Система производственно-технической эксплуатации машинно-тракторного парка в условиях АПК Восточной Сибири

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия»

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Система производственно-технической эксплуатации машинно-тракторного парка в условиях АПК Восточной Сибири

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Бураев Михаил Кондратьевич

Улан-Удэ, 2010

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Терских Иван Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Озорнин Сергей Петрович

доктор технических наук, старший научный сотрудник Немцев Анатолий Егорович

доктор технических наук, профессор Сидоров Владимир Николаевич

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова»

Защита диссертации состоится 2010 г. в часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.06 при ФГОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40, ВСГТУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим отправлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный технологический университет»

Автореферат разослан «2010 г. и размещен на сайте ВАК Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru «2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент Б.Д. Цыдендоржиев.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Наметившееся в рамках Национального проекта «Развитие АПК России» поступательное развитие сельскохозяйственного производства страны обусловило новые подходы к технической политике и совершенствованию теоретических основ эффективного использования сельскохозяйственной техники на качественно новом уровне. Вместе с тем аграрная реформа сопровождается острейшим дефицитом сельскохозяйственной техники, ее интенсивным старением и снижением показателей использования. Неэффективное машиноиспользование является одним из основных негативных процессов на селе, способное поглотить больше ресурсов, чем их имеется в хозяйствах. Применение машин по прямому назначению не подкрепляется развитием технологической базы сервиса вследствие больших материальных затрат и отсутствия научно-методических рекомендаций деятельности в условиях рыночных отношений. Разобщение сфер технической (ТЭ) и производственной (ПЭ) эксплуатации машинно-тракторного парка (МТП) привело к снижению многих показателей потребительского качества машин и в числе других причин обусловило низкую эффективность работы предприятий сельхозтоваропроизводителей, как успешно развивающихся, так и находящихся на грани выживания.

Анализ информации в области эксплуатации машин показал, что одним из резервов повышения эффективности машиноиспользования является комплексное (в единстве) рассмотрение процессов производственной и технической эксплуатации машинно-тракторного парка. Необходимость такого подхода возникает в связи с тем, что процессы производственной и технической эксплуатации машин взаимосвязаны и оказывают большое влияние друг на друга.

Интеграция сфер производственной и технической эксплуатации в диалектически единую производственную систему позволит успешно реализовывать преимущества машинного производства сельхозпродукции, снизить при этом трудоемкость выполнения технологических операций, повысить точность оценки состояния машин, качества их обслуживания и ремонта.

В этой связи тема исследований по изысканию путей совершенствования систем производственной и технической эксплуатации МТП, позволяющих повысить эффективность машиноиспользования в регионе, является актуальной и имеет большое народнохозяйственное значение.

Работа выполнена в соответствии с межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на период до 2010 года, программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции сырья и продовольствия Иркутской области на 2008-2014 гг., комплексными планами НИР ИрГСХА (№ госрегистрации ФГУП ВНТИЦ 01.2.00511294 и 01.2.00900778).

Цель исследований. Повышение эффективности использования машин в АПК на основе совместного рассмотрения сфер производственной и технической эксплуатации МТП как единой производственно-технической системы.

Объект исследования. Процесс производственно-технической эксплуатации машинно-тракторного парка (ПТЭ МТП) в АПК.

Предмет исследования. Закономерности, взаимосвязи и количественные оценки факторов системы производственно-технической эксплуатации МТП.

Методы исследования. Системный подход в выявлении факторов и взаимосвязей производственной и технической эксплуатации МТП, методы теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории графов, статистический анализ и т.д.

Научную новизну представляют:

- понятие «производственно-техническая эксплуатация» и методологические основы построения системы производственно-технической эксплуатации МТП;

- комплексный показатель оценки уровня производственно-технической эксплуатации МТП;

- модель процесса производственно-технической эксплуатации МТП, основанная на выделении пяти групп показателей, характеризующих результативность организационно-технических и технологических мероприятий по обеспечению качества процесса эксплуатации МТП, технического и ремонтного обслуживания техники, степень реализации вопросов материально-технического обеспечения и подготовки квалифицированных кадров;

- методика повышения уровня производственно-технической эксплуатации МТП разных хозяйствующих субъектов средствами системы агротехнического сервиса (САТС).

