Лабораторная работа и компетенции

ВВЕДЕНИЕ

 

Увеличивающиеся с каждым годом объемы строительства сети автомобильных дорог, реконструкция и совершенствование существующих магистралей требуют повышения производительности использования технологических машин, составляющих основу самоходной техники. И в то же время, по мере нарастания научно-технического прогресса, происходит усложнение конструкции и интенсификация режимов функционирования подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин и оборудования. Эти процессы, естественно, вызывают необходимость ужесточения требований надежности, предъявляемых при проектировании, производстве, эксплуатации и утилизации техники.

Настоящие методические рекомендации позволяют студентам овладеть навыками решения технических задач по обеспечению эффективного использования материально-технических баз предприятий, что является целью разработки. В методических рекомендациях представлены материалы, позволяющие студентам самостоятельно осваивать теорию и выполнять лабораторную работу по дисциплине «Эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных средств и оборудования». В рекомендациях даны примеры расчетов с использованием табличного процессора Microsoft Office.

 

Принятые в работе условные обозначения:

ИТ – информационные технологии;

МР – методические рекомендации;

ПТС – предприятие технического сервиса;

СО – сезонное техническое обслуживание;

ТО – периодическое техническое обслуживание;

ТР – текущий ремонт;

ТС – технический сервис.

 

Лабораторная работа и компетенции

Освоения дисциплины

 

 

Целью освоения дисциплины является формирование у обучающихся компетенций в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и образовательной программы. 

К основным задачам освоения дисциплины следует отнести:

-   приобретение обучающимися знаний, умений, навыков и (или) опыта профессиональной деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций в соответствии с учебным планом и календарным графиком учебного процесса;

-   оценка достижения обучающимися планируемых результатов обучения как этапа формирования соответствующих компетенций.

Выпускник должен обладать компетенциями, формируемыми в результате освоения учебной дисциплины:

- способностью организовывать работу по эксплуатации наземных транспортно-технологических средств и комплексов (ПК-14);

- способностью проводить теоретические и экспериментальные научные исследования по поиску и проверке новых идей совершенствования средств механизации и автоматизации подъемно-транспортных, строительных и дорожных работ (ПСК-2.2).

В результате выполнения лабораторной работы «Оптимизация численности рабочих ТС», обучающиеся получают знания и практические навыки по эксплуатации подъемно-транспортных, строительных, дорожных средств и оборудования, навыки при решении проблем, связанных с ремонтом и техническим обслуживанием наземных транспортно-технологических средств и их технологического оборудования, навыки по учету рисков ПТС, знания и умения в нахождении рациональных решений при анализе производства, а также возможностей применения офисных программ при решении практических задач технической эксплуатации.

При выполнении лабораторной работы студенты знакомятся с назначением машин и их эксплуатационными параметрами, с режимами работы ПТС, производят расчеты параметров и определяют количественный состав бригады ТС, а также проходят тестирование остаточных знаний.

 

Постановка задачи

 

В данной работе рассматривается задача оптимизации количества рабочих на ПТС, занятых на проведении работ по ТС при периодических ТО и ремонтах машин. Расчеты ведутся методом статистического моделирования Монте-Карло.

Средой для проведения расчетов по курсовой работе является табличный редактор Microsoft Office Excel, что обусловлено большим объемом однотипных вычислений в подобных инженерных задачах.

Табличный процессор Microsoft Office Excel является важнейшим офисным приложением. Версия программы может быть любой, но желательно использовать версию не ранее, чем до 2003 года. В версии 2010 года Excel применяет формат OOXML с расширением «.xlsx» и так же, как и предшественники, служит для создания и редактирования самых различных электронных таблиц.

Возвращаясь к самой задаче, следует отметить, что в данном случае рассматривается потоки заказов на два вида ТО: с периодичностью 100 мото-часов (ТО1) и 500 мото-часов (ТО2). Также рассматривается поток заказов на ремонт машин. Характеристиками этих потоков были приняты законы распределения случайных величин и их параметры.

