advertisement
На правах рукописи
Шикина Дарьяна Игорьевна
Оптимизация нормативного срока службы и системы технического
обслуживания и ремонта вагона с учетом качества его ремонтов (на
примере полувагона)
Специальность 05.22.07  Подвижной состав железных дорог, тяга
поездов и электрификация
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Москва – 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Московский государственный университет путей сообщения» (МГУПС
(МИИТ)) на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство»
Научный руководитель
д.т.н., профессор
Устич Петр Андреевич
Официальные оппоненты:
Воробьев Александр Алексеевич,
доктор технических наук,
профессор кафедры
«Электрическая тяга» МГУПС (МИИТ)
Давыдов
Алексей
Николаевич,
кандидат технических наук, доцент
кафедры «Технология транспортного
производства» Челябинского института
путей сообщения – филиала Уральского
государственного университета путей
сообщения (УрГУПС)
Ведущая организация: государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Брянский государственный
технический университет»
Защита диссертации состоится « 19
»
апреля
2012 г.
в 13 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 218.005.01
при Московском государственном университете путей сообщения по адресу
127994, г. Москва, ул. Образцова, д.9, стр.9, ауд. 2505
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского
государственного университета путей сообщения
Автореферат разослан « 19 » марта
2012 г.
Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные гербовой
печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.005.01 в
Московский государственный университет путей сообщения
Ученый секретарь
диссертационного совета,
д.т.н., доцент
Саврухин А.В.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Важнейшим показателем работы вагонного
хозяйства (ВХ) является качество ремонта и, в первую очередь, деповского
ремонта (ДР). Однако практика эксплуатации железных дорог показывает,
что в настоящее время половина всех браков в перевозочном процессе
приходится на ВХ, и уже только этот факт указывает на наличие проблем с
обеспечением безопасности движения (БД) и недостаточно высокий уровень
качества ремонта и контроля технического состояния подвижного состава
(ПС). Низкое качество ремонтов ведет не только к значительным
экономическим потерям отрасли, но и может служить причиной нарушения
БД. С помощью системы технического обслуживания и ремонта (ТОР)
вагонов можно и должно восстанавливать требуемый уровень качества.
Однако этим далеко не исчерпывается роль и значение системы ТОР
грузовых вагонов.
Согласно традиционной практике подлежат отдельному и
независимому (с точки зрения научного подхода) рассмотрению два объекта
– собственно вагон и его эксплуатационная среда, в которой он будет
использоваться и технически содержаться в течение срока своего службы.
Однако вопросы проектирования вагона не должны решаться вне учета
параметров эксплуатационной среды.
Исходя из вышесказанного, вытекает необходимость в разработке
методики оптимизации нормативного срока службы (НСС) и системы ТОР
вагонов с учетом качества их ремонтов в рамках решения одной модели.
Объект исследования. В настоящее время существует три независимых
и автономно действующих субъекта в системе управления техническим
состоянием вагонов: собственники вагонов, вагоноремонтные компании и
ВХ нового типа, осуществляющее текущее техническое содержание вагонов.
Поэтому эти части являются одним объектом исследования, который мы
называем «вагоно-линейное хозяйство» (ВЛХ).
Предметом исследования являются технологии и методики оптимизации
НСС и системы ТОР вагона с учетом качества его ремонтов (на примере
полувагона).
Цель исследования. Разработка методических положений по
оптимизации и расчетному обоснованию НСС и системы ТОР вагона с
3
учетом качества его ремонтов (на примере полувагона). Для достижения цели в
работе поставлены и решены следующие основные задачи:
o проведен анализ существующих методов обеспечения качества ремонта
различных изделий машиностроения; освещены проблемы подходов к
толкованию термина «качество ремонта» и его оценке на железнодорожном
транспорте (ЖДТ) и в других транспортных системах; сформулировано
определение понятия «качество ДР вагона»;
o предложены научно обоснованные технологические решения и
разработки по оптимизации НСС и системы ТОР полувагонов, учитывающие
уровень качества их восстановления;
o сформулированы требования к количественному показателю качества ДР
вагона, предложен способ его оценки; разработана методика получения
нижней и верхней границ допустимых значений показателя качества ДР
вагона и нормирования упомянутых границ интервала допустимых значений
качества ДР вагона;
o выполнено расчетное обоснование НСС и системы ТОР в рамках одной
единственной
математической
модели
объекта
исследования;
оптимизированы параметры системы ТОР и НСС полувагона, отвечающие
требованиям БД, возможностям вагоноремонтной базы и качества ремонта;
o оценен ожидаемый экономический эффект благодаря переходу ВЛХ от
действующей системы ТОР к оптимальной системе ремонта.
Методы исследований. Теоретические исследования основаны на
методах теории решения экстремальных задач, теории вероятностей и
математической статистики, теории надежности и безопасности.
Научная новизна полученных и представленных к защите результатов
состоит в том, что при расчетном обосновании параметров системы ремонта и
сроков службы вагонов впервые непосредственным образом учитывалась такая
составляющая эксплуатационной среды как качество их ремонта:
- предложен количественный показатель качества ДР вагона;
- разработана методика оптимизации НСС и системы ТОР вагонов, при
реализации которой необходимо располагать значением величины качества
ремонта;
- предложена методика получения допустимых границ нижнего и верхнего
предельного уровня изменений показателя качества ДР вагона;
4
- разработан методический подход оптимизации и, одновременно,
нормирования нижней и верхней границ допустимых значений показателя
