книги из ГПНТБ / Смирнов, О. Р. Надежность судовых энергетических установок

Произведя аналогичные рассмотренному выше случаю постоян­ ства интенсивности затрат операции, окончательно будем иметь

Таким образом, учет фактора времени при суммировании рас­ пределенных затрат сводится к умножению производной от функции затрат на коэффициент приведения. '

Из (7.40) следует также, что производная по времени от функции приведенных затрат равна

5 пр ( t ) = 3 { t ) B { t ) = 3 nр ( t ) .

Рассмотрим теперь случай сопоставления затрат в виде капиталь­

Нетрудно видеть, что сумма этих затрат, приведенная к произ­

При t — оо (длительность эксплуатации бесконечно велика) и с {t) = = с = const (себестоимость эксплуатации в единицу времени — величина постоянная) равенство (7.42) будет иметь вид

Таким образом, величина Зпр (оо), определяемая равенством (7.43), представляет собой величину затрат за бесконечно большой период эксплуатации, приведенную к начальному моменту времени, при условии, что капитальные вложения делаются единовременно в начальный момент, а себестоимость эксплуатации в единицу вре-

270

мени есть величина постоянная. Из (7.43) следует также, что за­ траты Зпр (оо) аналогично (7.38) оказываются равными затратам в промежутке Тп, вычисленным без учета фактора времени.

Разделим обе части (7.43) на Тп. Тогда:

Теперь нетрудно видеть, что выражение (7.44) определяет величину затрат за единицу времени их жизни. Если в качестве такой единицы принят год, то выражение (7.44) будет представлять собой приве­ денные к начальному моменту времени годовые затраты при условии справедливости сделанных выше предположений.

Укажем также, что в типовой методике коэффициент приведе­ ния В (t) имеет вид

1_______

B(t)

или, если приведение осуществляется к начальному моменту вре­ мени,

(1 + £нп )г

эффекта от удаления момента осуществления затрат при использо­ вании второй формулы принимается напрерывным, а первой — дискретной. Однако именно непрерывная форма накопления эф­ фекта более отвечает его экономической природе [3]. Что же ка­ сается погрешности дискретного случая по сравнению с непрерыв­ ным, то она оказывается равной 3—4% уже при периоде приведения, равном 5—6 годам. Если же учесть, что транспортные суда эксплуа­ тируются 20—25 и более лет, то такая погрешность будет более значительной.

Проиллюстрируем теперь указанную разницу между видами коэффициента приведения с формальных позиций. Для этого выве­ дем формулу (7.43), используя коэффициент приведения в виде

Пренебрегая всеми членами ряда кроме первого, окончательно получим

Зпр (оо) = к

271

Таким образом, рассматриваемое различие будет характеризоваться суммой отрезка ряда

Выше указаны основные, наиболее часто встречающиеся в практике случаи сравнения разновременных затрат. Их нетрудно обобщить и на другие, возможно, более общие ситуации,- используя приведен­ ные рассуждения.

§25. СВЯЗЬ ХАРАКТЕРИСТИК НАДЕЖНОСТИ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Обратимся теперь к вопросу об использовании рассмотренных выше критериев в задачах, связанных с обоснованием характери­ стик надежности СЭУ. Для этого рассмотрим сперва общие методи­ ческие принципы использования критериев для решения отдельных задач, связанных с установкой.

Пусть, например, решается вопрос о выборе типа судовой энерге­ тической установки. Как отмечалось, основными типами ЭУ, исполь­ зуемыми в настоящее время на транспортных судах, являются установки: дизельные (с малооборотными главными двигателями и прямой передачей, с двигателями средней быстроходности и ре­ дукторной передачей), паротурбинные и газотурбинные.

Указанные типы ЭУ при равной мощности имеют различные массо-габаритные характеристики, что приводит к различиям в про­ возоспособности судна, различиям в удельном расходе топлива, объеме работ по техническому обслуживанию и ремонтам, т. е. различными будут величины себестоимости эксплуатации и про­ должительность эксплуатационного периода. Указанные варианты требуют различных капиталовложений, отличаются сроками и тру­ доемкостью процессов проектирования и изготовления, сроками службы основного оборудования.

Таким образом, в качестве критерия экономической эффектив­ ности при выборе типа ЭУ принимают минимум величины удельных приведенных затрат или среднегодового коэффициента рентабель­

топливной экономичности и т. п.) сравниваемых типов ЭУ. Очевидно, что все величины, входящие в критерий удельных приведенных затрат и среднегодового коэффициента рентабельности, являются функциями указанных параметров, т. е. задача определения их оп­ тимальных значений сводится к нахождению экстремума функций многих переменных.

Возможно также рассматривать среднегодовой коэффициент рен­ табельности как функционал, определенный на множестве указанных выше функций. В этом случае речь идет о решении вариационной за­

272

дачи с ограничениями (параметры х ъ х 2, . . хп изменяются в не­ которой допустимой области). Наконец, еще одним возможным под­ ходом следует считать использование методов статистической опти­ мизации при рассмотрении значений соответствующих экономиче­ ских категорий в качестве случайных величин. Выбор того или иного метода оптимизации зависит от специфики решаемой задачи, харак­ тера исходных данных и т. п.