Так для ТО1 исходными величинами являются: частота появления заказа на ПТС со средним значением n _ТО1 раз в неделю и среднеквадратическим отклонением s _ТО1 раз в неделю (табл. 2). Учитывая, что количество факторов, влияющих на эту частоту априори велико и факторы мало связанны между собой, в качестве допущения в лабораторной работе было принято: частоты поступления заказов n на предприятие распределены по нормальному закону. Функция плотности распределения:

         .      (1)

 

Значения трудоемкости работ и стоимости одного нормо-часа приняты постоянными величинами: соответственно трудоемкость ТО1 принята равной t _ТО1 нормо-часов, а стоимость 1 нормо-часа – e _ТО1 тыс.руб (табл. 2).

Аналогичным образом в работе заданы исходные величины для обслуживания ТО2 и сезонного обслуживания техники. При этом было принято, что трудоемкость и стоимость выполнения заказов на данные виды технических воздействий одинакова, а частоты заказов просуммированы и сведены для простоты в одну таблицу (табл. 3).

Таблица 2

Исходные величины при моделировании заказов на ТО1

ТО1
Параметр	Закон	Параметры
		X1	X2
Частота заказа	Нормальный	n ТО1	s ТО1
Трудоемкость, н-ч	Постоянная	t ТО1	-
Стоимость, тыс.руб/н-ч	Постоянная	e ТО1	-

 

Таблица 3

Исходные величины при моделировании заказов на ТО2

ТО2
Параметр	Закон	Параметры
		X1	X2
Частота заказа	Нормальный	n ТО2	s ТО2
Трудоемкость, н-ч	Постоянная	t ТО2	-
Стоимость, тыс.руб/н-ч	Постоянная	e ТО2	-

 

Частота заказов на текущий ремонт (ТР) была задана также, как и для ТО. Что касается стоимости нормо-часа при ремонте, то здесь с учетом реального положения дел, принят некоторый разброс в стоимостях работ, который зависит от состояния отказавшего узла машины. Трудоемкость работ при ТР также не поддается регламентации и зависит от конкретных условий. Учитывая, некоторую асимметричность распределения трудоемкостей ремонта, было принято использовать закон Вейбулла с параметрами в табл. 4. Функция плотности распределения:

              .        (2)

Таблица 4

Исходные величины при моделировании заказов на ТР

ТР
Параметр	Закон	Параметры
		X1	X2
Частота заказа	Нормальный	n ТР	s ТР
Трудоемкость, н-ч	Вейбулла		k
Стоимость, тыс.руб/н-ч	Нормальный	e ТР	s ТР

 

Еще одной случайной величиной, моделируемой в данной работе, является явочная численность рабочих. Отличие этой величины от списочного состава объясняется наличием у работников отпусков, пропусков по болезни или другим уважительным причинам. Доля количества рабочих, отсутствующих в данную неделю на работе k, принимается, как величина, распределенная по усеченному нормальному закону:

 при k<0 и при k>0 или k=0.

                                                                     (3)

Параметры распределения величины k  представлены в табл. 5.

 

Таблица 5

Исходные величины при моделировании количества

отсутствующих на месте рабочих

Параметр	Закон	Параметры
		X1	X2
Доля отсутствующих рабочих	Нормальный	k Т	s k

 

Итогом испытания статистической является значение дисконтируемого дохода D от деятельности ПТС за прошедшую неделю при заданном сочетании случайных факторов, описанных выше.

Под дисконтируемым доходом в лабораторной работе понимается разница между доходом, полученным предприятием от выполненных заказов на проведение ремонтов и обслуживание машин, и расходами, связанными с данной производственной деятельностью. К расходам относятся заработная плата рабочих в соответствии со списочным составом бригады, затраты на запасные части и материалы и накладные расходы предприятия.

Заработок рабочих в данном случае принимается пропорциональным их количеству исходя из среднего заработка одного работающего (в работе принимается ß₁ = 15,2 тыс.руб в неделю). Кроме того, учитывается также дополнительный заработок, возникающий в случае переработки рабочего после смены при необходимости завершить выполнение того или иного заказа, поступившего на предприятие (в работе принимается ß₂ = 0,75 тыс.руб в час).

Затраты на запасные части и материалы принимаются пропорциональными стоимости обработанных заказов. Коэффициент для расчета этих затрат в работе составляет – ß₃ = 0,32.

