Системы мониторинга в управлении эффективностью и техническом аудите дорожных машин

 

Представлена оценка функциональных возможностей мониторинговых систем в управлении эффективностью техники. Приведен подход к назначению критериев эффективности. Рассмотрены направления мониторинга для различных дорожных машин.

Ключевые слова:мониторинговая система, эффективность, критерий эффективности, безопасность транспортных перемещений.

 

Мониторинг предполагает дистанционный контроль характеристик функционирования машин. Данный контроль в зависимости от типа используемой системы имеет определённую цель. В [1–3] приведена классификация мониторинговых систем. В соответствии с данной классификацией целью контроля может быть получение информации: о состоянии дороги; о режимных характеристиках работы отдельных элементов машин; о положении машины на электронной карте местности; о неправоправных действиях в отношении машины и прочее (см., например [4–6]).

Возможности современных мониторинговых систем позволяют решать отдельные задачи, составляющие часть функционального назначения машины, либо имеющие к нему косвенное отношение. Функциональное назначение машины определяется видом получаемой от неё продукции. Однако, вид получаемой продукции не даёт ответа на вопрос, какая прибыль будет получена. Прибыль зависит от объёма получаемой продукции и понесённых при этом затрат. Если сопоставить объём и качество получаемой продукции с понесёнными затратами, то полученный показатель позволит оценить и прибыль. При такой постановке вопроса можно абстрагироваться от экономических аспектов получения прибыли и иметь возможность рассмотреть сферу эксплуатации машин.

Эффективность дорожных машин.

Соизмерение количества полученной продукции с понесёнными затратами можно определить как технико-экономическую эффективность [7]. Одним из критериев оценки такой эффективности является себестоимость единицы продукции с учётом затрат на владение (СЕПВ). Для расчёта данного критерия необходим длинный перечень исходной информации, который практически невозможно собрать без использования специальных средств. Наличие системы мониторинга позволит собрать необходимую информацию и использовать данный критерий без ограничений.

Критерий СЕПВ достигает наилучших (наименьших, минимальных) значений при максимуме продукции и минимуме денежных затрат. Такое соотношение определяет, как привило, продукцию низкого качества и низкую безопасность эксплуатации машины. В связи с этим целесообразно использовать дополнительные критерии, определяющие качество и безопасность работ.

У машин циклического действия элементы работ выполняются последовательно, один за другим. Например, бульдозер и автогрейдер используются для планировочных работ, связанных с перемещением материала на некоторую дистанцию. По прохождении дистанции машина возвращается в исходную позицию, не выполняя при этом полезного действия. В данном случае рабочий цикл можно разделить на полезную и вспомогательную составляющую. Данные машины передвигаются с низкой скоростью, имеют рабочее оборудование с возможностью перемещения по коротким траекториям, и не передвигаются по дорогам. Здесь можно не рассматривать критерий безопасности, но необходимо принимать во внимание критерии СЕПВ и качества.

Например, погрузчик и экскаватор имеют рабочее оборудование с большим количеством степеней свободы, управляемое человеком — манипуляторное рабочее оборудование. Экскаватор при отрыве котлована или траншеи сначала набирает грунт в ковш, после чего транспортирует его в отвал или кузов машины. Часть рабочего цикла, связанная с копанием, определяет качество работ. Часть рабочего цикла, связанная с перемещением рабочего оборудования для выгрузки ковша и последующего возврата в забой, не оказывает прямого влияния на конфигурацию котлована, но именно в это время машина может опрокинуться, поскольку ковш не контактирует с грунтом. Иными словами, транспортные перемещения рабочего оборудования определяют безопасность выполнения работ. Здесь необходимо принимать во внимание критерии СЕПВ, качества и безопасности. В качестве критерия безопасности можно выбрать величину условного угла раскачивания машины в режиме транспортных перемещений рабочего оборудования.

