2.5. Расчет количественного состава комплекта машин

Расчет количественного состава комплекта машин является важнейшим моментом при проектировании производства работ. Оптимальный по составу комплект обеспечивает выполнение строительных работ в заданные сроки при минимальных затратах труда и средств.

Простейшим из методов расчета количественного состава комплекта машин является метод равнозагруженности. При этом исходят из того, что все машины, занятые на выполнении рабочих операций, отрабатывают одинаковое количество часов, т. е. Т₁ = Т₂ = … = Т_n. Так как количество часов, отрабатываемых каждой машиной, зависит от машиноемкости операций М_{маш.∙ч i} и количества машин N, занятых на ее выполнении, то

По операции, для которой значение М_маш.∙ч наименьшее, принимают число машин, равным единице, а затем по условию равнозагруженности определяется количество машин по остальным операциям.

Данный метод применяется для расчета количественного состава простых комплектов машин, если сроки производства работ строго не регламентированы.

Недостатком метода равнозагруженности является то, что в ряде случаев (если машиноемкости резко отличаются по величине) комплекты машин получаются слишком громоздкими.

Приведем условный пример. Технологическим расчетом по строительству канала установлено, что машиноемкость операции по выемке грунта экскаватором составляет 100 маш. ? ч, а по планировке кавальера бульдозером – 1 маш. ? ч, т. е. условие равнозагруженности будет иметь вид

Принимая число бульдозеров N_бульд = 1, находим N_экск = 100, что противоречит здравому смыслу.

Используя метод равнозагруженности, целесообразно вначале определить потребное количество машин по основной операции, исходя из ее машиноемкости М_маш.?чо и заданного срока производства работ в часах Т_ч, т.

Срок строительства в часах (Т_ч) может быть выражен следующим образом:

Т_ч = Т_см К_см Т_сут,

где Т_см – продолжительность рабочей смены, ч;

К_см – коэффициент сменности (1, 2, 3);

Т_сут – продолжительность строительства в рабочих сутках.

Найденное значение N_о подставляется в условие равнозагруженности, из которого определяется требуемое количество машин для выполнения остальных операций процесса. Если количество комплектующих машин по отдельным операциям получится меньше единицы, необходимо принимать меры к объединению операций в группы, которые могут выполняться одной машиной (например, при строительстве закрытого дренажа один и тот же бульдозер можно при необходимости использовать для планировки трасс, развозки дренажных труб и засыпки дренажных траншей). Если это невозможно, надо использовать машины, занятые на отдельных работах, в разное время независимо одну от другой или допускать простои комплектующих машин, имеющих небольшую стоимость машино-часа.

Более совершенным методом расчета количественного состава комплекта машин является метод согласованной работы машин этого комплекта.

Расчет по этому методу начинают с составления схемы функционирования комплекта. При этом изображают выполняемые операции кружками и последовательно соединяют их стрелками. Операции, которые могут выполняться параллельно, на схеме не связываются. Надо иметь в виду, что операция должна выполняться последовательно, если ее начало возможно не ранее начала предыдущей. Примеры последовательно выполняемых операций: корчевка пней – сгребание пней, выемка грунта экскаватором – перемещение отвалов и т. п. Если начала выполнения двух операций не связаны между собой, это означает, что они могут выполняться параллельно. Например, разравнивание кавальеров справа и слева канала, гидропосев трав на правом и левом откосах и т.

Далее рассчитывается требуемая интенсивность (I, ед. об./раб. дн.) производства работ по процессу (объем работы или количество готовой продукции, которые необходимо производить за рабочий день) по следующей формуле:

где L – объем работы, подлежащий выполнению на объекте в течение директивного срока Т_д (в календарных днях), т. е. протяженность открытой (закрытой) сети, дамб обвалования, дорог и т. п., м;

К_н – коэффициент неравномерности производства работ (1,2–1,4), учитывающий возможные остановки производства работ из-за отказов в работе машин, неблагоприятных метеоусловий, т. е. нерегламентированные перерывы;

∑t_тп – суммарная продолжительность технологических перерывов по процессу, дн.;

К_п – коэффициент перехода от календарных дней к рабочим (К_п < 1), учитывающий выходные и праздничные дни в календарном периоде Т_д, нахождение машин в ремонтах и на техническом обслуживании.