качества ДР вагона;
- выполнено расчетное обоснование НСС и системы ТОР полувагонов с
учетом качества их восстановления при плановых видах ремонта в рамках
единой математической модели.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.
технологические решения и разработки по оптимизации НСС и
системы ТОР полувагонов, учитывающие уровень качества их
восстановления;
2.
методика получения допустимых границ нижнего и верхнего предельного
уровня изменений показателя качества ДР при оптимизации системы ТОР и
НСС вагона;
3.
методический подход оптимизации и, одновременно, нормирования
нижней и верхней границ допустимых значений показателя качества ДР вагона;
4.
результаты расчетного обоснования НСС и системы ТОР вагонов с
учетом качества их ремонта в рамках одной единственной математической
модели объекта исследования;
5.
результаты прогнозирования и нормирования показателя качества ДР
вагонов и предельно допустимых границ его изменения для перспективного ПС,
основанные на численных исследованиях математической модели ВЛХ.
Достоверность
результатов
исследования
базируется
на
использовании классических методов теории вероятностей и математической
статистики, математического анализа, теории решения оптимизационных
задач, а также эксплуатационных данных об отцепках вагонов в текущие
ремонты.
Информационную базу исследования составили данные ГВЦ ОАО РЖД,
отраслевой информационной системы централизованного пономерного учета
вагонов (ЦПУВ), источники энциклопедического характера, периодическая
литература, ресурсы глобальной информационной сети Интернет, внутренние
нормативные, прикладные программы для выполнения вычислений,
моделирования и обработки данных, а также собственные экспериментальные
наблюдения автора.
Практическая ценность результатов работы состоит в том, что в
диссертационной работе созданы методологические основы для построения
5
эффективной системы ремонта вагонов и НСС с учетом качества их
восстановления при плановых видах ремонта.
Разработаны
информационное
и
программное
обеспечение
математической модели и разработанных методик.
Разработанная методика нормирования нижней и верхней границ
допустимых значений качества ДР является необходимым шагом в деле создания
научно обоснованной системы управления качеством ремонта на основе
существующего механизма его мониторинга.
Оптимизированы параметры системы ремонта и срок службы полувагона.
Создан механизм целенаправленного поиска нужных мероприятий по
поддержанию качества на приемлемом уровне при расчетном обосновании
НСС и системы ТОР вагонов.
Найден разумный баланс между двумя следующими тенденциями: с
одной стороны, стремление к минимизации себестоимости единицы
продукции ЖДТ, а, с другой, - к повышению уровня качества ремонта
вагонов, что, как правило, сопровождается дополнительными затратами.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научнотехнических конференциях (Москва-МИИТ), заседаниях кафедры «Вагоны и
вагонное хозяйство» МИИТа. Основные положения и выводы,
сформулированные в ходе проведенного исследования, используются в учебном
процессе преподавания дисциплин: «Вагонное хозяйство», «Надежность
рельсового нетягового подвижного состава» и др.
Публикации. Основные положения и результаты проведенных
исследований изложены в 5 публикациях, одна из которых размещена в
издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех
глав, заключения, списка использованных источников. Общий объем составляет
225 страниц, включая 32 рисунка, 37 таблиц, библиографический список из
202 наименований, из них 201 отечественный и 1 зарубежный источники.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении приводится краткое обоснование актуальности темы
диссертации.
В первой главе освещены вопросы совершенствования методов
расчетного обоснования сроков службы и системы ремонта техники,
проблемы определения понятия «качество ремонта» и выбора оценочных
6
показателей качества ремонта на ЖДТ и в других отраслях машиностроения,
на основе анализа состояния дел с качеством ремонта вагонов
сформулированы цели и задачи диссертации.
За последние годы наблюдается тенденция существенного повышения
цен на ПС. Она может быть оправдана только при условии повышения
качества вагонов, обеспечивающего снижение совокупных затрат на
создание и использование ПС, отнесенных к единице полезной работы. С
помощью системы ТОР вагонов можно и должно восстанавливать требуемый
уровень их качества. Однако отдельные и разрозненные мероприятия не дают
возможности решить проблему обеспечения требуемого уровня качества и
монотонного его повышения. Обстоятельный анализ состояния дел с
качеством ремонта вагонов на ЖДТ РФ показал бессистемный характер мер,
принимаемых для его улучшения. В научно-технической литературе и
журналах мало публикуется работ, связанных с оценкой качества ремонта
вагонов. В отраслевой нормативно-технической документации (НТД)
отсутствует регламентация понятия «качество ДР вагона». Отдельным
вопросам обеспечения качества ремонта ПС посвящены исследования Д.Г.
Евсеева, Е.Н. Кулинича, В.А. Фомина, А.И. Фурцева и др.
Значительный вклад в разработку и развитие теории управления
качеством продукции в процессе производства в нашей стране внесли
фундаментальные работы таких ученых, как Г.Г. Азгальдов, Ю.К. Беляев,
А.В. Гличев, Б.В. Гнеденко, Р.Н. Колегаев, Д.С. Львов, И.Б. Погожев, В.Н.
Сиськов, А.Д. Соловьев, Я.Б. Шор, Л.Я. Шухгальтер и др.
Многие идеи управления качеством на ЖДТ нашли отражение в
научных трудах А.А. Воробьева, А.В. Горского, В.И. Гридюшко, Г.В.
Дружинина, И.П. Исаева, А.В. Кирилюка, Н.Г. Мартынюк, Г.В. Райкова, Г.К.
Сендерова, В.Т. Стрельникова, А.П. Ступина, В.А. Шапошникова, А.Д.
Шишкова и др.
Подходить к вопросу обеспечения качества на приемлемом уровне в
такой сложной социально-экономической системе как ВЛХ необходимо
системно, чтобы совершенствование работы одних составных частей ВЛХ не
привело к ухудшению характеристик других.
Обзор выполненных исследований показал, что по-прежнему
