книги из ГПНТБ / Мирцхулава, Ц. Е. Надежность гидромелиоративных сооружений

ных системах многофакторных процессов получать информацию на основе таких экспериментов невозможно. Учет многих факто­ ров возможен лишь при использовании современных возмож­ ностей теории вероятностей, математической статистики и тео­ рии случайных функций.

При проектировании с учетом надежности важно решить зада­ чу оптимальной стоимости. Она сводится к нахождению опти­ мальной пропорции между высокой стоимостью высоконадежных систем и высокими эксплуатационными затратами при приеме в эксплуатацию системы низкой . надежности.

Очевидно, что существует некоторая оптимальная надежность, которую можно установить исходя из минимума затрат на выпол­ нение задач, поставленных перед системой. Одновременно с этим оптимальная надежность зависит от материальных затрат, необ­ ходимых для ее повышения.

В последнее время проводятся многочисленные исследования по разработке методов оптимального проектирования, по эконо­ мическим .основам проектирования. Изложим некоторые основы проектирования объектов с учетом критериев надежности, ис­

очевидно, что каждый из них будет обладать своими экономиче­ скими характеристиками. Практика показывает, что обычно чем выше уровень заданных функциональных показателей для объ­ екта, тем больше требуется времени, труда и материальных средств для его разработки и осуществления.

Проектирование того или иного объекта требует определенных затрат труда и средств. Основная задача состоит в том, чтобы при минимальных затратах труда, времени "и материальных средств запроектировать объекты с оптимальными параметрами, Для выбора наилучшего из множества вариантов конструк­ ций необходимо иметь критерии оценки, которыми могут слу­ жить производительность, стоимость, габариты, вес, надеж­

ность.

Очевидно, что нельзя запроектировать объект, который обла­ дал бы всеми лучшими свойствами. Из математики известно, что аргументов, соответствующих экстремуму одновременно двух или более функций и функционалов, в общем случае не существует. Можно ставить задачу достижения экстремума лишь одной функ­ ции или функционала, но при этом можно включать условия об ограничении других функций и функционалов.

Выбор оптимальной конструкции объекта состоит из следую­ щих этапов: выбор, установление критерия сравнения конструк­ ций и получение его математического описания; математическое описание всех факторов, определяющих работу конструкций; на­ хождение экстремума критерия и соответствующих ему характе­ ристик конструкций.

180

Для разработки конструкций с оптимальными характеристи­ ками имеется попытка создания экономико-математической мо­ дели, которая позволяет в известной степени управлять надеж­ ностью объекта, способствует поиску оптимальных сочетаний раз­ личных сторон надежности объекта, наилучших производствен­ ных, эксплуатационных и технологических свойств. Следует от­ метить, что аналитическое выражение модели получается весьма сложным, им можно, по-видимому, воспользоваться только для анализа-связи различных факторов, определяющих общую эконо­ мическую характеристику.

При экономическом обосновании наряду с выбором рацио­ нальной схемы объекта приходится решать вопросы о зависимо­ сти денежных затрат от заданных функциональных показателей объекта, о целесообразности модернизации объекта, которая даст значительное снижение издержек производства на единицу про­ изводимой продукции и др.

Ввод в эксплуатацию малонадежных и недолговечных кон­ струкций, объектов вызывает неоправданно большие издержки. Материальный ущерб скрывается за кажущейся экономией на проектировании и снижении себестоимости технических систем. Очевидно, этот ущерб возрастает с увеличением численности об­ служивающего и ремонтного персонала, объема восстановитель­ ных работ, что особенно нетерпимо для мелиоративных объектов, низкая надежность которых приводит к уменьшению времени их полезной работы и увеличению простоев, уменьшению эффектив­ ности мелиорированных земель. Экономическая сущность надеж­ ности объектов заключается в том, что улучшение этих показа­ телей определяет в конечном счете экономию рабочей силы, ма­ териалов, сырья, энергии и повышает производительность труда.

