Економіко-математична формалізація адаптивної системи технічного обслуговування і ремонту устаткування як системи оптимального управління гірничодобувним підприємством, що включає контури ідентифікації, оптимізації та корегування управлінських рішень.
Аннотация к работе
Жорстке лімітування усіх видів ресурсів для ТОІР на гірничовидобувних підприємствах призвело до того, що дефіцит запчастин під час ремонтів упродовж року відчувається в 70-80% випадків, графік планово-попереджувальних ремонтів (ППР) виконується всього на 10-15%, різко зросла кількість аварійних ситуацій, імовірність безвідмовної роботи устаткування протягом зміни складає 0,1-0,3. В умовах значного спрацювання гірничого устаткування і лімітування витрат на його відновлення система ППР не забезпечує необхідних показників виробничої експлуатації гірничих машин - продуктивність устаткування знижується на 30-50%. Викладене вище дозволяє стверджувати про необхідність проведення досліджень закономірностей відтворення основних засобів виробництва в сучасних умовах господарювання гірничовидобувних підприємств та розроблення нового, економічно обґрунтованого підходу до відновлення працездатності гірничого устаткування в процесі технічної експлуатації, що забезпечить підвищення ефективності функціонування ремонтних господарств. Ідея роботи полягає у розробленні та використанні адаптивної системи ТОІР, яка одночасно враховує ретроспективні техніко-економічні показники експлуатації устаткування, індивідуальні умови роботи машин та поточні виробничо-економічні можливості підприємства для відновлення працездатності устаткування. Для вирішення поставлених задач використано методи техніко-економічного, кореляційно-регресійного, факторного та ситуаційного аналізу (для дослідження економічних процесів відтворення основних засобів виробництва та параметрів системи відновлення працездатності устаткування підприємств); методологію управління проектами (для економіко-математичної формалізації адаптивної системи ТОІР устаткування); метод групового урахування аргументів (для моделювання керованих параметрів адаптивних проектів ТОІР в умовах малих статистичних вибірок та ситуаціях, що швидко змінюються); методи дослідження операцій (для розроблення математичного забезпечення АІС ремонтної служби гірничовидобувного підприємства); метод порівняльного економічного аналізу (для оцінки економічної ефективності адаптивної системи відновлення працездатності устаткування).
Список литературы
Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в 14 наукових працях, з яких 5 - у фахових виданнях. Загальний обсяг публікацій - 2,41 друк. арк. Особисто автору належить 1,82 друк. арк.
Обсяг і структура дисертації.
Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Повний обсяг дисертації 200 сторінок компютерного набору, в тому числі 46 ілюстрацій, 13 таблиць, 140 найменувань списку використаних джерел, 6 додатків.
Основний зміст дисертації
У першому розділі
"Економічні аспекти відновлення працездатності устаткування промислових підприємств" проведено ретроспективний аналіз передумов необхідності відновлення працездатності засобів праці та формування витрат на його здійснення в суспільному виробництві, критеріїв оцінки ефективності технічної експлуатації устаткування підприємств, проаналізовано стан нормативної бази та практики технічного обслуговування і ремонтів устаткування гірничих підприємств, а також виконано аналіз вітчизняних і закордонних наукових розробок у галузі управління відновленням працездатності устаткування гірничих підприємств з визначенням питань, що залишилися невирішеними.
Вирішенню проблеми ефективного відновлення працездатності засобів виробництва присвячена велика кількість досліджень, проведених науковими школами, що сформувалися в Києві, Донецьку, Дніпропетровську, Харкові, Кривому Розі та ін. містах.
До кінця минулого сторіччя було розроблено науково обґрунтовану систему знань по підвищенню ефективності діяльності ремонтних господарств підприємств та створено унікальну систему ППР, що добре зарекомендувала себе в умовах директивної економіки. Однак уже тоді фахівці привертали увагу до того, що умови експлуатації технологічного устаткування гірничих підприємств дуже відрізняються своєю непостійністю та різноманітністю від умов на підприємствах фабрично-заводського типу.
Перехід України до ринкової економіки збільшив диференціацію виробничо-економічних можливостей гірничих підприємств та загострив вказану проблему.
