Курсовая работа: Оптимизация зоны текущего ремонта легкового автотранспортного предприятия

Преимущества алгоритма представленного типа - простота и абсолютная реализуемость на любом примере, универсальность, малое число входных величин. Такой подход позволяет довольно легко и точно учитывать особенности потока отказов и его стохастический характер в каждом конкретном случае. Впрочем, данная схема достаточно консервативна, поскольку полученное таким путем математическое описание обладает ограниченностью применения в составлении описания работы сложных технических систем. Это связано с тем, что здесь возможно их моделирование лишь за ретроспективный период, в течение которого происходил сбор статистических данных, а в случае любого изменения закономерностей теряется адекватность модели реальному объекту. Кроме того, данная схема, несмотря на ее академичность, с точки зрения прикладных аспектов работы предприятий имеет ряд недостатков: невозможность учесть сменность и специфический режим работы производства, возможный приоритет в обслуживании и др.

Общий методологический подход оптимизации числа однотипных постов ТР при помощи формул и в рамках допущений ТМО является алгоритм программы «Optim» [11]. Определение оптимального числа постов начинается с минимального технологически необходимого количества, причем в процессе работы программы на каждом шаге последовательно увеличивается на один. При этом определяются и выводятся в виде отчета параметры загрузки системы - Р0, П, Хс; производительности работы - Мх, Тх. Процесс моделирования повторяется до тех пор, пока значение суммарных потерь удельного дохода W не достигнет минимально возможного значения. Полезными свойствами ПО являются возможность наряду с определением общей мощности зоны ТР и оптимизации ее режима работы, также параллельная оптимизация производственных мощностей по ТО и диагностированию. Существенный недостаток данной разработки в контексте решаемой задачи -- моделирование входящего потока требований, как исключительно стационарного, на основании приведенного параметра потока отказов, а также принятие всех постов ТР однотипными по умолчанию.

Особого внимания заслуживает современное ПО «ModellingRZ», представленное в работе Сергиенко Е. В. [13]. Назначение программы - моделирование работы зоны ТР в условиях неравномерности поступления автомобилей и оптимизация числа постов ТР. В ходе экспериментальных исследований автором изучена вариация факторов - природно-климатических (tвоз - температура воздуха, Doc - доля дней с осадками), технико-эксплуатационных (l - интенсивность эксплуатации автомобилей, ЗРТд , 3Pw - законы распределения длительности ремонтного воздействия Тд и w, Si -распределение отказов по системам) в течение года. Среднее значением параметра потока отказов w для отдельных автомобилей и величина суммарной интенсивности потока отказов лсум для парка в целом определяется на основании регрессионных уравнений, коррелирующих tвоз , Doc и l с данными откликами. Учет вариации факторов tвоз, Doc, l, ЗРТд, 3Pw производится «помесячно», a Si - «посезонно», за счет чего имитируется нестационарный характер реального потока требований на ТР. При реализации алгоритма стохастический процесс обслуживания также моделируются при помощи генераторов случайных чисел в зависимости от вида и параметров ЗРТд, 3Pw в каждом месяце года. Моделирование работы по выполнению заявок осуществляется путем последовательной обработки каждой в три этапа: генерация времени поступления через среднее значение и закон распределения параметра потока отказов в данный период, розыгрыш при помощи генератора случайных чисел продолжительности обслуживания Тд по различным, в зависимости от месяца года, вероятностным законам; фиксация времени окончания обслуживания; сбор статистики и печать отчетов, переход к обработке следующей заявки. Количество постов изменяется автоматически в пределах заранее заданного интервала, NTPопт выводится аналогичным образом, по критерию минимума капитальных и текущих затрат: ЗЗОН + 3ПРОСТ + ЗСТР = min (ЗЗОН - затраты на содержание зоны ТР; ЗПРОСТ - затраты от простоя автомобилей в ожидании ремонта; ЗСТР - затраты на строительство ремонтных мощностей).

