Оценка конкурентоспособности дорожно-строительных машин (на примере одноковшового гусеничного экскаватора ) 05. 05. 04 Дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины

Вид материала

Автореферат диссертации

Содержание Карасёв Геннадий Николаевич Николаев Сергей Николаевич Общая характеристика работы Содержание работы Цель и задачи исследования Общие выводы Направления дальнейших исследований. Публикации по теме диссертации

Подобный материал:

• Программа дисциплины по кафедре «Строительные и дорожные машины» " эксплуатация подъёмно-транспортных,, 239.45kb.
• Программа дисциплины по кафедре «Строительные и дорожные машины» Строительная механика, 187.16kb.
• Программа для студентов Vкурса специальности 170900 подъемно-транспортные, строительные,, 170.32kb.
• Программа дисциплины по кафедре "Cтроительные и дорожные машины " подъемно-транспортные, 468.97kb.
• «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование», 14.82kb.
• Методические указания к изучению курса для студентов заочного факультета специальности, 300.27kb.
• Рабочий учебный план подготовки специалиста по направлению 190109 наземные транспортно-технологические, 628.49kb.
• Программа дисциплины по кафедре «Строительные и дорожные машины» дорожно-строительные, 306.42kb.
• Информационное письмо о проведении II этапа Всеукраинской студенческой олимпиады, 204.97kb.
• Рабочей программы дисциплины Дорожно-строительные материалы и машины (наименование), 24.9kb.

На правах рукописи


МАНДРОВСКИЙ КОНСТАНТИН ПЕТРОВИЧ


ОЦЕНКА КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

(НА ПРИМЕРЕ ОДНОКОВШОВОГО ГУСЕНИЧНОГО ЭКСКАВАТОРА)


05.05.04 – Дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины


Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук


Москва 2008

Работа выполнена на кафедре Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета)

Научный руководитель:	Карасёв Геннадий Николаевич доцент, кандидат технических наук, профессор кафедры Дорожно- строительных машин МАДИ (ГТУ)
Официальные оппоненты:	Николаев Сергей Николаевич доктор технических наук, профессор, генеральный директор ООО “Фирма МС КОНСАЛТИНГ” Марышев Борис Семёнович кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории Технологии и механизации дорожных работ дорожного научно-исследовательского института (ОАО “СОЮЗДОРНИИ”)
Ведущая организация:	Московский государственный строительный университет (МГСУ), кафедра Подъемно-транспортных и строительных машин.

Защита состоится “ 15 ” мая 2008 г. в 12 час на заседании Диссертационного совета Д 212.126.02 ВАК РФ при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125319, г. Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42

Телефон для справок (495) 155-93-24

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ (ГТУ).


Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета. Копию отзыва просим прислать на e-mail uchsovet@madi.ru.


Автореферат разослан “ 14 ” апреля 2008 г.


Учёный секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, профессор Н.В. Борисюк


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность. На рынке присутствует большое количество экскаваторов, имеющих близкие по величинам своих значений технические параметры и показатели, представленные в проспектной и паспортной документации. Данной информации достаточно только для оценки пригодности экскаватора к выполнению работ, для оценки эффективности функционирования объём информации, представленной в данной документации, мал. Это делает актуальным вопрос выбора экскаватора, который наилучшим образом подходил бы требованиям потребителя.

При выборе можно полагаться на опыт эксплуатации экскаваторов. Как правило, есть в наличии информация о эксплуатации ограниченного количества моделей экскаваторов, и есть необходимость в распространении имеющегося опыта на машины, эксплуатация которых ещё не осуществлялась. Это делается ориентировочно, поэтому точность такой оценки низка.

Можно полагаться на результаты испытаний экскаваторов, но для организации таких испытаний необходимо время и деньги, а результаты испытаний будут справедливы только для тех конкретных условий, в которых они проводились.

При выборе экскаваторов можно использовать расчётные способы, использование которых не приводит к большим затратам денег и времени. А результатом является конкретная численная информация, использование которой позволит аргументировать выбор и снизить вероятность ошибки.

Конкурентоспособность товара – способность продукции быть более привлекательной для потребителя (покупателя) по сравнению с другими изделиями аналогичного вида и назначения, благодаря лучшему соответствию своих качественных и стоимостных характеристик требованиям данного рынка и потребительским оценкам.

Все стороны оценки конкурентоспособности алгоритмизировать, а потому и оценить расчётным способом – невозможно на данном этапе развития науки и техники. Алгоритмы и программы расчёта, разрабатываемые в данной работе, освещают только часть вопросов оценки конкурентоспособности. Результаты расчётов по разработанным алгоритмам можно использовать при комплексной оценке конкурентоспособности, что существенно облегчит задачу выбора технических средств.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка метода оценки конкурентоспособности одноковшовых экскаваторов.

Научную новизну составляют:

- обоснование критерия оценки конкурентоспособности технических средств;

- технико-экономическая модель расчёта удельных приведённых затрат на разработку 1 м³ грунта экскаватором с оборудованием “обратная лопата” (ТЭМ Z_уд);

- минимизация перечня исходной информации, необходимой для расчёта значений критерия оценки конкурентоспособности;

- интервалы значений аргументов исходной информации, вариация внутри которых не приводит к изменению конкурентоспособности оцениваемых экскаваторов;

- введение показателей эргономики, надёжности и экологии при расчёте численного значения критерия оценки конкурентоспособности.

Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в определении перечня исходной информации, необходимой для оценки конкурентоспособности технических средств; разработке программы на ПЭВМ расчёта модифицированной ТЭМ Z_уд; получении информации о изменении удельных приведённых затрат Zуд и времени производства работ Т_ВР.

Разработанный способ оценки конкурентоспособности позволит потребителю технических средств с малыми затратами и высокой скоростью осуществить выбор экскаватора для заданных эксплуатационных условий, способного выполнить работу с минимальными затратами, и в заданный срок.

Реализация работы. Результаты работы включены в программный комплекс “Технико-экономическая модель удельных приведённых затрат”, разработанный на кафедре Дорожных и Строительных машин Московского Автомобильно-Дорожного Института.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на девятой, десятой, одиннадцатой, двенадцатой межвузовских научно-технических конференциях студентов и молодых учёных в 2005, 2006, 2007 и 2008 годах., 64, 65, 66 научно-методической и научно-исследовательской конференции Московского автомобильно-дорожного института в 2006, 2007 и 2008 годах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ из них 2 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы из 100 наименований и 3-х приложений. Общий объём работы 190 с., в том числе основной текст 148 с., приведены 21 рисунок и 6 таблиц.

На защиту выносятся:

- модифицированная математическая технико-экономическая модель расчёта удельных приведённых затрат;

- методика оценки конкурентоспособности одноковшовых гидравлических экскаваторов.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении изложены актуальность, практическая ценность работы, подход к решению задачи выбора экскаватора.

В первой главе осуществляется обзор методов определения и оценки параметров дорожно-строительных машин с целью определения метода, который целесообразно использовать для оценки конкурентоспособности.

Конкурентоспособен тот товар, который за счёт своих свойств имеет высокую привлекательность для потребителя.

Одна и та же фирма (предприятие) выпускает, как правило несколько наименований техники. В зависимости от величины объёмов производимых работ и дальности перебазирования для потребителя могут оказаться привлекательными экскаваторы различных размерных групп, при этом выбор можно осуществить, пользуясь услугами единственной фирмы. Т.е. даже при осуществлении выбора между техникой одной и той же фирмы имеет место понятие конкурентоспособности товара.

Вопросы конкурентоспособности имеют место не только на рынке, где представлен товар нескольких производителей, но и в рамках одного производства, у одного производителя.

В таких условиях понятие конкурентоспособности приобретет более широкий смысл, выходящий за пределы рынка, и имеющий отношение к единичному производителю технических средств.

Машина состоит из взаимосвязанных друг с другом элементов, т.е. является системой. Для того, чтобы расчётным способом можно было осуществлять оценку функционирования машины в тех или иных условиях, необходимо, чтобы этот способ являлся расчётной моделью основных сторон функционирования машины, системой взаимосвязанных элементов.

Для этого лучше всего подходит однокритериальный способ оценки машин. В этом случае комплекс свойств машины оценивается по значению одного критерия.

Технические средства создаются для того, чтобы экономить материальные блага при производстве работ. Для оценки функционирования машины необходимо соотнести её технические характеристики с экономическими характеристиками функционирования. Для этого лучше всего подходит критерий удельных приведённых затрат.

Величина удельных приведённых затрат, или стоимость единицы объёма работ, позволяет составить представление о общей стоимости выполнения работ. Чем ниже стоимость, тем лучше, поэтому машина, обладающая минимумом удельных приведённых затрат наилучшим образом подойдёт потребителю.

Как правило, производство работ сопряжено с жёсткими сроками их выполнения, выход за которые чреват весьма существенными экономическими потерями в виде штрафов, неустоек и т.п. Данный вид потерь не имеет непосредственного отношения к свойствам технического средства. А величина их может колебаться в весьма широком диапазоне.

Поэтому при оценке конкурентоспособности целесообразно выдвинуть ограничение по сроку производства работ.

Критерий оценки конкурентоспособности можно представить в виде:

Z_уд→min

Т_вр(П_экс)≤ Т_вр.доп (1)

где Т_вр – время производства работ экскаватором с эксплуатационной производительностью П_экс, смены; Т_вр.доп – допустимая по требованиям заказчика продолжительность работ, смены; П_экс – эксплуатационная производительность, куб.м/см.; Z_уд – удельные приведённые затраты, руб./куб.м

В области определения оптимальных параметров машин по критерию удельных приведённых затрат выполнено достаточно большое количество работ. В работе Политковской И.В. решаются вопросы задания параметров скреперов при проектировании; в работе Павлова В.П. исследуются вопросы определения оптимальных параметров сменного конструктивно-подобного рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов; Саакян В.Г. в своей работе разрабатывает методику выбора экономически рациональных параметров самоходных статических катков; в работе Плотникова А.С. разрабатывается методика назначения параметров экскаватора с гидроприводом.

Направленность исследований в перечисленных работах определяет необходимый для этого уровень детализации математических моделей. В работах определяются основные параметры машин, а показатели, необходимые для оценки конкурентоспособности - надёжности, эргономические показатели и пр. - заданы в неявном виде в составе укрупнённых регрессионных, или функциональных зависимостей, что не позволяет производить варьирование этих показателей, т.е. учитывать при расчёте удельных приведённых затрат их изменчивость.

