Теоретическое исследование структуры ремонтно-обслуживающих воздействий с учетом особенностей использования техники в различные периоды работ в сельском хозяйстве

Потребитель услуг в сфере технического сервиса сельскохозяйственной техники может сформироваться при определенной величине доходности сельскохозяйственного предприятия. Если представить доходность сельскохозяйственного предприятия в виде прибыли Э , то из нее предприятие может потратить на технический сервис, в том числе на услуги сторонних организаций, дополнительные затраты ΔЭ_зат и получить дополнительную прибыль ΔЭ_д в результате сокращения ремонтных работ благодаря качественному техническому сервису и сокращению сроков полевых работ. Тогда средства, которые могут быть отчислены на техническое обслуживание и ремонт техники (ТОР), будут составлять: ΔЭ зат ≤ ΔЭ д .

Целью работы является повышение безотказности тракторов при использовании интенсивных методов технического обслуживания, позволяющих сократить время простоев в напряженные периоды полевых работ, с учетом доходности сельскохозяйственного предприятия.

Объекты и методы

В общем виде сроки выполнения i -й сельскохозяйственной работы можно представить

T = —F-

,

сxpi   W b k k j j j ти где Тсхрi – сроки выполнения i-й работы, дней; bj – наличие в хозяйстве j-й машины; Fi – объем i-й работы, га; Wj – номинальная сменная производительность j-й машины на i-й работе, га/смену; kj – коэффициент сменности j-й машины; kти – коэффициент технического использования.

При постоянных b j и k j фактическая производительность машины W ф будет зависеть прежде всего от k ти

T

W, = Wk = W.--------- p --------,                    (2)

ф       j ти       j p то рем ± доп где Тр – время чистой j-ой работы машины, ч; Тто – время выполнения всех видов технического обслуживания, ч; Трем – время, связанное с ремонтом, в том числе и устранением последствий отказов, ч; Тдоп – дополнительные сопутствующие затраты времени на ожидание, транспортировку и прочее при выполнении технического обслуживания, устранение последствий отказов и ремонта.

Исходя из нашей гипотезы, когда время на обслуживание и ремонт сокращаются, а рабочее время машин растет, выражение примет вид

T + A T

W» = W,-------------------------^р-----^р------------------------ ,         ⁽³⁾

ф    j (T p +A T p ) + (T_mo -A T_mo ) + (Т рем -A Т рем ) + (Т доп -A T_don )

где A T p - увеличение времени работы машины в связи с исключением сложных видов технического обслуживания, а также сокращением времени простоев на устранение последствий отказов и ремонт в напряженные периоды основных сельскохозяйственных работ; A T_mo , A T_peM , A T_don - сокращение времени на техническое обслуживание, устранение последствий отказов и ремонтов и сопутствующих затрат времени (транспортировка, ожидание).

Упростив выражение (3), получим

Т

сх . р

= Т + Т + Т + Т + Т + Т , р то отк рем тр ож ,

Видно, что главный резерв в повышении производительности сельскохозяйственной техники – сокращение сопутствующих составляющих с увеличением времени чистой работы ( Т _р ).

Рассмотрим составляющие, входящие в зависимость (4). Среднее время пребывания трактора на техническом обслуживании (tто), по данным наблюдений, равно t = 127 У/П,. то , Nj

,

где t j – трудоемкость j -го вида обслуживания, чел-час; η j – соотношение j -х видов ремонтнообслуживающих работ в балансе затрат времени на техническое обслуживание – 1000 час (ТО-1, ТО-2, ТО-3); N j – число исполнителей, участвующих в обслуживании; 1,27 – коэффициент, учитывающий несогласованность действий операторов при выполнении технического обслуживания.

Определение суммарного времени безотказной работы и числа заявок на устранение последствий отказов и текущий ремонт (Д ^ ) сопряжено с числом восстановлений работоспособности трактора, которые находятся в зависимости от управления качеством технического обслуживания и старения трактора. Моменты отказов и ремонта тракторов образуют последовательность т 1 , т₂, ... т' 1 , т' 2 независимых, неотрицательных и одинаково распределенных случайных величин с функцией распределения F(t) и Ф(t) . Эти случайные потоки образуют процесс восстановления [1].

У Д. Кокса и В. Смита – два процесса восстановления: если {F1(t) = F2(t) … = Fn(t)} – простой, а если {F1(t) ≠ F2(t) … ≠ Fn(t)} – то общий [1]. В нашем случае наблюдается общий процесс восстановления. Об этом свидетельствует существенная разница ресурсов узлов и агрегатов трактора в до- и послеремонтном периодах (табл. 1). Ресурс отремонтированных узлов и агрегатов составляет 40–80 % от новых [2].