независимо развиваются направления:
а)
совершенствования
вагонных
конструкций
(прочностные,
динамические и другие характеристики) (П.С. Анисимов, Ю.П. Бороненко,
7
С.В. Вершинский, В.В. Кобищанов, Е.П. Корольков, В.Н. Котуранов, Л.Д.
Кузьмич, В.В. Лукин, В.Г. Мышков, Л.Н. Никольский, М.Н. Овечников,
М.М. Соколов, В.Н. Филиппов, В.Д. Хусидов, Л.А. Шадур и др.);
б)
совершенствования системы ТОР вагонов (М.М. Болотин, В.П.
Бугаев, В.И. Гридюшко, А.А. Иванов, В.А. Ивашов, А.В. Кирилюк, Н.Г.
Мартынюк, К.В. Мотовилов, М.В. Орлов, Г.В. Райков, К.А. Сергеев, Г.К.
Сендеров, И.Ф. Скиба, А.С. Ступин, П.А. Устич, И.И. Хаба и др.).
Однако в настоящее время созрели научно-методические и
информационные средства по-новому подходить к проектированию вагонов.
Имеется возможность одновременно проектировать и конструкцию вагона, и
его систему ТОР а, стало быть, и соответствующую эксплуатационную
среду. При этом в процессе гармонизации параметров конструкции и
эксплуатационной среды вагона крайне необходимо учитывать качество его
ремонтов, что и предусматривалось при достижении цели данной
диссертационной работы. Для разработки эффективных мер повышения
качества ремонта желательно опираться на научные методы, для чего
необходимо
располагать
достаточно
четко
сформулированными
соответствующими понятиями и определениями.
Во второй главе уточнено понятие «качество ДР вагона». Под
«качеством ДР вагона» предлагается понимать свойство этой услуги,
обеспечивающее пригодность вагона к безотказным перевозкам грузов
требуемой номенклатуры с надлежащей производительностью и
безопасностью для человека и природной среды в течение срока гарантии
этого ремонта. Выявлены факторы, влияющие на качество ДР вагонов, и
приведены показатели количественной его оценки.
Третья глава посвящена обоснованию единого критерия оптимизации
НСС и параметров системы ремонта вагонов, разработке методического
подхода учета требований к качеству ДР при оптимизации системы ТОР и
НСС вагонов и методики получения и нормирования нижней и верхней
границы допустимых значений показателя качества ДР вагона.
ВЛХ состоит из двух больших частей – ПС и его эксплуатационной
среды. Сложный характер взаимодействия этих разнородных элементов
заставляет подходить к разработке различных мероприятий по
совершенствованию ВЛХ системно.
Практическая реализация системного подхода при решении тех или
иных проблем возможна лишь при наличии математической модели ВЛХ и
8
инструментария для анализа модели ВЛХ в виде методики оптимизации его
параметров состояния. Имеется в виду то множество параметров, на котором
определена целевая функция (ЦФ) рассматриваемой транспортной системы.
Под ЦФ понимают математически сформулированную цель исследования
рассматриваемого объекта.
Согласно канонам теории систем в качестве ЦФ необходимо
использовать показатель качества функционирования системы на ранг выше
рассматриваемой. В качестве таковой системы выступает ЖДТ в целом. В
качестве ЦФ принята важная характеристика качества работы транспорта 
себестоимость единицы пробега (СЕП) вагона (обозн. f(lij)). В число
параметров состояния ВЛХ включены те, на которых непосредственно или
косвенно определена ЦФ в задаче оптимизации рассматриваемого объекта
(таблица 1)
Таблица 1
Параметры состояния ВЛХ
№
Параметры
Обозначение
1
Покупная цена вагона
Ψ(1)
2
Ликвидная цена вагона
Ψ(2)
3
Норматив затрат на ДР вагона рассматриваемого типа
Ψ(3)
4
Норматив затрат на КР вагона рассматриваемого типа
Ψ(4)
5
Норматив затрат на текущий отцепочный ремонт вагона
Ψ(5)
6
Удельные затраты на текущий безотцепочный ремонт, ТО
Ψ(6)
и контроль технического состояния вагона на ПТО
7
Удельные затраты на подготовку вагона под погрузку
Ψ(7)
8
Возрастной состав парка вагонов рассматриваемого типа
Ψ(8)
9
Мощность ремонтного хозяйства парка вагонов
Ψ(9)
рассматриваемого типа
10 Коэффициент технологического
запаса мощности
Ψ(10)
ремонтного хозяйства вагонов рассматриваемого типа
11 Параметр безопасности вагона рассматриваемого типа
Ψ(11)
12 Оборот вагона рассматриваемого типа
Ψ(12)
13 Границы допустимых значений показателя качества ДР  Н(13) ;  В(13)
вагона (нижняя и верхняя)
14 Длина гарантийного участка ПТО
Ψ(14)
15 Приведенные издержки других (кроме ВЛХ) хозяйств
Ψ(15)
ЖДТ
9
№
16
17
18
19
20
21
22
Продолжение таблицы 1
Параметры
Обозначение
Планируемый годовой объем перевозок грузов для парка
Ψ(16)
вагонов рассматриваемого типа
Среднесуточный пробег вагона рассматриваемого типа
Ψ(17)
Осевая нагрузка вагона рассматриваемого типа
Ψ(18)
Риск схода вагона с рельсов
Ψ(19)
Параметр устойчивости функционирования транспорта
Ψ(20)
относительно конъюнктуры рынка перевозок грузов
Тариф
на
транспортировку
груза
на
вагоне
Ψ(21)
рассматриваемого типа
Ψ(22)
Риск того, что интервал  Н(13) ;  В(13)  не покрывает
фактическое значение количественного
качества ДР вагона рассматриваемого типа
показателя
Как видно, в таблице 1 приведены параметры состояния,
характеризующие как вагон (Ψ(1),
Ψ(2),
Ψ(11), Ψ(18)), так и его
эксплуатационную среду, под которой понимается следующая триада:
- процесс использования вагона по назначению, интенсивность которого
определяется Ψ(12), Ψ(17);
- динамическая, климатическая, технологическая и прочие виды
нагруженности вагона (Ψ(16), Ψ(18), Ψ(17)), интенсивность которых
определяется процессом накопления повреждений в материале конструкций;
- технический уровень ремонтного хозяйства, который характеризуется
мощностью Ψ(9), себестоимостью (Ψ(3)Ψ(7)) и качеством ремонта ( Н(13) ; В(13) ) .
В МИИТе разработана методика совместного проектирования системы
«вагон  эксплуатационная среда» на основе принципов системности и
оптимальности с учетом известной специфики организации технического
содержания и использования грузовых вагонов по назначению, т.е. их
обезличенности относительно указанных составляющих эксплуатации.
Для этого предложена оптимизационная задача на условный
экстремум.
В качестве объекта оптимизации использована матрица межремонтных
пробегов (lij) трапецеидального типа
10
 l11 , l12 , l13 ,..., l1m1

