РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ И МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПАХОТНОГО АГРЕГАТА НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЗОНЫ

На правах рукописи

Кобко Антон Анатольевич

РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ И МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПАХОТНОГО АГРЕГАТА НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЗОНЫ РФ

Специальность 05.20.01 – «Технологии и средства механизации сельского хозяйства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2007

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук».

Научный руководитель доктор технических наук,

академик Россельхозакадемии

Янковский Иван Евстафьевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор, заслуженный деятель

науки и техники РФ

Еникеев Виль Гумерович,

Санкт-Петербургский ГАУ;

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Соловьев Рудольф Юрьевич,

ГОСНИТИ Россельхозакадемии.

Ведущая организация – ФГУ «Северо-Западная

Государственная зональная

машиноиспытательная станция».

Защита состоится «1» ноября 2007 г. в 900 часов на заседании диссертационного совета К 006.054.01 при ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии по адресу:

196625, Санкт-Петербург, Тярлево, Фильтровское шоссе, д. 3, корпус 1, ауд. 201; факс (812) 466-56-66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии.

Автореферат разослан «26» сентября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Черей Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях рыночной экономики для любого машиностроительного предприятия очень важным является вопрос, связанный с конкурентоспособностью выпускаемой техники, решение которого обеспечит предприятию эффективную и рентабельную работу.

Технический уровень и надежность выпускаемых машин и оборудования в нашей стране, даже вновь разработанных, существенно уступают мировому уровню. Это связано, прежде всего, с тем, что существующая система испытаний во многих случаях допускает в производство и эксплуатацию неконкурентоспособную технику, причина этого – несовершенство методических основ испытаний техники.

В системе испытаний сельскохозяйственной техники в период плановой экономики был разработан ОСТ 70.2.30-78 по комплексной оценке машин, который позволял получить комплексную (по совокупности показателей) количественную оценку эффективности функционирования агрегата по результатам испытаний. В условиях рыночной экономики выросли требования к качеству сельскохозяйственной техники, и поэтому необходимо обоснование (уточнение) новой номенклатуры оценочных показателей и их характеристик (весомость, значимость) и на этой основе построение показателя комплексной оценки эффективности функционирования с учетом новой номенклатуры оценочных показателей и их характеристик. Эта работа позволит обеспечить необходимую адекватность критериев оценки эффективности функционирования к условиям рыночной экономики.

Действующая нормативно-техническая документация практически не отражает оценку конкурентоспособности сельскохозяйственной техники, одного из главнейших свойств, определяющего ее востребованность в условиях рыночной экономики. Поэтому актуальным является построение критерия конкурентоспособности на основе нового комплексного показателя эффективности функционирования и стоимостных характеристик техники. Эту работу целесообразно проводить на основе методов системного анализа процессов функционирования сельскохозяйственных агрегатов, разработанных доктором технических наук, академиком Россельхозакадемии Янковским И.Е.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИОКР ГНУ СЗНИИМЭСХ на 2006 – 2010 г.г. по программе «Механизация, электрификация и автоматизация» задание 09.03.04.01 «Разработать принципы построения системы зональных машиноиспытаний в современных экономических условиях хозяйствования и требования к концепции ее развития».

Цель исследований. РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ И МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПАХОТНОГО АГРЕГАТА НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЗОНЫрования при испытаниях в условиях Северо-Западной зоны РФ.

Задачи исследований. На основе поставленной цели определены следующие задачи:

1. Обосновать структуру показателей эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата.
2. Разработать критерии комплексной оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата.
3. Провести экспериментальные исследования пахотного агрегата в условиях Северо-Западной зоны РФ с целью практической оценки его эффективности функционирования и конкурентоспособности.
4. Разработать проект методики комплексной оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности для выбора предпочтительного варианта пахотного агрегата.
5. Произвести оценку экономического эффекта применения разработанной методики комплексной оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата.

Объекты исследований. Два варианта пахотных агрегатов: первый в составе трактора Беларус-1523 и плуга ПКМ-6-40Р; второй в составе трактора Джон Дир-7800 и плуга ПГП-5-40А.

Научная новизна работы. На основании разработанных комплексных показателей эффективности функционирования и экономичности пахотного агрегата, полученных с учетом новой (уточненной) номенклатуры оценочных показателей и их характеристик (весомость, значимость), предложен комплексный показатель конкурентоспособности пахотного агрегата.

Практическая значимость работы. На основании комплексных показателей эффективности функционирования и конкурентоспособности разработана «Методика комплексной оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности для выбора предпочтительного варианта пахотного агрегата по результатам испытаний», которая может быть использована при проведении испытаний на МИС и в других испытательских организациях, а также при исследованиях конкурентоспособности сельскохозяйственных агрегатов.