Исходя из теории восстановления интегральная функция восстановления H(t) выражается уравнением Вольтерра с разностным ядром [1]

t

Таблица 1

Ресурс составных частей тракторов «Кировец» межремонтного и доремонтного периодов

Составная часть трактора	Марка трактора
	К-701	К-700А
Двигатель	0,51	0,53
Коробка передач	0,49	0,56
Ведущие мосты	0,67	0,74
Ведущий вал К.П.	0,60	0,68
Топливный насос	0,64	0,63
Стартер	0,59	0,66

H (t) = F (t) + J F (t - т )dF (т),

где H(t) – функция восстановления с учетом профилактики и замены функции распределения ресурсов заменяемых деталей; dF(τ)d(τ) – функция распределения ресурсов заменяемых стареющих деталей (межремонтный период).

Несмотря на все изящество формулы (6), где функция dF(τ)d(τ) дает приращение числа восстановлений в результате старения изделия, на практике применительно к сельскохозяйственной технике ее использование весьма проблематично, поскольку, с одной стороны, необходимо учитывать количество профилактик (профилактика не есть отказ), а с другой – профилактика затормаживает процесс старения. В результате от интенсивности технических обслуживаний будет меняться распределение рабочего времени безотказной работы трактора ( Н ), а периодичность будет также принимать случайные значения.

Теперь, например, функцию плотности вероятности случайных величин ( Т то ) и наработку на отказ ( Н) можно выразить как ф ( Т то ; Н) [3], таким образом получаем равенство

P{t ≤ T то ≤ t + ∆t и h ≤ H ≤ h + ∆h} = φ(t, h)dt dh .

Поэтому вероятность того, что Т то примет какое-либо значение в интервале от a до b , а Н при этом примет значение в интервале от с до d , может быть найдена из уравнения bd

aс

В случае если распределение величин t и h нормальное, то плотность их вероятности будет иметь вид

2пх at х ah

—

= exp z 2

t ^— t 0 I ^a t )

—

^t х ^һ

где t 0 , h 0 – математические ожидания величин t и h , а σt ² σh ² – их дисперсии; r th – коэффициент корреляции величин t и h .

Так, установлено [4], что при значениях А = 0,2–0,4 распределение периодичности технического обслуживания и наработки на отказ и межремонтной наработки тракторов К-700

имеют зависимость при

Ф (Т то ) =

61,4V2 ^

exp

ТТ, - 154,2) 2'

2 • 61,4²

• ( РХ ² = 0,55 )1

Наработка на отказ трактора К-700 меняется как

ф( Н ) =

----1= exp-70,0V2 n

( Н -122,0) 2

•(РХ2 = 0,18), а межремонтная наработка

Ф ( Н р ) =

---1= exp - 799V2 n

( Н р - 1686,3) 2 2 • 799 2

• ( РХ ² = 0,09 ) .

Оценка распределений по критерию Пирсона ( РХ² ) позволяет нам при реализации модели использовать нормальный закон.

В практических расчетах Б.В. Гнеденко предложил для большого промежутка времени ( t ) приближенную формулу числа восстановлений [5]

Н ( t ) =

t     ст2

— + t     2t2

ср cр

Тогда формулу определения суммарного числа заявок на устранение последствий отказов или текущий ремонт трактора с учетом его старения можно предложить в виде

Л . = W + f r - 1 • m j ,                    ⁽¹¹⁾

V tcP 2t ср 2 J где Λjv – суммарное количество заявок на устранение последствий отказов или ремонт i-й марки трактора в v-й период его использования; Wi - годовая наработка трактора i-й марки, час; tср – средняя наработка на отказ, час; mi – количество тракторов i-й марки; ξv – доля объемов работ, выполненных в v-й период использования тракторов.

Среднее время ожидания ( t ож ) обслуживания, устранения отказов, ремонта равно

t

ожтоj

t ожто j

М

(5 -1)^ (SM - л)

, приS > 1

л

=   ----7Х> при S = 1

ЯМ - Л)

где S - число каналов обслуживания; ц — интенсивность обслуживания, ч; Л - интенсивность поступления заявок на обслуживание; ц = 1 - при обслуживании тракторов на стационаре; tобс ц =__1__ - обслуживание с помощью передвижных средств; tnep - среднее время переездов t + tnep передвижного агрегата при выполнении одной заявки на обслуживание, час.

