Оптимизация количественных параметров переходного комплекта и состава ремонтных позиций при агрегатном методе ремонта локомотивов тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Диссертация: текстпо экономике, доктора технических наук, Куанышев, Бакытжан Муханбетович, Москва

......^

V

вауш vf-HH^feAK России Ч

л AK Ре-сеж

^^/и. „

•.исаьДОКТГ

1/' . /Г -:'» 5о <23^ &С/С//&0

/ / ' V «-' / / - • ••'

/ • О «у

/ МПС РФ

МОСКОВСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

На правах рукописи

КУАНЫШЕВ Бакытжан Муханбетович

ОПТИМИЗАЦИЯ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕХОДНОГО КОМПЛЕКТА И СОСТАВА РЕМОНТНЫХ ПОЗИЦИЙ ПРИ АГРЕГАТНОМ МЕТОДЕ РЕМОНТА ЛОКОМОТИВОВ

Специальность 08.00.28 - Организация производства

(технические науки)

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант - доктор технических наук профессор Горский Анатолий Владимирович

МОСКВА - 1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

1 .СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 13

1.1. Анализ работ по оптимизации численности технологического оборудования и производственных запасов в различных отраслях промышленности и транспорта 13

1.2. Анализ работ по оптимизации численности технологического оборудования и запаса агрегатов в локомотивном хозяйстве и оценкаих эффективности 33

2. АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ЛОКОМОТИВОВ ПРИ АГРЕГАТНОМ МЕТОДЕ РЕМОНТА 41

2.1. Детерминированная модель 41

2.2. Построение модели и выбор критерия эффективности рассматриваемого процесса 45

2.3 Вероятностное описание процесса восстановления

оборудования локомотивов при агрегатном методе ремонта 49

2.4. Алгоритм расчета показателей и критерия эффективности процесса восстановления оборудования локомотивов при агрегатном методе ремонта 56

2.5. Анализ результатов расчета 63

3. СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАРКОВСКОГО ПРОЦЕССА ОТКАЗОВ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

ПРИ АГРЕГАТНОМ МЕТОДЕ РЕМОНТА 68

3.1. Моделирование случайных величин с заданным

законом распределения 68

3.2. Моделирование процесса отказов оборудования 75

3.3. Моделирование процесса замены отказавшего оборудования 79

3.4. Расчет параметров процесса восстановления оборудования

при агрегатном методе ремонта 82

4. СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ С УЧЕТОМ РЕАЛЬНОГО ХАРАКТЕРА ПРОЦЕССА ОТКАЗОВ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ АГРЕГАТНОМ МЕТОДЕ РЕМОНТА 92

4.1.Модульный принцип построения алгоритма статистического моделирования процесса отказов и восстановления оборудования агрегатным методом 92

4.2. Моделирование сроков отправки агрегатов на плановые и неплановые ремонты 97

4.3. Моделирование процесса замены ремонтируемых

агрегатов работоспособными из переходного запаса 101

4.4. Моделирование потока агрегатов, поступающих

на ремонт из различных локомотивных депо 106

4.5. Принципы пооперационного моделирования технологического процесса 110

4.6. Пооперационное моделирования технологического

процесса ремонта колесных пар со сменой бандажей 118

4.7. Статистическая модель восстановления работоспособности колесных пар агрегатным методом 126

5 . АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ МЕЖРЕМОНТНЫХ ПРОБЕГОВ КОЛЕСНЫХ ПАР ТЕПЛОВОЗОВ 130

5.1. Определение законов распределения контролируемых параметров и расчет зависимостей их числовых характеристик от пробега 131

5.2. Расчет показателей безотказности по износу бандажей колесных пар 138

5.3. Расчет оптимальных пробегов до смены бандажей

колесных пар тепловозов 147

5.4. Определение показателей безотказности колесных пар

по наработкам между отказами 153 6. ОПТИМИЗАЦИЯ ЧИСЛА РЕМОНТНЫХ ПОЗИЦИЙ И ОБЪЕМА

ПЕРЕХОДНОГО КОМПЛЕКТА КОЛЕСНЫХ ПАР 161

6.1. Выбор параметров технологического процесса ремонта колесных пар для проведения эксперимента 161