 l 21 , l 22 , l 23 ,..., l 2 m1 ,..., l 2 m2
(lij )  
 .......................................
 l , l , l ,...., l ,..., l ,..., l
nm1
nm2
nmn
 n1 n2 n3



,



(1)
каждый элемент которой lij есть j-й межремонтный пробег в пределах i-го
ремонтного цикла. Здесь n  количество ремонтных циклов за срок службы
вагона; mi  количество межремонтных пробегов в пределах i-го цикла. С
помощью параметров m1, m2, m3,…, mn , удовлетворяющих неравенствам
m1  m2  m3  ....  mn ,
(2)
задается структура системы ремонта вагона.
Под структурой системы ремонта понимается количество ремонтных
циклов за срок службы вагона и структура каждого из них. Ремонтный цикл
 пробег вагона либо между соседними КР, либо от начала эксплуатации до
первого КР, либо от последнего КР до исключения вагона из инвентаря.
Матрица (1) обладает следующими свойствами:
- количество строк соответствует числу ремонтных циклов «n» за срок
службы вагона и на единицу больше числа КР, равному (n-1);
- количество элементов в i-той строке на единицу больше числа,
характеризующего структуру i-го ремонтного цикла системы ТОР вагона,
т.е. числа ДР или глубоких диагностик (ГД) в пределах i-го ремонтного
цикла;
- сумма всех элементов матрицы есть пробег вагона, соответствующий
сроку его службы.
Требуется на множестве допустимых матриц (lij) найти такую, на
которой СЕП вагона достигает минимума. Под допустимым множеством
матриц понимается множество, каждый элемент которого, во-первых,
соответствует требованиям к обеспечению безопасной эксплуатации вагонов
в виде максимально допустимого пробега вагона между ГД (обозн. l БД ), что
формализовано в виде неравенства (4). Во-вторых, соответствует
возможностям ремонтной базы вагонов рассматриваемого типа, что
формализовано в виде неравенства (5).
Однако при решении подобных задач недоставало еще одного
ограничения на объект оптимизации, который отражал бы важную
составляющую показателя эффективности ДР вагона в виде пары «уровень
качества ремонта  затраты на его достижение».
11
Поэтому
в
диссертации
представлена
модернизированная
оптимизационная задача на условный экстремум, в которой в отличие от
устаревшей задачи не два ограничения на объект оптимизации, а три:
 f (lij )  min;

lij  l БД ;
 (9)
 
  (10)   ( 20) ;

 П (l ij )


 (1) l1 j
  В(1) , при j  2, m1

 Н 
l
11
  


 ( i )  l ij   i , при i  2, n, j  2, m

В
i
 Н
li1



(3)
(4)
(5)
(6)
где f(lij)  ЦФ, определенная на множестве матриц межремонтных
пробегов типа (1); (lij)  математический аналог системы ремонта вагона,
представляющий собой матрицу, размер которой соответствует структуре
системы ремонта; lБД  параметр безопасности вагона, под которым
понимается максимально допустимый пробег вагона между ГД; П(lij) 
потребность в ГД (или ДР в зависимости от стратегии этого ремонта) вагонов
рассматриваемого типа в течение интересующего нас календарного года;  

матрица, каждый элемент которой ij есть показатель качества j-го ДР в
пределах i-го ремонтного цикла;  (i ) ,  (i ) (i  2, n)  нижняя и верхняя
Н
В
границы допустимых значений показателя качества ДР вагона, срок
эксплуатации (на момент постановки в ДР) которого соответствует i-му
ремонтному циклу системы ТОР.
В качестве ЦФ к задаче (3)(6) принято выражение
n 1


