Глава 6. Оптимизация производственных мощностей атп.

Модель системы массового обслуживания автомобилей.

Повышение эффективности использования подвижного состава, заключающееся в снижении трудовых и материальных затрат на поддержание их технического состояния на необходимом уровне, является одной из важнейших задач, стоящих перед технической службой АТП.

Величина затрат на поддержание работоспособности подвижного состава зависит от целого ряда факторов, таких как стратегия и метод организации производства, условия эксплуатации, вид перевозок, мощность предприятия, тип подвижного состава, режим работы, среднесуточный пробег, возраст автомобилей, квалификация водителей, качество технических воздействий, наличие производственных помещений, уровень механизации работ и т.д., и т.п.

Снижение затрат на поддержание подвижного состава на необходимом уровне надежности должно обеспечиваться как в процессе его эксплуатации, так и при проектировании и реконструкции АТП.

Правильное, научно обоснованное проектирование и реконструирование предприятия создает предпосылки для четкой организации работы и повышения уровня эффективности системы ТО и ТР.

В теории сложных систем организованное сложное целое принято называть системой. Комплексное АТП может быть рассмотрено как единая система обеспечения народного хозяйства определенными перевозками, состоящая из двух взаимосвязанных подсистем: подсистемы организации перевозок и подсистемы обеспечения работоспособности подвижного состава.

Выбор размера АТП осуществляется с учетом обеспечения максимальной эффективности от взаимодействия подсистем. Так, если увеличение мощности АТП способствует снижению удельных затрат на поддержание работоспособности единицы подвижного состава, то в подсистеме перевозок это связано с увеличением затрат на непроизводительные пробеги подвижного состава.

При отдельном изучении, подсистема технического обслуживания может быть также представлена нами как единая система, обеспечивающая достаточный уровень работоспособности подвижного состава для осуществления перевозочного процесса. Она состоит из отдельных подсистем (подразделений), которые в свою очередь состоят из подсистем более низкого порядка или элементов, не подлежащих дальнейшему разделению.

В системе ТО и ТР автомобилей можно выделить четыре подсистемы, отличающиеся друг от друга характером, местом, организацией работ и т.д., имеющие различные частные и одну общую цель. В качестве таких подсистем, как указывалось ранее, нами приняты: подсистема контроля и диагностики, подсистема основного производства, подсистема вспомогательного производства и подсистема обслуживающего производства (рис.6.1).

Рис. 6.1. Схема функционирования системы ТО и ТР автомобилей.

После выполнения работы автомобили из службы перевозок передаются в подсистему контроля и диагностики системы ТО и ТР. Исправные автомобили из подсистемы контроля и диагностики направляются в подсистему обслуживающего производства на хранение, а подлежащие обслуживанию или ремонту, после выявления объема и номенклатуры технических воздействий направляются в основное производство. В основном производстве выполняются необходимые технические воздействия по автомобилям, как правило, агрегатным методом. Неисправные узлы и агрегаты автомобилей направляются в подсистему вспомогательного производства, которая выполняет основную функцию по восстановлению работоспособности отказавших узлов, агрегатов и механизмов.

По данным НИИАТ значительная часть рабочего времени производственных рабочих при используемых технологических структурах производства затрачивается на непроизводительные работы и простои из-за недостаточной пропускной способности, низкой организации и несогласованности работы между собой различных подразделений.

Большую роль в деле сокращения потерь рабочего времени и простоя подвижного состава при выполнении технических воздействий может сыграть подсистема обслуживающего производства, целью которой является устранение или снижение непроизводительных потерь рабочего времени во всех подсистемах производства. Это возможно лишь при правильной организации материально-технического снабжения, при своевременном обеспечении рабочих мест необходимыми запчастями, инструментом, оборудованием, при своевременной доставке к рабочим местам предварительно подготовленных (уборка, мойка и т.д.) объектов воздействий (автомобили, агрегаты) и обеспечении достаточного уровня безотказной работы гаражного и диагностического оборудования и т.д.