Продолжительность технологических перерывов определяется как сумма минимальных перерывов между возможными началами производства работ по смежным последовательно выполняемым операциям, которые назначаются в соответствии с требованиями технологии (например, корчевка пней – сгребание пней – 15 дней, исходя из необходимости высыхания грунта на корнях; выемка грунта при устройстве канала – разравнивание кавальеров – 10–15 дней, также исходя из условия просыхания грунта в отвале и т. п.). Если какие-либо технологические требования по перерывам отсутствуют, то минимальная продолжительность перерыва между смежными операциями принимается один день.

Затем намечается основная рабочая операция процесса (наиболее трудоемкая и дорогая) и определяется необходимое количество машин для ее выполнения в заданный срок так, чтобы выполнялось условие I_o ≥ I, означающее: интенсивность выполнения основной операции должна быть не меньше интенсивности производства работ по процессу в целом. Так как

I_o = N_o П_эо, то N_oП_эо ≥ I

и требуемое число машин по основной рабочей операции

где I_o, П_эо – интенсивность выполнения основной операции и производительность основной машины за рабочий день.

Полученное значение следует округлить до целого в большую сторону и уточнить расчетную интенсивность () основной рабочей операции:

Если количество основных машин, имеющихся в парке строительной организации, меньше , то , а недостающее их количество заменяется другими из имеющихся в парке следующим образом:

Для бесперебойной работы машин, занятых на основной операции, должен быть постоянный фронт работ, обеспечиваемый машинами, выполняющими работы по предыдущей i-й операции, т. е.

Аналогично определяется количество машин по каждой операции в последовательной цепочке перед основной, т. е. машины, занятые на i-й операции, также должны быть обеспечены фронтом работ, т. е.

Исходя из этого определяется N_i–1 и так далее до первой операции процесса.

Количество машин, занятых на выполнении работ, следующих за основной, определяется, начиная с конца технологической цепочки, по условию

и далее аналогично рассмотренному выше.

Рассмотренные методы дают хорошие результаты при постоянном составе комплекта во время выполнения однородных работ в непродолжительный период.

При выполнении массовых однородных работ (разработка грунта в карьерах, строительство каналов и дорог) необходимо учитывать влияние на производительность вспомогательных машин всех организационных случайных факторов. Эти факторы приводят к определенному снижению производительности вспомогательных машин, что в свою очередь влияет на производительность основной машины и комплекта в целом. Учет этих факторов, влияющих на работу машин в технологической цепи, позволяет правильно рассчитать состав комплекта машин и его производительность с целью обеспечения постоянной заданной интенсивности производства работ, постоянного ритма выпуска продукции и в конечном итоге сроков сдачи объектов в эксплуатацию.

Рассмотренные выше детерминированные методы расчета количественного состава комплекта машин, основанные на учете средней длительности рабочих элементов цикла, не обеспечивают достаточной точности и приводят к несоответствию эксплуатационной производительности выбранного комплекта заданной интенсивности производства работ.

Объясняется это тем, что процесс работы машин, особенно транспортных, носит стохастический (вероятностный) характер. Количественный состав комплекта машин с учетом такого характера их работы может быть определен с использованием математического аппарата теории массового обслуживания.

Расчет рассмотрим на примере комплекта «экскаватор в карьере – транспортные средства».

Искомое количество транспортных единиц – N. Система может находиться в N + 1 состоянии: К = 0, 1, 2, …, N, где К = 0 – все автомобили находятся в работе, но не под загрузкой, экскаватор простаивает; К = 1 – один автомобиль под загрузкой, остальные в работе на линии; К = 2 – два автомобиля у места загрузки, причем один загружается, второй ожидает погрузки и т. д.

Каждое состояние задается следующей вероятностью:

где р_к – вероятность состояния К;

τ^к – отношение средней продолжительности обслуживания (загрузки автомобиля) к средней продолжительности цикла автомобиля;

р_о – вероятность того, что все автомобили в пути, экскаватор простаивает.

Просуммировав вероятности при и учитывая, что ∑р_к = 1, находим вероятность простоя экскаватора:

Вероятность простоя каждого автомобиля в очереди

Зная вероятности простоя машин и нормативную продолжительность работы комплекта Т_н, можно определить длительность простоя машин:

Т_эк = р_оТ_н и Т_авт = р_автТ_н,

а также суммарный ущерб от него:

Графически функция C_пр(N) выражается параболой с явно выраженным минимумом, соответствующим оптимальному количеству, автомобилей в комплекте.

Заметим, что данная методика расчета весьма трудоемка и использовать ее есть смысл, когда процесс производства работ на объекте функционирует длительное время или даже постоянно (например, в карьерах комбинатов строительных материалов, цементных заводов и т. п.).