Методика пригодна для определения комплексных показателей эффективности функционирования и конкурентоспособности с целью выбора предпочтительного варианта не только пахотного агрегата, а и других сельскохозяйственных агрегатов (с дополнительным обоснованием номенклатуры оценочных показателей и их характеристик).

Апробация работы. Апробация применения критерия конкурентоспособности была выполнена на примере двух вариантов пахотных агрегатов: Беларус-1523 + ПКМ-6-40Р и Джон Дир-7800 + ПГП-5-40А. Для этого были проведены сравнительные испытания на базе ФГУ «Северо-Западная Государственная зональная машиноиспытательная станция» (п. Калитино Волосовского района Ленинградской области) на основе разработанных, с учетом действующей в системе МИС нормативно-технической документации, программы и методики.

Материалы диссертации докладывались на пятой международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственная техника», проходившей 15-16 мая 2007 года в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, Санкт-Петербург.

Положения «Методики комплексной оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности для выбора предпочтительного варианта пахотного агрегата по результатам испытаний» и результаты ее апробации заслушаны и одобрены на заседании научно-технического совета Северо-Западной МИС 16 августа 2007 года. Методика рекомендована к применению на МИС, в НИУ и КБ.

На защиту выносятся:

1. Комплексный показатель конкурентоспособности пахотного агрегата, построенный на основании разработанных комплексных показателей эффективности функционирования и экономичности агрегата.
2. «Методика комплексной оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности для выбора предпочтительного варианта пахотного агрегата по результатам испытаний».

Публикации. По основным положениям диссертации опубликованы пять печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит 156 страниц машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений, списка литературы из 137 наименований, в том числе 7 на иностранном языке, и 14 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведены обоснование актуальности темы исследований и анализ действующей системы зональных испытаний сельскохозяйственной техники.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» приведены особенности природно-климатических условий Северо-Западной зоны РФ; методы проведения испытаний сельскохозяйственной техники; анализ номенклатуры оценочных показателей эффективности функционирования и конкурентоспособности сельскохозяйственной техники; цель и задачи исследований.

Проведенный анализ по методам и критериям оценки сельскохозяйственной техники при испытаниях показывает, что действующая нормативно-техническая документация предусматривает получение большого количества оценочных показателей, кроме того, многие из этих показателей определенным образом связаны между собой так, что, задавая один, мы тем самым предопределяем значения других. Это приводит к существенной неопределенности и трудоемкости проведения испытаний, затрудняет формирование выводов и рекомендаций по результатам испытаний.

Получение критериев оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности возможно при рассмотрении объекта исследований с позиции системного подхода, как сложной эргатической системы «оператор – машина – среда». Эта сложность обусловлена зависимостью критериев эффективности функционирования и конкурентоспособности от функционального состояния среды, машины и человека-оператора. Каждая из подсистем характеризуется большим количеством единичных показателей, поэтому требуется обоснование общей структуры показателей эффективности функционирования агрегата и установление связей между ними в виде иерархической структурной схемы, начиная с единичных показателей эффективности функционирования и заканчивая комплексным показателем конкурентоспособности на конечном уровне.

На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе «Теоретические предпосылки разработки критериев и методики комплексной оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата» приведены общая схема проведения исследований по совершенствованию критериев и методики комплексной оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата; теоретическое обоснование структуры показателей эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата; построение системных критериев оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата.

Под конкурентоспособностью агрегата понимается его превосходство, по соотношению совокупности качественных и стоимостных характеристик, в сравнении с агрегатами-аналогами.

Общая схема оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата создана на основе системного анализа процессов функционирования мобильных сельскохозяйственных агрегатов, при котором агрегат рассматривается как эргатическая система «оператор – машина – среда».

Современным и универсальным способом исследования сельскохозяйственных агрегатов является математическое моделирование выполняемых ими технологических процессов. Сельскохозяйственный агрегат представляет собой сложную систему, состоящую из подсистем: оператор (Pо), машина (Pм), среда (Pс). При этом исследуемая система представляется в виде информационной модели – «черного ящика». Информационная модель представлена на рисунке 1.

Входами модели являются регулируемые эксплуатационные параметры и режимы работы – группа управляемых факторов (Рм), условия работы – группа неуправляемых факторов (Рс), функциональный уровень оператора – группа управляемых факторов (Ро), а выходом – показатели эффективности функционирования агрегата (Рэ).

Рис. 1. Информационная модель пахотного агрегата.

Каждая из подсистем характеризуется множеством единичных показателей. Поэтому, достоверная оценка сельскохозяйственного агрегата при испытаниях возможна при условии получения и исследования влияния различных подсистем на его эффективность функционирования: F [Pо, Pм, Pс] = Pэ.

Показатели подсистемы «оператор» (Pо) составляют комплексное свойство человека-оператора, характеризующее его влияние на функционирование пахотного агрегата, то есть определяют функциональный уровень оператора. Функциональный уровень операторов в ходе экспериментальных исследований был принят величиной постоянной, так как операторы, участвовавшие в эксперименте, обладают примерно одинаковыми функциональными характеристиками и имеют большой стаж работы.

