользователя формируется дерево оборудования (объектов ТОиР), пример которого показан на рис. 6. Если выделить какой-либо объект на таком дереве и открыть его свойства, то в появившейся форме будут отображаться как общие параметры объекта, так и присоединенные к объекту типовые работы по его обслуживанию и ремонту, используемые типовые запчасти, текущие значения счетчиков пробега и технические параметры, документация по данному объекту, привлекаемые к работам штатные единицы и т.д. (рис. 7).

 

 

Поскольку к каждому объекту ТОиР подключены все регламентные работы по нему и необходимые для них ресурсы, то план предстоящих работ и потребность в запчастях и материалах формируются в ИАСУ автоматически (рис. 8).
 
Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 6 Дерево объектов ТОиР (Нажмите на изображение для его увеличения).
 
Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 7. Привязка ресурсов к объекту ТОиР (Нажмите на изображение для его увеличения).
 
 
Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 8. План-график работ по ТОиР (Нажмите на изображение для его увеличения).
 

 

В процессе работы пользователи ИАСУ ТЭ ведут учет пробега (моточасов) (рис.9), параметров технического состояния (рис. 10), выполненных работ и израсходованных ресурсов (рис. 11), наличия, исправности, простоев и времени полезной работы транспортных средств, с отображением цепочек состояний  каждого транспортного средства (рис. 12).

 
Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 9. Учет пробега транспортных средств в ИАСУ ТЭ (Нажмите на изображение для его увеличения).
 
Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 10. Учет и мониторинг параметров технического состояния в ИАСУ ТЭ
 
Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 11. Учет выполненных работ и произведенных затрат (Нажмите на изображение для его увеличения).
 
Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 12. Учет эксплуатационного состояния техники (Нажмите на изображение для его увеличения).
 
Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 13. Затраты и прибыль от эксплуатации техники (Нажмите на изображение для его увеличения).
 
 
На основе накапливаемых в ИАСУ ТЭ данных и с целью реализации описанной выше методики, в ИАСУ ТЭ формируются аналитические формы, отражающие итоги, а также прогноз характеристик технической эксплуатации за заданный период времени, в заданном подразделении, по определенному виду техники и т.д. Например, на рис. 13 приведена такая форма, получаемая из ИАСУ ТЭ, в которой отражены прогнозные графики прибыли и затрат на эксплуатацию конкретной единицы техники.  Рисунок очевидным образом иллюстрирует, как и где образуется максимум рентабельности, соответствующий оптимальному сроку службы по критерию Rmах (см. рис. 3) - в точке максимального расхождения этих графиков.
 
На основе эксплуатационных данных в ИАСУ ТЭ рассчитываются также надежностные показатели, например, коэффициент готовности (формула 1), причем расчет ведется для каждой единицы техники с использованием данных, характеризующих эксплуатацию именно этой единицы (рис. 14).
 
Управление сроками службы машин: методика и ее реализация в автоматизированной системе
Рис. 14. Показатели, характеризующие процесс ТЭ (Нажмите на изображение для его увеличения).

Заключение

Управление сроками службы машин, оборудования и других объектов основных фондов является лишь одной из возможных задач, решаемых средствами ИАСУ ТЭ. Система может применяться и для других целей - например, для оптимизации структуры парка машин, контроля и повышения качества ТОиР, реализации методов планирования ТОиР по наработке, по техническому состоянию, для минимизации организационных финансовых издержек при ТОиР и других задач. Система представляет собой не только программное обеспечение или базу данных, но также гибкий инструмент для совершенствования системы эксплуатации сложных технических объектов и систем, эффективный как для небольших предприятий, так и для крупных производственных объединений.
 

Список литературы

 

1.     Репин, С.В. Оптимизация показателей надежности строительных машин в эксплуатации // Строительные и дорожные машины. - 2006. - № 5. - С. 28-31.

2.     Репин, С.В. Концепция эффективности эксплуатации строительных машин // Строительные и дорожные машины. - 2007: № 2 .  - С. 27-31; № 4. - С. 21-25.
3.     Репин, С.В. Оптимизация возрастной структуры парка строительных машин // Строительные и дорожные машины. - 2006. -  № 9 .  - С. 28-31.

4.     Новости бизнес-решений // Директор информационной службы. - 2006. - №11.

5.     Разработка информационной автоматизированной системы управления техническим обслуживанием и ремонтом строительных машин /С.В.Репин, С.А.Скакун // Строительные и дорожные машины. - 2007. - № 11 .

6.      Разработка информационных баз техники для использования в автоматизированной системе управления техническим обслуживанием и ремонтом строительных машин /С.В.Репин, К.В.Рулис, А.В.Зазыкин, Н.К.Ховалыг // Международная электронная библиотека (электронный ресурс: interlibrary.narod.ru). - 2007. - 12 с.

 

 


 

[1] Здесь и далее расчет основан на данных Управления механизации № 4 г. Санкт-Петербурга.

[2] Базы данных защищены авторским правом и являются интеллектуальной собственностью разработчиков.

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Оборудование для литья по выплавляемым моделям ЛВМ Оборудование для литья по выплавляемым моделям ЛВМ:
Шприц-машина для восковых моделей
Бойлерклав
Установка отделения керамики
Пескосып и смеситель
+ 86 152 532 57083