Пусть теперь тип установки выбран и выполняется обоснование ее комплектации, например, выбора типа вспомогательных меха­ низмов, теплообменных аппаратов и т. п. Здесь указанный выбор, как правило, практически не влияет на величину провозоспособ­ ности судна, т. е. в качестве критерия эффективности может быть использован минимум приведенных затрат.

Обратимся теперь к задаче выбора оптимальных характеристик надежности СЭУ. Уровень надежности отдельных элементов СЭУ и установки в целом связан с другими параметрами, определяющими ее эффективность. Значения характеристик надежности влияют на массо-габаритные характеристики установки (использование одновальной или многовальной установки, резервирование отдельных элементов СЭУ), продолжительность эксплуатационного периода судна (например, в связи с различиями в продолжительности и тру­ доемкости плановых заводских ремонтов). Надежность СЭУ связана также с топливной экономичностью установки, уровнем ее автома­ тизации и т. д. Таким образом, от надежности СЭУ зависит как объем удовлетворяемой судном потребности, т. е. величина дохода Д, так и себестоимость и капитальные вложения в установку. Нетрудно видеть, что кроме перечисленных имеется также ряд различий, связанных с влиянием фактора времени.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что при оптимизации характеристик надежности в качестве целевой функции следует использовать удельные приведенные затраты или средне­ годовой коэффициент рентабельности, вычисленный по судну в це­ лом, и что такую оптимизацию целесообразно проводить в комплексе с выбором и других основных показателей, определяющих работо­ способность установки.

Взаключение рассмотрим вопросы расчета экономической эф­ фективности повышения надежности СЭУ.

Пусть имеется транспортное судно с энергетической установкой, имеющей данный уровень надежности, и пусть планируется прове­ дение некоторых мероприятий, направленных на повышение .на­ дежности СЭУ. Требуется определить экономическую целесообраз­ ность этих мероприятий.

Вкачестве последних можно назвать повышение надежности от­ дельных элементов установки, изменение схем их резервирования или организации проведения технического обслуживания и т. д.

Как правило, проведение перечисленных мероприятий требует дополнительных расходов. С другой стороны, увеличение надеж­ ности СЭУ приводит к уменьшению текущих затрат, росту дохода от эксплуатации судна. В зависимости от соотношения указанных

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Развитие теории надежности с момента ее возникновения шло

шем стали разрабатывать вопросы закономерностей возникновения отказов, их физики, оптимизации систем по критериям надежности, анализа свойств ремонтопригодности и долговечности. Здесь до­ статочно ясно начинает прослеживаться связь надежности и эконо­ мической эффективности систем. Такая связь отмечается в настоящее время применительно к СЭУ в многочисленных (в том числе и зару­ бежных) работах.

Надежность как комплексное свойство установки определяется принятыми техническими решениями на стадии проектирования, а также условиями производства и эксплуатации. С другой стороны, от надежности СЭУ, в свою очередь, во многом зависят результаты эксплуатации установки и эффективность работы судна в целом. В связи с указанным особенно актуальными являются исследования связей между надежностью и экономической эффективностью, уста­ новление оптимальной величины характеристик надежности по экономическому критерию. Такие исследования, являясь комплекс­ ными, предусматривают нахождение зависимостей между основными техническими и экономическими показателями СЭУ с учетом усло­ вий эксплуатации судна в целом. При этом во многих случаях именно надежность СЭУ оказывается одним из основных аргументов пока­ зателей экономической эффективности работы судна.

Таким образом, одним из наиболее актуальных и перспективных направлений дальнейших исследований в области надежности СЭУ является решение проблем экономики надежности.

Другим важным направлением дальнейших работ являются исследования, связанные с физикой возникновения отказов с целью разработки мероприятий, направленных на их предупреждение. Работы в этом направлении затрагивают широкий круг задач, связанных с совершенствованием методов расчетов, технологией изготовления, техническим обслуживанием элементов СЭУ и т. п. Следует указать также, что условия морской эксплуатации СЭУ выдвигают на первый план и вопросы ремонтопригодности элемен­ тов СЭУ, определение оптимального срока их службы. Их решение должно внести значительный вклад в дальнейшее совершенствова­ ние установок, повышение эффективности их работы.

18*

УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1. А л е к с е е в О Г., Я к у ш е в В. И. Об алгоритме оптимального резерви­ рования аппаратуры. — Изв. АН СССР (Техническая кибернетика), 1964,- № 3, с. 62—68.

2.А л я в д и н В. Н. Некоторые инженерные методы расчета надежности невосстанавливаемых и восстанавливаемых систем с резервом. ЛДНТП, 1967.

3.Б а е в С. М., О б у х о в С. А. Методы оценки эффективности экономических

реализации. — Материалы по обмену опытом, НТО судпрома, вып. 142. Судоре­ монт. Л ., «Судостроение», 1970.