Показатели подсистемы «машина» (Pм) характеризуют регулируемые эксплуатационные параметры и режимы работы пахотного агрегата, которые настраивались в соответствии с условиями работы и заданным технологическим процессом и оказывающие непосредственное влияние на эффективность функционирования агрегата, всего 3.

Показатели подсистемы «среда» (Pс) выбирались в зависимости от условий работы, которые могли бы повлиять на результаты эксперимента, при этом учитывали, что в ходе эксперимента запланирована зяблевая вспашка стерни зерновых культур. Таким образом, из общей номенклатуры единичных показателей условий испытаний были отобраны лишь те, которые характерны для природно-климатической зоны, где будет эксплуатироваться пахотный агрегат, и оказывающие непосредственное влияние на показатели его эффективности функционирования, всего 7.

Формирование структуры показателей эффективности функционирования пахотного агрегата проводилось с учетом нормативно-технической документации (ГОСТы, ОСТы и др.), в которой определяется большое количество показателей.

Для комплексной оценки эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата номенклатура единичных показателей по видам оценок из действующей нормативно-технической документации уточнена с использованием метода экспертных оценок, так как обоснование номенклатуры формализованными методами проблематично. В группу экспертов для ранжирования единичных показателей эффективности функционирования пахотного агрегата вошли сотрудники Северо-Западной МИС.

В ходе опроса из общей номенклатуры единичных показателей эффективности функционирования пахотного агрегата необходимо было выделить лишь те, которые актуальны в современных условиях рыночной экономики, то есть непосредственно влияют на комплексный показатель конкурентоспособности агрегата. Кроме того, эксперты, участвующие в опросе могли предлагать на рассмотрение свои показатели, которых нет в общей номенклатуре.

В существующие оценки были включены несколько новых единичных показателей, отражающих потребительские свойства пахотного агрегата. В оценку надежности был внесен показатель уровня качества сервиса (фирменное обеспечение работоспособности агрегата), который позволяет оценить уровень сервисного обслуживания, обеспечиваемый производителем данного пахотного агрегата. Сюда следует относить наличие сервисных центров и магазинов по продаже запасных частей в том регионе, где будет эксплуатироваться агрегат. В оценку технической экспертизы и совершенства конструкции были добавлены показатели дизайна и цветовой гаммы, характеризующие эстетические свойства агрегата. В эту же оценку внесен показатель наличия предохранительных устройств, характеризующий наличие предохранительных элементов в конструкции агрегата, их необходимость и конструктивные особенности.

Помимо существующих видов оценок, регламентируемых нормативно-технической документацией, при определении эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата дополнительно введена оценка экологической безопасности. При оценке экологической безопасности учитывают выброс двигателем в атмосферу и почву канцерогенных веществ, степень загазованности на рабочем месте, уплотнение почвы.

В результате эффективность функционирования (Рэ) пахотного агрегата, которая является выходом системы «оператор – машина – среда», включает следующие виды оценок:

1. Агротехническая оценка.
2. Эксплуатационно-технологическая оценка.
3. Оценка надежности.
4. Техническая экспертиза и совершенство конструкции.
5. Оценка условий труда.
6. Оценка экологической безопасности.

Каждая оценка состоит из единичных показателей, всего определялось 40 единичных показателей эффективности функционирования.

Экономическая оценка является заключительным этапом комплексной оценки конкурентоспособности пахотного агрегата.

Комплексные показатели эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата представлены в виде иерархической совокупности, построенной на основе уточненной номенклатуры единичных показателей по видам оценок. Комплексный показатель конкурентоспособности пахотного агрегата расположен на самом конечном – нулевом уровне, комплексный показатель эффективности функционирования пахотного агрегата (полученный с учетом показателей подсистем «среда» и «машина») и комплексный показатель экономичности – на первом уровне, частные обобщенные показатели эффективности функционирования пахотного агрегата по видам оценок – на втором уровне, единичные показатели – на третьем уровне иерархической совокупности показателей эффективности функционирования и конкурентоспособности пахотного агрегата.

Относительные показатели эффективности функционирования пахотного агрегата по единичным показателям с желательным увеличением или уменьшением по отношению к аналогичным единичным показателям выбранного базового образца определяли по соответствующей формуле:

или , (1)

где Рi и Рiбаз – величина i-го единичного показателя эффективности функционирования анализируемого и базового вариантов агрегата.

В решении задачи оценки конкурентоспособности исследуемых вариантов пахотных агрегатов за базовые значения единичных показателей принимались лучшие значения на множестве оцениваемых агрегатов, то есть был сформирован гипотетический базовый образец.

Частные обобщенные показатели эффективности функционирования пахотного агрегата по видам оценок определяли по формуле:

, (2)