В процессе проектирования объектов с заданной надежностью приходится решать следующие главные экономические задачи:

оценка экономической эффективности мероприятий по повы­ шению надежности и долговечности объектов;

определение затрат, связанных с дополнительными мероприя­ тиями по повышению надежности и долговечности объектов.

Как было указано выше, получение необходимого уровня на-' дежности требует определенных*материальных и трудовых затрат при проектировании, осуществлении и эксплуатации. Задача решается организацией активного производственного контроля, ка­ чества производства работ и стабилизацией технологических про­ цессов. -Например, при строительстве объектов из железобетон­ ных конструкций [4] экономии можно добиться повышением ко­ эффициента однородности бетона и уменьшением коэффициента перегрузки от собственного веса, оценкой физико-механической характеристики качества элементов железобетонных конструкций по их контрольной прочности с использовайием контроля готовой продукции неразрушающим методом; применением селективного отбора при сплошном контроле физико-механической и геомет­

181

рической характеристик качества; улучшением качества строи­ тельства; доведением до минимума доли дефектной продукции и удлинением срока межремонтного периода и т. д.

Вопросы надежности нельзя рассматривать обособленно, без связи с производственной и экономической эффективностью, аб­ страгируясь от конкретных условий эксплуатации объекта.

На временных объектах (временные противопаводковые соо­ ружения и т. д.), рассчитанных на короткий срок службы, затра­ ты по эксплуатации бывают малыми, а на объектах высокого класса, рассчитанных на длительный период эксплуатации, эти расходы составляют существенную часть общей стоимости.

Стоимость эксплуатации определяется стоимостью обслужива­ ния, энергии, воды и других необходимых для работы средств, а также ущерба, который может быть вследствие ненадежной ра­ боты объекта. Недостаточная долговечность связана с удорожа­ нием эксплуатации объекта.

При решении вопроса об увеличении стоимости осуществле­ ния объекта в результате повышения его надежности необходимо выбирать некоторый исходный уровень, относительно которого производится оценка. Обычно выбирают существующий к момен­ ту проектирования объекта уровень надежности, выраженный средней интенсивностью отказов А,ср. Отношение этого уровня надежности к проектируемому целесообразно использовать в ка­ честве меры надежности вновь проектируемого объекта.

Примерный перечень затрат, которых требуют осуществление

иэксплуатация той или иной системы, следующий.

1.На осуществление системы (строительство или изготовле­ ние, транспортировка, монтаж и наладка).

2.На обслуживание в единицу времени' (затраты на рабочую

силу, на энергию и др.), на уход и ремонт.

3. Затраты, обусловленные неисправностью, аварией или ос­ тановкой системы (потери и ущербы), суммарные затраты.

Для количественной оценки экономической эффективности по­ вышения надежности восстанавливаемых систем может быть при­ нят срок окупаемости дополнительных единовременных капитало­ вложений Тед, обусловленных повышением надежности, и коэф­ фициент экономической эффективности Е, который является об­ ратной величиной срока окупаемости.

ки, обусловленные эксплуатацией системы с суще­ ствующим и повышенным уровнями надежности;

182

номической эффективности является Еи= 0,12, нормативный ко­ эффициент эффективности, соответствующий сроку окупаемости 8,3 года. Следовательно, затраты, обусловленные повышением на­

на мероприятия проектно-конструкторского, производственного и эксплуатационного характера.

При определении всей суммы дополнительных затрат на по­ вышение надежности необходимо учитывать затраты по всем ме­

где пк — число организаций, принимающих участие в осуществ­ лении мероприятий проектно-конструкторского харак­ тера;

/пк — количество мероприятий проектно-конструкторского характера, осуществляемых данным предприятием;

Ef:M— специальные единовременные затраты </-го предприя­ тия на /-е мероприятие конструктивного характера;

y]fjM— коэффициент, учитывающий долю изделий данной кон­ струкции в использовании суммы специальных едино­ временных капитальных затрат >i-го предприятия на /-е мероприятие конструктивного характера;

183

i'f-4 — коэффициент, учитывающий календарный момент вре­ мени осуществления специальных единовременных за­ трат /-й организации на /-е мероприятие конструктив­ ного характера.