Подобный подход к решению задачи дает возможность учесть в модели ряд значимых факторов, формирующих размер производственной программы по ТР и неравномерность поступления, в частности, как здесь - природно-климатических и технико-эксплуатационных. Прочие преимущества: современная программная оболочка, удобство применения, широкая универсальность и вместе с тем, возможность на стадии технологического расчета адаптировать результат для предприятий, находящихся в разнообразных условиях, учесть некоторую «сезонность» работы технической службы. Впрочем, оборотной стороной являются привязка программы к «вмонтированным» в нее регрессионным моделям. Предназначенное к применению на АТП общего пользования и в управлениях технологического транспорта, представленное ПО малоприменимо с точки зрения технологического расчета грузопассажирских АТП, имеющих в работе другие приоритеты. Это связано, прежде всего, с тем, что здесь учитывается только сезонная вариация потока отказов, в то время, как для ПАТ не менее важны также суточная, недельная, и т. д.

Другая заслуживающая внимания схема расчета реализована в виде программы для ЭВМ в диссертационной работе Хабибуллина Р. Г. [15]. Назначение алгоритма - расчет загрузки постов ТР на СТО. Схема, в сравнении с представленной в [3], менее компактна, требует значительных ресурсов ЭВМ и занимает больше времени при моделировании.

В данном случае несколько проще подготовить исходные данные - большинство необходимых для моделирования закономерностей достаточно представить в виде расчетного (усредненного) числового ряда. Такая технология расчета свободно адаптироваться к изменению ситуации, в частности, к увеличению (уменьшению) производственной программы по ТР, смене режима работы, организационных форм производственных процессов и т.д.

Схожие по применяемому оборудованию и оснастке работы предлагается объединить в однородную группу и выполнять на рабочих постах одного типа. Моделирование поступления заявок происходит до тех пор, пока объем работы, представленной всеми обращениями в ремонт, не достигнет расчетных значений. Каждый пост однородной группы обладает некоторым фондом рабочего времени. Если заявка попадает в определенный временной интервал, еще не «занятую» часть этого фонда, то её заявленная трудоемкость добавляется к объемам выполненных работ.

Поскольку в работе [15] речь идет о модели СМО с потерями (СТО), то в чистом виде данная схема определения показателей загрузки зоны ТР не подходит. Впрочем, здесь содержится весьма ценная идея - определение перечня атрибутов каждой заявки путем последовательного включения в работу нескольких генераторов случайных чисел, моделирующих вероятность того, что требование будет отнесено к определенному сезону, дню, времени рабочей смены, виду трудоемкости работ. Это позволяет в ходе запуска программы достоверно сымитировать реальную неравномерность поступления заявок на ТР, а также предоставляет возможность «разбивки» заявок по видам работ и времени обслуживания. Впрочем, схеме присущи недостатки, снижающие её гибкость и потенциал алгоритма для модифицирования и модернизации. Прежде всего, это построение по принципу последовательного перебора каждой заявки, а также безусловная однотипность ПС по умолчанию.

На основании выполненного обзорного анализа можно прийти к выводу, что существующие методики определения необходимого числа постов ТР, имитационные модели и программное обеспечение наряду с их очевидной научно-технической значимостью и преимуществами обладают рядом недостатков, ограничивающих их эффективное использование для технологического расчета автотранспортных предприятий. Все они предоставляют возможность определения с той или иной точностью общего числа постов ТР. Вместе с тем, практически все существующие подходы не подразумевают решения задачи определения оптимального соотношения постов ТР различного типа с целью получения суммы минимальных затрат. Определение оптимальной мощности и структурного состава этого элемента ПТБ является актуальным способом повышения технической готовности подвижного состава АТП. При этом наиболее эффективным инструментом решения задач оптимизации средств автообслуживания на современном этапе развития вычислительной техники представляется способ исследования сложных стохастических систем, именуемый имитационное моделирование.

Проведенный обзорный анализ способов оптимизации мощности АТП за счёт регулирования количеством необходимых постов ТР свидетельствует о том, что в подсистеме ТР имеется значительный потенциал, позволяющий повысить эффективность использования имеющегося парка автобусов. В связи с этим весьма актуальна разработка методологической основы определения оптимальной мощности зоны ТР и ее структурного состава с учётом специфики грузовых АТП.

На основании анализа состояния вопроса, целью данного научного исследования является повышения эффективности работы предприятий за счет наиболее правильного расчёта оптимального количества постов ТР (оптимизации мощности системы ТР) на основе критерия снижения эксплуатационных издержек на содержание постов зоны ТР и убытков от простоя автомобилей в ожидании обслуживания.

Исходя из поставленной цели, в рамках данной работы решаются следующие задачи:

1. Разработать математическую модель зоны ТР как СМО

2. Обосновать методику определения оптимального соотношения постов в структуре зоны ТР.