При выполнении заявок на стационаре (ТО, устранение отказов и ремонт) среднее время ожидания обслуживания равно

М

t ожто j — Z j Z v

^Л Х

\Мч)

• ПД

⁽ s i ^- 1 ) ^⁽ s i P ij ^{- Л} ijv )

Рассмотрим математические модели затрат на поддержание тракторов в работоспособном состоянии на двух уровнях – уровне хозяйства и специализированного предприятия технического

сервиса в пределах допустимых значений φ jv – доли объемов работ по ТОР, передаваемых специализированному предприятию. Введя показатель качества технического обслуживания (зависимость Н и Н_р – наработка на отказ и межремонтная наработка от удельной трудоемкости выполняемых операций технического обслуживания t_уд ), получим [4]:

t то , S x + t то , C _zv +

^С, = ⁽¹ - ф , )y

27?

xjv трv

(Стр + Czv ) +

+  ----77---(tоткSX + tоткCz. )+ ң (tPSx + tPCz. )+ tmo, Kx t удто отк                           tуд   px

,

где t то_j , t отк , t p – продолжительность технического обслуживания, устранения последствий отказов и ремонта трактора в хозяйстве, ч; t_то – трудоемкость j -го технического обслуживания, чел час; C_z . - стоимость часа простоя трактора в v -й период, руб.; 2R_x ,. - расстояние транспортировки трактора на ТОР внутри хозяйства, км; V трv – скорость транспортировки трактора в v -й период, км/ч; С_тр - стоимость часа транспортировки трактора, руб.; Л ,. - количество заявок, поступающих на j -е обслуживание в v -й период; S_x и К_х - себестоимость и капитальные затраты на проведение j -го вида ТОР, руб./час; ф ,. - доля объемов работ по j -му виду ТОР, передаваемых в специализированное предприятие; t уд – удельная трудоемкость плановых ТО, приходящаяся на один час работы трактора; H отк и Н рх – наработка на отказ и наработка трактора при обслуживании его в хозяйстве.

В модели (15) затрат Сjv, которые может понести хозяйство в зависимости от его доходности при передаче объема работ ф,. специализированному предприятию (назовем функционалом М), заменим R , H , Н , S , K и t на R , H , Н , S , К и t – соответственно рас-x откх рх x x               c откс рс c с стояние до специализированного предприятия, наработка на отказ и межремонтная наработка трактора, если бы его обслуживали на специализированном предприятии, себестоимость и затраты, приходящиеся на час работы предприятия, и назовем его функционалом Z.

При условии, что суммарные затраты по ТОР С j _v , которые понесет хозяйство, С , = С , + С пред ^ min , получим ^С = A M + Л ,_V Z - ф ,. A j. M .

При совместном решении функционалов M и Z (при условии M – Z ≥ 0 ) определим долю объемов работ (ТОР, ф ,. ), которую может передать хозяйство специализированному предприятию. Для получения типичных решений вначале нужно классифицировать хозяйства на типичные группы с реальными значениями R_x , С_х , в результате мы получим конкретные значения ф ,. для хозяйств с определенной величиной дохода С jv .

Результаты исследований

Поскольку большая часть сельскохозяйственной техники в Западной Сибири (в Омской области – около 90 %) эксплуатируется за пределами амортизационных сроков, последнее условие следует применять при решении поставленной задачи только для этой техники.

Анализ отказов показывает, что на постепенные во всей совокупности отказов по тракторам приходится 65–75 %. Возникновение этих отказов можно прогнозировать, поскольку они связаны с параметрами технического состояния машины. Возникновение внезапных отказов, к сожалению, трудно предугадать. Все отказы классифицируют на первую, вторую и третью группу сложности. Наиболее сложные отказы – третьей группы сложности – ресурсные. Для их устранения необходимо произвести ремонтные работы с возможной заменой или восстановлением основных, в том числе базовых деталей узлов и агрегатов машин.