f (l ij ), (1) ,...., ( 22) 
n mi 1
mi
n
 i(4)    ij(3)    (a ijlij  bijlij2 )  (1)  (2)
i 1
i 1 j1
i 1 j1
n mi 1
 l
i 1 j1
  dk ,
(7)
k
ij
Здесь  (3)  затраты на j-й ДР в пределах i-ого ремонтного цикла, которые в
ij
данном случае приняты одинаковыми и равными  (3) (то же самое относится
и к  ( 4 )   ( 4 ) при любом i;  ( 4)  затраты на i-й КР; aij и bij  параметры
i
i
роста затрат на ТР и ТО на j-м межремонтном периоде в пределах i-го
12
ремонтного цикла;  (1) ,  ( 2)  покупная и ликвидная стоимость вагона; dk 
годовые издержки k-го хозяйства (кроме ВЛХ) ЖДТ, приведённые к единице
пробега вагона.
Доказано, что функция (7) имеет глобальный минимум. Поэтому,
наложив на соответствующие параметры состояния (таблица 1) ограничения
в виде тех или иных математических выражений и добавив их к формуле (7),
получим математическую модель ЖДТ.
Заметим, что с помощью вагона выполняется финишная операция в
технологии производства продукции транспорта. Вследствие этого, вопервых, в формуле ЦФ (7) учитываются издержки других хозяйств ЖДТ. Вовторых, как показано в работах МИИТа, в формулу риска схода вагонов с
рельсов (что чревато крушением) входят вероятности отказов вследствие
браков в работе персонала других хозяйств. Поэтому ВЛХ может выполнять
роль так называемого хозяйства-носителя, на основе модели которого
целесообразно построение математической модели ЖДТ в целом.
Следовательно, допустимо считать, что ВЛХ является усеченной моделью
ЖДТ.
Требуется найти ту совокупность значений параметров состояния
ЖДТ, на которой ЦФ (7) достигает минимума:
(8)
Ф(lij ), (1) , ( 2) ,..., ( 22)   min
с учетом соответствующих ограничений на ее аргументы.
В силу известных причин оптимизационные задачи отраслевого и
более высокого уровня вынуждены решать с помощью методов
целенаправленного перебора решений, наиболее известным из которых для
инженеров является метод динамического программирования. Однако для
этого необходимо предварительно преобразовать ЦФ в аддитивную. В
данном случае достаточно определить оптимальную матрицу межремонтных
пробегов с помощью задачи (3)(6).
Благодаря выражению (6) представляется возможным на конкретном
примере разработать механизм мотивации работников буквально каждого
ремонтного депо сети к взятию в свои руки бремени управления качеством
ДР вагонов, работоспособность
которых восстановлена на своем
предприятии. При этом делать это предполагается в полном соответствии с
соответствующими научными положениями.
13
Данное в главе 2 уточнение термину «качество ДР вагона» позволило
определиться с количественным его показателем и сформулировать
основные требования, предъявляемые к нему. По нашему мнению, искомый
показатель качества ДР должен как минимум удовлетворять следующим
требованиям:
1. Соответствовать данному выше определению понятия «качество ДР
вагона»;
2. Соответствовать возможностям информационной базы ЖДТ в части
наличия в отрасли механизма производства исходных данных для его
получения;
3. Способствовать ориентации работников ремонтного предприятия на
эталонный уровень качества;
4. «Вписываться» в задачу (3)(5), направленную на оптимизацию НСС
вагона и параметров системы ТОР.
Сформулированным требованиям удовлетворяет показатель качества
ДР в виде отношения срока гарантии продукции вагонного депо к сроку
гарантии продукции предприятия, технический уровень которого заведомо
выше технического уровня депо. Это может быть завод-изготовитель вагона,
если ДР осуществляется в рамках первого ремонтного цикла, либо 
вагоноремонтный завод, если ДР осуществляется в рамках последующих
ремонтных циклов, что наглядно отражено в ограничении (6) на объект
оптимизации – матрицы межремонтных пробегов (lij).
Поскольку наработки вагона до его отцепок в ТР случайны, то
приведенные в (6) соотношения
l1 j
l11
lij
и
li1
следует трактовать как конкретные
реализации случайной величины (обозн. Z), вычисляемой по формуле
Z
Y
,
X
где случайные величины Y и X суть наработки вагона до отцепки в ТР в
пределах срока гарантии соответствующего ДР и эталонного предприятия
соответственно.
Таким образом, уровень качества ДР вагона отражает случайная
величина. Поэтому для получения количественного показателя качества ДР
вагона недостаточно нахождения нижней и верхней границы допустимых
значений показателя качества ДР, т.е.  H(i ) ,  B(i ) . Необходимо, кроме того,
14
оценивать вероятность события, состоящего в том, что интервал  (i ) , (i ) 
Н
В
покрывает искомое значение показателя качества ДР:


P  (Нi )  Z   (Вi )  FZ ( (Вi ) )  FZ ( (Нi ) )
(9)
Тогда риск того, что интервал [ Н(i ) ;  В(i ) ] не покрывает фактическое
значение показателя качества ДР вагона можно определить по формуле:

 (22)  1  Fz ( (Вi ) )  F ( (Нi ) )

(10)
Следовательно, требуется вывести формулу функции распределения
случайной величины Z (обозн. FZ (t ) ), т.е. выразить FZ (t ) через законы
распределения случайных величин Y и X, что и было выполнено в
предположении, что эти случайные величины имеют нормальный закон
распределения с параметрами a y , G y2  и a x , G x2  соответственно. Итак, имеем
формулу функции распределения случайной величины Z:
2
A
Fz (t )   e  D (1t )  arctg t  B  ln t  1  t 2 ,
2
где
1
А
2
G
 x
G
 y




(i )
;
a 
B
 x 
2  2  G y 
1
(i )