Вследствие случайности процесса изменения технического состояния подвижного состава, потребность в ремонте агрегатов и узлов автомобилей и Замене тех или иных деталей на планируемый период, также будет иметь слу-

чайный характер. Если не учесть этого, то может получиться, что размер потребности в запасных частях в определенный момент времени превысит существующие запасы.

Для удовлетворения возможной потребности, превышающей, существующие запасы, возникает необходимость в хранении резервного запаса, который должен иметь оптимальный размер. Слишком маленький резерв не обеспечит нам достаточного уровня вероятности того, что в определенный момент потребность в запасных частях превысит их запасы, а наличие слишком большого резерва связано с увеличением издержек на их приобретение и хранение.

Сокращению затрат на ТО и ТР способствует также исключение излишних работ при выполнении технических воздействий автомобилям и их агрегатам в основном и вспомогательном производствах, а также своевременное обнаружение и устранение неисправностей, которые в дальнейшем могли бы привести к увеличению объемов работ и простою подвижного состава. Решение этих задач возлагается на подсистему контроля и диагностики.

Оптимизация производственных мощностей отдельных подсистем и их взаимная координация может осуществляться по комплексному критерию, в качестве которого может быть принят экономический показатель. В этом случае требуемый уровень работоспособности подвижного состава обеспечивается при минимальных удельных затратах, или максимальных прибылях всей системы.

Центральное место в системе ТО и ТР автомобилей занимает основное производство, как подсистема, выполняющая работы непосредственно на автомобиле и подготавливающая их к выходу на линию в технически исправном состоянии.

Каждую из указанных подсистем основного, вспомогательного, обслуживающего произзодств и диагностики мы можем по тем или иным техническим и экономическим критериям поставить в оптимальные условия работы, т.е. обеспечить их максимальную эффективность. Однако, при исследовании всей

системы в целом, их нельзя рассматривать в отрыве друг от друга, ибо достижение единой цели - обеспечение требуемого уровня работоспособности подвижного состава при минимальных затратах возможно лишь при их совместной эффективной работе. Таков принцип системного подхода при исследовании сложных технических систем, к которым относится система ТО и ТР автомобилей в АТП.

Суть системного подхода при изучении систем ТО и ТР автомобилей в АТП заключается в сосредоточении внимания на всей проблеме в целом, а не на ее отдельных частях. При рассмотрении отдельных элементов системы следует устанавливать влияние его работы на функционирование остальных элементов и всей системы в целом.

Исследование сложных систем, состоящих из различных подсистем и элементов, без нарушения целостности может осуществляться путем их анализа и синтеза. При анализе отдельных подсистем выделяются те свойства, которые делают их частями целого, а при синтезе целое осознается как состоящее из частей, определенным образом связанных между собой.

Таким образом, система ТО и ТР автомобилей в АТП рассматривается нами как организационное целое, состоящее из различных подсистем и элементов и образующих единый комплекс средств достижения общей цели. Цель работы системы ТО и ТР - обеспечение необходимого уровня работоспособности подвижного состава при минимальных затратах может быть достигнута созданием оптимальных мощностей подсистем для совместной работы и повышением их эффективности организационными и другими мероприятиями.

Преобладающую часть расходов на ТО и ТР автомобилей в АТП составляют затраты на заработную плату и запасные части. В то же время имеют место большие потери рабочего времени по организационным и прочим причинам. Поэтому рациональное использование рабочих постов и рабочего времени ремонтными рабочими имеет первостепенное значение для повышения эффективности работы отдельных подсистем и всей технической службы АТП в целом.

Обеспечение требуемой работоспособности автомобилей существенно зависит от поступающего потока требований, и производительности системы ТО и ТР при «выполнении того или иного вида воздействий. В связи с этим, для анализа эффективности работы системы необходимо установить зависимости между поступающими потоками требований и производительностью системы. Эти задачи успешно решаются при помощи математических методов теории массового обслуживания (ТМО).

