Логические схемы и алгоритмы проектирования технологических систем предприятий по ремонту подвижного состава

Использование технологии усиления с применением ПКМ позволяет наиболее компромиссным путём достигнуть необходимого уровня несущей способности пролётных строений, расположенных на опорной сети территориальных дорог Новосибирской области, обеспечить пропуск нагрузок А14 и Н14 по ним без каких либо ограничений и повысить транспортно-эксплуатационные характеристики мостовых сооружений до требуемого уровня.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Книга о дороге / под ред. К. Г. Громенко, А. В. Конкина. Новосибирск : ГКУ НСО ТУАД, 2012. 47 с.

2. Бокарев С. А., Прибытков С. С., Яшнов А. Н. Содержание искусственных сооружений с использованием информационных технологий : учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп. М. : УМЦ по образованию на ж.-д. трансп, 2008. 195 с.

3. Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения : ГОСТ Р 52748-2007. М. : Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологи, 2008. 9 с.

4. ОДН 18.0.032-2003 : временное руководство по определению грузоподъемности мостовых сооружений на автомобильных дорогах / Министерство транспорта РФ. М. : Росавтодор, 2003. 110 с.

5. Инструкция по диагностике мостовых сооружений на автомобильных дорогах / ФДД Минтранса РФ. М., 1996. 150 с.

6. ВСН 4-91. Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных дорогах / Минавтодор РСФСР. М., 1991. 36 с.

7. Альбом №1. Технических решений по усилению железобетонных автодорожных мостов. М. : Информавтодор, 1993. 42 с.

8. Шилин А. А., Пшеничный В. А., Картузов Д. В. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. М., Стройиздат, 2007. 184 с.

9. Бокарев С .А., Смердов Д. Н., Устинов В. П., Яшнов А. Н. Усиление пролетных строений с использованием композитных материалов // Путь и путевое хозяйство. 2008. № 6. С. 30-31.

10. СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний : утв. Госстрой СССР : дата введ. 01.06.87. М. : цИтП Госстроя СССР, 1987. 40 с.

УДК 65.011.8: 629.4.083 Черемисин Василий Титович,

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Подвижной состав электрических железных дорог», Омский государственный университет путей сообщения, тел. (3812) 31-13-44

Смирнов Виктор Александрович, к.т.н., доцент, Омский государственный университет путей сообщения,

тел. 8-903-982-04-90, e-mail: SmirnovVA@bk.ru

ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И АЛГОРИТМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО РЕМОНТУ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

V. T. Cheremisin, V.A. Smirnov

LOGICAL SCHEMES AND DESIGNING ALGORITHMS OF TECHNOLOGICAL SYSTEMS OF ROLLING STOCK REPAIRING ENTERPRISES

Аннотация. В статье рассматриваются вопросы проектирования и оптимизации технологических систем предприятий по ремонту подвижного состава железнодорожного транспорта, предлагается функциональная структура проектирования и логические алгоритмы на основе методологии системного подхода.

Ключевые слова: ремонт подвижного состава, организация производства, технологиче-

ское проектирование, структурно-логический анализ.

Abstract. In the article, issues of design and optimization of technological systems of railway rolling stock repairing enterprises are considered. The functional structure of design procedures and logical algorithms based on the methodology of systems approach are offered.

Keywords: rolling stock repair, organization of manufacture, technological design, structural and logical analysis.

Ускоренная модернизация технологической инфраструктуры является первоочередной задачей для обеспечения эффективного развития железнодорожного транспорта России в современных условиях. Увеличение потребностей в перевозках грузов и пассажиров, усиление конкуренции со стороны автомобильного и других видов транспорта, ужесточение требований к качеству услуг, повышение цен на электрическую энергию и топливо при сохранении государственного тарифного регулирования требуют коренного пересмотра технологических процессов, перехода к качественно новому современному технологическому укладу на основе передовых методов производства.

Ремонтное производство - основной элемент системы поддержания надежности в эксплуатации подвижного состава, работа которого в существенной мере определяет безопасность и эффективность перевозочного процесса в целом. Актуальность создания новых и переустройства действующих предприятий локомотивного и вагонного хозяйства обуславливается комплексом организационных, технологических и экономических факторов. Среди них следует отметить: формирование конкурентного рынка ремонта, интенсивное обновление и внедрение подвижного состава нового поколения, ужесточение требований к качеству ремонта, нормам простоя, экологичности и безопасности процессов, снижение доли топливно-энергетической составляющей в себестоимости услуг, создание новых форм организации производства с использованием технологий аутсорсинга

и фирменного обслуживания железнодорожной техники.