Дослідження показали, що на гірничих підприємствах понад нормативний термін служби працює більш 50% устаткування, за останні 10 років частка випадкових збурень у системі ТОІР устаткування впродовж року досягла 85-90% від загальної кількості керованих факторів, графік ППР виконується всього на 10-15%, дефіцит запчастин під час ремонтів відчувається в 70-80% випадках. Різко зросла кількість аварійних ситуацій. Кошти, що виділяються на планові ремонти, поглинаються на ліквідацію аварій.
У результаті аналізу техніко-економічних показників роботи гірничих підприємств встановлено, що при ступені спрацювання устаткування 60-100% коефіцієнт резерву збільшується з 1,25 до 1,55-1,75, імовірність безвідмовної роботи протягом зміни складає 0,1-0,3, витрати на ліквідацію аварій перевищують витрати на ППР у 1,2-1,5 рази.
Система управлінського обліку не дозволяє реально оцінити ефективність ТОІР - витрати на планові та аварійні ремонти враховуються разом.
Таким чином, у сучасних умовах високого спрацювання гірничих машин та лімітування витрат на відновлення їх працездатності неможливо орієнтуватися тільки на існуючу систему ППР. При розробленні графіків ТОІР та організації їх проведення необхідно враховувати індивідуальні особливості устаткування, термін служби машин і умови експлуатації.
Ремонтні господарства намагаються удосконалювати систему ППР шляхом корегування ремонтних нормативів. Однак аналіз практики показує, що емпіричні підходи не дають бажаних результатів.
Тому на перший план виходить задача економічного обґрунтування і розроблення адаптивної системи відновлення працездатності устаткування, у якій максимально використані досягнення існуючої системи ППР і здійснена її адаптація під реальну виробничо-економічну ситуацію на гірничих підприємствах у конкретний момент часу.
У другому розділі
"Методологічні основи адаптації системи технічного обслуговування і ремонтів устаткування до поточної виробничо-економічної ситуації на підприємстві" розглянуто економічну сутність відновлення працездатності устаткування в сучасних умовах та організацію ТОІР на гірничих підприємствах, проаналізовано ефективність використання існуючої системи ППР, досліджено умови експлуатації устаткування гірничих підприємств та здійснено економіко-математичну формалізацію адаптивної системи ТОІР устаткування підприємства на основі методології управління проектами.
У результаті досліджень встановлені основні техніко-економічні показники, що найбільш повно описують стан системи ТОІР:
де ТСІ, УЕІ, ВРІ, СРІ - відповідно, технічний стан, умови експлуатації, витрати на ТОІР і стан ресурсів у i-ий момент часу.
Впливаючи на параметри стану системи, особливо на витрати і стан ресурсів, можна змінювати якість її функціонування.
Для підтвердження цього факту змодельований вплив параметрів системи ТОІР (міжремонтний період та витрати на ремонти) на надійність роботи виймально-навантажувального комплексу, устаткування якого відрізняється строком та інтенсивністю експлуатаці, а також працює в різних умовах (на видобувних та відвальних роботах). Отримані залежності ймовірності безвідмовної роботи та сумарних річних витрат на ремонти від міжремонтних періодів для різних груп екскаваторів наведені на рис. 1.
З графіку видно, що використання усереднених ремонтних нормативів призводить до збільшення витрат на ремонти порівняно з витратами, які необхідні при адаптивному підході до визначення параметрів ремонтних циклів. Виявлена залежність є вірною для будь-яких рівнів надійності машин, що показано різними квантилями розподілу ймовірності безвідмовної роботи.
Результати проведених досліджень дозволяють стверджувати, що ремонтне господарство підприємства необхідно і можна розглядати як систему оптимального управління. Вона належить до стохастичних систем, а її функціонування може бути формалізовано як задача статичної оптимізації.
Критерій оптимальності де X - множина ресурсів ремонтного господарства (матеріальні, трудові, часові та ін.); Y - множина варіантів розподілення ресурсів; Q - множина контрольованих параметрів управління; U - множина неконтрольованих параметрів середовища.
Локалізацію критерію пропонується здійснювати у двох напрямках: - мінімізація сумарних витрат на відновлення працездатності екскаваторів при забезпеченні заданого рівня надійності;
- максимізація надійності роботи кожної одиниці устаткування при заданому рівні витрат на ТОІР.