Основными элементами системы массового обслуживания (СМО) являются: входящий поток требований (); обслуживающие аппараты (посты); очередь требований, ожидающих обслуживания и выходящий поток требований (). Под "обслуживанием" понимается удовлетворение требования (заявки) на техническое воздействие.

Рис. 6.2. Схема системы массового обслуживания автомобилей.

Так как целью функционирования обслуживающей системы в целом является удовлетворение требований на выполнение тех или иных работ, то наиболее важным понятием СМО является производительность системы и входя-

щий поток требований, поступающих в систему ТО и ТР автомобилей. Под требованием будем понимать потребность в выполнении того или иного вида технических воздействий.

В случае превышения количества поступающих требований над пропускной способностью в системе массового обслуживания возникает очередь требований на выполнение технических воздействий. Очередь может образовываться перед каждой подсистемой в отдельности, следовательно, каждая из подсистем может блокировать работу всей системы. Для избежания этого возникает необходимость в выборе одной наиболее целесообразной подсистемы в качестве блокирующей, обеспечении достаточной ее пропускной способности и координации пропускных способностей других подсистем по отношению к блокирующей.

Выходящий поток образует требования, покидающие систему. При последовательном прохождении требований через различные подсистемы (фазы), выходящий поток требований из одной подсистемы может явиться входящим для другой. Система технического обслуживания и ремонта автомобилей в АТП рассматривается нами как система без потерь (требование не покидает систему не обслуженной), с ограниченным количеством обслуживающих аппаратов при поступлении относительно неограниченного количества требований. Входящий поток требований. Как показывают исследования эксплуатационной надежности автомобилей, в систему и в ее подсистемы поступают случайные потоки требований, формирующиеся через случайные пробеги в случайные моменты времени и требующие для выполнения технических воздействий объема работ случайной трудоемкости.

Случайный поток требований на выполнение технических воздействий, поступающий в систему ТО и ТР, автомобилей определяется в ТМО как простейший. Простейший поток требований нашел в ТМО широкое применение в силу того, что такие или близкие к нему потоки часто встречаются в практике при потоке, отличающемся от простейшего, можно получить удовлетвори -

тельные по точности результаты, заменив его простейшим потоком той же плотности. Простейшие потоки являются более напряженными, чем потоки других структур, поэтому система, рассчитанная на такой поток, при появлении менее напряженных потоков других структур будет работать более устойчиво.

Характеристикой простейшего потока требований является вероятность появления "К" требований за время t (Р_к(t), описываемая законом Пуассона:

где - плотность потока требований (среднее число требований, по­ступающих в систему в единицу времени).

Продолжительность технических воздействий.Наряду с входящим по­током требований, на величину пропускной способности системы влияет про­должительность технических воздействий. Продолжительность обслуживания данного автомобиля является случайной величиной, зависящей от многочис­ленных факторов, таких как ремонтопригодность автомобиля, условия эксплуа­тации, пробег с начала эксплуатации автомобиля, наличие запасных частей, квалификация водителей и ремонтных рабочих, степень механизации произ­водственных процессов, организация труда ремонтных рабочих и т.д.

При исследовании системы необходимо учитывать влияние отдельных подсистем на работу всей системы. Так, например, продолжительность пребы­вания автомобиля в системе кроме продолжительности технических воздейст­вий в основном производстве t_i существенно зависит также и от времени ожи­дания начала воздействий Т_ож, времени на выполнение уборочно-моечных ра­бот Т_ЕО, времени диагностирования Т_Ди величины непроизводительных по­терь времени Т_п(простои из-за несвоевременного обеспечения рабочих мест запчастями, инструментом, оборудованием и т. д.). Тогда общую продолжи-

тельность Т пребывания автомобиля в системе ТО и ТР при выполнении технических воздействий можно записать в следующем виде:

Таким образом, время нахождения автомобиля в системе ТО и ТР, характеризующее ее пропускную способность, зависит от работы отдельных подсистем: диагностики, основного, вспомогательного и обслуживающего производства. Система может успешно справляться с возложенными на нее задачами только при условии, что пропускная способность системы , превышает суммарный входящий поток требованийна все виды воздействий:

где X_i - условная мощность (количество постов) приi-м воздействии;

_i- средняя производительность поста приi-м воздействии.