Практическая значимость работы заключается:

- в ликвидации необоснованных простоев машинно-тракторных агрегатов (МТА) обусловленных дефицитом материалов (семена, удобрения, ТСМ), запасных частей, обменных агрегатов и средств сервиса на этапах использования МТА по назначению.

- в определении рациональных параметров совмещения средств и объектов сервиса с учетом условий и режимов ПТЭ МТП, что позволит минимизировать затраты и обеспечить ритмичность технологических процессов в полеводстве.

- в разработке мер по повышению уровня производственно-технической эксплуатации МТП, позволяющие формировать систему обслуживания с параметрами адаптированными к местным условиям, сократить время простоя машин и увеличить отдачу от их использования по назначению.

Результаты исследования рекомендованы к внедрению министерствами сельского хозяйства Иркутской области и Республики Бурятия и внедрены на сельскохозяйственных предприятиях Иркутской области, Республики Бурятия и Забайкальского края. Материалы диссертации используются в учебном процессе на факультетах механизации сельского хозяйства Иркутской ГСХА и Бурятской ГСХА им. В.Р. Филиппова.

На защиту выносятся:

- методологические основы построения системы производственно-технической эксплуатации МТП в сельском хозяйстве;

- методика количественной оценки уровня производственно-технической эксплуатации МТП;

- взаимосвязи между показателями производственной и технической эксплуатации МТП и параметрами системы агротехсервиса (САТС);

- модели системы обслуживания для хозяйств с разным уровнем производственно-технической эксплуатации МТП;

- выбор способа и места совмещения средств и объектов агротехсервиса с целью повышения уровня производственно-технической эксплуатации МТП;

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены:

- на международных научных конференциях: «Научные проблемы и перспективы развития ремонта, обслуживания машин и восстановления деталей» (г. Москва, ГОСНИТИ, 2003 г.), «Прогрессивная технология восстановления изношенных деталей машин гальваническими покрытиями. Перспективные технологии и средства технического обслуживания машин» (г. Иркутск, ИрГСХА. 2005 г.), «Агроинженерная наука: проблемы и перспективы развития» (г. Улан-Удэ, БГСХА им. В.Р. Филиппова, 2005 г.), «Проблемы механики современных машин» (г. Улан-Удэ, ВСГТУ, 2006 г.), «Современные перспективные технологии в АПК Сибири» (г. Новосибирск, НГАУ, 2006 г.), «Агротехинновации в АПК» (г. Москва, МГАУ им. Горячкина, 2006 г.), «Актуальные проблемы эксплуатации машинно-тракторного парка, технического сервиса, энергетики и экологической безопасности в агропромышленном комплексе» (г. Иркутск, ИрГСХА, 2007 г.) «Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири» (г. Новосибирск, СибИМЭ, 2008 г.); Климат, экология, сельское хозяйство Евразии (г. Иркутск, ИрГСХА, 2009).

- на всероссийских конференциях и семинарах: «Качество высшего аграрного образования: проблемы планирования, управления, контроля, оценки» (г. Иркутск, ИрГСХА, 2003 г.), семинарах заведующих кафедр ЭМТП и ремонта машин вузов Сибирского ФО (г. Новосибирск, НГАУ, 2003 г.) и РФ (г. Москва, МГАУ им. Горячкина, 2007 г.), всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня открытия Чувашской государственной сельскохозяйственной академии (г. Чебоксары, 2006 г.);

- на заседаниях научно-технических советов Департамента сельского хозяйства администрации Иркутской области (2008 г.), Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия (2009), областном производственном совещании инженерно-технических работников (г. Шелехов, 2000 г.);

- на межвузовских конференциях: Восточно-Сибирского государственного технологического университета (г. Улан-Удэ, 1985, 2007, 2009 г.г.), Иркутского государственного технического университета (2005, 2008 г.г.), Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова (г. Улан-Удэ, 2006, 2009 г.г.), Иркутской государственной сельскохозяйственной академии (1983-2009 г.г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 59 работах: из них 22 работы, выполнены в соавторстве (доля автора 30% в 6 работах, 50% в 8 работах и 80% в 8 работах) и 37 работ со 100% авторством. В изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК 10 статей: из них 8 статей с долей авторства 100% и 2 статьи в соавторстве (доля автора 80%).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 294 наименований. Работа содержит 323 страницы основного текста, включает 65 рисунков и 59 таблиц. Приложения составляют 22 страницы.