6.2. Расчет параметров технологического процесса ремонта колесных пар на имитационной модели 167

6.3. Обработка результатов эксперимента и расчет статистических характеристик процесса восстановления колесных пар 170

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 189

ЛИТЕРАТУРА 194

ПРИЛОЖЕНИЯ 216

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на техническое обслуживание и текущие ремонты оборудования локомотивов, для поддержания их работоспособности расходуются достаточно большие средства. В условиях старения локомотивного парка и отсутствии его обновления - затраты на восстановление работоспособности агрегатов будут возрастать.

Система технического обслуживания и ремонта (ТОР) локомотивов характеризуется объемами ремонтов и осмотров, схемой их чередования, величиной межремонтных пробегов, уровнем и технологической оснащенностью производства, продолжительностью и качеством выполнения ремонтных операций, степенью их механизации и автоматизации, качеством подготовки ремонтного персонала и наличия необходимого запаса агрегатов и узлов.

В настоящее время в Казахстане, как и в России схема чередования ремонтов и межремонтные пробеги локомотивов - структура ремонтного цикла регламентируется нормативами, созданными на основе приказа МПС СССР №28Ц от 20.06.1986г. и указания МПС РФ №М-257у от 05.04.94г. .

При этом основной системой ТОР локомотивов является так же система планово-предупредительных ремонтов.

Магистральный локомотивный парк железных дорог Казахстана в основном оснащен тепловозами серии типа ТЭ10 различных модификаций и эксплуатируется в различных регионах страны, имеющих существенные климатические отличия. Кроме того существенно отличаются и другие условия: состояние, план и профиль пути, скорость движения, весовые нормы, уровень организации ремонтного производства и т.п. Все названные факторы существенно влияют на процесс функционирования локомотивов,

износ его узлов и агрегатов. Следовательно, наработка на отказ деталей и узлов является случайной величиной [410,42,69,80], а ресурс одноименного оборудования локомотива в разных условиях эксплуатации может существенно отличаться. Поэтому, и система ремонта и, соответственно, степень технологической оснащенности предприятий должна определяться исходя из конкретных условий эксплуатации.

Согласно же нормативным документам МПС, регламентирующих систему ремонта локомотивов, схема чередования ремонтов локомотива одной серии установлена одной и той же для всей сети железных дорог и лишь дифференцируются межремонтные пробеги в пределах +15-20% в основном для обеспечения равномерной загрузки ремонтных предприятий.

В тоже время разброс ресурса оборудования локомотивов в разных условиях эксплуатации может быть настолько большим, что существенно будут отличаться не только межремонтные пробеги ,но и объемы ремонтов, а, следовательно, и необходимое количество для выполнения ремонтов технологических линий, станков, оборудования и запчастей.

В ряде выполненных работ [32,41,42,68,69,80] показано, на процесс функционирования локомотивов воздействует множество случайных факторов, а значения параметров, характеризующих работоспособность оборудования локомотивов являются случайными величинами, характеристики которых существенно отличаются в различных условиях эксплуатации. Поэтому решение задачи определения сроков ремонта оборудования локомотива, необходимого для этого количества технологических линий и запасных агрегатов, целесообразно осуществлять на основе теории вероятностей, теории надежности и математической статистики. В настоящее время для этого созданы все условия: наличие современных математических методов и моделей; накопление и систематизация информации о надежности оборудования в эксплуатации и в ходе проведения ресурсных испытаний

оборудования локомотивов, использование быстродействующих ЭВМ для обработки информации о надежности при решении задач совершенствовании ремонта и оптимизации принятия технологических решений [40,65,188].