3. Обработать статистические данные времени ТР и установить закономерности функционирования изучаемой системы.

Раздел 2. Теоретические исследования. Разработка математической модели зоны текущего ремонта как системы массового обслуживания

Принцип организации производства текущего ремонта (ТР) - предметный - выделяет в качестве объекта весь автомобиль (предмет). Это обстоятельство оказывает существенное влияние на организационную структуру основного производства системы ТР. Так предполагается, что все посты универсальные, отсутствует деление всей системы на зоны.

Рис.3. Структура основного производства системы ТР с общей очередью требований

С позиции теории массового обслуживания структуры система имеет следующие элементы: входящий поток требований N_c, очередь требований М_ож, определенное количество постов X, выходящий поток требований N_b.

Исходные данные по рассматриваемому легковому АТП:

· Средняя продолжительность ремонта t_ТР = 0,1 раб. день (0,8 час.)

· Интенсивность поступления автомобилей в систему ТР N_c = 5 авт./сутки

· Стоимость потерь от простоя автомобиля в очереди за единицу времени (рабочий день) Z_А = 40000 руб.

· Стоимость потерь от простоя одного поста за ед. времени Z_X = 12000 руб.

Для анализа основного производства необходимо определить следующие параметры:

- интенсивность ремонта м;

- средняя длина очереди автомобилей М_ож;

- удельные денежные затраты при функционировании системы C_u.

Определение названных параметров возможно при использовании математического аппарата теории массового обслуживания, применяемого для разомкнутых систем.

1. Интенсивность ремонта - параметр показательного закона времени ремонта t_ТР автомобиля в системе:

2. Приведенная плотность потока автомобилей на ремонт, численно выражающая технологически необходимое число постов X_Т, найденное без учёта случайного процесса в системе:

3. Вероятность образования очереди автомобилей: П = 0,450,65

Для расчёта принимается П = 0,65

4. Средняя длина очереди:

где X - общее число постов в системе;

X_св - среднее число свободных от обслуживания постов системы (резервное количество постов)

5. Удельные денежные затраты, получающиеся при функционировании системы:

Для формирования расчётной модели системы ТР учитываются следующие принципы:

- в силу случайного характера возникновения отказов автомобилей и его агрегатов, показательного распределения продолжительности выполнения технических воздействий суточная производительность системы ТР W_c должна быть больше интенсивности входящего потока требований N_c;

- превышение производительности системы W_c над интенсивностью суточного потока N_c должна обеспечиваться резервом мощности системы ТР ц, то есть дополнительным числом постов X_св;

- для оптимизации количества постов в системе необходимо использовать целевую функцию, связывающую потери от простоя автомобилей и потери от простоя постов - выражение (10).

Таким образом, для оптимизации количества постов ТР, как основного параметра системы ТР, определяющего её производительность и эффективное функционирование, составляем математическую модель системы на основе минимизации целевой функции C_u. При этом оптимальное количество постов определяется, когда целевая функция принимает наименьшее значение C_{u min}.

Для этого используем аналитический способ определения оптимального количества постов.

С учетом приближенного выражения (9) целевая функция (10) принимает следующий вид:

При дифференцировании (11) по X_св получаем выражение:

Отсюда

Оптимальное количество постов находится по выражению:

Графическая интерпретация определения оптимального количества постов аналитическим способом показана на рис. 4.

Рис. 4. Изменение целевой функции C_u при поиске оптимального количества постов X_opt

С учётом того, что Х_св ? 1,5, по выражению (11) определяются минимальные удельные денежные средства:

Вывод: в систему технического обслуживания автомобилей поступает случайный поток требований, колебания которого могут отличаться почти в два раза. Исходя из этого необходимо что бы система ТО и ТР имела резерв постов.

Оптимальное количество резервных постов как правило определяется технико-экономическим методом, в котором учитываются потери от простоя автомобилей и постов.

Для конкретной системы обслуживания и ремонта с входящим потоком требований Nc = 5 авт./сутки рекомендуется иметь оптимальное количество постов = 2. В этом случае система будет способна справится с повышенным значение входящего потока требований.

Раздел 2. Экспериментальные исследования. Обработка статистических данных времени текущего ремонта, t_ТР

Таблица 1Исходные данные