Організаційно-економічний механізм пошуку екстремуму критерію оптимальності та досягнення раціонального компромісу між прагненням до мінімуму витрат на ТОІР і максимуму надійності роботи устаткування реалізується за рахунок варіювання керованих змінних, які одночасно впливають на витрати та надійність.
До керованих параметрів системи ТОІР належать: види ремонтів, міжремонтний період, час простою в ремонті, трудомісткість ремонту, витрати на планові та аварійні ремонти.
Встановлено, що всі ці параметри мають ймовірний характер, причому з ускладненням виробничо-економічної ситуації на підприємстві довірчий інтервал їх оцінок збільшується, а швидка зміна ситуацій ускладнює їх прогнозування за допомогою методів, що використовуються до сьогоднішнього дня.
Аналіз вітчизняної та зарубіжної літератури показав, що ефективним засобом управління в умовах, які змінюються, та системах, що розвиваються, в умовах нестабільності середовища і невизначеності інформації, в умовах слабко контрольованої зміни параметрів та дефіциту ресурсів є управління адаптивними проектами. Сутність адаптивного підходу полягає в розробленні та реалізації таких проектів ТОІР, які дозволяють найбільш адекватно реагувати на зміну внутрішніх та зовнішніх умов їх проектування та реалізації, що забезпечується раціональним використанням існуючих положень ППР, урахуванням індивідуальних особливостей експлуатації машин та створенням адаптивних інструментів управління їх обслуговуванням і ремонтами.
На основі розгляду системи ТОІР устаткування з позиції методології управління проектами розроблена формалізована структурно-логічна модель ремонтного господарства гірничого підприємства. Вона має такі основні елементи: - база даних, що містить у собі нормативно-довідкову базу ППР та накопичує техніко-економічну інформацію про стан кожної одиниці устаткування, відповідно до класифікації умов експлуатації;
- база моделей, що становить контур ідентифікації, який формує стабілізуючу дію, тобто параметри ремонтного циклу в поточних умовах роботи машин;
- обєкт керування, що становить процес відновлення працездатності устаткування;
- функції і підсистеми управління проектами ТОІР.
Оптимізація параметрів системи ТОІР не може бути здійснена шляхом одноразового вирішення задачі управління ремонтним господарством навіть з використанням сучасної компютерної техніки. Різноманіття і складність взаємодії цих параметрів обумовлює необхідність використання системи моделей, структура якої наведена на рис. 2.
Адаптація проектів ТОІР до індивідуальних умов експлуатації устаткування та виробничо-економічних можливостей підприємства здійснюється за рахунок використання таких контурів управління (рис. 2): - ідентифікації, який здійснює розпізнавання поточних умов технічної експлуатації устаткування, виробничо-економічних можливостей підприємства та їх математичну формалізацію;
- оптимізації, який за допомогою комплексу економіко-математичних моделей формує оптимальні техніко-економічні показники системи відновлення працездатності устаткування;
- корегування, який за рахунок зворотного звязку встановлює ступінь адекватності моделей управління проектами ТОІР устаткування та реагує на відхилення техніко-економічних показників і виникнення аварійних ситуацій.
Для встановлення ефективності адаптації проектів ТОІР розроблено метод попередження критичних ситуацій. Ідея методу полягає в оцінці адекватності системи відновлення працездатності устаткування поточним виробничо-економічним умовам на основі прогнозування поведінки техніко-економічних показників на перспективних часових інтервалах (рис. 3).
За результатами оброблення ретроспективної статистики на конкретному горизонті прогнозування (рік, квартал і місяць) розраховується довірчий інтервал, здійснюється екстраполяція і визначається точка перетинання (трекинг-сигнал) прогнозуючого тренду з границею довірчого інтервалу випередження. Положення трекинг-сигналу в тактичній зоні інтервалу випередження свідчить про наближення критичної ситуації і вимагає прийняття відповідних стратегічних, тактичних та оперативних управлінських рішень.
Запропонована методологія адаптації системи ТОІР устаткування до поточної виробничо-економічної ситуації на гірничовидобувному підприємстві дозволяє звязати в єдиний збалансований комплекс усі наявні ресурси ремонтного господарства і підтримувати його в оптимальному режимі в процесі реалізації за рахунок коригувальних впливів.