Незначительное превышение пропускных способностей системы над входящим потоком требований может не дать должного эффекта, а чрезмерное их увеличение связано с большими затратами на создание дополнительных производственных мощностей. Следовательно, необходимо установить наиболее выгодную (оптимальную) величину резерва производственных мощностей.

Оптимальная величина резерва производственных мощностей системы может быть выявлена по экономическому критерию (обеспечение минимума затрат С или максимума удельной прибыли П_уд)

Математическая модель системы ТО и ТР автомобилей должна обеспечивать выполнение следующих условий:

Анализ работы системы ТО и ТР с помощью аналитической математической модели осуществляется на основании определенной статистической информации о протекающих в ней случайных явлениях и процессах, которые могут быть получены также методом статистического моделирования.

Параметры оптимизации систем ТО и ТР автомобилей.

Параметры загрузки и производительности характеризуют работоспособность системы и ее эффективность с точки зрения использования производственных мощностей. Однако, более полное использование производственных мощностей еще не является единственной целью функционирования системы ТО и ТР автомобилей. Система должна обеспечить требуемый уровень работоспособности подвижного состава при минимальных затратах или максимальных прибылях. Следовательно, для оценки работы системы ТО и ТР автомобилей наиболее важную роль играют экономические параметры.

Одним из параметров, характеризующих экономическую эффективность работы системы являются затраты на ее функционирование (С). Затраты системы и ее производительность взаимосвязаны. Так, сокращение затрат на функ-

ционирование системы ТО и ТР будет вызывать снижение ее мощности, а следовательно, пропускной способности отдельных подсистем и, как следствие, увеличение простоя подвижного состава в системе, что, как правило, будет связано с сокращением объема перевозок и потерей доходов. В то же время стремление к обеспечению высокого коэффициента готовности подвижного состава может привести к чрезмерному увеличению затрат на систему ТО и ТР.

Для отдельной подсистемы является характерным то, что с увеличением ее мощности сокращается простой автомобилей в данной подсистеме, т.е. увеличение затрат подсистемы сопровождается сокращением потерь от простоя подвижного состава. Поэтому в качестве показателя эффективности для отдельной (j-й) подсистемы представляется целесообразным использовать величину суммарных потерь С_ijот простоя подвижного состава по причине недостаточной пропускной способности и затрат на функционирование данной подсистемы. Условие оптимизации j-той подсистемы по данному критерию может быть записано в следующем виде:

где Z_м- средняя величина потерь от простоя одного автомобиля за день;М_ij - средняя длина очередиi-х требований, вj-й подсистеме;

Z_R - средняя величина затрат на функционирование j-той подсистемы, приходящаяся на одного рабочего в день;

R_ij - среднее количество рабочих на 1-м воздействии в j-й подсистеме.

График изменения суммарных затрат представлен на рис. 6.3. Минимум затрат позволяет произвести выбор оптимальных мощностей подсистем. Однако, сумма оптимальных затрат в отдельных подсистемах не обеспечивает еще оптимальную работу всей системы в целом, т.к. при этом не учитывается взаимодействие между различными подсистемами.

Рис. 6.3: График изменения суммарных затрат в 1-й подсистеме ТО и ТР.

Для оптимизации работы интегрированной системы ТО и ТР автомобилей может быть использован комплексный экономический показатель, характеризующий его работу. В качестве такого критерия оптимизации работы всей системы представляется целесообразным использовать условие обеспечения максимальных удельных прибылей П_удот работы автомобилей, приходящихся на единицу затрат на функционирование системы:

Графически оптимизация интегрированной системы ТО и ТР автомобилей но комплексному экономическому критерию представлена на рис. 6. 4.

Рис. 6.4. График изменения удельных прибылей предприятия в зависимости от производственных мощностей системы ТО и ТР автомобилей.