Информация, характеризующая техническое состояние локомотива, содержащаяся в соответствующих учетных формах, позволяет организовать производственный процесс на совершенно ином качественном уровне: осуществлять непрерывное слежение за техническим состоянием локомотивов [73,74,158,159,178], прогнозировать изменения в будущем и в зависимости от этого производить планово-предупредительные ремонты с соответствующим технологическим обеспечением. Сознание того, что информация только тогда имеет ценность, когда она достоверна, т.е. достаточно полно отражает фактические процессы, позволяет организовать тщательный учет всех плановых и неплановых ремонтов локомотивов, всех повреждений и отказов оборудования.

В таких условиях становится возможным решение следующих важных задач:

- определение объема запасных частей и материалов для удовлетворения потребности в проведении плановых и неплановых ремонтов с наименьшими затратами;

- оптимизация числа технологических линий, станков и оборудования, обеспечивающих восстановление ресурса узлов и агрегатов локомотивов приписного парка.

В практику работы казахстанских железных дорог внедрена индустриальная система ремонта локомотивов[14], основным положением которой предусматривается специализация ремонтных локомотивных депо, заключающаяся в производстве определенного вида ремонта локомотивов, отдельных узлов и агрегатов, ремонт однотипных локомотивов или только

определенных серий.. Без специализации, из-за разносерийности ремонтируемых локомотивов в каждом депо, необходимо иметь запасные части и материалы широкой номенклатуры, что сопровождается увеличением оборотных средств в тоже время низким уровнем использования технологической оснастки и оборудования.

Специализация локомотивных депо, особенно по сериям ремонтируемых тепловозов и кооперация по видам ремонтов (особенно ТР-3), позволяет шире использовать унификацию и взаимозаменяемость агрегатов, более полную загруженность технологических линий и станков, обеспечить выполнение ремонтов при минимальном количестве запасных частей и агрегатов.

Индустриальная система предусматривает применение агрегатного и крупноагрегатного поточного метода ремонта, когда снятые с тепловоза агрегаты (машины, аппараты, приборы) заменяются на новые или заранее отремонтированные, т.е. имеется возможность создания переходного комплекта агрегатов.

Снятые с локомотива агрегаты могут ремонтироваться в депо на плановых или неплановых ремонтах, частично или полностью отправляться для ремонта в другие депо (специализирующихся на ремонте отдельного оборудования) или заводы. В соответствии с этим будет различным потребное количество агрегатов переходного комплекта и степень загруженности технологических линий в данном локомотивном депо.

Изложенные обстоятельства свидетельствуют о том, что прогнозирование рациональных параметров потребности технологического оборудования и переходного комплекта агрегатов в депо должно осуществляться на единой информационной основе оценки надежности оборудования в эксплуатации совместно с задачами выбора оптимальной стратегии ремон-

та и установления оптимальных технических требований при агрегатном методе ремонта локомотивов [81-83,122,141-144].

Цель работы заключается в решении проблемы оптимизации параметров технологических процессов ремонта оборудования локомотивов -числа ремонтных позиций и объема переходного комплекта агрегатов с учетом множества случайных факторов, оказывающих существенное влияние на процесс в реальных условиях эксплуатации.

Исследования выполнены на основании изучения процессов изнашивания и наработок между отказами бандажей колесных пар тепловозов серии 2ТЭ10Л,В,М локомотивных депо Кзыл-Орда, Казалинск, Саксауль-ская, Челкар, Эмба, Кандагач, Актюбинск, Уральск, Шубар-Кудук, Макат, Мангышлак, Атырау Западно-Казахстанской (ныне Западной) железной дороги. Объемы первичной информации составили: от 96 до 216 значений по замерам толщины бандажей и 42 - 126 значений по отказам колесных пар, что позволяет получить достоверные статистические выводы.

Ремонт колесных пар со сменой бандажей осуществляется в локомотивном депо Казалинск, специализирующемся на этом виде ремонта. Реальная пропускная способность технологической линии депо составляет 580 колесных пар в год. Суммарная потребность в ремонте колесных пар по дороге в год - 1340.

От качества их работы, своевременного выполнения программы ремонтов колесных пар во многом зависит успешная работа локомотивного хозяйства в целом.