Машины для содержания дорог эксплуатируются на проезжей части. С позиции безопасности этих машин целесообразно рассмотреть минимизацию помех транспортным потокам. С позиции качества работ — скоростной режим, необходимый для нормального протекания рабочих процессов. Собственно, дорожная машина становится таковой в периоды времени, когда она выполняет содержание дороги. В другие периоды пребывания на дороге она является обычным участником движения. В период использования по назначению одни и те же элементы рабочего цикла определяют качество и безопасность, но имеют противоположное действие на эти факторы. Для качества зачастую скорость нужно снизить, для безопасности — повысить, так как медленно движущийся объект приводит к заторам. В качестве критерия безопасности можно выбрать протяжённость затора или затруднения, образовавшегося на дороге в результате пребывания на ней дорожной машины.

Асфальтосмесительная установка непрерывного действия имеет набор рабочих процессов, протекающих одновременно. В основном, все системы установки имеют автоматизированное регулирование — участие человека минимизировано. Здесь нет факторов повышенной опасности и низкого качества, вносимых человеком. Целесообразен только критерий СЕПВ.

В целом, если машина эксплуатируется нормально обученным и неутомлённым оператором при достаточном качестве исходного сырья и нормальном качестве технических обслуживаний и ремонтов, то верно выбранное время (для машин циклического действия) или скорость (для машин непрерывного действия) выполнения типовых рабочих операций определит и безопасность и качество выполняемых работ. Если участие оператора сведено к контролю датчиков рабочих процессов, как это можно наблюдать в эксплуатации асфальтосмесительных установок, то здесь нет смысла рассматривать безопасность и качество работ отдельно от себестоимости единицы продукции.

Таким образом, в зависимости от группы рассматриваемых машин целесообразно использовать различные из перечисленных критериев. С другой стороны, сам критерий можно определять различными способами, а также комбинировать соотношения полученных значений критерия по определённой системе с целью получения аналитической информации конкретного назначения. Всё вместе определяет различные варианты концепций систем мониторинга.

Варианты систем мониторинга.

Например, можно сделать расширенный мониторинг технико-экономической эффективности с использованием критерия СЕПВ. Такой вариант применим к машинам, у которых нет жёстких требований к качеству работ (например, для экскаваторов). Критерий безопасности можно внедрить в систему при расчёте производительности машины, не выделяя его отдельным блоком, рассмотрев в составе СЕПВ. В результате такой вариант предусматривает специализированные математические модели для обработки информации, где присутствует расчётная оценка производительности и экономических показателей функционирования. Вариант предусматривает масштабный поиск перспектив повышения эффективности использования по набору направлений. Результаты такого анализа можно использовать в техническом аудите, поскольку они дают ответы на вопросы о том, какие ресурсы можно высвободить, и куда их направить как в сфере производства, так и в сфере эксплуатации машины.

Возможен экспресс-мониторинг технико-экономической эффективности, который не предусматривает поиска перспектив повышения эффективности функционирования техники, но позволяет выбрать наилучший образец машины под конкретные условия. Здесь не предусмотрен поиск идеального образца машины, как предыдущем варианте, но есть возможность выбрать лучшую машину из нескольких рассматриваемых. Также не предусмотрен расчётный анализ производительности — её нужно задать на базе опыта использования машин. Соответственно, нужны универсальные математические модели расчёта критерия СЕПВ.

Можно сделать мониторинг эффективности внедрения новых систем в управлении дорожными машинами. В отличие от предыдущих вариантов, где сравнивались разные машины одинакового функционального назначения, здесь оценивается одна и та же машина в двух разных состояниях — без системы, и с системой. Производится расчёт СЕПВ и определяется эффект.

Реализация мониторинга эффективности с коррекцией параметров позволит дать ответ на вопрос о там, как можно повысить эффективность конкретной машины относительно прочих машин аналогичного функционального назначения. Направления могут быть разными, например, можно определить, на какую величину нужно снизить затраты времени на поддержание надёжности, чтобы СЕПВ машины была лучше, чем у конкурентов.

Мониторинг безопасности транспортных перемещений грузов целесообразно применять к машинам с рабочим оборудованием манипуляторного типа, осуществляющих перемещение груза в пространстве (экскаватор, стреловой подъёмник, погрузчик). Здесь можно не рассматривать СЕПВ, но рассмотреть критерий безопасности (например — предельный угол условного раскачивания в наихудших условиях), определяющий минимальное время на транспортные перемещения рабочего оборудования.