Аналогично могут быть установлены дополнительные затраты на мероприятия производственного и эксплуатационного харак­ тера

определяются в основном издержками на заработную плату об­ служивающего персонала, на электроэнергию и воду и т. д.

ределяются расходами, связанными с затратами труда на обслу­

184

где Ci — стоимость элемента г-го типа.

Амортизационные отчисления устанавливаются по зависимости

где А — норма амортизации в процентах; С0 — стоимость устройства до повышения надежности.

Окончательная зависимость для расчета годовой экономии эксплуатационных расходов от повышения уровня надежности имеет вид [52]

m

до и .после повышения надежности.

При проектировании объектов гидромелиорации важно уметь оптимально оценивать экономическую эффективность. Для этого в первом приближении можно использовать методику, применяе­ мую для подобной оценки различных изделий машиностроитель­ ной и радиотехнической промышленности [52, 59, 88].

Допустим задана исходная надежность объекта Р0 и выде­ лена определенная сумма Ко на повышение его надежности; не­ обходимо определить, какой уровень надежности изделия -может быть достигнут при использовании выделенных средств.

Эту задачу можно решить, если воспользоваться методом пе­ ребора и все. мероприятия, связанные с повышением надежности, разделить на группы: внедрение системы обработки статистиче­ ской информации, повышение уровня технологии производства,

185

Степень экономической эффективности каждого мероприятия по повышению надежности можно определить по формуле

(315)

В качестве показателя надежности примем среднюю наработку на отказ соору­

Влияние возможных мероприятий по повышению надежности приведено в

186

Д Т0= А Гм +■Д Гоз-ЬД Jos = 150+160+200=510 ч.

После осуществления мероприятий по повышению надежности средняя на­ работка на отказ будет'

7’= 7’0+Д7’о= 1800+510=2310 ч.

Аналогично можно установить, какие мероприятия следует провести для обеспечения необходимого повышения надежности.

Максимальной экономической эффективности соответствует оптимальный показатель надежности. Приближенно эта задача решается следующим образом.

Анализ эксплуатации различных объектов гидромелиорации показывает, что затраты на проектирование и строительство при­

а эксплуатационные затраты объекта падают с ростом его на­ дежности по зависимости

имеет минимум, которому соответствует оптимальное значение надежности.

187

Отсюда оптимальное значение надежности

4а

Полученные зависимости показывают, что для выбора опти­ мальных показателей надежности слбдует анализировать затра­ ты на всех стадиях проектирования, строительства и эксплуата­ ции объектов.

Пример 37. Допустим для улучшения надежности работы магистрального канала, переоборудован водозаборный узел-и проведены другие работы. Ос­ новные мероприятия, направленные на повышение надежности, позволили сни­ зить интенсивность отказов с 0,01 до 0,005.

Основные мероприятия и исходные данные для расчета технико-экономи­ ческой эффективности повышения уровня надежности сведены в таблицу 15.

188

ных вложений

Установить коэффициент экономической эффективности, удельные капитальные затраты Kp0n, экономию годовых эксплуатационных издержек ДСа, срок оку­

становления равно 2 ч. Требуется определить ожидаемые потери из-за неис­ правности.

Для установления оптимальной вероятности рассмотрим работу парал­ лельных блоков.

Р е ш е н и е . Зная время восстановления системы, интенсивность восстанов­ ления можно определить из выражения

_ _1_ _1_

t = 2

Зная р, среднюю продолжительность системы устанавливают по формуле

1

S = — .

дар

189