В вышеперечисленных работах отсутствует какая-либо информация об эргономических показателях машин, а способы расчёта экономических показателей базируются на устаревших данных.

По результатам анализа литературы по исследованию системы “человек-машина” можно сделать вывод, что работы данной области были направлены на определение комплексных показателей сложности управления техническими средствами, без оценки влияния этих показателей на время выполнения рабочих операций; либо исследуемая система не связывалась с реально существующими системами управления. Это затрудняет использование результатов данных исследований.

В силу того, что расчёт величины удельных приведённых затрат (себестоимости разработки единицы объема грунта) требует большого объема вычислений, ручной расчёт весьма трудоёмок. Процесс расчёта целесообразно автоматизировать путем создания программных средств для ПЭВМ.

В результате произведённой работы были сформулированы цель и задачи исследования.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель исследования – разработать метод оценки конкурентоспособности одноковшовых экскаваторов.

Задачи исследования:

- произвести корректировку существующих расчётных формул, описывающих эксплуатационную производительность и эксплуатационные издержки для случая определения показателей функционирования экскаватора с известными основными параметрами;

- ввести в расчёт удельных приведённых затрат (себестоимости разработки единицы объема грунта) показатели надёжности, эргономики, экологии;

- минимизировать перечень исходной информации, необходимой для расчёта значений критерия оценки конкурентоспособности;

- разработать методику оценки конкурентоспособности;

- разработать программу расчёта на ПЭВМ величины критерия оценки конкурентоспособности;

- произвести комплексные расчёты величины критерия для определения интервалов возможного изменения аргументов исходной информации, не приводящих к изменению конкурентоспособности.

Во второй главе осуществляется корректирование существующих математических моделей определения величины удельных приведённых затрат и разработка новых математических моделей.

В качестве базы при разработке алгоритмов и программ оценки конкурентоспособности взята методика из работы Плотникова А.С., выполненной на кафедре Дорожно-строительных машин МАДИ (ГТУ) под руководством проф. Г.Н. Карасёва (базовая методика). В данной работе в качестве критерия используются удельные приведённые затраты, и рассматривается функционирование экскаватора в целом, а не отдельных его элементов.

Для того, чтобы найти место факторам эргономики и надёжности в математических моделях определения эксплуатационной производительности, осуществляется анализ её структуры.

В соответствии с этим анализом время цикла работы оператора экскаватора t_цоп определяется по формуле:

t_цоп=k_с.с.∙t_цмтех+t_пер (2)

где k_с.с. – коэффициет, учитывающий снижение средних скоростей движения рабочего оборудования в зависимости от требуемого качества работ и уровня эргономических факторов;

t_пер – время, затрачиваемое на переключение органов управления, сек.;

t_цмтех – время цикла из условия силовых и скоростных возможностей машины, сек.

С использованием величины t_цоп осуществляется расчёт эксплуатационной производительности экскаватора.

Для расчёта величины времени t_цмтех, и эксплуатационной производительности целесообразно воспользоваться математическими моделями, представленными в базовой методике., но для этого необходимо осуществить их корректировку.

В базовой методике представлена оптимизация основных параметров экскаватора – массы и мощности – по критерию удельных приведённых затрат.

Для решения этой задачи в работе определены 3 аргумента, по величине которых осуществлялась минимизация величины удельных приведённых затрат. К этим аргументам относится величина расчётной прочности грунта С_р – прочность, которой должен обладать грунт, чтобы экскаватор за один цикл копания при реализации максимального усилия мог заполнить ковш; угол вращательного копания 2φ – угол, описывающий путь режущей кромки ковша при наполнении; максимальная скорость движения режущей кромки ковша при максимальной глубине копания – V_max.

Для решения задачи оценки конкурентоспособности уже существующего экскаватора необходимо осуществить оптимизацию по 1 аргументу – углу вращательного копания 2φ.

Помимо этого, в базовой методике определяется ряд численных значений параметров и показателей конструкции экскаватора, таких, как максимальное значение радиуса действия, массы элементов конструкции – математические модели перестроены таким образом, чтобы параметры и показатели конструкции составили исходную информацию к определению величины удельных приведённых затрат функционирования экскаватора.

Следует отметить, что ряд характеристик конструкции, необходимый для определения величины производительности экскаватора, не приводится в проспектной и паспортной информации экскаватора.

Наиболее существенными из этих характеристик являются величины масс элементов конструкции экскаватора.

Реализована следующая схема определения масс элементов экскаватора. Величины масс рассчитываются с использованием базовой методики, определяется общая расчётная масса экскаватора G_экс.р, затем, исходя из соотношения i-й расчётной массы элемента G_iр и расчётной G_экс.р массы рассчитываются доли k_i= G_iр /G_экс.р от расчётного значения массы. Затем, исходя из значения паспортной массы G_экс.п определяются массы элементов G_i=G_экс.п ∙k_i.

Осуществляется разработка модифицированной методики расчёта экономических показателей.

