система производственно-технической эксплуатации машинно-тракторного парка в условиях апк восточной

В системе ПТЭ МТП взаимодействуют элементы подсистем технической и производственной эксплуатации, производственные ресурсы, факторы среды и человека. Указанные подсистемы определяют производственно-технологические и технические характеристики машин, позволяющие сельхозтоваропроизводителю в заданные сроки осуществлять выполнение производственных заданий. В качестве подсистемы производственной эксплуатации рассматриваются процессы, выполняемые машинами и их свойства. В качестве подсистемы технической эксплуатации рассматриваются процессы поддержания технического состояния машин. В качестве производственных ресурсов рассматриваются ремонтно-обслуживающая база, материально-техническое и информационное обеспечение и др. Влияние человеческого фактора рассматривается с точки зрения теоретической и практической подготовки персонала, их квалификации и производственной дисциплины. В качестве среды рассматриваются природно-климатические, почвенные и другие факторы.

Рисунок 1 – Организация производственно-технической эксплуатации МТП в сельскохозяйственном предприятии

В настоящее время не существует общепринятого определения понятия системы производственно-технической эксплуатации машинно-тракторного парка. Существует, по меньшей мере, четыре основных свойства, которыми должна обладать система ПТЭ, чтобы её можно было считать системой. Целостность и членимость, связи, организация и интегративные (комплексные) свойства.

В соответствие с первым свойством система ПТЭ - это целостное образование представляющее собой совокупность объектов машиноиспользования и машинообслуживания с отчетливо выделенными целостными взаимосвязанными элементами – процессами ПЭ, ТЭ, производственными ресурсами, средой и персоналом исполнителей.

В соответствие со вторым свойством система ПТЭ имеет существенные, системообразующие связи (отношения), которые обеспечивают взаимодействие между элементами, предполагают одновременность их существования.

Третье свойство системы ПТЭ характеризуется наличием определенной упорядоченности, организации, что проявляется в снижении энтропии (степени неопределенности) системы.

Согласно четвертому свойству система ПТЭ обладает особенностями, которые не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности, но которые зависят от их свойств.

Учитывая перечисленные свойства, которыми должна обладать система, считая их необходимыми и достаточными, в качестве наиболее общего определения понятия системы производственно-технической эксплуатации предложено следующее определение:

Система ПТЭ МТП - это внутренне организованная, диалектически единая инженерно-производственная интеграция (целостность) элементов машиноиспользования и машинообслуживания, находящихся во взаимных отношениях (связях) между собой, образующие новое интегративное (комплексное) качество, необходимое для повышения эффективности труда сельхозтоваропроизводителей, расширения их потенциальных возможностей и повышения общего уровня жизни на селе.

Возможность получения целостного представления о взаимосвязи элементов системы ПТЭ связано с необходимостью комплексной оценки показателя уровня производственно-технической эксплуатации МТП.

В системе ПТЭ (рис. 2) с учетом действия среды S5 взаимосвязаны процессы производственной S1 и технической S2 эксплуатации, производственные ресурсы S3 (объекты технического сервиса, средства их технологического оснащения, инструмент, агрегаты, машины оборудование и т.д.), а также деятельность руководителей, специалистов, квалифицированных рабочих кадров и других исполнителей S4.

На рисунке 2 показано, что в системе ПТЭ при участии человека происходит трансформация входных параметров в выходные. При этом величины выходных параметров, измеряемые полученным эффектом R, могут неоднократно превышать входные величины, измеряемые затратами N.

Рисунок 2 – Системное построение ПТЭ МТП

Эффективность использования машинно-тракторного парка определяется разностью между затратами N и эффектом R, полученного в результате трансформации входных параметров. В случае если R-N > 0, справедливо соотношение:

> 1 (1)

Другим показателем, с помощью которого можно оценить эффективность процесса трансформации входных параметров в выходные, может быть уровень производственно-технической эксплуатации МТП Уптэ. Чем лучше организована система и приспособлена для реализации поставленной цели, тем выше уровень Уптэ.