Как показывает практика инфраструктурных проектов ОАО «РЖД» последних лет, наибольший эффект может быть достигнут за счет комплексной модернизации и реконструкции производства, затрагивающий не только вопросы совершенствования технологий ремонта, но и оптимизации производственной логистики, снижения непроизводительных затрат, совершенствования механизмов взаимодействия отдельных компонент технологической системы предприятия, автоматизации процессов управления производством.

Проектирование предприятий по ремонту подвижного состава базируется на некоторых общих методологических подходах, характерных для промышленных предприятий, и частных методиках и алгоритмах, разработанных с учетом специфики конкретного производства. В настоящей статье рассматриваются вопросы построения логических схем и алгоритмов технологического проектирования предприятий по ремонту подвижного состава железнодорожного транспорта на основе принципов системного подхода с учетом современной отечественной и зарубежной практики проектирования.

Обобщая современный отечественный и зарубежный опыт проектирования промышленных предприятий [1, 2, 3], функциональную структуру проектирования можно представить в виде следующей схемы (рис. 1).

По требованиям технического задания Т формулируется совокупность проектных задач, решение которых приводит к достижению поставленных целей. Для решения этих задач выполняется определенная последовательность проектных

ПосиедоваЕгель-агиги. действий

Рис. 1. Функциональная структура проектирования Т- техническое задание; S1,..., 8к- этапы проектирования; Хь ..., Хп - процедуры проектирования;

Р1Л, ..., Рпт - операции проектирования.

Современные технологии. Транспорт. Энергетика. Строительство. _Экономика и управление_

ш

операций Р, объединяемых в составе проектных процедур X,. = {рл,...,ри}, гДе 1 = 1 •••, п,] = 1 ••, т, в результате которых формируются проектные решения Я^ по каждому из 8к этапов проектирования. Объектами проектных операций являются компоненты проектируемой технологической системы: предметы, средства и условия производства, ресурсы и технологические процессы.

Практическая реализация представленной функциональной структуры требует конкретизации операций, процедур и проектных решений с учетом особенностей данного класса объектов проектирования. Состав проектных процедур с учетом технологических особенностей процесса проектирования предприятий по ремонту подвижного состава железнодорожного транспорта приведен в табл. 1.

В процессе проектирования происходит преобразование информации о структуре и характеристиках объектов ремонта, технологических операциях и их последовательности, средствах

производства, компоновке элементов технологической системы, процессах функционирования и т. д. С точки зрения информационного описания, процесс проектирования объекта можно представить как последовательность синтеза некоторых его моделей, каждая из которых определяется предыдущей в результате выполнения проектных операций над исходными данными аг е А с учетом ограничений с е С .

При разработке алгоритмов проектирования, как правило, принимается следующее допущение. Процесс проектирования представляется строгой последовательностью взаимосвязанных проектных процедур, ставящим каждой паре (aj, С) в соответствие подмножество проектных решений:

Xi:

Отображение X, имеющее смысл проектной процедуры, обладает свойствами существования и полноты, т. е. все множество задач проектирования считаются полностью разрешимыми, имеются

Таблица 1

Элементы функциональной структуры технологического проектирования предприятий

№ п/п Операции проектирования Проектные процедуры и их результаты Этапы проектирования

1 Ри - определение количественного и качественного состава ОР Х\ / Я\ - ремонтное задание 5*1 - анализ технологических процессов ремонта

2 Р12 - выбор способов ремонта на организационно-экономическом уровне

3 Р13 - классификация ОР по конструктивно-технологическим признакам

4 Р14 - формирование параметров технологических операций ОР

5 Р21 - группировка операций, формирование элементов ТС Х2 / Я2 - функциональная схема ТС

6 Р22 - определение функциональных взаимосвязей

7 Р2.1 - формирование сети материальных потоков ОР

8 Р3Л - выбор форм организации сборочного, ремонтного и вспомогательных производств Х3 / Я3 - производственная концепция

9 Р4л - выбор оборудования (качественный состав, количество) Х4 / Я4 - спецификация оборудования с ТЗ на оборудование и оснастку 52 - определение размерных параметров

10 Р4.2 - разработка ТЗ на нестандартное оборудование и оснастку

11 Р4.3 - определение потребностей в персонале

12 Р4.4 - расчет параметров производительности ТС

13 Р5л - расчет переходного запаса объектов ремонта Х5 / Я5 - требования к системе снабжения

14 Р5.2 - расчет потребностей в материалах и комплектующих

15 Р6л - расчет потребностей производственных площадей Х6 / Я6 - требования к производственной инфраструктуре