; D  1   a x
2  G x




2



(11)
(i )
.
Имея в своем распоряжении формулу функции распределения
случайной величины (11), можем приступать к описанию в общем-то
несложной процедуры нормирования уровня качества ДР вагонов.
Основные этапы решения этой задачи.
1. Задаемся риском того, что интервал  Н(13) , В(13)  не покрывает показатель
i
i
качества ДР и значением верхней границы допустимых значений показателя
качества ДР  ( 22) ,  В(13) . При этом значение  (13) должно удовлетворять
Вi
условию:
FZ ( (В13) )  1  ( 22)
(12)
Затем по формуле (10) определяем  (13) . Полученные значения готовы к
Нi
использованию в оптимизационной задаче (8). Причем последний параметр
 ( 22)  в качестве константы.
2. Находятся оптимальные значения параметров  (11) ,  (14) ,  (19) и  ( 21) .
Причем оптимизация осуществляется в отдельности для каждого из этих
параметров. Отметим, что при оптимизации этих параметров состояния ЖДТ
не следует использовать критерии экономического характера. Полученные
15
оптимальные значения этих параметров готовы к использованию в задаче (8)
в качестве констант.
3. Готовятся к использованию в задаче (8) исходные значения остальных
параметров состояния ЖДТ (таблица 1).
4. Решается задача (8), в результате чего получаем нормативные значения не
только  Н(13) , В(13) , но и параметров  (11) ,  (14) ,  (19) и  ( 21) .
i
i
Задача (3)(6) является важнейшим средством для реализации ряда
важнейших связей между параметрами состояния ЖДТ, что необходимо для
решения задачи (8). Основное назначение задачи (8) в том, чтобы
предотвратить разбалансировку состояния ЖДТ вследствие изменения
значений указанных выше параметров из-за их оптимизации. Примером
такой разбалансировки на ЖДТ является факт значительного увеличения
порожнего пробега вагонов после распродажи инвентарного парка грузовых
вагонов.
Более того, в отличие от имеющих место попыток оценивания срока
службы вагона исходя в основном из условия его прочности, в данной
диссертации предлагается нормировать срок службы на основе решения
задачи на условный экстремум (3)(6). В этом случае одновременно
получаем систему ТОР и НСС вагона из условия минимума стоимости его
жизненного цикла, приходящейся на единицу продукции транспорта.
В четвертой главе приведены результаты решения задачи (3)(6) с
целью нахождения оптимального соотношения между элементами пары
«уровень качества ДР – затраты на его достижение».
В работе смоделирован рост затрат на ДР по мере старения вагона с
помощью выбора конфигурации матрицы межремонтных пробегов в виде (1).
На основе проведенных расчетов из множества не противоречащих
здравому смыслу конкурирующих матриц ωi типа (1) выбрана оптимальная,
значение СЕП вагона которой наименьшее (СЕП=0,03598 у.е./км.).
Выбранная система удовлетворяет неравенству (5) и требованию (6).
Матрица межремонтных пробегов перспективной (оптимальной)
системы ТОР (структура "7-8-9"), полученной в результате решения
оптимизационной задачи (3)(6) имеет следующий вид:
264
223, 4
 264 264 264 264 264

l ij   264 264 264 264 264
228, 69 189, 92
 264 264 264 264 245, 66 197, 53 162, 32

16


160, 25 136, 68
, (тыс. км.)
135, 24 113, 616 95, 819 
190, 2
Матрица качества ДР оптимальной системы ТОР показана ниже:
1 1 1