Накладные расходы предприятия в данном случае принимаются в виде константы в размере ß₄ = 5,5 млн.руб/год.

Статистические значения дисконтируемого дохода в дальнейшем подлежат статистической обработке с целью получения тренда зависимости D от заданной численности рабочих предприятия. Оптимальная численность работников предприятия определяется максимумом полученного тренда.

 

Датчики случайных чисел

 

4.1. Равномерно распределенные случайные числа.

Для этих целей в Microsoft Office Excel служит функция СЛЧИС(), которая возвращает равномерно распределенное число в диапазоне от 0 до 1. Число является случайным, так как функция СЛЧИС() осуществляет пересчет значения чисел при каждом новом к ней обращении в любом месте таблицы.

Генерация новых чисел происходит при нажатии клавиш ENTER или F 9. Также пересчет всех значений там, где присутствует функция, происходит при вводе каких-либо других изменений в таблице.

Если мы захотим генерировать случайные числа на любом другом интервале, а не только в пределах от 0 до 1, например от А до В, то мы должны провести следующие вычисления:

                              (4)

где x – случайная величина, которая равномерно распределена на интервале [ A , B ].

Пример подобного использования функции СЛЧИС() приведен здесь:

    

 

В последних версиях Microsoft Office Excel есть возможность без дополнительного использования формул сразу генерировать случайные числа в заданном диапазоне. Этого можно добиться с помощью функции СЛУЧМЕЖДУ(А, В). Однако, в этом случае Microsoft Office Excel позволяет генерировать только целые числа.

 

4.2. Случайные числа, распределенные по нормальному закону Гаусса.

Закон нормального распределения является самой известной статистическо-вероятностной моделью, нашедшей себе место в описании огромного количества явлений природы и техники. Этот закон является двухпараметрическим и плотность его распределения зависит от среднего значения и вариации случайной величины (рис. 1).

Рис. 1. Плотность распределения случайной величины по нормальному закону Гаусса [3]. Здесь m и s - соответственно среднее значение и стандартное отклонение

 

Для генерации случайных чисел, распределенных по нормальному закону, в нашей работе удобно воспользоваться двумя стандартными в Microsoft Office Excel функциями: СЛЧИС() и НОРМ.СТ.ОБР(z). С первой функцией мы познакомились в предыдущем разделе.

 Функция НОРМ.СТ.ОБР(z) возвращает обратное значение стандартного нормального распределения при заданной вероятности z. При использовании этой функции мы получаем распределение с нулевым средним значением и со стандартным отклонением равным 1 (единице).

В том случае, если нас интересует отличные от принятых в функции НОРМ.СТ.ОБР(z) среднего значения m стандартное отклонение s, случайную величину можно генерировать с помощью зависимости

       (5)

Генерация случайных чисел по закону Гаусса может осуществляться и другими методами. Например, с использованием функций Excel НОРМ.РАСП(z; m; s; ЛОЖЬ) или НОРМ.ОБР(z; m; s).

Пример использования функции НОРМ.ОБР(СЛЧИС(); m; s) приведен здесь:

    

 

4.3. Случайные числа, распределенные по закону Вейбулла.

Закон Вейбулла, также как и нормальный закон Гаусса, является двухпараметрическим. Это обстоятельство обуславливает возможность варьировать положением плотности распределения по горизонтальной и вертикальной осям координат (рис. 2). Однако, в отличии от распределения случайной величины по нормальному закону, где линия плотности распределения симметрична относительно среднего значения и напоминает колокольчик, здесь в общем случае просматривается явная асимметричность. При k=1 распределение вообще вырождается в экспоненциальное, широко применяемое в теории надежности. При k>3 плотность распределения становится очень похожей на плотность распределения по нормальному закону. Эти свойства предоставляют исследователям большие возможности и делает закон Вейбулла чрезвычайно популярным в математике, электронике, инженерии и других областях знания.

Рис. 2. Плотность распределения случайной величины по закону Вейбулла [3]. Здесь l и k – параметры распределения

 

Для генерации случайных чисел, распределенных по закону Вейбулла, в нашей работе удобно воспользоваться все той же стандартной в Microsoft Office Excel функцией СЛЧИС() и функцией натурального логарифма, то есть логарифма по основанию e= 2,71828182845904…

          .             (6)

Пример генерирования случайных величин по закону Вейбулла приведен здесь:

 

5. Методические рекомендации по выполнению лабораторной работы

 

Создание блока СЛЧИС().