Затраты на эксплуатацию машины включают: S_зп – заработная плата (основная и дополнительная) рабочих, управляющих техникой, с учётом отчислений на социальное страхование; S_э – затраты на энергоносители; S_см – затраты на смазочные материалы; S_г – затраты на жидкость для гидросистем; S_м – затраты на материалы, используемые в технологическом процессе; S_тр – затраты на все виды технического обслуживания и ремонтов; S_п – затраты на перебазирование; S_ос – затраты на замену быстроизнашивающихся частей; S_к – косвенные расходы.

Материалы, учитываемые с помощью показателя S_м не используются в рабочем процессе экскаватора.

Показатели S_см, S_г, S_тр, S_ос представляют собой затраты, которые определяются мероприятиями, направленными на поддержание экскаватора в работоспособном состоянии, т.е. являются затратами, определяемыми мероприятиями по поддержанию надёжности. Можно предположить, что величины данных показателей различны для различных экскаваторов, при этом, определить их численные значения – трудоёмкая задача. В таких условиях их целесообразно объединить в один показатель суммарных затрат на поддержание надёжности S_пн.с:

S_пн.с = S_см + S_г + S_тр + S_ос (3)

Затраты на энергоносители определяются в соответствии с методикой, изложенной в базовой методике.

Затраты на заработную плату определяются исходя из величины часовой тарифной ставки оператора и продолжительности смены.

Амортизационные отчисления определяются исходя из величины стоимости машины, срока её службы, и годового количества рабочего времени.

Затраты на перебазирование можно представить в виде:

S_пб = с_тр∙n_пб∙t_пб∙t_см/(Т_г), р./смена (4)

где с_тр – цена одного часа использования трайлера; n_пб – число перебазирований; t_пб – продолжительность одного перебазирования, смены; t_см – продолжительность смены, часы

Число перебазирований в единицу времени равно количеству объёмов работ (n), которое может быть выполнено за данный период.

Число объёмов работ (n) можно определить зависимостью:

(5)

где Т_пб – время, затрачиваемое на перебазирование после выполнения объёма работ Q, смены; П_см – сменная производительность машины, определённая для вероятных прочностей грунтов и глубин копания, куб.м/см.; Т_г’ – годовое количество дней работы экскаватора с учётом выходных и праздничных дней.

Тогда годовое количество дней работы с учётом потерь времени на перебазирования Т_г будет определяться по формуле:

Т_г = Т_г’- n_пб∙t_пб (6)

где n_пб=n

Затраты на поддержание надёжности определены в соответствии с работами профессора Шейнина А.М.

Суммарные затраты на поддержание надёжности при устранении отказов и неисправностей С_пн определены следующим образом:

(7)

где b, n – регрессионные коэффициенты.

Затраты С_пн определяются для всего срока эксплуатации машины, определяемого ресурсом Т_р.

Величина Т_р представляет собой величину ресурса машины, при котором достигается минимум суммы удельной стоимости машины и удельных затрат на поддержание надёжности.

Величина Т_р определена зависимостью:

(8)

где С₀ – стоимость экскаватора.

Затраты на технические обслуживания учитываются отдельно, и принимаются постоянными в удельном интервальном исчислении, т.е. стоимость мероприятий по техническому обслуживанию постоянна для всех интервалов срока службы машины.

Приводя затраты к году эксплуатации, для нашего случая можно записать:

S_пн.с= (С_пн + С_то∙Т_р)∙, руб./см (9)

где С_то – интервальные удельные затраты на технические обслуживания, руб./год; Т_г – годовой фонд рабочего времени, смены; t_см – продолжительность смены, часы; k_см – коэффициент использования сменного времени.

В работах Шейнина А.М. не говорится о том, какие факторы могут оказывать влияние на величины n, b и С_то.

Целесообразно организовать исследование, направленное на определение численных значений величин n, b и С_то для одноковшовых гидравлических гусеничных экскаваторов.

В качестве исходной информации были использованы данные о платежах на ремонт и техническое обслуживание одноковшовых гидравлических гусеничных экскаваторов JS200 (19 экскаваторов), принадлежащих различным организациям, предоставленные службой сервиса фирмы ЛОНМАДИ.

Для экскаваторов, у которых проводился ТО в службе сервиса более, чем в первые 3 года (5 экс.), уравнение интервальных затрат (т.е. затрат, соотнесённых с периодами эксплуатации) будет иметь вид

С_пн.инт(t)= 109,5+0,2·10^-2·t^5,582, тыс.р./год (10)

Для экскаваторов, у которых ТО в службе сервиса проводился менее, чем в 4 первых года (14 экс.), либо не проводились совсем

С_пн.инт(t)=99,8 +5,1·t^1,894 , тыс.р./год (11)

Для всей выборки экскаваторов (19 экс.)

С_пн.инт(t)= 103+2,12·t^2,284, тыс.р./год (12)

Если построить графики этих зависимостей, то будет видно, что затраты на поддержание надёжности ниже для тех экскаваторов, у которых ТО осуществлялся службой сервиса на наиболее продолжительном периоде эксплуатации (4-6 лет).

При оценке конкурентоспособности необходимо максимально отразить реальные условия эксплуатации, поэтому в исследовании использована зависимость затрат, полученная для всей выборки (19 экс.).

Расчётная формула удельных приведённых затрат (себестоимости разработки единицы объема грунта) имеет вид:

Z=, руб./куб.м (13)

Для определения величины времени производства работ Т_вр необходимо знать объём работ Q на объекте и величину сменной производительности экскаватора, величина Т_вр определяется формулой:

Т_вр = Q/П_см , смены (14)

где Q – в куб.м; П_см – сменная производительность экскаватора, куб.м/см.

