Методика разработки имитационных систем эксплуатации специальных машин для зимнего содержания дорог при формировании рационального парка

Актуальность темы

: Эксплуатация дорожной сети страны и ее технический уровень в настоящее время не в полной мере соответствуют социальным и экономическим потребностям России современного периода.

Низкий технический уровень механизации при содержании дорог обуславливает высокий размер транспортной составляющей в себестоимости продукции. Себестоимость эксплуатации в 1,5 раза, а расход горючего на 30% превышают аналогичные показатели развитых зарубежных стран.

Анализ результатов диагностики федеральных автомобильных дорог, ежегодно проводимой Росавтодором, показывает, что низкий технический уровень дорог и неудовлетворительные дорожные условия, в значительной мере, являются следствием низкого качества работ при строительстве, реконструкции, ремонте и содержании автомобильных дорог.

Зимнее содержание автомобильных дорог и искусственных сооружений играет огромное значение для российских условий с низкой отрицательной температурой и ее частым переходом через 0° С, провоцирующим образование гололеда и сокращение срока службы дорожного покрытия и других элементов дороги.

Качество зимнего содержания влияет, в первую очередь, на организацию безопасности дорожного движения, а также на срок службы элементов дороги, главным образом, покрытия дорожной одежды.

В современных экономических условиях, в связи с ростом уровня механизации процессов зимнего содержания дорог, проблема рационального использования машин приобретает высокую актуальность. При этом, следует принимать во внимание тот, факт, что прибыль, получаемая эксплуатационными предприятиями, пропорциональна эффективности использования их основных фондов, а именно их парков машин.

Существенным недостатком является отсутствие методики, позволяющей выбирать рациональные варианты эксплуатации парка специальных машин для зимнего содержания дорог (СМЗС) на основе экономических критериев, учитывающих влияние различных эксплуатационных факторов, что обуславливает сложность решения многих задач оптимизации использования парков машин для зимнего содержания дорог и внедрения рациональных вариантов в практику эксплуатации. Поэтому разработка, создание и использование имитационной модели процессов зимнего содержания дорог, основанная на современных математических методах и применении ЭВМ, являются актуальными научными задачами, отвечающими потребности реальной практики использования парков машин для зимнего содержания дорог.

Цель работы — повышение эффективности использования парка специальных машин для зимнего содержания дорог путем рационального формирования парка с разработкой имитационной системы их эксплуатации при содержании, использующей различные критерии оптимизации. Задачи диссертационной работы: выявить наиболее значимые факторы, влияющие на систему эксплуатации специальных машин для зимнего содержания дорогпостроить математические модели описывающие изменения показателей окружающей среды (внешних условий) — определить пределы изменения критериев и основных показателей на основе метода обратных функцийнаучно обосновать целесообразность формирования вспомогательной службы, имеющей в своем составе региональную лизинговую компанию, службу содержания специальных машин и производственных баз, мобильные средства ТО и Р, резервный парк коммунальной техникиразработать методику построения имитационной системы эксплуатации специальных машин для зимнего содержания дорог, с возможностью ее внедрения в системы автоматизированного управления дорожным движением дорог федерального уровняразработать аналитическую модель системы массового обслуживания в составе имитационной системы эксплуатации специальных машин для зимнего содержания дорог, для формирования рационального паркадать рекомендации по использованию методики построения имитационной системы эксплуатации машин.

Объект и методы исследования. Объектом исследования являются специальные машины для зимнего содержания дорог, представленные на отечественном рынке российскими и зарубежными производителями, в условиях федерального и городского уровня хозяйства и системы предприятий дорожного комплекса.

Методика проведения исследования представляет собой комплекс расчётно-теоретических исследований на основе анализа существующих методов проведения технико-экономической оценки, с применением метода обратных функций, нейросетевого моделирования и теории массового обслуживания при решении задач алгоритмизации процесса отбора специальных машин для зимнего содержания дорог.

Научная новизна заключается в следующем: на основе анализа существующей системы производства работ по зимнему содержанию и требований к эксплуатационному состоянию дорог, выявлены факторы, в наибольшей степени влияющие на эффективность системынаучно обоснована необходимость введения в общую организацию работ специализированной вспомогательной службы, на начальном этапе эксплуатации дорог федерального уровня, включающей региональную лизинговую компанию, службу содержания машин и производственных баз, мобильные средства ТО и Р, резервный парк коммунальной техники, с целью сокращения затрат времени на производство работ, повышения качества выполнения работ, рационального подбора парка под условия эксплуатациивпервые разработана методика построения комплексной, комбинированной имитационной системы, позволяющей выбирать показатели парка эксплуатационных служб для задач зимнего содержания в зависимости от: вида организации работ, эксплуатационных условий и требований к машинам для зимнего содержания дорогвпервые разработана модель системы массового обслуживания, позволяющей рационально выбирать показатели парка эксплуатационных служб для задач зимнего содержания в составе имитационной системывпервые разработаны имитационные математические модели изменения условий эксплуатации, оценки состояния и принятия решенийвпервые построены математические модели в виде аналитических и графических зависимостей изменения метеорологических факторов, влияющих на процесс эксплуатации СМЗС, в зависимости от месяца их эксплуатации, а также впервые построены математические модели в виде комплексных графических зависимостей изменения нормы распределения солей и растворов хлористого натрия, связывающих температуру окружающей среды, температуру замерзания противогололедных материалов (ПГМ) и объем осадков с учетом возможности перехода воды из одного агрегатного состояния в другое (вода, снег, лед).