У третьому розділі
"Техніко-економічна оцінка реалізації адаптивної системи відновлення працездатності гірничого устаткування" проведено дослідження керованих техніко-економічних параметрів адаптивної системи відновлення працездатності устаткування, розроблено методику формування адаптивних проектів ТОІР і здійснено економічну оцінку практичної реалізації адаптивних проектів ТОІР на прикладі екскаваторів залізорудних карєрів.
Параметри економіко-математичних моделей, які наведені на рис. 2, у звязку з динамічністю виробничо-господарської діяльності постійно змінюються. Тому кореляційно-регресійний аналіз не забезпечує необхідної достовірності їхніх оцінок. У результаті аналізу науково-технічної літератури знайдено метод МГУА, що дозволяє в кожній конкретній ситуації по мінімальній кількості статистичних даних визначати єдину модель оптимальної складності.
Для економічного обґрунтування адаптивної системи ТОІР проведено дослідження експлуатаційної надійності машин і комплексів гірничовидобувних підприємств. Найбільш презентабельним обєктом досліджень парку гірничого обладнання є виймально-навантажувальне устаткування, яке представлене різними типорозмірами екскаваторів (ЕКГ-12,5, ЕКГ-10, ЕКГ-8І, ЕКГ-5А та ін.) різного строку експлуатації (від 1 до 20 років), що працюють на різних роботах (видобувні, розкривні, перевантажувальні, відвальні та ін.), відвантажуючи породи з різними фізико-механічними властивостями.
За допомогою МГУА установлені стохастичні залежності техніко-економічних показників процесу технічної експлуатації екскаваторів від їх типу, терміну служби, умов та інтенсивності експлуатації на конкретному підприємстві. Моделі з найбільш характерними формами звязку наведені в табл. 1.
Таблиця 1
Моделі оптимальної складності, що отримані за допомогою МГУА в умовах ремонтного господарства Південного ГЗК
Типорозмір Види роботи Рівняння моделі Значення критерію регуляризації
ВППР = 77,4 0,5Тсл 5,17Ln(Кінт) 0,617 де Тав - тривалість аварійного ремонту, год.; Nав - кількість відмов за зміну; Вав - витрати на аварійний ремонт, тис. грн.; ЧППР - трудомісткість планового ремонту, год.?люд.; ТППР - термін планового ремонту, год.; ВППР - витрати на плановий ремонт, тис. грн.; Nроб - кількість машин у роботі; Тсл - середній строк експлуатації екскаваторів, років; Кінт - коефіцієнт інтенсивності експлуатації.
Для пошуку оптимальних значень керованих параметрів розроблена економіко-математична модель, яка представлена нижче.
Цільові функції:
Обмеження з надійності роботи машин:
Обмеження з ресурсів:
Умови необхідної черговості ремонтів:
Умови одинарності та цілочисельності керованих змінних:
де Xit - Булева змінна, що означає початок проведення i-го ремонту у t-у зміну якщо Xit ? 0; - ймовірність відмови машини як функція від тривалості міжремонтного періоду та ймовірність безвідмовної роботи; - питомі витрати на проведення i-го ремонту та загальний ліміт витрат k-го ресурсу впродовж t-ї зміни; - собівартість k-го ресурсу;
- тривалість i-го ремонту.
Оптимізація керованих змінних моделі забезпечує досягнення раціонального компромісу між мінімумом витрат на ТОІР та максимумом надійності роботи устаткування в адаптивних системах відновлення працездатності гірничих машин.
Розроблені економіко-математичні моделі реалізовані як програмний модуль, що в складі програмного забезпечення Microsoft Project інтегрується в АІС ремонтної служби гірничого підприємства.
Економічний ефект від упровадження розробленого програмного забезпечення на Південному ГЗК у розмірі 477,5 тис. грн. отримано за рахунок зменшення аварійних простоїв екскаваторів на 7 годин, збільшення видобутку руди на 14 383 тони, отримання з неї 5 753 тони концентрату і реалізації додаткової кількості продукції на ринку залізорудної сировини.