Как следует из графика, увеличение производственных мощностей системы ведет к увеличению прибылей АТГТ за счет работы на линии освободившихся из очереди в системе ТО и ТР автомобилей, но в то же время происходит рост затрат на функционирование системы. В первый период рост прибылей преобладает над ростом затрат, при дальнейшем развитии, когда увеличение производственных мощностей вызывает лишь незначительное сокращение очереди простаивающих в системе автомобилей, затраты на систему начинают

расти быстрее, чем прибыли. Таким образом, отношение прибылей предприятия к затратам системы при различных ее мощностях описывается экстремальной кривой П_уд, максимум которой соответствует оптимальной мощности системы.

Выбор оптимальных мощностей интегрированной системы по комплексному экономическому критерию является сложным и трудоемким процессом, вследствие того, что возникает необходимость в последовательном переборе количества производственных рабочих и постов для различных подсистем и различного их сочетания по подсистемам. Для оптимизации системы ТО и ТР в условиях приближенных к реальным используется метод математического моделирования.

Математическая модель системы ТО и ТР автомобилей.

Построение математической модели является составной частью исследования сложных систем таких, как система ТО и ТР автомобилей. Математические модели позволяют не проводя длительных и дорогостоящих натурных исследований получить близкие к реальным условиям параметры процессов, происходящих в системе, установить количественные связи между условиями функционирования, принимаемыми решениями и показателями эффективности работы системы.

Для исследования системы, на работу которой влияет большое количество факторов, в том числе имеющих случайный характер используются методы аналитического и статистического моделирования. Показатели, используемые в модели и имеющие случайный характер определяются с помощью специальных компьютерных программ или генераторов случайных чисел. Алгоритмы розыгрыша случайных величин среднесуточного пробега автомобилей, а также трудоемкостей выполнения воздействий и параметра потока отказов приведены на рис. 6. 5. и 6. 6.

Рис. 6.5. Алгоритм розыгрыша среднесуточного пробега автомобилей.

Рис. 6.6. Алгоритм розыгрыша времени выполнения воздействий и параметра потока отказов.

Высокая достоверность разыгрываемых случайных величин достигается за счет большого количества розыгрышей. Минимально возможное количест-

во розыгрышей, необходимых для получения достоверных показателей определяется расчетным путем.

Математическое моделирование выполняется по специально разработан-ным компьютерным программам с использованием функциональных зависимостей для определения показателей, не имеющих случайный характер и розыгрышей случайно изменяющихся показателей. Оптимальные размеры производственных мощностей определяются с помощью приведенных в этой главе параметров оптимизации. Математическая модель интегрированной системы ТО и ТР автомобилей позволяет с помощью математических зависимостей выявить взаимосвязи между различными подсистемами и определить количественные значения параметров эффективности, что дает возможность вывести систему в оптимальный режим работы.

Эффективность работы системы ТО и ТР в целом зависит от того, насколько каждая из участвующих в процессе восстановления работоспособности подвижного состава подсистем справляется со своими задачами. Так, недостаточная пропускная способность, одной из подсистем будет вызывать увеличение простоя подвижного состава в неисправном состоянии, снижая тем самым эффективность работы всей системы. И наоборот, чрезмерное увеличение производительности отдельных подсистем связано с неоправданным увеличением затратна функционирование системы.

Таким образом, наибольшая эффективность работы системы ТО и ТР, представляющей собой интеграцию различных взаимосвязанных подсистем, может быть обеспечена только при оптимальном сочетании пропускных способностей этих подсистем.

Составление математических моделей отдельных подсистем будет заключаться в описании с помощью математических выражений системы соотношений, связывающих характеристики состояний производственного процесса с его параметрами, исходной информацией и условиями функционирования системы.

Приняв основное производство за блокирующую подсистему требуется согласовать с ней работу других подсистем ТО и ТР. Такое согласование в целях упрощения задачи может производиться путем попарной оптимизации каждой подсистемы совместно с работой основного производства.

Изменение производительности основного производства приводит к необходимости изменения производительности подсистем вспомогательного и обслуживающего производств. В свою очередь, по условию эффективного функционирования системы возникает необходимость в изменении пропускной способности основного производства в соответствии с входящим потоком требований.