Для генерации событий, которые произошли на предприятии за неделю, нам потребуется шесть датчиков СЛЧИС():

Ø для моделирования количества заказов за неделю на проведение ТО1 – d1;

Ø для моделирования количества заказов за неделю на проведение ТО2 – d2;

Ø для моделирования количества заказов за неделю на проведение ТР – d3;

Ø для моделирования трудоемкости работ за неделю на проведение ТР – d4;

Ø для моделирования средней себестоимости за неделю на проведение ТР – d5;

Ø для моделирования среднего количества рабочих, пропустивших за неделю работу на предприятии – d6.

Далее формируем таблицу, позволяющую смоделировать работу предприятия за год (табл.6). В каждой из 6х52 ячеек записана одна и та же формула – СЛЧИС() (см. рис. 3).

 

 

Рис. 3. Использование функции СЛЧИС()   при генерировании случайных величин

 

 

Таблица 6

Блок случайных чисел

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Даугелло В.А. Риски технического сервиса машин: монография /В.А. Даугелло. – LAP LAMBERT, 2013. – 66 с.

2. Даугелло В.А., Глаголева С.В. //Сборник Национальные и международные финансово-экономические проблемы автомобильного транспорта МАДИ, вып.1, 2017 – с. 118-122

3. Википедия. – Режим доступа:  https://wikimedia.org/wikipedia/ commons/1/1b/Normal_distribution_pdf.png свободный. - Загл. с экрана

4. Википедия. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Распределение_Вейбулла#/media/File:Weibull_PDF.svg свободный. - Загл. с экрана

Методика выполнения работы

Задание на курсовую работу

При выполнении курсовой работы по дисциплине «Эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных средств и оборудования» студент получает вариант, обозначение которого состоит из цифры от 1 до 6 и буквы: «а», «б», «в», «г», «д» или «е».

    Исходные данные для расчета выдаются в процессе выполнения работы.

Перед обучающимся стоит задача рассчитать ряд параметров службы технической эксплуатации строительной организации для заданного парка машин и условий его эксплуатации.

 

3. Выполнение и оформление курсовой работы

Оформление курсовой работы

 

     Курсовая работа выполняется в среде Microsoft Office. При окончательном оформлении используется текстовый процессор Microsoft Word.

     Текстовая часть, таблицы и иллюстративный материал пишутся на одной стороне листа формата А4. Страницы текста и включенные в работу иллюстрации и таблицы должны соответствовать формату А4 (210x297 мм) и существующим требованиям к оформлению работ. Текст курсовой работы следует печатать на одной стороне листа белой бумаги формата А4. Цвет шрифта должен быть черным. При этом рекомендуется использовать шрифты типа Times New Roman размером 14 пунктов. Количество знаков в строке должно составлять 60–70, 1,5 межстрочный интервал, количество текстовых строк на странице – 39–40.

     Устанавливаются следующие размеры полей: верхнего и нижнего – 20 мм, левого – 30 мм, правого – 10 мм. Разрешается использовать разное начертание шрифта: курсивное, полужирное, курсивное полужирное, выделение с помощью рамок, разрядки, подчеркивания и другое.

     Заголовки разделов основной части следует располагать в середине строки без точки в конце и печатать прописными буквами, не подчеркивая. Заголовки печатают строчными буквами (кроме первой прописной) с абзацного отступа полужирным шрифтом с размером на 1-2 пункта больше, чем в основном тексте. Расстояние между заголовком (за исключением заголовка пункта) и текстом должно составлять 2-3 межстрочных интервала. Расстояние между заголовком и текстом, после которого заголовок следует, может быть больше, чем расстояние между заголовком и текстом, к которому он относится.