Содержание работы

Во введение обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель исследований и краткая их характеристика, конкретизированы объект и предмет исследований, показаны научная новизна положений, выносимых автором на защиту, и практическая ценность работы, отражены вопросы реализации и апробации полученных научных результатов, дана общая характеристика выполненных исследований.

Первая глава "Постановка проблемы и задачи исследования" посвящена анализу факторов, влияющих на эффективность использования сельскохозяйственной техники в АПК, подходов к решению проблемы производственной и технической эксплуатации МТП и обоснованию необходимости поиска путей её совершенствования.

Организационным и технологическим вопросам эксплуатации и ремонта сельскохозяйственной техники посвящены труды отечественных ученых В.А. Аллилуева, С.М. Бабусенко, В.П. Горячкина, С.А. Иофинова, В.И. Казарцева, Ю.К. Киртбая, Ю.А. Конкина, Н.В. Краснощекова, И.С.Левитского, В.М. Лившица, Г.П. Лышко, В.П. Лялякина, В.М. Михлина, В.М. Натарзана. А.Е. Немцева, Л.М. Пильщикова, М.Я. Рассказова, А.Э. Северного, А.И. Селиванова, И.П. Терских, И.Е.Ульмана, В.И. Черноиванова, М.И. Юдина и др.

Вопросы моделирования технологических процессов и систем обеспечения работоспособности машин исследовались в трудах В.В. Альта, В.В. Варнакова, Д.М. Воронина, И.П. Добролюбова, А.И. Зорина, С.А. Корниловича, Д.Б. Лабарова, Э.И. Липковича, С.П. Озорнина, Б.В. Павлова, Е.А. Пучина, А.П. Соломкина, М.П. Сергеева, В.Д. Саклакова, Н.В. Цугленка, С.С. Черепанова и др.

Достаточно большое количество исследований посвящено выявлению влияния факторов технической и производственной эксплуатации на процессы использования машин в различных зонах страны. К ним можно отнести работы А.Н. Важенина, А.С. Гальперина, А.А. Зангиева, В.Д. Игнатова, Н.И. Мошкина, А.Е. Немцева, Н.И. Овчинниковой, Д.Н. Саакяна, О.Ф. Савченко, А.Н. Скороходова, В.А. Ушанова, Ю.Н. Упкунова, А.Н. Хальхаева, Н.В. Храмцова и других ученых.

В указанных работах внимание уделяется вопросам обеспечения уровня эксплуатации машин путем совершенствования системы агротехнического сервиса, улучшения снабжения сельскохозяйственных предприятий запасными частями, топливно-смазочными материалами, удобрениями, семенами и т.д., рационального сочетания машин для эффективного выполнения и построения технологического процесса в конкретных условиях использования, и обосновываются основные технологические параметры. Анализ работ показывает, что без совместного рассмотрения параметров производственной и технической эксплуатации даже при оптимальном сочетании машин имеются простои, что приводит к снижению качества выполнения технологических работ и повышению издержек на производство продукции.

В настоящее время недостаточно научно обоснованных рекомендаций по совместному учету факторов и управлению производственной и технической эксплуатацией машинных агрегатов. Установление для каждой из систем индивидуальных критериев не всегда способствовало эффективному функционированию МТП в целом.

Проблема комплексного исследования показателей технической и производственной эксплуатации парков машин по различным критериям рассмотрена в работах И.Г. Савина, П.В. Привалова, С.П. Озорнина, Р.Ф. Салихова, В.Н. Щетинина. Отмечая большую значимость освещаемой проблемы для науки и практики использования машин, упомянутые авторы не рассматривают эти сферы эксплуатации в единой системе производственно-технической эксплуатации. В практике и теории аграрного машиноиспользования термин «производственно-техническая эксплуатация» отсутствует. Вместе с тем, принцип конкретности (В.Н. Щетинин), требующий при изучении объекта исходить из его особенностей, специфических условий его существования делает отличным этот термин от узаконенного ГОСТ 25866-83 термина «эксплуатация».

Результаты опроса механизаторов и инженерно-технических работников сельского хозяйства Прибайкалья показали, что первостепенными задачами в решении проблемы повышения качества эксплуатации машин являются материальные стимулы, а на втором месте - внедрение передовых форм и приемов технического и технологического обслуживания, обеспечивающие в условиях рынка высокий уровень производственно-технической эксплуатации МТП.