Висновки
В дисертації вирішено актуальну науково-практичну задачу економічного обґрунтування адаптивної системи відновлення працездатності устаткування гірничовидобувних підприємств, яка, на відміну від існуючих, забезпечує досягнення раціонального компромісу між мінімумом витрат на ремонти та максимумом надійності роботи машин шляхом урахування індивідуальних умов експлуатації устаткування та поточних виробничо-економічних можливостей підприємства і спрямована на підвищення ефективності функціонування ремонтних господарств. Це дозволяє сформулювати такі висновки: 1. Використання стратегії зниження витрат для підвищення конкурентоспроможності продукції гірничовидобувних підприємств загострило проблему відтворення активної частини основних засобів виробництва.
2. Переважним напрямом відтворення основних засобів в умовах низької інвестиційної привабливості підприємств є відновлення працездатності гірничого устаткування шляхом удосконалення системи ТОІР.
3. В умовах самофінансування гірничих підприємств та значного спрацювання технологічного устаткування підвищення ефективності систем ТОІР можливо на основі адаптації існуючої системи ППР до індивідуальних особливостей експлуатації машин та поточних виробничо-економічних можливостей підприємства за рахунок перерозподілу витрат на ремонти устаткування, що відрізняється умовами праці, строком служби тощо.
4. Розроблення організаційно-економічного механізму адаптації системи ТОІР доцільно здійснювати на основі методології управління проектами, яка дозволяє приймати ефективні управлінські рішення в умовах нестабільності середовища і невизначеності інформації, в умовах дефіциту ресурсів та швидкої зміни керованих факторів управління.
5. Як керовані параметри адаптивної системи ТОІР необхідно використовувати: види ремонтів, міжремонтний період, час простою в ремонті, трудомісткість ремонту, витрати на планові та аварійні ремонти.
6. Інструментами практичної реалізації адаптивної системи ТОІР є: метод вибору критерію пошуку компромісу між витратами на ремонти та надійністю устаткування; комплекс стохастичних економіко-математичних моделей, до якого входять моделі визначення структури ремонтного циклу, моделі прогнозування надійності та витрат на відновлення працездатності й моделі формування та корегування графіків ППР; метод встановлення адекватності моделей і параметрів управління поточним витратам на експлуатацію і ремонт машин та іншим виробничо-економічним можливостям підприємства.
7. Досягнення раціонального компромісу між прагненням до мінімуму витрат на ТОІР та максимуму надійності роботи устаткування забезпечується за рахунок варіювання керованих змінних, які одночасно впливають на витрати та надійність.
8. Застосування комплексу економіко-математичних моделей визначення структури ремонтного циклу для кожної одиниці устаткування та формування календарних графіків ППР дозволяє ідентифікувати ситуації технічної експлуатації гірничих машин, оптимізувати керовані параметри проектів ТОІР та корегувати управлінські рішення за результатами оцінки адекватності проектів умовам їх реалізації.
9. Встановлення адекватності моделей і параметрів управління системи відновлення працездатності устаткування поточним виробничо-економічним умовам доцільно здійснювати на основі прогнозування поведінки техніко-економічних показників ТОІР на перспективних часових інтервалах за допомогою МГУА.
10. Отримані залежності кількості одиниць устаткування, що виходять з ладу протягом зміни та середнього часу їхнього відновлення від загальної кількості машин в технічній системі, середнього строку служби та інтенсивності експлуатації, дозволяють складати типові субпроекти ліквідації аварій, підвищувати якість виконання ремонтних робіт та зменшувати термін ліквідації аварій.
11. Запропонована економіко-математична формалізація адаптивної системи ТОІР дозволяє автоматизувати процес управління відновленням працездатності устаткування та ефективно використовувати її в АІС ремонтних служб гірничовидобувних підприємств.
Список опублікованих робіт за темою дисертації
У наукових фахових виданнях: 1. Поліщук І.Г. Обґрунтування структури робіт і критерію економічної оцінки систем ремонтного обслуговування екскаваторів. // Економіка: проблеми теорії і практики. Збірник наукових праць. Дніпропетровськ: ДНУ. 2000. Випуск 43. С. 72-77.
2. Поліщук І.Г. Економіко-математичне моделювання системи технічного обслуговування і ремонтів устаткування гірничого підприємства. // Регіональні перспективи. 2003. №7-8(32-33). С. 83-84.