Достоверность результатов и выводов подтверждается удовлетворительной сходимостью теоретических положений и статистических данных (величина погрешности измерений основных параметров не превышает 5%) при тестировании разработанной имитационной системы и положительным эффектом применения результатов имитационного моделирования.

Практическая значимость диссертации заключается в следующем: создана методика построения комплексной, комбинированной имитационной системы, позволяющей выбирать показатели парка эксплуатационных служб для задач зимнего содержания в зависимости от вида организации работ, эксплуатационных условий и требований к СМЗС, разработана программа, позволяющая реализовать данную методику на ЭВМразработана модель СМО, в комплексе имитационной системы, позволяющая рационально выбирать показатели системы эксплуатации парка машин для зимнего содержаниясовместное использование научно-обоснованной специализированной вспомогательной службы и имитационной системы, позволяющей выбирать показатели парка эксплуатационных служб для задач зимнего содержания, позволило повысить качество работ, сократить затраты времени на их выполнениепостроенные математические модели в виде комплексных графических зависимостей изменения нормы распределения солей и растворов хлористого натрия, позволяют повысить качество работ, определить рациональную для текущих условий эксплуатации норму распределения III М. разработаны рекомендации по применению методики имитационного моделирования, позволяющие на уровне предприятий более полно и эффективно оценить и использовать имеющиеся и необходимые ресурсы для совершенствования системы зимнего содержания дорог без привлечения значительных капитальных вложений, при этом рекомендации по проведенным исследованиям могут быть использованы при проектировании и эксплуатации парков, не только специальных машин для зимнего содержания дорог, но и для других типов машин, например, в автомобильной отрасли, сельском хозяйстве.

На защиту выносятся:

— методика построения имитационной системы, позволяющей выбирать показатели парка эксплуатационных служб для задач зимнего содержания в зависимости от: вида организации работ, эксплуатационных условий и требований к машинам для зимнего содержания дорог;

— математические модели в виде комплексных графических зависимостей изменения нормы распределения солей и растворов хлористого натрия, связывающих температуру окружающей среды, температуру замерзания рассмотренных ПГМ и объем осадков с учетом возможности перехода воды из одного агрегатного состояния в другое- - аналитическая модель системы массового обслуживания в составе имитационной системы эксплуатации специальных машин для зимнего содержания дорог, позволяющая рационально выбирать такие основные показатели, системы эксплуатации парка машин для зимнего содержания, как: время производства работ, численность парка, затраты на формирование и эксплуатацию, с учетом использования парка по времени, с введением специально разработанного коэффициента асимметрии (р.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

1. Разработана укрупненная модель организации системы содержания дорог федерального значения, позволяющая повысить эффективность использования парка машин для зимнего содержания дорог существующих эксплуатационных предприятий, в районе объекта федерального уровня.

2. Научно обоснована целесообразность формирования специализированной вспомогательной службы, на начальном этапе эксплуатации дорог федерального уровня, включающей региональную лизинговую компанию, службу содержания специальных машин и производственных баз, мобильные средства технического обслуживания и ремонта, резервный парк коммунальной техники, с целью сокращения затрат времени на производство работ, повышения качества выполнения работ, рационального подбора парка под условия эксплуатации.

3. Разработана и программно реализована с использованием ЭВМ имитационная система эксплуатации парков службы содержания на примере работ по зимнему содержанию дорог.

4. Разработана модель системы массового обслуживания, в комплексе имитационной системы, позволяющая рационально выбирать такие основные показатели, системы эксплуатации парка специальных машин для зимнего содержания, как: время производства работ, численность парка, затраты на формирование и эксплуатацию, с учетом использования парка по времени, с введением специально разработанного коэффициента асимметрии ф;

5. Впервые построены математические модели в виде аналитических и графических зависимостей изменения имитируемых метеорологических факторов (Тмах, Тср, Tmin, Qoc, SB, VBcp) в зависимости от месяца эксплуатации, вошедшие в состав ИС.

6. Впервые построены математические модели в виде комплексных графических и аналитических зависимостей изменения нормы распределения солей и растворов хлористого натрия, связывающих температуру окружающей среды, температуру замерзания рассмотренных противогололденых материалов и объем осадков с учетом возможности перехода воды из одного агрегатного состояния в другое (вода, снег, лед).

7. Разработаны рекомендации по совершенствованию технико-экономических показателей системы эксплуатации парков машин, для зимнего содержания дорог, путем применения разработанной имитационной модели.

8. Научно-обоснованная целесообразность формирования специализированной вспомогательной службы, на начальном этапе эксплуатации дорог федерального уровня, включающей региональную лизинговую компанию, службу содержания машин и производственных баз, мобильные средства ТО и Р, резервный парк коммунальной техники, и применение разработанной имитационной модели, позволили снизить затраты времени на производство работ в среднем на 10−15%, снижены затраты на организацию и проведение работ по зимнему содержанию в среднем на 11−13%, снизить эксплуатационные затраты на содержание парк машин для работ по зимнему содержанию в среднем на 14−19%, о чем свидетельствуют Акты внедрения приведенные в Приложении XI.