Система производственно-технической эксплуатации имеет следующие свойства:

- является в определенной степени обособленной системой, связанной с окружающей средой входными и выходными связями;

- оказывает существенное влияние на систему агротехнического сервиса, составной частью (подсистемой) которой является;

- имеет иерархическую структуру;

В системе производственно-технической эксплуатации можно выделить пять качественно различных составных частей:

1. Субъекты труда (руководители, специалисты, рабочие);

2. Процессы технической эксплуатации (ТО, ремонт, хранение, ТСМ и др.)

3. Процессы производственной эксплуатации (производительность, технологичность, качество работ и др.)

4. Производственные ресурсы (объекты инфраструктуры ТОР, машины, оборудование, материалы и др.)

5. Информация, передаваемая во времени и пространстве от отправителя к получателю.

Вышеперечисленные составные части системы являются активизированными, подверженными взаимовлияниям, превращениям и изменениям. Такие элементы системы как машины, материалы, информация находятся в системе временно и поставляются в нее (или утилизируются) с помощью подсистем агротехнического сервиса.

Составляющие входных факторов Si (рис. 3), воздействующих на технологическую систему, характеризуют свойства технического и технологического состояния машины (МТА), среды и человека, и определяют формирование качественных и количественных показателей ее работоспособности и рентабельности Р работы.

В общем виде эту зависимость можно записать в виде:

Р{Уптэ} = F {S1, S2, S3, S4, S5} (2)

Параметры состояния технологической системы, определяющие ее работоспособность в совокупности с внешними факторами и связями между ними, представляют собой системообразующие факторы производственно-технической эксплуатации.

Рисунок 3 – Функциональная схема производственно-технической эксплуатации машин в сельском хозяйстве

Система представлена совокупностью размещенных на различных ее уровнях факторов, влияющих на работоспособное состояния машин при выполнении ими технологических процессов по производству сельскохозяйственной продукции (рис. 4).

Рисунок 4 - Уровни целей системы ПТЭ

Главной целью является удовлетворение потребностей сельхозтоваропроизводителей в повышении уровня производственно-технической эксплуатации МТП, качества и количества производимой продукции.

Подцелями являются:

• Уровень производственной эксплуатации МТП (S1), по которому оценивают полноту реализации потребительских качеств машин при их использовании по назначению;
• Уровень технической эксплуатации (S2), оценивающий качество мероприятий по поддержанию машин в работоспособном состоянии;
• Производственные ресурсы САТС (S3) учитывают влияние материально-технической базы, инфраструктуры, трудовые и другие ресурсы;
• Среда (S4) учитывает влияние природно-производственных факторов;
• Человек (S6) – основной элемент системы, влияние которого определяет ее динамику и устойчивое развитие.

При дальнейшей декомпозиции (третий, четвертый,.... n-й ярусы) число подфакторов увеличивается, а их адресность конкретизируется. При этом связи целей и систем (подсистем) носят как количественный, так и качественный характер.

Совокупность обобщенных показателей Упэ, Утэ, Упр, Уср, Учф является комплексным показателем эффективности производственно-технической эксплуатации МТП Уптэ и количественно характеризует цель первого уровня. Обобщенный показатель уровня производственно-технической эксплуатации должен соответствовать не только качественным характеристикам машиноиспользования, но и оценивать надежность функционирования всего МТП. Поэтому в качестве гипотезы принята возможность установления количественных связей между комплексным показателем уровня ПТЭ (УПТЭ) и факторами (Уi) дерева целей ПТЭ. В общей форме модель эффективности производственно-технической эксплуатации МТП может быть представлена следующим образом:

S1(Упэ) = f1[(S11),(S12),(S13),(S14),(S15)];

S2(Утэ) = f2[(S21),(S22),(S23),(S24),(S25)];

S3(Упр) = f3[(S31),(S32),(S33),(S34),(S35),(S36)]; (3)

S4(Уср) = f4[(S41),(S42),(S43),(S44),(S45)];

S5(Учф) = f5[(S51),(S52),(S53),(S54),(S55)];

Уптэ = F[S1(Упэ), S2(Утэ), S3(Упр), S4(Уср), S5(Учф)] max

где f1, f2, f3, f4, f5, F – функции, конкретный вид которых устанавливается статистическим путем.

Представленная модель раскрывает последовательность перехода от оценки единичных параметров к комплексному показателю уровня ПТЭ. Каждый из обобщенных показателей S1, S2, S3, S4, S5, является выходной характеристикой единичных показателей S11, S12…Sij. Обобщенный показатель определяют двумя методами: методом парных сравнений и комплексным методом.