1
  1 1 1
1
1
0,87
1 1 1 0,93 0,748

0,85
0,72
0,72
0,62
0,61 0,52
0,51 0,43



0,363  .
В таблице 2 приведены результаты расчетов значений нижней и
верхней границы допустимых значений показателя качества ДР вагонов для
действующей и перспективной систем ТОР полувагонов.
Таблица 2
Границы допустимых значений показателя качества ДР вагона (нижняя
и верхняя) ( (i ) ; в(i ) ) , (i  1, n) , срок эксплуатации (на момент постановки
Н
в ДР) которого соответствует i-му ремонтному циклу системы ТОР
Номер
ремонтного
цикла
Система ТОР
Действующая (согласно телегр. ОАО «РЖД» № ЦДРВ3429Т от 25 дек. 2007г.) по критерию
фактически
(пробегу)
в годах
1
2
3
Оптимальная
согласно
выполненного объема работ календарной
продолжитель- решению
задачи
ности
тыс. км
(3)(6)
эксплуатации
при среднесуточном пробеге
(в годах)
полувагона равном, км
190
275
400
(0,667;1)
(0,5238;1)
(0,5238;1)
(0,362;1)
(0,33;1)
(0,72;1)
(0,5;1)
(0,3349;1)
(0,406;1)
(0,1;1)
(0,5;1)
(0,518;1)
----
----
----
-----
-----
(0,363;1)
На рисунке 1 показаны графики изменения показателя качества ДР
вагона от срока его эксплуатации на момент постановки в ремонт для
действующей и перспективной систем ремонта.
Из таблицы 2 и рисунка 1 видно, что вводимая в действие с 1 января
2008 г. система ремонта по критерию фактически выполненного объема
работ (пробегу) [в годах] обеспечивает более приемлемые требования к
качеству ДР полувагона, чем система ремонта по критерию календарной
продолжительности эксплуатации. Кроме того, издержки при эксплуатации
вагона по этой системе ТОР значительно меньше. Это говорит о том, что в
ВЛХ в последнее время оживились работы в части совершенствования
существующих систем ремонта вагонов, что вызвано острой
необходимостью сокращения расходов на их техническое содержание.
Однако требования к качеству ДР, соответствующие достигнутому сроку
17
эксплуатации вагона на момент постановки его в ремонт, для действующей
системы ремонта ниже, чем для оптимальной, поэтому есть все основания
заключить о перспективности перехода на оптимальную систему ремонта.
Ожидаемый экономический эффект при переводе парка полувагонов (~100
тыс. ед.) с действующей системы ТОР на перспективную составит порядка
220 млн. у.е. в год. Поэтому эффективность ДР оптимальной системы ТОР,
несомненно, выше действующей.
1,1
1
Уровень качества ДР
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
22
36
45
60
73
88
100
118
147
166
181
193
210
225
239
252
264
276
310
326
351
380
402
445
469
495
511
536
550
Срок службы вагона, мес.
оптимальная система ТОР согласно решению задачи (3)-(5)
оптимальная система ТОР согласно решению задачи (3)-(6)
действующая система ТОР при постановке в ПР по критерию фактически выполненного объема работ (пробегу) при среднесуточном
пробеге полувагона 275 км.
действующая система ТОР при постановке в ПР по критерию фактически выполненного объема работ (пробегу) [в годах]
действующая система ТОР при постановке в ПР по критерию календарной продолжительности эксплуатации
Рисунок 1. Зависимость уровня качества ДР полувагона от срока его службы для
действующей и перспективных систем ТОР
Сравнив результаты решения задачи (3)(5) и (3)(6) с точки зрения
издержек ЖДТ, можно оценить дополнительный возможный экономический
эффект от тех или иных мероприятий, направленных на повышение качества
плановых ремонтов вагонов рассматриваемого типа. Так как качество ДР
полувагона на соответствующих ремонтных циклах в первом случае меньше
допустимого уровня (рисунок 1), необходимо вкладывать дополнительные
средства в проведение ДР или искать пути нетрадиционных малозатратных
методов обеспечения качества ремонта на приемлемом уровне.
В процессе вписывания дополнительного ограничения на объект
оптимизации по качеству ДР вагонов в оптимизационную задачу получены
18
зависимости и построены графики изменения структуры оптимальной
системы ТОР и соответственно оптимальных значений НСС и СЕП при
варьировании требований к нижней границе допустимых значений
показателя качества ДР вагона  Н для различных мощностей ремонтной
(0,35÷0,4]
(0,4÷0,45]
7-89-1011
5-67-89
7-89-10
31,9
76
32,3
72,3
32,3
65,5
33,5
57,9
33,4 34,1
65,5
51
(0,5÷0,55]
(0,3÷0,35]
6-78-910-11
(0,45÷0,5]
(0,25÷0,3]
6-78
(0,2÷0,25]
7-89
(0,1÷0,15]
5-67-8
(0,05÷0,1]
6-78-9
7-8-91011-12
(0÷0,05]
Пределы
изменения
уровня
требований
к н
Структура
оптимальной
системы ТОР
СЕП,
у.е./тыс.км
НСС, г.
(0,15÷0,2]
базы ВЛХ (данные на рисунке 2 и в таблице 3 приведены при  (9) =180000).
Таблица 3
8-9
5-67
35,1 35,9 37,1 41,1 38,7
47,2 41,9 39,1 30,8 35,7
Структура оптимальной системы ТОР
НСС,г.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 СЕП, у.е./км
80
0,044
70
0,042
60
0,04
50
0,038
40
30
0,036
20
0,034
10
0,032
0
0,03
0,02
0,05
0,1
0,18
0,21
0,25
0,31
0,36
0,43
0,49
0,52
Нижний уровень качества ДР
НСС, г.
СЕП, у.е./км.
Рисунок 2. Зависимость структуры оптимальной системы ТОР, оптимальных
значений НСС и СЕП вагонов и нижнего допустимого уровня качества ДР
полувагона от изменения уровня требований к  н :
структура оптимальной системы ТОР: 1  "7-8-9-10-11-12"; 2  "6-7-8-9-10-11"; 3  "7-89-10-11"; 4  "5-6-7-8-9"; 5  "7-8-9-10"; 6  "6-7-8-9"; 7 "5-6-7-8"; 8  "7-8-9"; 9  "6-78"; 10  "8-9"; 11  "5-6-7"
19
Разработка и реализация мероприятий по увеличению качества ДР
сопряжены, как правило, с финансовыми затратами, которые, конечно же, не
безграничны. Из полученных зависимостей (рисунок 2) понятно, что
повышать уровень качества ДР не следует до «неконтролируемого уровня».
Отсюда и возникает проблема нахождения оптимального соотношения
между элементами пары «уровень качества ДР – затраты на его достижение»,
решение которой становится возможным благодаря решению задачи (3)(6) .
Анализ проведенных расчетов показывает, что границы допустимых
значений качества ДР вагона  Н и  В отнюдь не идентично реагируют на те
или иные факторы. Значение  Н в основном лимитировано требованиями
обеспечения БД. Значение  В в основном зависит от возможностей
экономики транспорта в деле выделения финансовых средств на повышение
качества ремонта. Понятно также, что требования к качеству ДР должны
соответствовать достигнутому сроку эксплуатации вагона на момент
постановки его в ремонт.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