Эффективное совместное функционирование различных подсистем с подсистемой основного производства возможно при условии:

N_cij W_ioсн W_ij

причем, W_{i j} – W_ioсн=_ij→opt

Производительность работы системы ТО и ТР будет зависеть от входящего потока требований N_cij пропускной способности диагностикиW_d, основногоW_осн, вспомогательногоW_всп, и обслуживающегоW_обсл производств. Отсюда:

Рациональное сочетание пропускных способностей различных подсистем может быть выявлено по степени влияния этих подсистем на эффективность работы всей системы (значимости работы подсистем). Повышение эффективности работы системы ТО и ТР автомобилей можно достичь обеспечением более высокой пропускной способности менее значимых подсистем. Это позволит за счет незначительного повышения затрат увеличить вероятность безотказной работы более значимых подсистем. То есть, чем ниже значимость работы и

затраты подсистемы, тем выше должна быть ее пропускная способность по отношению к более значимым (блокирующим) подсистемам.

Общее условие функционирования интегрированной системы ТО и ТР можно записать в следующем виде:

Увеличение пропускных способностей подсистем обеспечивается наличием соответствующего резерва производственных мощностей 2ц. Однако чрезмерное увеличение резерва связано с большими затратами на функционирование системы. Следовательно, разницу между интенсивностью входящего потока требований и пропускной способностью необходимо выбирать оптимальной, чтобы затраты на функционирование системы С были минимальными, или чтобы прибыль системы П была максимальной.

Изложенное является основанием для составления математической модели интегрированной системы ТО и ТР автомобилей, которая может быть представлена в следующем виде:

Многочисленные расчеты выполненные в МАДИ с использованием ме-тода математического моделирования позволили разработать номограммы оп-ределения технологически необходимого количества рабочих для выполнения

расчетного объема технических, воздействий (рис.6.7) и дополнительного количества рабочих, необходимых для обеспечения оптимальных пропускных способностей системы ТО и ТР (рис.6.8.).

Рис. 6. 7. Номограмма определения технологически необходимого количества рабочих.

Рис. 6.8. Номограмма определения дополнительного количества рабочих, необходимых для обеспечения оптимальной пропускной способности системы.

Номограммы разработаны с использованием большого статистического материала и позволяют с достаточной точностью определять технологически

необходимое количество рабочих и с некоторой погрешностью оптимизировать производственные мощности предприятия.

Проведенные статистические исследования и расчеты показали, что распределение трудоемкостей по подсистемам для АТП среднего размера составляет: основное производство - 39%; вспомогательное производство - 29%; обслуживающее производство - 27%; диагностика - 5%.

Оптимизация производственных мощностей с рациональным их размещением в подсистемах ТО и ТР позволяет обеспечить максимальную эффективность работы автотранспортного предприятия, обеспечивая сокращение потерь от простоя подвижного состава в технически неисправном состоянии и увеличивая прибыли предприятия от работы автомобилей на линии.

Порядок проведения оптимизации производственных мощностей. Используя результаты технологического расчета, принимаемые показатели параметра потока отказов, интенсивности отказов и других параметров, имеющих случайный характер, а также с учетом экономических показателей работы предприятия таких, как прибыль от работы автомобилей на линии в день, удельные затраты на содержание одного ремонтного рабочего и т.д. определяется дополнительное количество ремонтных рабочих и производственных постов подсистемы основного производства.

По оптимальным мощностям основного производства с учетом распределения объемов работ по подсистемам корректируются производственные мощности вспомогательного и обслуживающего производств и подсистемы контроля и диагностики. Сумма мощностей всех подсистем будут составлять оптимальную производственную мощность предприятия. Выполнение расчетов на компьютерах по специально разработанным программам позволяет получать наилучшие результаты по оптимизации интегрированных систем. По полученным оптимальным мощностям предприятия осуществляется корректировка численности производственного персонала, количества постов и линий ТО и ТР, площадей производственных участков и цехов.