16 Р6.2 - расчет технологической энерго- и ресурсоемкости производства

17 Р6.3 - расчет параметров железнодорожного путевого развития

18 Р7л - разработка вариантов размещения технологических структур Х7 / Я7 - масштабная компоновочно-логистическая схема ТС 53 - структурирование и конфигурирование

19 Р7.2 - выбор вариантов построения системы транспортного обслуживания

20 Р7 3 - расчет параметров транспортных потоков ОР

21 Р81 - разработка детальных планов цехов и участков: стойловая часть, основные и вспомогательные цеха по ремонту оборудования Х8 / Я8 - планы размещения оборудования

22 Р9 2 - зонирование территории предприятия Х9 / Я9 - генеральный план застройки

23 Р9 3 - разработка схем путевого развития

24 Р9.4 - размещение объектов производственной инфраструктуры

иркутским государственный университет путей сообщения

процедуры решения и соблюдается принцип их единства [3]. Для последовательной схемы проектирования каждая задача проектирования полностью определена совокупностью исходных данных, ограничений, процедур проектирования и принятия решения по результатам решения предыдущих задач.

Каждая стадия проектных работ может быть описана в терминах проектных процедур с учетом их логических связей. В соответствии с принципами системного подхода, сложная и многомерная задача проектирования может быть представлена в виде некоторой логической схемы решения отдельных взаимосвязанных задач меньшей размерности, полученной в результате структурно-логического анализа за счет:

декомпозиции проектируемой системы и этапов ее разработки;

выделения формализованных элементов процедур проектирования, информационного обеспечения, моделей проектных решений, критериев их оценки и оптимизации;

установления системы взаимосвязей решаемых задач, последовательности логических операций и условий их выполнения.

Процесс проектирования представляется логически увязанной системой стадий и процедур проектирования (X). Эту систему называют логической моделью проектирования [3]. Основными элементами модели являются (рис. 2): А - исходные данные для решения проектных задач; P - операции проектных процедур; R - проектные решения; V - процедуры принятия или отклонения решения.

Рис. 2. Логическая модель проектной процедуры

Операторы проектных процедур в большинстве случаев не имеют однозначного расчетно-аналитического решения, а представляют собой набор разнообразных действий, выполняемых специалистом-проектировщиком по определенной методике или логическому алгоритму. В связи с субъективностью процесса проектные решения, как правило, разрабатываются в нескольких альтернативных вариантах. Каждый вариант проходит процедуру оценки по целевому показателю V, явные несоответствия выявляются путем сравнения с областью допустимых значений С, выбор

предпочтительных альтернатив осуществляется по критерию max или min целевого показателя.

Для удобства последующего решения задачи комплексной оптимизации проекта целевые показатели приведем к следующему стандартному виду:

V, = f (аг , С, , ai Е A C, E C) ^ maX.

v e V (mm) V (max J

где V ) ,Vj (max )J - область допустимых значений

целевого показателя.

Для случаев, когда имеется однозначная связь результатов выполнения проектной процедуры с исходными данными (i = 1), при принятии решения ограничиваются сравнением целевого показателя с областью допустимых значений.

Процесс проектирования можно представить как последовательное выполнение проектных процедур {X}, распределенных по трем этапам в соответствии с принятой ранее функциональной структурой проектирования (рис. 3). В качестве исходных данных для выполнения каждой последующей процедуры этапа проектирования используются результаты предыдущей, а каждый последующий этап опирается на совокупность данных предыдущего.

На первом этапе определяется качественный и количественный состав объектов ремонта, анализируются возможности организации ремонта собственными силами или с использованием альтернативных вариантов (внутрикорпоративной кооперации, технологического аутсорсинга, размещения заказа на стороннем предприятии). По результатам анализа выбирается оптимальное ремонтное задание для проектируемой технологической системы по критерию полезности.

Исходными данными для процедуры принятия решения является набор из n видов объектов ремонта, стоимость их ремонта в зависимости от выбранной стратегии, инвестиционные затраты на технологическую подготовку собственного производства. Ремонтное задание задается матрицей-строкой H, элементы которой равны либо 1, либо 0. Если элемент hi = 1, то для i-й группы выбран вариант ремонта собственными силами. Целевой показатель принятия решения может быть представлен как

n

Vri (я) = £ к, .

(

i=1

а - d.

Л

J

где а = тт{ах,...,ат}- минимальные затраты при ремонте одним из m альтернативныёх способов;

Рис. 3. Структурная схема процесса технологического проектирования предприятий

по ремонту подвижного состава

d - прогнозируемая себестоимость при собственном ремонтном производстве;

5 - затраты на технологическую подготовку производства (оцениваются из опыта реализации подобных проектов).

