Чтобы эффективно использовать парк строительных машин необходимо знать, как изменяются во времени показатели работоспособности самих машин. Работоспособность техники определяется уровнем ее надежности. ГОСТ 27.002–83 дает такое определение надежности: «Свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования». Следовательно, надежность характеризует изменение качества изделия по мере его эксплуатации. Это – качество изделия, развернутое во времени.
Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Каждое из перечисленных свойств характеризуется своими показателями. Показатели, привязанные к определенному свойству, называют единичными. В отличие от единичных применяют также комплексные показатели, которые характеризуют несколько свойств (табл. 1.3).
По мере старения машины происходит изменение показателей надежности и технико-экономических показателей: уменьшается наработка на отказ; увеличивается время восстановления; снижается производительность; возрастают затраты на поддержание работоспособного состояния машины. Установление законов изменения этих показателей по времени позволит управлять уровнем работоспособности машины посредством технических воздействий (ТВ), оптимизировать срок службы машины, и в конечном итоге эффективно управлять всем парком машин.
Таблица 1.3
Показатели надежности
Продолжение таблицы 1.3
Большое количество статистической информации накоплено исследователями автомобильного транспорта. Так, изменение некоторых показателей качества легкового автомобиля-такси в зависимости от пробега представлены на рис. 1.4 [6]. Естественно предположить, что подобный характер зависимостей будет характерен и для других мобильных машин, в том числе и строительных.
При увеличении срока службы автомобилей с 8 до 10 лет затраты на техническое обслуживание и ремонт, а также капиталовложения в производственную базу возрастают на 15…23% . Возрастание сроков службы автомобилей с 7 до 12 и более лет увеличивает годовые затраты на ТО, ТР и производственную базу на 42…46%. Таким образом, списание автомобилей с возрастом свыше 10 лет обеспечит на постоянный объем перевозок: сокращение размера парка на 6%, уменьшение затрат на техническое обслуживание и текущий ремонт на 15% и капиталовложений в производственную базу на 23%. Соответственно на один инвентарный автомобиль затраты на ТО и ТР уменьшатся на 2 %, а удельные капиталовложения в производственную базу — на 24% [6].
Рис. 1.14. Изменение некоторых показателей качества легкового автомобиля-такси в зависимости от пробега (100% по шкале показателей соответствует новой машине)
На основании анализа показателей технического состояния и использования строительных машин можно сделать следующие выводы:
- снижение годовой наработки экскаваторов составляет 2,3…4,2%, бульдозеров 1,1…2,4%;
- падение часовой производительности экскаваторов – 1…3% в год, бульдозеров 0,6…1,5%;
- возрастают затраты: на ТОР на 2…5%, эксплуатационные затраты на 1…3,4%, годовые суммарные затраты на 3…8%;
- увеличиваются затраты на эксплуатационные материалы: на топливо – 0,5…1,5%, на моторное масло и гидравлическую жидкость - 2…10%;
- основную часть условно-постоянных издержек составляют отчисления на амортизацию (15…40%), в переменной составляющей затрат большая доля приходится на ТОиР (до 35%);
- в результате себестоимость машино-часа увеличивается на 5…10% в год;
- уровень восстановления работоспособности, выраженный в коэффициенте готовности, после высококачественного КР составляет 80…90% новой машины или после предыдущего КР. Производительность с каждым КР снижается на 5…10%;
- продолжительность каждого последующего ремонтного цикла сокращается на 10…20%;
- стоимость первого КР составляет 30…50% стоимости новой машины, затраты на проведение каждого последующего капитального ремонта возрастают на 8…15% по отношению к предыдущему, затраты на текущие ремонты и техническое обслуживание за каждый последующий ремонтный цикл увеличиваются на 10%.
По мере старения машины изменяются ее надежностные характеристики (параметр потока отказов, коэффициент готовности и другие), контролируя которые методами статистического анализа, можно планировать мероприятия ТЭ для поддержания этих характеристик в требуемых пределах.