пасных элементов для сложных механических систем. — «Автоматика и телемеха­ ника», 1969, № 3, с. ПО—120.

18.Г е р ц б а х И. Б. Оптимальное включение резервных элементов. — Изв. АН СССР (Техническая кибернетика), 1966, № 5, с. 75—80.

19.Г л у з м а н Г. Л., П а д е р н о И. П. Надежность установок и систем управления. М.—Л., «Машиностроение», 1966.

276 '

277

дов Института математики АН СССР, вып. 4, «Вычислительные системы», Ново­ сибирск, 1962.

53.М а с л о в В. В. Судовые системы малооборотных дизелей. Л., «Судострое­ ние», 1968.

54.М е л ь к а н о в и ч С. Ф. Сравнительная оценка надежности групп элек­

трооборудования судов.— «Труды ЦНИИМФ», вып. 109. Л., 1969.

55. Методы технического обслуживания морского флота за рубежом. — Ин­ формационный сборник ЦНИИМФ, 1969, № 12.

57.Надежность и долговечность машин и приборов. — «Труды первой Все­ союзной научно-технической конференции по повышению надежности и долговеч­ ности машин, оборудования и приборов». М., 1965.

58.Н а р т о в И. М. Надежность судовых турбинных установок. Л., «Судо­

строение», 1970.

59.Оптимальные задачи надежности. М., изд. Комитета стандартов, мер и из­ мерительных приборов. 1968.

60.Оптимизация межремонтных периодов для морских судов. — Информацион­ ный сборник ЦНИИМФ, 1970, № 85.

61.Опыт эксплуатации газотурбинной установки турбохода «Парижская ком­

64.Прибыль в социалистической промышленности. М., «Финансы», 1970.

65.Р а й к и н А. Л., К р а в ц о в О. С., И е н и н В. С. Таблица для расчета

надежности и оптимального резерва. М., «Советское радио», 1971.

66.Р а й к и н А. Л. Оптимизация избыточности при наличии ограничений. — «Автоматика и телемеханика», 1965, № 2, с. 388—398.

67.Р а й к и н А. Л. Элементы теории надежности при проектировании тех­ нических систем. М., «Советское радио», 1967.

68.Расчет количественных показателей надежности дизеля. Методика. М., ОСТ 24.060.03., 1970.

69.Регистр СССР. Правила классификации и постройки морских судов. Си­ стемы и трубопроводы, механические установки. Л., «Транспорт», 1969.

70.Р я б и н и н П. А. Основы теории и расчета надежности судовых электро­

72.С в е т л я к о в Ю. А. Показатели надежности элементов судовых средств электроавтоматики и электрооборудования. — «Судостроение», 1965, № 5, с. 18—21.

73.С м и р н о в О. Р., Ю д и ц к и й Ф. Л., Я к у н и ч е в Ю. М. Характе­

75.С м и р н о в О. Р. К вопросу о надежности судовых силовых установок. — «Труды ЛКИ», вып. L, 1966, с. 123—130.

76.С м и р н о в О. Р. Резервирование элементов СЭУ как один из способов

повышения их надежности. «Судостроение», 1966, № 10, с. 33—36.

77.С м и р н о в О. Р. Отказы энергетических установок транспортных судов и их количественные характеристики надежности. — «Судостроение», 1968, № 7, с. 33—36.

78.С о л о в ь е в А. Д. Асимптотическое распределение времени жизни дубли­

рованного элемента. — Изв. АН СССР (Техническая кибернетика), .1964, № 5, с. 119—121.

278

79.Справочник по надежности. М., т. I. 196Э, т. II и III, 1970, «Мир».

80.Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений. М., Изд. АН СССР, 1969.

81.Т у ч к и н Г. М. Экономическая эффективность внешней торговли. М., изд. «Международные отношения», Т969.

82.У ш а к о в И. А. Методы решения простейших задач оптимального резер­ вирования. .М., «Советское радио», 1969.

83.X а н и и С. М. Исследование потока отказов дизелей в период до первой переборки. — Труды ЛИИВТ. Сб. статей молодых научных работников, ч. II, 1968.

Л., «Судостроение», 1970.

88.Щ и п к о в Ю. Н. Вопросы эксплуатационной надежности паротурбинных установок судов типа «Ленинский Комсомол».— «Труды ЦНИИМФ», вып. 129.

Л., 1970.

89.Ю д о в и н Б. С. Энергетические установки ледоколов. Л., «Судострое­ ние», 1967.

90.Ю д и ц к и й Ф . Л . , С м и р н о в О . Р. Оценка надежности элементов энер­

of Mean Time to Failure of Complex System. Proc. Annual Sympos. Reliability, Bos­

100.H 1 i e s K- Problematik der Maschinenanlagen zukunftiger Handelschiffe. — «Hansa», 1968, XI, Bd. 105, Sondernummer.

101.L a n d c a s t e r J. H. Some Observations on Present and Future Marine Power Plants. Proceedings 1968, Diamond Jubilee International Meeting.

279