Задача нахождения оптимального ремонтного задания сводится к нахождению элементов И, обеспечивающих максимум целевого показателя при следующих ограничениях:

ограничение на объем инвестиций

Е ^ • ь < I,

токов может быть описана в виде матрицы, строки и столбцы которой представляют собой элементы технологической системы, а ячейки - численные значения потока объектов ремонта, материалов и комплектующих, выраженные в единицах количества или массы.

Выбор предпочтительного варианта группировки элементов технологической системы в составе производственных участков производится по

коэффициенту технологической замкнутости [1, 2]:

&

V = -

УЯ 2 — —

8 г + Чг

где I - максимальный заданный объем инвестиций;

ограничения по технологической безопасности производства

1 "

-•Е •Ь-8,0<8<1, " ,=1

где g - объем собственной переработки, обеспечивающий приемлемый уровень технологических рисков (назначается экспертами), В - объем программы ремонта в денежном выражении;

ограничения на значения переменных

Уг еМ, г = 1,..., П , аг > ¿г •

Сформулированная задача является задачей целочисленного программирования. Алгоритмы решения приведены в соответствующей литературе (см., например, [4]).

Далее технологические операции по объектам ремонтного задания группируются в составе технологических позиций и участков, рассчитываются характеристики материальных потоков, составляется функциональная схема, описывающая взаимосвязи элементов технологической системы. Для ввода, хранения и обработки информации удобно использовать табличную форму представления. Например, сеть материальных по-

где & - среднее количество рабочих операций, выполняемых над объектом ремонта в пределах /-го технологического участка; Ч - среднее количество операций, выполняемых за его пределами, с учетом естественных ограничений на размеры участков и их предметную специализацию.

На завершающей стадии первого этапа проектирования производится выбор предпочтительных форм организации производства для каждого из технологических участков по числу материальных связей и значениям коэффициента кооперации х:

1 т

X = -•Е,

т ,=1

где кI - количество рабочих мест, с которыми рабочее место / находится в непосредственной связи; т - количество рабочих мест рассматриваемого технологического участка.

Решение принимается путем сопоставления результатов расчета х с рекомендованной областью использования для различных принципов формирования производственных подразделений [1, 2].

Результаты анализа технологических процессов позволяют на втором этапе проектирования определить основные параметры технологической

г=1

системы, в том числе: состав оборудования, потребности в персонале, ресурсах, производственных площадях, железнодорожном путевом развитии, оборотном фонде объектов ремонта, необходимых запасах материалов и комплектующих.

Выбор технологического оборудования представляет собой задачу технологической подготовки производства, решаемую путем комплексного сопоставления функциональных характеристик известного оборудования с требованиями технологической документации на ремонт подвижного состава с учетом предполагаемого уровня механизации и автоматизации работ, возможности взаимной увязки отдельных единиц оборудования в составе технологического комплекса или поточной линии и ряда других факторов. По каждому из вариантов спецификации оборудования рассчитываются потребности в топливно-энергетических ресурсах, производственных площадях, ремонтном фонде, материалах и комплектующих. На основании этих данных производится расчет годовых эксплуатационных расходов.

Целевой показатель выбора предпочтительного варианта спецификации - производственная мощность технологической системы на единицу приведенных затрат:

1

V 4 -Пк, • Гт * Р *

где Етх - годовые приведенные затраты (инвестиции и эксплуатационные расходы); к7 - коэффициенты, учитывающие показатели прогрессивности оснащения, механизации, автоматизации, гибкости технологического оборудования и другие особенности производства, п е ^ [5]; гт - производительность лимитирующего технологического участка или цеха, 1/ч; ^ - годовой фонд рабочего времени, ч; 7 - время работы технологического оборудования, ч.; X - приведенная интенсивность отказов оборудования, 1/ч.

В качестве ограничений по решениям Я5, Я6 принимаются: максимальное технологическое потребление топливно-энергетических ресурсов Ж, ограниченное по условиям подключения, и доступные для использования площади участка застройки 5 соответственно:

Жтх < Ш , ^тх < 5 •

Методики расчета показателей энергоемкости, потребностей в производственных площадях, переходном запасе объектов ремонта приведены в соответствующей учебной, методической и справочной литературе по проектированию [см., например 1, 2, 6, 7].

Задачами третьего этапа проектирования являются: разработка вариантов технологических структур с учетом материальных потоков, взаимная увязка элементов системы, зонирование территории застройки предприятия, размещение производственных цехов, устройств путевого развития, объектов инженерной, энергетической, хозяйственно-бытовой и транспортной инфраструктуры.