Сущность научной проблемы заключается в необходимости теоретического обоснования закономерностей влияния факторов производственной и технической эксплуатации на результаты машиноиспользования и определения основных подходов к формированию и функционированию системы производственно-технической эксплуатации МТП. Для решения данной проблемы сформулированы следующие задачи исследований:

1. На основе анализа особенностей машиноиспользования и машинообслуживания в АПК Восточной Сибири обосновать возможность комплексного рассмотрения производственно-технической эксплуатации МТП как системы.

2. Обосновать комплексный показатель уровня производственно-технической эксплуатации машинно-тракторного парка и разработать методику его количественной и качественной оценки.

3. Обосновать и исследовать взаимосвязь параметров производственно- технической эксплуатации машинно-тракторного парка и установить закономерности их характеристик;

4. Разработать методологические основы формирования и принципы функционирования системы производственно-технической эксплуатации МТП.

5. Провести экспериментальные исследования и производственную проверку эффективности ПТЭ МТП.

Во второй главе «Теоретические предпосылки системы производственно-технической эксплуатации машинно-тракторного парка» рассмотрены теоретические аспекты формирования системы производственно-технической эксплуатации, дано математическое обоснование и описание модели системы ПТЭ. Новый подход к решению данной проблемы опирается на логику суждений и умозаключений ученых и практиков о необходимости совместного рассмотрения сфер производственной и технической эксплуатации как единой производственно-технической системы и выработке на этой основе новых положений о результатах функционирования и эффективности машинно-тракторного парка.

При изучении сложной взаимосвязанной системы ПТЭ использовался системный подход, который позволяет построить и изучить структуру каждой из взаимодействующих подсистем в условиях, когда выбор альтернативы требует анализа сложной информации различной физической природы.

Системный подход позволил объединить усилия разных участников производства, увязать их с соответствующими ресурсами, учесть важнейшие взаимосвязи, которые при обычном решении нередко теряются или учитываются не полностью. Объективным условием такого подхода является сельскохозяйственное предприятие любой формы собственности, как относительно изолированная система, в границах которой при помощи машинно-тракторного парка осуществляются процессы машинного производства сельскохозяйственной продукции.

В настоящей работе рассматривается ПТЭ МТП, представляющая собой сложную производственно-техническую систему, являющуюся, в свою очередь, подсистемой сельскохозяйственного предприятия (рисунок 1).

Работа любого сельскохозяйственного предприятия, занимающегося машинным производством сельскохозяйственной продукции, будет эффективна при условии эффективного функционирования машинно-тракторного парка. Системное рассмотрение ПТЭ способствует реализации потребительских качеств машин (техническое состояние, производительность, качество технологических процессов и т.д.) на высоком уровне и получению за счет этого высоких результатов работы предприятия. МТП является объектом воздействия и источником средств для существования системы ПТЭ.

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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 У_птэ. Чем лучше организована система и приспособлена для реализации поставленной цели, тем выше уровень У_птэ.

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 S_i (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{У_птэ} = 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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).

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 У_пэ, У_тэ, У_пр, У_ср, У_чф является комплексным показателем эффективности производственно-технической эксплуатации МТП У_птэ 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 (У_ПТЭ) и факторами (У_i) дерева целей ПТЭ. В общей форме модель эффективности производственно-технической эксплуатации МТП может быть представлена следующим образом:

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

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

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

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

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

У_птэ = F[S₁(У_пэ), S₂(У_тэ), S₃(У_пр), S₄(У_ср), S₅(У_чф)] > 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…S_ij. Обобщенный показатель определяют двумя методами: методом парных сравнений и комплексным методом.

Вид функции связи обобщенных показателей с У_птэ неизвестен и задача состоит в том, чтобы его найти. На величину У_птэ влияют не только значения У_пэ, У_тэ, У_пр, У_ср, У_чф, 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 Д_j. Вероятность нахождения МТА в j-м состоянии можно трактовать как отношение:

, (4)

где Д_к -- 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 (S¹>S²) 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 - t_p;

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

- период простоев МТА по организационным причинам - t_пр;

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

На графе состояний условного МТА (рис. 4) л, м - 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 l_c - 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 л₀₁, л₀₂, л₀₃ - интенсивности перехода МТА в состояния «ТО и ремонт», «простой по организационно-технологическим причинам», «совмещенные причины» соответственно, отказов/у.э.га; м₁₀, м₂₀, м₃₀ - 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 u_к избирается из множества U допустимых решений. Примерами допустимых решения являются принудительный перевод машины из наблюдаемого состояния S_i в S_j , например, замена отказавшего элемента или профилактическая замена группы элементов, проведение операций ТО. Набор возможных решений на n-ом шаге:

д_n = [и_n(1), и_n(2), …, и_n(N)], (12)

называют политикой, а последовательность политик д = (д_о, д₁, д₂,…Д) формализует понятие стратегии управления. Во множестве возможных стратегий Д={д} выделяются стационарные стратегии, не зависящие от номера шага.