Нумерация страниц и глав

     Текст курсовой работы делится на разделы, подразделы, пункты и подпункты, которые нумеруются арабскими цифрами. Страницы работы также нумеруются, соблюдая сквозную нумерацию по всему тексту. Разделы нумеруют в пределах каждой главы. Номер раздела состоит из номера главы и порядкового номера раздела, разделенных точкой, например: «2.3» (третий раздел второй главы). Подразделы нумеруют в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из порядковых номеров главы, раздела, подраздела, разделенных точками, например: «1.3.2» (второй подраздел третьего раздела первой главы). В конце нумерации глав, разделов, подразделов, пунктов, а также их заголовков точку не ставят.

Иллюстрации и приложения

     Иллюстрации (графики, диаграммы, фотоснимки, рисунки) следует располагать в работе непосредственно после текста, в котором они упоминаются впервые, или на следующей странице, если в указанном месте они не помещаются. На все иллюстрации должны быть даны ссылки в работе. Иллюстрации обозначают словом «Рисунок», и нумеруют арабскими цифрами порядковой нумерации в пределах всей работы за исключением иллюстраций приложений. Если в работе только одна иллюстрация, ее нумеровать не следует и слово «Рисунок» под ней не пишут.

Оформление таблиц

     Результаты рекомендуется помещать в работе в виде таблиц. Таблицу следует располагать в работе непосредственно после текста, в котором она упоминается впервые, или на следующей странице. Слово «Таблица» и ее номер размещают справа в одной строчке с названием таблицы. Таблицы следует нумеровать арабскими цифрами порядковой нумерацией в пределах всей работы, например: Таблица1 или в пределах раздела, например: Таблица 1.3.

     Таблицу следует размещать так, чтобы читать ее без поворота работы, если такое размещение невозможно, таблицу располагают так, чтобы её можно было читать, поворачивая работу по часовой стрелке. При переносе таблицы головку таблицы следует повторить, и над ней размещают слова «Продолжение таблицы», с указанием ее номера. Если головка таблицы велика, допускается её не повторять, в этом случае следует пронумеровать графы и повторить их нумерацию на следующей странице. Заголовок таблицы не повторяют. Если цифровые или иные данные в какой-либо строке таблицы отсутствуют, то ставится прочерк.

Формулы и уравнения

     Пояснение значений, символов и числовых коэффициентов следует приводить непосредственно под формулой в той же последовательности, как и в формуле. Значение каждого символа и числового коэффициента следует давать с новой строки, первую строку пояснения начинают со слова «где» без двоеточия. Уравнения и формулы следует выделять из текста в отдельную строку.

 

Требования к расчетам

 

     Средой для проведения расчетов по курсовой работе целесообразно определить табличный редактор Microsoft Office Excel. Это обусловлено большим объемом однотипных вычислений в подобных инженерных задачах.

Табличный процессор Microsoft Office Excel является важнейшим офисным приложением. Версия программы может быть любой, но желательно использовать версию не ранее, чем 2003 года. В версии 2010 года Excel применяет формат OOXML с расширением «.xlsx» и так же, как и предшественники, служит для создания и редактирования самых различных электронных таблиц.

В последних версиях MS Office появились ряд замечательных нововведений., позволяющих быстрее работать с большими массивами данных, а также некоторые совершенствования при условном форматировании.

Студенты самостоятельно решают вопросы, связанные с оформлением и переносом данных в Word в виде итоговых таблиц. Тем более, что Excel, также как Word, предоставляет пользователю широкие возможности при редактировании.

 

 

 

4. Вопросы к защите курсовой работы

 

1. При каких технических воздействиях проводится диагностирование технического состояния машин?

2. Назовите виды ТО и периодичность их проведения.

3. Какие операции проводятся при техническом обслуживании?

4. Назовите параметры диагностирования и основное оборудование при его проведении.

5. Дайте классификацию ремонта машин.

6. Для чего существует план-график при технической эксплуатации машин и что он из себя представляет?

7. Что такое ППР?

8. Дайте классификацию параметров диагностирования.

9. Назовите основные параметры автогрейдера.

10. Назовите основные параметры автокрана.

11. Назовите основные параметры фронтального одноковшового погрузчика.

12. Как определить годовой режим работы машины?

13. Как определить суточный режим работы машины.

14. Как рассчитать коэффициент технического использования машин?

15. Что такое – коэффициент готовности?

16. Как рассчитать производственную программу проведения технических воздействий для парка машин?

17. Как определяется трудоемкость цеховых работ при технических воздействиях?