В третьей главе представлена исходная информация, которой необходимо обладать для оценки конкурентоспособности экскаваторов, и методика оценки конкурентоспособности.

Исходная информация состоит из следующих пунктов: 1) среднее время перестановки; 2) коэффициент снижения рабочих скоростей движения относительно скоростей из условия технической производительности; 3) время на переключение рычагов управления; 4) максимальный радиус действия; 5) вместимость ковша; 6) ширина режущей кромки ковша; 7) масса экскаватора; 8) масса противовеса; 9) мощность двигателя; 10) максимальная сила копания; 11) расстояние между осями гусениц; 12) опорная длина гусениц; 13) длина рукояти; 14) длина стрелы; 15) радиус кормовой части; 16) расстояние от грунта до противовеса; 17) максимальная глубина копания; средняя глубина (18) и ширина (19) разрабатываемых траншей; 20) прочность разрабатываемого грунта; 21) плотность грунта в ковше; 22) угол поворота платформы на выгрузку; к.п.д. при копании (23), повороте платформы (24); 25) годовое количество потерь времени на поддержание надёжности; 26) коэффициент использования сменного времени; 27) стоимость машины; 28) расход топлива; 29) стоимость одного перебазирования; 30) ставка амортизационных отчислений; 31) средние интервальные затраты на осуществление ТО и Р; 32) коэффициенты b и n уравнения затрат на поддержание надёжности; 33) объём работ на объекте.

Используя полученные и уже имеющиеся математические модели на m-языке в среде MATLAB была составлена программа расчёта удельных приведённых затрат УПЗ, блок-схема которой представлена на рис. 1

Ниже представлено обобщённое описание алгоритма вычислений.

На основе информации о вместимости ковша осуществляется расчёт величины радиуса ковша R_к – расстояния от режущей кромки до оси вращения.

Исходя из величины радиуса ковша R_к определяется максимально возможное значение угла вращательного копания 2φ_max, исходя из величины суммы длины рукояти l_рук и R_к определяется минимальное значение угла вращательного копания 2φ_min. Таким образом определяется диапазон возможных значений угла 2φ.

После этого осуществляется запуск оператора цикла и производится перебор значений угла вращательно копания в заданном интервале.

На основе информации о максимальном усилии копания P_max, максимальном радиусе действия R_max производится вычисление масс элементов экскаватора. После чего определяются корректировочные коэффициенты, и определяется корректировка полученных расчётных значений.

С использованием значений массы ковша G_к и рукояти G_р, максимального усилия копания Р_max, расчётного угла вр. копания 2φi, прочности разрабатываемого грунта С, и мощности силовой установки N_дв осуществляется расчёт затрат времени на процесс копания t_к­_i.

Далее, с использованием информации о геометрических характеристиках экскаватора, величинах масс его элементов, угла поворота платформы на выгрузку β, осуществляется расчёт работы на подъём рабочего оборудования и поворот платформы на выгрузку и обратно в забой.

С использованием информации о мощности силовой установки, из условия устойчивости определяется время, затрачиваемое на подъём рабочего оборудования и поворот платформы на выгрузку и обратно в забой.

Затем путём суммирования составляющих c учётом коэффициента учёта факторов эргономики и качества работ k_с.с. и времени на переключение органов управления t_пер получается время цикла работы экскаватора Т_цi.

Далее с учётом затрат времени на перестановки, зависящего от величины радиуса действия экскаватора R_max и других его характеристик, глубины h и ширины b котлована, коэффициента использования сменного времени k_см, осуществляется расчёт эксплуатационной сменной производительности П_смi.

После чего с использованием экономических показателей, обозначенных в исходных данных к расчёту, осуществляется расчёт величины удельных приведённых затрат Z_удi, а также времени производства работ Т_ВРi.

После этого осуществляется сравнение величины Z_удi, полученного для расчётного значения 2φi с предыдущим значением Z_удi-1. Если Z_удi< Z_удi-1 то значение угла вращательного копания 2φi запоминается как значение, определяющее минимум Z_уд – 2φ_zmin=2φ_i. Как правило, по мере перебора расчётных значений угла 2φ значение 2φ_zmin переписывается несколько раз, и с каждым разом величина Z_уд, соответствующая величие 2φ_zmin – уменьшается.

Данный алгоритм позволяет определить оптимальный режим работы экскаватора, определяемый углов вращательного копания 2φ_zmin для заданных конкретных условий эксплуатации, определяемых, в свою очередь, прочностью разрабатываемого грунта С.

При этом, удельные приведённые затраты исследуются на минимум на всём диапазоне значений варьируемого аргумента – 2φ_zmin – в этом состоит отличие от способа поиска минимума удельных приведённых затрат, используемого в базовой методике.

В случае наличия у функции нескольких минимумов данный алгоритм позволит найти минимум, характерный наименьшим значением удельных приведённых затрат.

Знание величины удельных приведённых затрат для одной машины не позволит оценить её конкурентоспособность. Её величину необходимо определить для нескольких экскаваторов, и в результате сравнения можно будет выявить экскаватор лучшей конкурентоспособности. Поэтому процедура оценки конкурентоспособности предполагает проведение расчёта по алгоритму, представленному на рис. 1 для нескольких интересующих исследователя экскаваторов с последующим сравнением полученных результатов.