1. Анализ работ, направленных на обеспечение качества ремонта вагонов
показал, что имеют место следующие недостатки: в отраслевой НТД отсутствует
регламентация понятия «качество ДР вагона» и определение количественного
его показателя; среди параметров эффективности вагонных конструкций нет
показателя количественно характеризующего уровень качества ДР вагонов, и как
следствие, не указаны предельно допустимые значения изменений его уровня.
2. Исследованы особенности категорий «качество продукции» и «качество
услуги» применительно к понятию «качество ДР вагона» с учетом требований
международного стандарта ISO 9000, в результате сформулировано определение
понятия «качество ДР вагона».
3. Освещены основные проблемы выбора оценочных показателей
качества ремонта и труда на ЖДТ и в других транспортных системах.
Сформулированы требования к количественному показателю качества ДР
вагона. Разработаны научно-методические положения, алгоритмы и
программное обеспечение для расчета удобного для практического
использования показателя качества ДР вагона  в виде отношения срока
гарантии вагонного депо к сроку гарантии завода-изготовителя вагона, если
20
вагон не прослужил до первого КР, либо к сроку гарантии ВРЗ в противном
случае. Предложенный показатель может служить показателем эффективности
мероприятий ВРЗ по обеспечению качества на приемлемом уровне, и его следует
включать в состав нормируемых показателей качества вагона.
4. Усовершенствована методология оптимизации НСС и системы ТОР
вагона в рамках решения одной единственной математической модели. При
расчетном обосновании параметров системы ремонта и сроков службы
вагонов впервые непосредственным образом учитывалась такая составляющая
эксплуатационной среды как качество их ремонта. Разработан алгоритм
решения этой задачи, который реализован с помощью числового примера. С
помощью предложенного в работе критерия и методики, заводыизготовители на стадии проектирования новой техники могут рекомендовать
оптимальную систему ТОР с учетом требований заказчика к качеству
ремонта, сложившейся (требуемой) организации проведения ремонтов и
технического обслуживания, а также условий эксплуатации. Параметры
системы ТОР выпускаемой конструкции и определяемый на ее основе
наиболее целесообразный расчетный срок службы, допустимые значения
предельных границ качества ремонта должны стать одними из главных
характеристик вагона, наряду с паспортными данными (грузоподъемность,
тара и т.д.). Это позволяет рассматривать в рамках единого формальноматематического языка две традиционные задачи повышения эффективности
ВЛХ.
5. Предложена методика получения и нормирования нижней и верхней
границ допустимых значений показателя качества ДР вагона, которая дает
возможность получать не только оптимальные относительно заданного
критерия значения нижней и верхней допустимых границ изменения
показателя качества ДР вагонов, но и оценивать риск того, что указанный
интервал не покрывает рассматриваемый показатель. Разработанная методика
нормирования нижней и верхней границ допустимых значений качества ДР
является необходимым шагом в деле создания научно обоснованной системы
управления качеством ремонта на основе существующего механизма его
мониторинга.
6. Созданы методологические основы для построения эффективной системы
ремонта вагонов с учетом качества их восстановления при плановых видах
ремонта. Разработан механизм поиска разумного баланса между двумя
следующими тенденциями: с одной стороны, стремление к минимизации
21
себестоимости единицы продукции ЖДТ, а, с другой, − к повышению уровня
качества ремонта вагонов, что, как правило, сопровождается
дополнительными затратами.
7. Выполнено расчетное обоснование НСС и системы ТОР вагона (на
примере полувагона) в рамках решения одной единственной математической
модели объекта исследования. При этом автоматически учитывались
финансовые возможности завода-изготовителя и потребителя, возможности
ремонтной базы ВЛХ, требования к качеству ДР вагона и т.п. Представлены
методические рекомендации относительно выбора оптимальных НСС и
параметров системы ремонтов в зависимости от достигнутого или
планируемого уровня качества ДР вагонов.
8. Найдена структура оптимальной системы ремонта полувагонов.
Получены оптимальные значения НСС и параметров системы ремонта
полувагонов, отвечающие требованиям БД, качества ремонта и
возможностям вагоноремонтной базы. Так, оптимальные значения:
СЕП=0,03598 у.е./км, НСС − 40 лет, количество КР − 2, а остальные
параметры приведены в тексте.
9. Оценен экономический эффект от перехода ВЛХ на оптимальную
систему ТОР.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих
работах:
1. Шикина Д.И., Устич П.А., Иванов А.А., Болд Л., Кузнецов М.А.
Расчетное обоснование протяженности гарантийных участков ПТО грузовых
вагонов // Безопасность движения поездов : труды IX научно-практической
конференции. − М. : МИИТ, 2008. − С.VII-31 - VII-32;
2. Шикина Д.И. Расчетное обоснование
системы технического
обслуживания и ремонта грузовых вагонов с учетом качества ремонта //
Неделя науки 2009. − М. : МИИТ, 2009. − I. – 79 c;
3. Шикина Д.И., Иванов А.А., Кузнецов М.А., Райков Г.В., Устич П.А.
Управление безопасностью движения вагонов на основе анализа
универсальной модели транспортной системы // Безопасность движения
поездов : труды X научно-практической конференции. − М. : МИИТ, 2009.
−С.VII-10 ―VII-11;
4. Шикина Д.И., Устич П.А., Иванов А.А., Садчиков П.И., Устич Д.П.
Методология гармонизации основных положений императива рынка
22
транспортных услуг // Железнодорожный транспорт. − №8. − 2010. − С.6468;
5. Шикина Д.И. Учет требований к качеству ремонта на стадии
проектирования вагонов как важный фактор безопасной их эксплуатации //
Безопасность движения поездов : труды XI научно-практической
конференции. − М. : МИИТ, 2010. − С.VII-10―VII-11.
23
Шикина Дарьяна Игорьевна
Оптимизация нормативного срока службы и системы технического
обслуживания и ремонта вагона с учетом качества его ремонтов (на примере
полувагона)
Специальность 05.22.07  Подвижной состав железных дорог, тяга
поездов и электрификация
Подписано к печати
Формат 60х84/16
Заказ №
Усл. П.л. – 1,5
Тираж - 80 экз
УПЦ ГИ МИИТ, Москва,127994, ул. Образцова, д.9, стр. 9
24
Скачать