Ресурсные отказы можно предотвратить, выполняя ремонт в ненапряженный период использования тракторов. В этот период целесообразно ввести операции диагностирования для определения остаточного ресурса узлов и агрегатов, которые не ремонтировали и не заменяли, и оценить вероятность их появления в период выполнения сельскохозяйственных работ. Постепенные отказы, входящие в первую и вторую группу сложности, можно сократить за счет выполнения операций технического обслуживания перед напряженным периодом сельскохозяйственных работ. Здесь мы не только сокращаем время на ТО в напряженный период, но и добиваемся сокращения количества отказов. Таким образом, теоретически обоснована и доказана на практике целесообразность выноса сложных операций ТО-2 и ТО-3, СТО за пределы напряженного периода сельскохозяйственных работ, т.е. осуществляется концентрация работ по техническому сервису. Наибольшее снижение затрат дает концентрация восстановления изношенных деталей; далее – концентрация ремонта узлов и агрегатов; полнокомплектный ремонт машин, текущий ремонт, техническое обслуживание и хранение машин.

Повышение эффективности технического сервиса должно быть направлено на достижение максимальной производительности машин в периоды выполнения основных сельскохозяйственных работ ( W max ).

С учетом изложенного и упомянутых выше приоритетов ремонтно-обслуживающих работ структура технического сервиса применительно к основным периодам выполнения сельскохозяйственных работ может выглядеть следующим образом (табл. 2).

Таблица 2

Предлагаемая структура ремонтно-обслуживающих воздействий (РОВ), учитывающая особенности использования техники в разные периоды выполнения сельскохозяйственных работ

Время выполнения, вид ремонтно-обслуживающих воздействий	Характеристика	Результат воздействия
Ненапряженный период использования тракторов во время ремонта техники перед предстоящим напряженным периодом сельскохозяйственных работ	Определение остаточного ресурса составных частей машины по результатам диагностирования (ТО-3). Обоснованное назначение ремонтных работ	При выполнении с.-х. работ в напряженный период повышается вероятность безотказной работы машины. Сокращается количество ресурсных отказов третьей группы сложности
Предстоящий напряженный период с.-х. работ. Выполнение операций ТО-3 и ТО-2 в объеме ТО-3 по прогнозируемой наработке	Диагностирование, техническое обслуживание ТО-3 и ТО-2 в объеме ТО-3, устранение последствий отказов (УПО) первой и второй групп сложности	При выполнении с.-х работ в напряженный период проводятся ТО-1, УПО первой и второй групп сложности. Исключаются ремонт, УПО третьей группы сложности, ТО-2, ТО-3, СТО, операции диагностирования

Сущность интенсивных методов технического обслуживания тракторов рассмотрим на примере предстоящего зимнего и напряженного (период посевной) периодов полевых работ. Как уже отмечалось, наибольший эффект в организации работ по ТОР – при концентрации и специализации. С учетом того, что сложные операции технического обслуживания ТО-2 и ТО-3 мы выносим за пределы напряженного периода, а в зимний период при ремонте используем услуги специализированных предприятий, в частности, по ремонту сложных узлов и агрегатов тракторов, а также передвижных средств диагностирования. Концентрация сложных видов ТОР, а также более глубокая специализация выполнения операций технического обслуживания в ненапряженный период позволяют привлечь достаточное количество узкоспециализированных исполнителей, тем самым повысив качество работ и разгрузив механизатора от большей части работ по ТОР.

Заключение

Таким образом, преимущества предлагаемой структуры ремонтно-обслуживающих воздействий технического сервиса заключаются в следующем:

• –    новая форма технического сервиса тракторов устраняет главное противоречие, возникающее при выполнении сельскохозяйственных работ и необходимости обслуживания техники;

• –    техника в течение года подвергается наиболее полному техобслуживанию всего четыре раза (с учетом сезонного ремонта) и обслуживание проводится в ненапряженные периоды полевых работ, когда есть возможность привлечь достаточное количество исполнителей с высоким уровнем квалификации на сравнительно небольшой промежуток времени, чего в другое время достичь невозможно;

• –    повышается качество и сокращается продолжительность выполнения операций технического сервиса за счет более узкой специализации исполнителей и применения сменных комплектов;

• –    в напряженные периоды работ нет необходимости останавливать тракторы на техническое обслуживание, в результате увеличивается производительность труда;

• –    повышается надежность техники за счет более полного объема профилактических работ и использования средств диагностики, позволяющих обеспечить выявление скрытых отказов и спрогнозировать ресурс составных частей машин;

• –    в незагруженный период более полно загружать специалистов, занятых обслуживанием и ремонтом техники;

• –    возникает возможность совмещения операций ТО-1 (ввиду его сравнительно небольшой трудоемкости) с операциями по устранению последствий отказов, что раньше категорически не рекомендовалось. Это позволяет сформулировать новые требования к передвижному агрегату технического обслуживания сельскохозяйственной техники.