Мониторинг безопасности транспортных перемещений машин на дорогах общего пользования предназначен для выявления режимов движения машин с минимальными помехами транспортным потокам по критерию длины затора или затруднения для конкретного рассматриваемого участка дороги. Здесь не предусматривается определение СЕПВ, но производится расчёт характеристик скоростного режима машины.

Выводы.

1.      Можно предложить следующие критерии для реализации в мониторинговых системах: себестоимость единицы продукции с учётом затрат на владение (СЕПВ — критерий технико-экономической эффективности); угол условного раскачивания (критерий безопасности для машин с рабочим оборудованием манипуляторного типа); длина затора или затруднения (критерий безопасности машин для содержания дорог); время на выполнение элемента рабочего процесса, определяющего качество работ (для машин циклического действия); скорость выполнения элемента рабочего процесса, определяющего качество работ (для машин непрерывного действия).
2.      В зависимости от группы рассматриваемых машин можно предложить варианты мониторинга с различными критериями:

          расширенный мониторинг технико-экономической эффективности — поиск перспектив повышения эффективности (по критерию СЕПВ) машин по набору направлений, предназначенный для определения характеристик идеальной машины;

          экспресс-мониторинг технико-экономической эффективности — подбор наилучшего образца машины (по критерию СЕПВ) из рассматриваемой выборки для выполнения конкретной работы;

          мониторинг эффективности внедрения новых систем в управлении дорожными машинами — оценка машины без системы и с системой (по критерию СЕПВ), т. е. рассматриваются два состояния машины;

          мониторингэффективности с коррекцией параметров — поиск ответа на вопрос о том, как можно повысить эффективность (по критерию СЕПВ) конкретной машины относительно прочих машин с аналогичным функциональным назначением;

          мониторинг безопасности транспортных перемещений грузов — оценка безопасности, которую целесообразно применять к машинам с рабочим оборудованием манипуляторного типа, осуществляющих перемещение груза в пространстве (экскаватор, стреловой подъёмник, погрузчик) по критерию условного угла раскачивания;

          мониторинг безопасности транспортных перемещений машин на дорогах общего пользования — выявление режимов движения дорожных машин с минимальными помехами транспортным потокам по критерию длины затора или затруднения для конкретного рассматриваемого участка дороги.

3.                Результаты мониторинга можно использовать в техническом аудите, поскольку они дают ответы на вопросы о том, какие ресурсы можно высвободить, и куда их направить.

 

Литература:

 

1.                Мандровский К. П. Системы мониторинга дорожно-строительных, транспортных машин и дорожных покрытий // Интерстроймех-2015 материалы международной научно-технической конференции. — Казань: Казанский государственный архитектурно-строительный университет, 2015. — С. 310–315.
2.                Мандровский К. П. Предпосылки к мониторинговой системе управления технико-экономической эффективностью машин дорожной отрасли // Дорожная держава. — 2014. — № 56. — С. 72–74.
3.                Шестопалов К. К., Мандровский К. П. Обзор и анализ систем дистанционного контроля дорожных машин // Дорожная Держава. — 2015. — № 61. — С. 34–37.
4.                Головин С. Ф. Оценка эффективности и мониторинг использования дорожно-строительных машин
5.                // Механизация строительства. — 2013. — № 4(826). — С. 11–17.
6.                Озорнин С. Ф., Бердиков И. Е. Совершенствование организации мониторинга изменений технического состояния машин в эксплуатации // Вестник ЗабГУ. — 2014. — № 08(111). — С. 64–69.
7.                Манаков А. Л., Алехин А. С., Коларж С. А. Система непрерывного мониторинга путевых машин // Вестник СГУПСа. — 2012. — № 28. — С. 173–177.
8.                Мандровский К. П. Оценка конкурентоспособности дорожно-строительных машин (на примере одноковшового гусеничного экскаватора): автореф. дис. канд. техн. наук: 05.05.04. — М., 2008.