Вид функции связи обобщенных показателей с Уптэ неизвестен и задача состоит в том, чтобы его найти. На величину Уптэ влияют не только значения Упэ, Утэ, Упр, Уср, Учф, но и разброс значений по каждому из них, который носит случайный характер. Поэтому модель (3) ведет себя как случайная. Учитывая это, необходимо найти ее математическое ожидание и дисперсию или доверительные интервалы.

В процессе эксплуатации МТА из исправного состояния переходит в различные другие состояния: резерва; ожидания заправки ТСМ, семенами, удобрениями, и т.д; проведения технологических регулировок (нарушение требований агротехники, отклонение от нормативов, некачественная работа); нахождения на ТО и ремонте; устранение отказов; простоя по причине непогоды; простоя из-за отсутствия (болезни и т.д.) механизатора и др.

Рассматриваемые состояния МТА характеризуются средним числом дней пребывания МТА в каждом состоянии Дj. Вероятность нахождения МТА в j-м состоянии можно трактовать как отношение:

, (4)

где Дк — число календарных дней в году.

Таким образом, процесс производственно-технической эксплуатации МТП рассматривается как сложная система, состоящая из конечного множества простых систем, каждая из которых имеет по два элемента: машина (МТА) и комплекс объектов среды (климат, земля, рельеф, состояние полей, состояние дорог и т.д.) и сервиса (система ТО и ремонта, снабжения запасными частями, ТСМ, удобрениями, посевным и посадочным материалом, и другое), влияющих на ее функционирование по назначению.

Такая система может оказаться в одном из следующих возможных состояний (рис.4):

S1 – исправен, работает; S2 – неисправен (имеет некоторый износ и неполадки), но работает; S3 – исправлен, но не работает по организационно-технологическим причинам; S4 - неисправен, ведется поиск и устранение отказа или неисправности. Тогда общую модель возможных состояний машины можно представить следующим образом:

(5)

В конкретный момент времени, когда каждому элементу МТА присуще лишь одно состояние, формализованная модель его состояния может иметь вид:

(6)

Полученная модель характеризует каждую сельскохозяйственную машину или агрегат как динамическую систему, состояние которой меняется дискретно в непрерывном времени случайным образом. Все элементы этой системы постоянно переходят из одного качества в другое (S1S2) и в результате выхода из строя (состояние S3, S4) требуют восстановления работоспособности. Процесс изменения состояний агрегата представим как последовательность (цепь) состояний. Тогда граф состояний условного МТА примет вид, представленный на рисунке 5.

Рисунок 5 - Граф состояний условного МТА

Информацию об исследовании вопросов производственно-технической эксплуатации МТП можно рассматривать как полную группу состояний:

- период нормального использования машин по назначению – tp;

- период простоев на обслуживании и устранении технических и технологических отказов, повлекших низкое качество работы и снижение интенсивности – tв;

- период простоев МТА по организационным причинам – tпр;

- неопределенность информации, получаемой от системы, определяется как энтропия.

На графе состояний условного МТА (рис. 4) , – потоки событий, переводящие систему из работоспособного состояния в неработоспособное и наоборот.

Для описания динамики переходных процессов в системе использован аппарат уравнений А.Н. Колмогорова:

(7)

где lc – коэффициент, отражающий связь между наработками в днях и моточасах или у.э.га.

Согласно мнемонического правила, положим левые части уравнений равными нулю, получим систему уравнений для парка машин, работающего в стационарном режиме:

(8)

Решим систему (8) алгебраических уравнений с учетом нормировочного условия: N = N'0 + N2 + N3 + N4. Полученное уравнение можно записать следующим образом:

. (9)

Тогда коэффициент готовности машин в системе производственно-технической эксплуатации будет равен:

, (10)

где 01, 02, 03 – интенсивности перехода МТА в состояния «ТО и ремонт», «простой по организационно-технологическим причинам», «совмещенные причины» соответственно, отказов/у.э.га; 10, 20, 30 – интенсивности восстановления, равные обратным сред­ним величинам продолжительности соответствующих восстановительных воздействий, отк/день.

Отношение:

.