18. Как определяется трудоемкость постовых работ при технических воздействиях?

19. Опишите процессы проведение технических воздействий на машины.

20. Расскажите про оптимизацию периодичности технических воздействий.

21. Как распределяется трудоемкость по видам работ и техническим воздействиям?

 

Приложения

 

 

Приложение 1

Результат расчета коэффициента технического использования

Машина	Вм	Кти
автогрейдер	0,0267	0,856
кран	0,0247	0,865
погрузчик	0,0220	0,878

 

 

Приложение 2

Результат расчета количества текущих ремонтов, ТО3, ТО2, ТО1 и СО

Количество	Для автогрейдеров	Для кранов	Для погрузчиков	Всего
машин в группе	70	20	10	100
ремонтов и ТО3	79	15	6	100
СО	140	40	20	200
ТО2	79	30	17	126
ТО1	631	182	93	906

Приложение 3

Результат расчета производственной программы

Производственная программа (автогрейдер)
Группа машин	Число машин     в группе	Наименование воздействия	Производственная программа Ni,ед.			Трудоемкость работ Ti, чел-ч.
			Годовая (расчет-ная)	Выполняемая		Годовая (расчет-ная)	Выполняемая
				На базе	На объектах		На базе	На объектах
Автогрейдер	10	ТО-1	122	18	104	830	125	706
		ТО-2	15	4	11	255	64	191
		СО	20	5	15	386	96	289
		ТР и ТО-3	15	11	4	1446	1084	361
Всего:			172	38	134	2917	1369	1548
Производственная программа (кран)
Группа машин	Число машин     в группе	Наименование воздействия	Производственная программа Ni,ед.			Трудоемкость работ Ti, чел-ч.
			Годовая (расчет-ная)	Выполняемая		Годовая (расчет-ная)	Выполняемая
				На базе	На объектах		На базе	На объектах
Кран	50	ТО-1	612	92	520	3470	521	2950
		ТО-2	102	26	76	1388	347	1041
		СО	100	25	75	1361	340	1021
		ТР и ТО-3	51	38	13	5494	4121	1374
Всего:			865	181	684	11713	5328	6385
Производственная программа (погрузчик)
Группа машин	Число машин     в группе	Наименование воздействия	Производственная программа Ni,ед.			Трудоемкость работ Ti, чел-ч.
			Годовая (расчет-ная)	Выполняемая		Годовая (расчет-ная)	Выполняемая
				На базе	На объектах		На базе	На объектах
Погрузчик	40	ТО-1	508	76	432	4033	605	3428
		ТО-2	95	24	71	1616	404	1212
		СО	80	20	60	1451	363	1088
		ТР и ТО-3	32	24	8	0	0	0
Всего:			715	144	571	7100	1372	5728

Приложение 4

Результат расчета относительной трудоёмкости для

отдельных видов ТО и ремонта крана

Наименование воздействия	Трудоёмкость работ, чел.-ч
	t i	t i/ t ∑
ТО1	3470	0,30
ТО2	1388	0,12
СО	1361	0,12
ТР и ТО3	5494	0,47
	t∑	1,0

Приложение 5

Результат расчета суммарных трудоёмкостей технических воздействий на базе

Приложение 6

Результат расчета распределения трудоемкости работ

по группам работ и видам технических воздействий, чел.-ч

Группа работ	ТО1			ТО2
	всего	цеховые	постовые	всего	цеховые	постовые
группа 1	1250	0	1250	636	0	636
группа 2	0	0	0	179	18	161
группа 3	0	0	0	0	0	0
группа 4	0	0	0	0	0	0
группа 5	0	0	0	0	0	0
Всего:	1250	0	1250	815	18	797

Продолжение таблицы

Группа работ	СО			ТР
	всего	цеховые	постовые	всего	цеховые	постовые
группа 1	608	0	608	1874	0	1874
группа 2	168	15	153	1301	1161	141
группа 3	24	2	22	104	94	10
группа 4	0	0	0	1562	1249	312
группа 5	0	0	0	364	312	52
Всего:	799	18	782	5205	2816	2389

 

 

Приложение 7

Результат расчета количества цеховых рабочих, чел.

Группа работ

Количество рабочих