3. Темченко А.Г., Поліщук І.Г. Спосіб прогнозування динаміки техніко-економічних показників відновлення працездатності гірничого устаткування. // Економіка: проблеми теорії і практики. Збірник наукових праць. Дніпропетровськ: ДНУ. 2003. Випуск 185: В 4 т. Том III. С. 579-585. Особистий внесок: модель та алгоритм реалізації методу прогнозування техніко-економічних показників.
4. Темченко А.Г., Поліщук І.Г. До економічного обґрунтування адаптивної системи відновлення працездатності устаткування гірничовидобувних підприємств. // Регіональні перспективи. 2003. №9-10(34-35). С. 56-58. Особистий внесок: економічне обґрунтування необхідності впровадження адаптивної системи відновлення працездатності устаткування.
5. Поліщук І.Г. Дослідження керованих параметрів системи технічного обслуговування і ремонтів гірничого устаткування. // Економіка: проблеми теорії і практики. Збірник наукових праць. Дніпропетровськ: ДНУ. 2003. Випуск 186: В 4 т. Том III. С. 763-768.
В інших виданнях: 6. Турило А.М., Полищук С.Г., Полищук И.Г. Экономическая оценка и задачи системы ремонтного обеспечения экскаваторов в условиях рынка. // Сб. науч. Трудов Механобрчермет. Часть 3. Кривой Рог. 1999. С. 161-165. Особистий внесок: аналіз фактичного стану та формування першочергових завдань підвищення ефективності систем ТОІР гірничого устаткування.
7. Турило А.М., Поліщук І.Г. Структура системи ремонтного обслуговування засобів праці крупних залізорудних карєрів. // Матер. XI міжнар. наук.-прак. конф. “Стратегія економічного розвитку в умовах глобалізації.” Том II. Чернівці: ЧТЕІ КТЕУ, 2000. С. 326-328. Особистий внесок: аналіз взаємозвязків умов експлуатації екскаваторів зі складом і обємом робіт, побудова схеми структурного уявлення системи ТОІР, обґрунтування критерію оцінки ефективності систем ТОІР.
8. Поліщук І.Г. Критерій економічної оцінки ремонтів навантажувальної техніки на залізорудних карєрах і прогнозування частоти ремонтів. // Матер. XII міжнар. наук.-прак. конф. “Стратегічні пріоритети розвитку регіонів у системі економічної політики в Україні.” Вип.II. Чернівці: ЧТЕУ, 2001. С. 132-134.
9. Полищук И.Г. Методология адаптивного проектирования ремонтов и обслуживания технологического оборудования горнодобывающих предприятий. // Сб. науч. трудов НГУ Украины. 2002. №15, Т.1. С. 142-146.
10. Полищук И.Г. Проблемы и пути совершенствования управления системой ремонтов и обслуживания горного оборудования в современных условиях. // Матер. міжнар. наук.-практ. конф. “Наука і освіта 2003”. Т.27. Дніпропетровськ, 2003. С. 66-68.
11. Турило А.М., Поліщук І.Г. Удосконалення системи ремонтів устаткування як технологічний фактор підвищення конкурентоспроможності гірничих підприємств. // Матер. II міжнар. конф. “Науково-технічний розвиток: економіка, технології, управління.” Київ, НТУ України, 2003. С. 144-145. Особистий внесок: обґрунтування системи управління адаптивними проектами, аналіз можливостей використання сучасних інформаційних технологій та критерії оцінки календарних графіків ППР.
12. Полищук И.Г. Моделирование системы ремонтов и обслуживания оборудования горного предприятия на основе метода группового учета аргументов. // Науковий вісник НГУ. Дніпропетровськ, 2003. №5. С. 50-54.
13. Турило А.М., Полищук И.Г. Исследование и разработка методики адаптивного проектирования ремонтов и обслуживания технологического оборудования горных предприятий. // Сб. науч. трудов ГНИГРИ междунар. науч.-техн. конф. Кривой Рог, ГНИГРИ, 2003. С. 257-265. Особистий внесок: аналіз технічної експлуатації гірничо-транспортного устаткування на ГЗК Крив басу, обґрунтування необхідності використання методології управління проектами та методу групового урахування аргументів для підвищення ефективності управління системами ТОІР.
14. Полищук И.Г. К обоснованию методики адаптивного управления ремонтами оборудования горных предприятий. // Вісник КТУ, 2003. Вип.1. С. 144-145.