Поэтому в результате исследования необходимо выбрать такое количество ремонтных позиций на каждой операции технологического процесса и объем переходного запаса работоспособных колесных пар, чтобы обеспечить выполнение этого объема ремонта с наименьшими затратами.

Решение указанных задач связано с большим объемом вычислений, выполнить которые невозможно без применения современных вычислительных средств. Программы обработки статистической информации, расчета показателей аналитической и статистической моделей оптимизации параметров технологического процесса восстановления работоспособности оборудования локомотивов разработаны на кафедре «Электрическая тяга» МИ И Та при непосредственном участии автора.

Данная работа является дальнейшим развитием исследований, направленных на совершенствование системы технического обслуживания и ремонта локомотивов, выполняемых на кафедре «Электрическая тяга» МИИТа в течении более двадцати лет. От ранее выполненных работ отличается тем, что впервые определение рациональных параметров технологического процесса осуществляется с единых позиций выбора оптимального числа ремонтных позиций и запаса агрегатов, обеспечивающих снижение потерь от простоя локомотивов в ремонте.

Практические рекомендации работы внедрены в локомотивном депо Казалинск и использованы при разработке следующих нормативных документов:

1. Указания №22Н от 29.04.96г. "Об улучшении технического состояния тепловозного парка";

2. Временных дорожных норм расхода запасных частей, материалов и ГСМ при ремонте тепловозов типа ТЭ10.

Материалы диссертации использованы в учебном пособии «Система ремонта электроподвижного состава и ее оптимизация. Учебное пособие.», опубликованном совместно с профессором Горским A.B. и профессором Воробьевым A.A. Результаты работы также используются в учебном процессе в двух методических руководствах к выполнению лабораторных работ.

Материалы диссертации опубликованы в 25 статьях [6,7,43-51,92105].

Основные положения диссертации докладывались: на Всесоюзной научно-технической конференции (Брянск, 1991г.), на Всесоюзной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране» (Новочеркасск, 1991г.), на 1-й и 2-й международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (Москва, 1994, 1996 гг.), на 6-й международной научно-технической конференции «Проблемы развития локомотивострое-ния» (Москва, 1996 г.), на 7-й международной научно-технической конференции «Проблемы развития рельсового транспорта» (Луганск, 1997 г.), на первом международном симпозиуме «Энергоснабжение, качество электроэнергии, электромагнитная совместимость на железнодорожном транспорте» (Москва, 1997 г.), на совместном заседании кафедр «Подвижной состав» и «Безопасность жизнедеятельности» Казахской академии транспорта и коммуникаций (Алматы, 1997 г.), на научно-техническом семинаре кафедры «Электрическая тяга» МИИТа, секция «Эксплуатация, надежность и ремонт ЭПС» (Москва, 1998 г.), заседаниях кафедры «Электрическая тяга» (1996,1998 гг.).

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Обоснование критерия оптимальности параметров технологического процесса ремонта оборудования локомотивов.

2. Аналитическая модель определения оптимальных параметров технологического процесса ремонта агрегатов с учетом вероятностного характера поступления агрегатов на ремонт и продолжительности восстановления.

3. Методика построения имитационной модели процесса восстановления агрегатов с учетом множества потоков поступлений агрегатов на

плановые и неплановые ремонты, случайного характера распределений наработок до плановых и неплановых ремонтов, неординарности потока агрегатов, поступающих на плановые ремонты, многоканальности поступления агрегатов из различных пунктов эксплуатации, пооперационного моделирования восстановления агрегатов и других факторов, имеющих место в реальных условиях эксплуатации.

4. Методика поиска оптимального решения при расчете параметров технологического процесса ремонта оборудования локомотивов на основе теории математического планирования эксперимента.

5. Результаты практической апробации разработанных методов оптимизации численности ремонтных позиций для выполнения отдельных технологических операций и объема переходного комплекта колесных пар в депо Казалинск.

1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ работ по оптимизации численности технологического оборудования и производственных запасов в различных отраслях промышленности и транспорта

Проблеме выбора оп