Таким образом, — удельная величина, характеризующая количество дней в j-м состоянии (по техническим, организационным и совмещенным причинам) на у.э.га. Тогда формулу (10) можно записать в виде:

. (11)

Функциональные зависимости и корреляционная связь уровня ПТЭ с показателями надежности и эксплуатационными показателями МТП определяют в процессе экспериментальных исследований.

Для подсистем ПТЭ, находящихся на разных иерархических уровнях, существуют отношения руководства и подчинения. Вышестоящими подсистемами координация действий базируется на таком управлении подсистемами, которые обеспечивают достижение поставленной цели способом, оптимальным для всей системы.

Эволюция системы S во времени х(t) зависит от номера к решения, принимаемого на данном шаге. Решение uк избирается из множества U допустимых решений. Примерами допустимых решения являются принудительный перевод машины из наблюдаемого состояния Si в Sj, например, замена отказавшего элемента или профилактическая замена группы элементов, проведение операций ТО. Набор возможных решений на n-ом шаге:

n = [иn(1), иn(2), …, иn(N)], (12)

называют политикой, а последовательность политик = (о, 1, 2,…) формализует понятие стратегии управления. Во множестве возможных стратегий ={} выделяются стационарные стратегии, не зависящие от номера шага.

Пребывание МТА в состоянии Si, где принимается решение иk характеризуется доходом . где R(ti) – результаты, достигаемые на t-ом шаге расчета в состоянии Si, руб.; S(ti) – затраты на t-ом шаге расчета в состоянии Si, руб.; ti – время пребывания МТА в состоянии Si.

Функционал А качества управления, определенный на траекториях основного случайного процесса х(t), приобретает вид

, (13)

Задача оптимального управления формулируется как организация такого целена­правленного воздействия на парк машин, в результате которого достигается тре­буемое состояние его эффективности в виде максимизации ожидаемого чистого дисконтированного дохода на множестве стратегий :

М{А[x(t)]} = ЧДД mах, (14)

Сформулированная задача, ориентированная на максимальное использование потребительских качеств машины (МТА), сводится к стандартной задаче линейного программирования

= (15)

при ограничениях

(16)

где T – среднее время нахождения машины в состоянии Si с учетом решения uk.; Е – дисконтная норма (норма дохода (прибыли) на рубль авансированного капитала).

В третьей главе «Принципы функционирования системы ПТЭ МТП» теоретически установлены взаимосвязи показателей уровня ПТЭ и параметров системы агротехсервиса с обоснованием смешанной стратегии эксплуатации машин, в которой не теряются достижения прежних стратегий, а творчески модернизируются, опираясь на технологии и интеграционные модели использования и обслуживания. Ориентирами при принятии эксплуатационных решений служат возраст машин, их техническое состояние, приспособленность к обслуживанию, наличие ремонтно-обслуживающей базы, квалифицированного персонала и т.д.

Качество функционирования системы ПТЭ МТП (уровень ПТЭ) отражается, прежде всего, на степени выработки ресурса машины (МТА). Оценка взаимосвязи между ресурсом tост машины и уровнем ПТЭ Уптэ на основе теоретических исследований представлена моделью:

, (17)

где uпр - предельное значение параметра;

uизм - значение параметра на момент измерения;

а, ао, а1 – коэффициенты, определяемые экспериментально;

Анализируя уравнение (17), отметим, что скорость изменения параметра u, как функция факторов уровня ПТЭ, а также показатели и Uизм являются случайными величинами. Случайной величиной является и tост, характеризующаяся своим законом распределения.

Аналитический синтез микрометражной и экспертной информации по модели (17) о состоянии деталей с учетом уровня ПТЭ позволяет разрабатывать рекомендации по их дальнейшему использованию.

Если рассматривать отказы какого-либо отдельного сельскохозяйственного агрегата, то в соответствии с правилом 3 все технологические эксплуатационные отказы уложатся в интервале времени , т. е. отказы начнут появляться к моменту времени и будут заканчиваться к моменту . Здесь t – средний срок службы детали; – среднее квадратичное отклонение.

Поскольку удовлетворение заявок на устранение нарушений работоспособности МТА происходит не одновременно, то и плотность их распределения будет иной – более пологой, в дальнейшем этот поток стабилизируется.