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

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 Д:

М{А[x(t)]} = ДЧДД 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 S_i с учетом решения u_k^.; 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 t_ост машины и уровнем ПТЭ У_птэ на основе теоретических исследований представлена моделью:

, (17)

где u_пр - предельное значение параметра;

u_изм - значение параметра на момент измерения;

а, а_о, а₁ - коэффициенты, определяемые экспериментально;

Анализируя уравнение (17), отметим, что скорость изменения параметра u, как функция факторов уровня ПТЭ, а также показатели и U_изм являются случайными величинами. Случайной величиной является и t_ост, 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 3у 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; у - 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.

Задача определения периодичности агросервисного обслуживания рассматривается как задача управления случайным процессом производственно-технической эксплуатации, как выбор стратегии управления этим случайным процессом (недетерминированным). Существуют различные стратегии превентивного обслуживания: по календарному времени работы, по переработке определенного количества материала (груза), по техническому состоянию и прогнозирующему параметру.

Проведение профилактических работ целесообразно, в тот момент, когда достигнет критической величины параметр состояния (появление предельно допустимых зазоров, предельного износа и других предельно допустимых состояний). При таком положении удельные затраты при проведении профилактических работ будут минимальными, поскольку восстановления работоспособности машин будут производиться только при действительной необходимости, исключатся лишние ремонты, снизится потребность и расход запасных частей. Это возможно осуществить только при проведении постоянного контроля за работой МТА и их состоянием.

Известно, что периодичность обслуживания (мото-ч, у.э.га) можно в общем виде определить по формуле:

, (18)

где t_o - коэффициент оптимальности, определяется аналитически и показывает, во сколько раз оптимальная периодичность обслуживания больше или меньше средней наработки между возникновением заявок (отказов) на обслуживание; В - средняя наработка машины (мото-ч, у.э.га) между заявками (отказами);

Уравнение для определения периодичности обслуживания при экспоненциальном законе распределения наработки на отказ, дающего наилучшее приближение к эмпирическим данным (F=6,2), зависит от отношения / и имеет вид:

, (19)

где - параметр потока отказов;

- затраты связанные с восстановлением работоспособности МТА, тыс.руб.

- фактические суммарные затраты на производственно-техническую эксплуатацию МТП, тыс.руб.

Взаимодействие системы производственно-технической эксплуатации с параметрами обслуживания основывается на принятии эксплуатационных решений, приспособленных к ситуационным условиям использования машин. Вероятность обслуживания возрастает при совмещении машин и средств их сервиса в пункте, где при одном и том же характере и числовых значениях показателей распределения машин на данной территории затраты времени и ресурсов будут минимальны.

Аналитическое выражение меры эффективности совмещения средств САТС и МТА можно представить в следующем виде:

, (20)

где с(i) -- средняя величина суммарных издержек на совмещение ремонтного фонда и мастерской в i -м пункте участка протяженностью L км, руб; А(i) - затраты на перемещение ремонтной мастерской до i-го пункта совмещения на расстояние в i единичных интервалов; i = 1, 2, ... - номера по порядку единичных интервалов протяженностью I каждый на участке L км; В(i) - затраты на перемещение машины в i-й пункт совмещения на расстояние, равное r_i, км.

Очевидно, что когда А(i) - затраты на перемещение мастерской на единицу длины оказываются больше В(i) - затрат на перемещение машины на эту же единицу длины, то до некоторых пор рациональнее перемещать машины, а мастерскую оставлять в одной точке. Из этого следует, что существует такой номер i = 1,2,... машины из числа находящихся на участке, отстоящих друг от друга на расстоянии I и требующих совмещения, при котором функция с(i) принимает минимальное значение.

В том случае, когда А(i)>В(i), требуется определить крайний i-й МТА на участке L, который еще целесообразно перемещать в точку 0 к мастерской и обратно на место работы. Задача заключается в том, чтобы найти значение i, при котором затраты на указанное совмещение будут минимальными, т. е. расходы ресурсов на перемещение мастерской А(i) и техники В(i) будут равны по величине.