Перед тем, как сравнивать экскаваторы по величине стоимости разработки единицы объёма грунта, необходимо соотнести величину времени производства работ Т_вр с ограничениям на сроки их производства Т_вр.доп. (см. рис. 2), если величина Т_вр окажется меньше, то экскаватор можно допустить к дальнейшей оценке конкурентоспособности по величине удельных приведённых затрат.

В формализованном виде процесс оценки конкурентоспособности с использованием информации о величине удельных приведенных затрат Z_уд и времени производства работ Т_вр для исследуемых экскаваторов представлен на рис. 2.

Для оценки конкурентоспособности экскаваторов, при помощи расчётной программы, работающей в соответствии с блок-схемой на рис. 1, необходимо последовательно для каждого из экскаваторов вычислить значения удельных приведённых затрат Z_уд и времени производства работ Т_вр. В результате будут получены ряды значений Z_удj и Т_врj для j оцениваемых экскаваторов (см. рис. 2). Затем, используя информацию о допустимом сроке производства работ Т_вр.доп удалить из списка экскаваторы, для которых имеет место условие Т_врj>Т_вр.доп.. Затем из полученного списка экскаваторов выбрать машину, у которой имеет место минима-




Рис. 1 Алгоритм программы расчёта удельных приведённых затрат экскаватора с заданными основными параметрами.




Рис. 2 Блок-схема оценки конкурентоспособности экскаваторов


льное значение удельных приведённых затрат, это и будет экскаватор, обладающий лучшей конкурентоспособностью.

Однако, ряд данных исходной информации не известен, в то время, как в действительности эти данные имеют конкретные значения. В таких условиях произвести объективную оценку конкурентоспособности не представляется возможным.

Если осуществить варьирование неизвестных факторов исходной информации в определённом диапазоне, то можно составить представление о интервалах изменения факторов, которое не приводит к существенным изменениям в конкурентоспособности. Таким образом будет получена информация, которую впоследствии можно будет использовать для оценки конкурентоспособности исследуемых экскаваторов, уже не прибегая к расчёту.

В четвёртой главе осуществляется оценка конкурентоспособности исследуемых экскаваторов при вариации аргументов исходной информации.

Для оценки конкурентоспособности выбраны экскаваторы 3 и 4й размерных групп, наиболее распространённых в строительстве, список представлен в таблице 1.

Для представленных экскаваторов известны следующие аргументы исходной информации: G – масса экскаватора; N – мощность силовой установки; P_max – максимальное усилие, развиваемое при копании; R_max – максимальный радиус действия; H_max – максимальная глубина копания; L_р – длина рукояти; L_стр – длина стрелы; B – половина поперечной базы; L – опорная длина гусениц; R_кч – радиус кормовой части.

										Таблица 1
Фирма	Тверь	Кранэкс	JCB	Volvo	Hyundai	CASE	Тверь	Кранэкс	JCB	Volvo	Hyundai	CASE
Модель	ЕТ18	ЕК220	JS200L	VEC210LC	Н210LC-3	Case1188LC	ЕТ25	ЕК270	JS330L	VEC290LC	320LC-3	Case9033
Масса, т	18,5	23	20,69	20,43	20,98	23,11	26,5	28	31,9	27,8	31,2	32,6

Первые 6 экскаваторов Таблицы 1 условно объединены в одну весовую группу – 20 т, остальные экскаваторы объединены в весовую группу 30 т. Чем тяжелее экскаватор, тем дороже его перебазирование. Количество перебазирований зависит от величины объёма работ на объекте. Изменение соотношения удельных приведённых затрат между данными двумя весовыми группами имеет место в том случае, когда величина объёма работ на объекте переменна.

В той части исследований, где объём работ на объекте является постоянной величиной, целесообразно рассматривать не все экскаваторы, представленные в Таблице 1, а только экскаваторы одной весовой группы.

Аргументы исходной информации, величины которых варьировались в исследованиях:

1. затраты на поддержание надёжности С_пн, руб.

2. годовое количество потерь времени на поддержание надёжности, дни

3. Коэффициент снижения рабочих скоростей движения относительно скоростей из условия технической производительности k_с.с.

4. время на переключение рычагов управления t_пер, сек.

5. средний объём разрабатываемых котлованов Q, куб.м.

6 прочность разрабатываемого грунта С, уд. плотномера ДорНИИ

7. стоимость перебазирования, руб.

8. коэффициент использования сменного времени

Также исследуется влияние на конкурентоспособность: налога на выброс вредных веществ; стоимости сервисного обслуживания; стоимости топлива.

Пункты 1,2 списка варьируемых аргументов относятся к аргументам надёжности. В качестве сравниваемых экскаваторов выбраны экскаваторы весовой группы 20 т: ЕТ18, ЕК220, JS200L, VEC210LC, Н210LC-3, Case1188LC.

В исследовании по отдельности осуществляется варьирование годового количества потерь времени на поддержание надёжности, и величины затрат на поддержание надёжности, расчётное значение которых определяется величиной стоимости машины и коэффициентами b, n уравнения затрат.