В предыдущем разделе было показано, что наработка ТРР(t) и производительность Q(t) в единицу времени надают с интенсивностью 1,1…4,2 % в год. Эти изменения достаточно хорошо (с адекватностью 0,92…0,98) описываются экспоненциальной зависимостью с параметром β=0,012…0,048 год-1 (параметр старения по наработке , производительностии по затратам ) (рис. 1.15):
(1.31)
где ТРР – продолжительность периода времени пребывания машины в работоспособном состоянии в рабочее время (cм. рис. 1.4); t – возраст машины, месяцы, годы; – параметр, характеризующий падение наработки с возрастом машины (параметр «старения» машины), мес-1, год-1; Т(1), Q(1), – наработка и производительность новой машины за первый месяц (год).
а | б |
Рис. 1.15. Изменение характеристик работоспособности строительных машин в процессе эксплуатации: а – наработки; б - показателей технической эксплуатации |
Динамика отношения ТРР(t)/T0 характеризует изменение коэффициента готовности машины. Тогда из формулы (1.31) следует, что
(1.32)
Кг изменяется по времени от единицы (считаем, что в первый месяц эксплуатации новая машина, прошедшая приработку, не требует непланового ремонта, т.е. ТРР(0)=T0) до значения на месяц списания tс (рис. 1.15). Значению соответствует минимальное значение наработки .
Коэффициент технического использования может быть определен в соответствии с выражением (1.32):
(1.33)
Следует отметить, что выражение (1.32) описывает усредненное изменение коэффициента готовности по времени, потому что значение показателя bt определено как средневзвешенное по периодам интенсивного, неинтенсивного использования машины и хранения (расчет для реальных условий эксплуатации приведен в разделе 1.5.3).
Коэффициент готовности и наработка машины. Выше была рассмотрена структура коэффициентов готовности и технического использования машины. Однако, формула (1.31) не совсем адекватно описывает динамику наработки в первые годы эксплуатации машины. Согласно нашим исследованиям, наработка ТРР(t) незначительно изменяются в течение первых 2-х…4-х лет эксплуатации (рис. 1.16, линия 1), ее динамика в этот период описывается полиномом вида
(1.34)
где t – год эксплуатации.
Рис. 1.16. Изменение наработки экскаватора ЭО-4125 в процессе эксплуатации |
Однако из-за незначительности влияния этого периода на общую динамику показателей эксплуатации машин и упрощения их моделирования, будем дальнейшем считать, что наработка изменяется согласно выражению (1.31).
Коэффициент планируемого применения, связывающий коэффициенты готовности и технического использования, уменьшается с возрастом машины, т.к. для поддержания требуемого уровня работоспособности необходим больший объем плановых технических воздействий (ТВ), т.е. ТРНП будет возрастать на 5…10% в год [1, 10, 11].
Динамика затрат на эксплуатацию машины. Фактические затраты, описываемые формулой (1.18) и рассматриваемые за определенный период времени (год), изменяются с возрастом машины (см. рис. 1.11). Условно-постоянная составляющая фактических затрат [формула (1.20)], а точнее часть этих затрат – издержки владения Zв, приходящиеся на единицу времени (час, месяц, год), уменьшаются пропорционально сроку службы.
, (1.35)
где См – стоимость машины.
В пересчете на машино-час издержки владения составят:
. (1.36)
Переменная составляющая затрат экспоненциально возрастает по времени работы машины: от значения Zпер(1) на эксплуатацию новой машины за первый год (месяц) до Zmax перед списанием:
руб., (1.37)
где - параметр, характеризующий увеличение затрат на эксплуатацию с возрастом машины (параметр «старения» машины по затратам), соответствует коэффициенту в формуле (1.32), год-1 (мес. -1).
Следует отметить, что величины и имеют близкие значения, мес-1 и может как превышать, так и быть меньше значения в зависимости от типа машины, условий эксплуатации и качества системы ТОР.
Если исходить из допущения, что возрастание эксплуатационных затрат по времени происходит только за счет увеличения количества неплановых ремонтов (НР), то можно найти издержки на НР:
(1.38)
Эксплуатационные затраты на машино-час машины возраста t определяются выражением:
, (1.39)
тогда суммарные затраты на машино-час в функции времени составят (рис. 1.17):
. (1.40)
Рис. 1.17. Изменение затрат на машино-час в зависимости от срока службы[5] машины |
Минимум z(t) соответствует оптимальному сроку службы по удельным затратам на машино-час.