Затраты на перемещение машины и мастерской до i-го пункта и обратно составят соответственно:

A(i) = i(i-1); (21)

B(i) = (n-1)(n-i-1). (22)

где д и щ - затраты на единицу пути соответственно мастерской и МТА, руб/км.

Для определения оптимального значения i следует продифференцировать один раз функцию с(i) по i и приравнять результат нулю:

с(i) = i(i-1)+(n-1)(n-i-1), (23)

. (24)

Оптимальное значение i:

, (25)

где п - целое число точек расположения МТА на всем участке протяженностью L.

В четвертой главе «Методика экспериментальных исследований» представлены программа и методика исследования.

Программа экспериментальных исследований включала решение следующих вопросов:

- обоснование системообразующих факторов производственно-технической эксплуатации МТП;

- разработку методики комплексной оценки уровня производственно-технической эксплуатации МТП;

- разработку математической модели эффективности производственно-технической эксплуатации МТП;

- установление взаимосвязей параметров системы производственно-технической эксплуатации и САТС;

- проверку адекватности разработанной модели эффективности производственно-технической эксплуатации МТП

Экспериментальные исследования предусматривали выявление факторов технологического процесса ПТЭ, фиксирование отказов системы в целом и ее компонент, продолжительности их устранения. Наиболее приемлемым для исследований был принят метод наблюдений с поэлементным анализом затрат времени и средств. Для обработки данных применялся набор стандартных компьютерных программ Windows Excel. Для разработки комплексного показателя уровня производственно-технической эксплуатации использовался известный метод экспертных оценок. Эксперименты выполнялись с целью получения данных для разработки математических моделей комплексной оценки уровня производственно-технической эксплуатации МТП, выявления на этой основе мероприятий по совершенствованию машиноиспользования, в том числе за счет оптимизации режимов обслуживания машин в эксплуатации средствами системы агротехнического сервиса. Экспериментальная проверка разработанных теоретических моделей осуществлялась в соответствии с ГОСТ, действующими инструкциями, методиками и рекомендациями.

При проведении хронометражных наблюдений за работой машин при их эксплуатации фиксировались состав, продолжительность и трудоёмкость работ, производимых как на основных, так и на вспомогательных операциях, включая все ремонтные и профилактические работы с указанием точного места, характера и причины отказа агрегата, времени простоя на устранение каждого отказа (даже если отказы вызваны одной причиной), и количество занятых при этом рабочих.

Определение функциональных связей между комплексным и частными показателями уровня ПТЭ проводилось с использованием теории регрессионного анализа. Принятая для анализа линейная модель проверялась по соответствующим критериям. Предложенный подход позволил выявить группы общих и частных показателей производственно-технической эксплуатации, их состав и взаимосвязь. Линейная модель зависимости У_птэ от обобщенных показателей У_i имеет следующий вид:

У_птэ=0,056+0,191У_пэ+0,183У_тэ+0,23У_пр+0,188У_пк+0,243У_ср (25)

Оценку статистической значимости опытных значений полученных коэффициентов модели проводили с помощью t-критерия Стьюдента. Проверка адекватности математической модели произведена с использованием критерия Фишера на 5%-ном уровне значимости.

Объем выборки N для установления связи уровня ПТЭ с техническим состоянием определялся в зависимости от величины доверительной вероятности и величины допустимой относительной ошибки , .

Выявление износов осуществлялось способом микрометрирования с использованием штатного измерительного инструмента и существующих требований на капитальный ремонт. Численные значения износов деталей определялись как разность между действительным размером изношенной детали в месте наибольшего износа и средним чертежным размером. Погрешность измерений устанавливалась по ГОСТ 8.051-81 и не превышала 20…25% от допуска. Определение наработки осуществлялось по учетным листам работы МТА с использованием переводных коэффициентов, а также по мотосчетчику трактора.

В пятой главе «Результаты исследований» приведены результаты экспериментальных исследований по определению показателей производственно-технической эксплуатации МТП и их взаимосвязей с параметрами обслуживания.

Значения обобщенного показателя уровня ПТЭ определялись по следующим группам хозяйств: общественные (акционерные, кооперативные и т.п. на базе бывших колхозов и совхозов), крестьянско-фермерские, личные подсобные и машинно-технологические станции.