Для наглядности приведём результаты исследования влияния аргументов надёжности на конкурентоспособность. На рис. 3 представлены расчётные значения удельных приведённых затрат при вариации потерь времени на поддержание надёжности от 0,6 до 1 от годового фонда рабочего времени (250 дней). Из графика видно, что даже если у экскаватора ЕТ-18 годовые потери времени на поддержание надёжности больше на 25 %, то стоимость разработки единицы объёма грунта для него всё равно будет ниже, чем для остальных исследуемых экскаваторов.

При этом, потери времени скажутся на продолжительности выполнения объёма работ, в случае, если это имеет значение, следует использовать другие экскаваторы.

С целью пояснения возможностей использования подобных графических зависимостей приведём часть выводов по исследованию влияния аргументов надёжности на конкурентоспособность: 1.Минимумом удельных приведённых затрат обладает экскаватор ЕТ18 для широкого диапазона потерь рабочего времени по техническим причинам (до 70 дней в году), однако при наличии ограничений сроков выполнения работ при потере времени в 10 рабочих дней более выгодными окажутся экскаваторы Case1188LC, H210LC-3, JS200L (см. рис. 3)

2. При условии того, что неисправности устраняются в нерабочее время, экскаватор ЕТ18 при исследовании влияния показателей надёжности на УПЗ будет наиболее выгодным из всех исследуемых экскаваторов в силу того, что при варьировании величины затрат на устранение отказов и неисправностей во всём исследуемом диапазоне, стоимость разработки грунта для ЕТ18 ниже, чем для остальных экскаваторов.

3. При изменении затрат на устранение неисправностей в среднем на величину 25% от расчётного значения, картина выгодности использования экскаваторов меняется. Так, например, при снижении затрат более, чем на 25% от расчётного значения для экскаватора H210LC-3, использовать его становится выгоднее, чем экскаваторы JS200L и VEC210LC. Если для H210LC-3 произойдет увеличение указанного показателя более, чем на 25%, то более выгоден станет также и экскаватор Case1188LC.

Эргономические показатели экскаватора отражены в пунктах 3, 4 списка варьируемых аргументов, к ним относится коэффициент снижения скоростей движения k_с.с. и время на переключение органов управления t_пер. Было осуществлено варьирование величины t_пер в интервале (1-15) сек, а величины k_с.с. в интервале (1-3). При k_с.с.=1 снижение скоростей движения из условия скоростных возможностей экскаватора отсутствует, при k_с.с.=3 скорости снижены в 3 раза.

В качестве сравниваемых экскаваторов выбраны экскаваторы одной весовой группы ЕТ18, ЕК220, JS200L, VEC210LC, Н210LC-3, Case1188LC.

Аргументы, обозначенные позициями 5, 6, 7, 8 относятся к эксплуатационным условиям. В качестве сравниваемых выбраны все экскаваторы, представленные в табл. 1. В данном исследовании величина объёма работ на объекте переменна, что сказывается на частоте перебазирований, поэтому необходимо решить вопрос о выборе весовой группы экскаватора.

Каждый из аргументов варьируется по отдельности, при назначенных численных значениях остальных.

Также в работе осуществляется исследование стоимости сервиса, стоимости топлива, величины налога на выброс вредных веществ на конкурентоспособность.

В результате вычислительных экспериментов получена новая численная информация о конкурентоспособности экскаваторов в изменяющихся эксплуатационных условиях, а также информация о зависимости конкурентоспособности экскаваторов для изменяющихся характеристик их конструкций – определяющих экологические, эргономические аргументы исходной информации, аргументы надёжности. При наличии конкретных численных значений данных аргументов по графикам можно определять конкурентоспособность экскаваторов.


ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Для достижения цели поставленного исследования была обоснована целесообразность использования в качестве критерия оценки конкурентоспособности – удельных приведённых затрат (себестоимости разработки единицы объёма грунта). Это позволило осуществлять оценку конкурентоспособности по одному критерию, включающему в себя все основные стороны функционирования экскаватора.

2. Осуществлена корректировка формул для определения производительности в случае расчёта для экскаватора с известными основными параметрами. Осуществлено введение в расчёт удельных приведённых затрат (себестоимости разработки единицы объема грунта) показателей надёжности, эргономики, экологии. Что позволило при выборе экскаваторов учесть различие в перечисленных показателях.

3. Разработан алгоритм и реализована на ПЭВМ программа расчёта величины удельных приведённых затрат (себестоимости разработки единицы объёма грунта) и величины времени выполнения объёма работ, рассчитанная на оценку уже произведённых экскаваторов.

4. Проведена минимизация перечня исходной информации, необходимой для расчёта величины критерия оценки конкурентоспособности. Количество аргументов исходной информации доведено до 33.

5. Предложена методика оценки конкурентоспособности экскаваторов при наличии ограничения по времени производства работ. В методике используется программа расчёта удельных приведённых затрат.

6. Осуществлена оценка конкурентоспособности экскаваторов.

В результате произведённого исследования были получены зависимости, описывающие взаимосвязь изменчивости аргументов исходной информации с величиной удельных приведённых затрат и времени производства работ, для следующих аргументов:

- затраты на поддержание надёжности

- годовое количество потерь времени на поддержание надёжности

- коэффициент снижения рабочих скоростей движения относительно скоростей из условия технической производительности

- время на переключение рычагов управления

- средний объём разрабатываемых котлованов

- прочность разрабатываемого грунта, уд. плотномера ДорНИИ

- стоимость перебазирования

- коэффициент использования сменного времени

- налог на выброс вредных веществ

- стоимость сервисного обслуживания

- стоимость топлива.