Доминирующее влияние на структурирование технологической системы оказывает сеть материальных потоков, что обуславливается объемом издержек, связанных с организацией перемещения и промежуточного складирования объектов ремонта, материалов, запасных частей и комплектующих. Оценка вариантов размещения технологических структур осуществляется по мощности грузопотока [2]:

=-Е • 1

,=1 аЬ=1

где г - число перемещаемых узлов и деталей подвижного состава;

Н - число операций в производственном процессе ремонта 7-го узла или детали;

т7 - масса узла или детали 7-го наименования, т;

¡Ы - расстояние между а-й и Ь-й рабочими позициями, на которое происходит перемещение 7-го наименования изделия, м.

Умножение показателя на « -1» применено с целью приведения задачи оптимизации к стандартному виду (задачи на максимум). В качестве ограничений принимаются технологические особенности перемещения объектов ремонта и затраты на создание транспортной системы.

Конфигурирование представляет собой сопряжение функциональных подразделений и форм размещения с учетом реальных территориально -пространственных структур цехов производственных зданий, путевого развития и территории застройки в целом. В результате конфигурирования выполняется окончательная компоновка технологических участков в составе цехов с учетом условий соблюдения баланса площадей, зонирование территории предприятия с размещением зданий технологического комплекса, железнодорожных путей, складов, объектов энергетической, хозяйственно-бытовой и транспортной инфраструктуры. Пространственные параметры последних определяются на основании предварительных расчетов по укрупненным методикам [см., например 7].

Качество проектных решений в этом случае оценивается с точки зрения эффективности полезного использования производственных площадей.

п

Современные технологии. Транспорт. Энергетика. Строительство. _Экономика и управление_

Критерий оценки - коэффициент доходности, тыс. руб./м2:

_0

V

R8

К -

< 0,:

Коб -

V„ - • J

< 2,4 , К -< 10,

Vrio• k, 0< vr, < 1,

i-1

где k - весовой коэффициент, ^ k — 1 •

Ш

где О - расчетная величина годового дохода, который может быть получен при оказании услуг по ремонту подвижного состава на производственной площади 5тх, тыс. руб.

Граничные параметры проектных решений по зонированию и застройке территории Я9 регламентируются нормативами базисных показателей промышленного использования земель:

общ общ общ

где К, Коб, Кпл - коэффициенты застройки, объема и плотности застройки соответственно;

5з, 5общ - застроенная и общая площадь, м2; ^ - этажность производственного здания (для основных цехов депо У = 1);

Узд - общий объем здания, м3. Комплексное сравнение нескольких вариантов проекта технологической системы осуществляется по совокупности целевых показателей [УЯ] одним из методов многокритериальной оптимизации путем назначения интегральной функции полезности, выделения Парето-оптимальной области и т. д. [8]. В наиболее простом случае полученный вектор значений {Кт} после предварительной нормировки может быть сведен к интегральному показателю методом суммирования частных показателей, взвешенных по их значимости:

Решение о завершении процесса проектирования вырабатывается путем проверки соответствия численных значений множества показателей [VR] требованиям технического задания {VT}. В случае необходимости проводится корректировка результатов проектных процедур и дополнительные итерации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Проектирование промышленных предприятий: Принципы. Методы. Практика : пер. с нем Клаус-Герольд Грундиг. М. : Альпина Бизнес Букс, 2007. 340 с.

2. Проектирование автоматизированных участков и цехов / В. П. Вороненко, В. А. Егоров, М. Г. Косов и др.; под ред. Ю.М. Соломенцева. М. : Высшая школа, 2003. 272 с.

3. Транспортно-накопительные системы для ГПС / В. А. Егоров, В. Д. Лузанов, С. М. Щербаков. Л. : Машиностроение, 1989. 293 с.

4. Hillier F.S., Lieberman G.J. Introduction to Operations Research. 7th ed. Boston: McGraw-Hill, 2001.1214 p.

5. Болотин М. М. Математические модели инженерного анализа вагонных депо // Мир транспорта. 2005. № 3. С. 4-15.

6. Смирнов В.А. Энергосбережение при ремонте и техническом обслуживании локомотивов / В.А. Смирнов, А.С. Талызин // Известия транссиба. 2011. № 4.

7. ВНТП 08-90. Нормы технологического проектирования депо по ремонту грузовых вагонов. М. : Транспорт, 1992. 23 с.

8. Штойер Р. Многокритериальная оптимизация. Теория, вычисления и приложения : пер. с англ. М. : Радио и связь, 1992. 504 с.

i-1