При варьировании величины объёма работ на объекте видно, что его вариация не приводит к изменению конкурентоспособности между экскаваторами одной весовой группы, имеет место изменение конкурентоспособности между экскаваторами различных весовых групп.

При варьировании прочности разрабатываемого грунта конкурентоспособность изменяется как между экскаваторами одной весовой группы, так и между экскаваторами различных весовых групп.

Варьирование коэффициента использования сменного времени оказывает влияние на конкурентоспособность в том случае, если величина объёма работ на объекте мала, и большое количество времени затрачивается на перебазирования.

Варьирование величины потерь времени по техническим причинам и величины затрат на устранение отказов и неисправностей при условии того, что величина аргумента одинакова для всех экскаваторов, не оказывает влияния на конкурентоспособность. Влияние на конкурентоспособность проявляется в случае различия в численных значениях аргумента для различных экскаваторов. Что и имеет место в действительности.

При варьировании величины потерь времени на переключение органов управления и величины снижения средних скоростей движения изменение конкурентоспособности имеет место как в случае постоянного значения аргумента для всех экскаваторов, так и при переменном значении аргумента.

Варьирование стоимости топлива оказывает влияние на конкурентоспособность экскаваторов. Чем мощнее двигатель, тем больше топлива потребляет экскаватор. Чем дороже топливо, тем больше преимуществ у экскаваторов с невысокой мощностью двигателя.

Варьирование величины стоимости сервиса при условии постоянства её величины для различных экскаваторов, практически не оказывает влияния на конкурентоспособность. Но в действительности стоимость сервиса для различных экскаваторов различна. А при переменной её величине для различных экскаваторов имеет место изменение их конкурентоспособности.

Варьирование величины налога на выброс вредных веществ оказывает влияние на конкурентоспособность экскаваторов. При фиксированной величине налога для всех экскаваторов при варьировании его величины соотношение удельных приведённых затрат между экскаваторами изменяется.

Таким образом была достигнута цель настоящего исследования – был разработан, а также представлен в действии способ, позволяющий оценить конкурентоспособность экскаваторов.

Направления дальнейших исследований.

Для достоверной оценки конкурентоспособности необходимо обладать полным списком исходной информации. В реальных условиях собрать весь список исходной информации – весьма трудоёмкая задача. Поэтому существует потребность в сужении перечня исходной информации. Целесообразно получить зависимости, при помощи которых расчётным способом можно будет определять аргументы, информацию о которых сложно найти. К таким аргументам относятся показатели надёжности, эргономики, экологические показатели.

В настоящем исследовании была освещена только материальная часть оценки конкурентоспособности экскаваторов. Влияние на конкурентоспособность факторов, не имеющих непосредственного отношения к свойствам собственно экскаватора, не рассматривалось. К таким факторам можно отнести, например, известность фирмы-производителя экскаватора, доступность экскаватора на рынке, качество сервисного обслуживания, в частности, включающее в себя скорость поставки запасных частей, скорость ремонта и пр. Поэтому существует потребность в исследованиях, позволяющих произвести дальнейшую алгоритмизацию оценки конкурентоспособности экскаваторов.


ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мандровский К.П. Технико-экономическая модель оптимизации параметров экскаватора//Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: тез. докладов девятой московской межвузовской научно-технической конференции студентов и молодых учёных.- М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005.- С.103-104.

2. Мандровский К.П. Анализ показателей надёжности и экономических издержек при эксплуатации строительных машин// Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: тез. докладов десятой московской межвузовской научно-технической конференции студентов и молодых учёных.- М.: Альтаир, 2006.- С.121-124.

3. Г.Н. Карасёв, К.П. Мандровский. Анализ взаимосвязи показателей надёжности и экономических издержек при эксплуатации строительных машин// Исследование и разработка машин для строительства, ремонта и содержания, автомобильных дорог и аэродромов: Сборник научных трудов МАДИ.- М.: МАДИ, 2005.- С.106-113.

4. Мандровский К.П. Технико-экономические модели при оптимизации параметров и оценке конкурентоспособности экскаваторов// Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: тез. докладов одиннадцатой московской межвузовской научно-технической конференции студентов и молодых учёных.- М.: МИИТ, 2007.-С.121-123

5. Мандровский К.П. Влияние потерь времени при осуществлении управления на конкурентоспособность экскаватора// Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: тез. докладов двенадцатой московской межвузовской научно-технической конференции студентов и молодых учёных.- М.: МГСУ, 2008.-С.116-120

6. Мандровский К.П. Оценка конкурентоспособности строительных одноковшовых экскаваторов//Дорожная держава #5/2007.-С. 50-52.

7. Карасёв Г.Н., Мандровский К.П. Анализ технико-экономической модели работы экскаватора// Вестник МАДИ(ГТУ), вып. 3(10), 2007.-С.54-56

8.Карасёв Г.Н., Мандровский К.П. Технико-экономические модели оптимизации параметров и оценки конкурентоспособности экскаваторов// Строительные и дорожные машины 7/2007.-С.16-18.