1. Запасная часть как материальный ресурс ремонтного производства

Известно, что основным результатом функционирования любого металлургического предприятия является преобразование исходного сырья в готовую продукцию при реализации технологического процесса. Однако, эта реализация предполагает наличие нагрузок, действующих на оборудование, что приводит к изменению (ухудшению) технического состояния (ТС) деталей оборудования и оборудования в целом вплоть до невозможности эксплуатации.

Естественно, что это вызывает отказ оборудования в момент времени Т_отк, который с определенной вероятностью можно спрогнозировать, используя методы математической статистики, теории вероятностей и т.д.

Ухудшение ТС оборудования может сопровождаться увеличением расхода сырьевых и энергетических ресурсов на единицу выпускаемой продукции (к примеру, за счет увеличения сил сопротивления в узлах трения и т.д.), снижением качества продукции, увеличением затрат ресурсов на смазку, регулировку и т.д. То есть, падает эффективность производства.

Таким образом, необходимо восстанавливать ТС оборудования путем проведения ремонтов, для чего на предприятии существует ремонтная служба. Эффективность ее работы в значительной степени определяется принятыми методами решения задач и взаимосвязями между ними в рамках общей системы.

Одним из эффективнейших методов восстановления ТС оборудования является замена изношенных его деталей новыми (запасными частями). Без запасных частей невозможно обеспечить эффективное использование техники, быстро и качественно осуществить ее ремонт. В настоящее время ремонт и запасные части выступают не только как одно из условий поддержания машин и оборудования в работоспособном состоянии, но и как один из необходимых и решающих факторов повышения эффективности производства. Это можно объяснить тем, что в условиях автоматизации и комплексной механизации производственных процессов выход из строя даже одного механизма обуславливает остановку поточной линии или всего механизированного участка и приводит к существенным простоям в основном производстве.

Запасные части следует рассматривать в двух аспектах: как объект потребления и как объект производства.

Как объект потребления ЗЧ необходимы предприятиям и организациям, эксплуатирующим технику и производящим ее ремонт и техническое обслуживание. В данном случае важно обеспечить своевременные поставки запасных частей, соответствующих обоснованным плановым объемам и нужной номенклатуре. Соблюдение указанного принципа позволит избежать необоснованных простоев машин и оборудования.

Запасные части как объект производства не представляют интерес в рамках данной работы.

Поскольку ТС детали Y изменяется плавно (постепенно) во времени t, то очень важным условием ремонта оборудования является замена изношенных деталей на новые тогда, когда ТС детали будет максимально близко к Y_пр (в момент времени, близкий к Т_отк) Именно к этому времени должна быть изготовлена или куплена запасная часть.

Таким образом, запасные части являются очень важным материальным ресурсом, без которого невозможна работа ремонтного производства. Обеспечение ремонтных работ таким ресурсом, как запасные части, в необходимое время в необходимом количестве назовем планированием запасных частей. Планирование запасных частей является составной частью системы управления запасными частями цеха. Существует большое количество моделей управления запасами.

Подходы к планированию запасных частей могут различаться. Это зависит в первую очередь от вида запасных частей по характеру использования. По характеру использования ЗЧ делятся на:

1. Индивидуальные, для которых точно известно место установки в оборудовании и время их использования в ремонте (например, барабан скиповой лебедки). К планированию таких запасных частей необходимо подходить с позиций остаточного ресурса детали и времени выполнения заказа.

2. Групповые, для которых при заказе место установки и время их использования в ремонте неизвестны (например, подшипник 316). Для рассматриваемого вида запасных частей может быть накоплена статистиказа определенный период _cт (например, t_cт=1 год). Данную информацию мы можем получить из агрегатного журнала.

Групповые запасные части хранятся на цеховом складе и составляют 2 вида запасов:

1. Текущий запас, предназначенный для обычного планового обеспечения ремонтов групповыми запасными частями.

2. Неснижаемый (страховой, гарантийный) запас, предназначенный для обеспечения ремонта в случае полного использования текущего запаса, что возможно из-за стохастического характера использования или при ошибках планирования. При расчете этого запаса исходят из стохастического характера изменения ТС элементов оборудования и принятой вероятности безотказной работы P(t).

Проблема определения оптимальной величины текущего и неснижаемого запасов достаточно сложна.

Ошибки в планировании могут вызвать 2 вида последствий:

1. Недостаток запасных частей, вызывающий простой оборудования ввиду невозможности замены вышедшей из строя детали. При этом, даже незначительные простои машин и оборудования могут привести к большим потерям в основном производстве. Это приводит к потере прибыли предприятия. Данные потери, связанные с недопоставками запасных частей в значительной мере определяют уровень и динамику производительности труда в металлургической промышленности.

2. Избыток запасных частей гарантирует отсутствие излишних простоев оборудования, но вызывает потери предприятия, связанные с хранением излишка. Кроме того, финансы, вложенные в излишние запасные части, “замораживаются” и не могут быть использованы в других целях.

Анализируя вышесказанное, можно говорить о необходимости системы управления запасами, целью которой является поддержание запасов деталей на определенном (оптимальном) уровне.

Такая система существует на любом металлургическом предприятии, но методы решения задач в рамках этой системы на каждом предприятии могут отличаться, то есть отсутствует формализованный, научно-обоснованный подход к их решению. Значит, необходима формализация задач планирования, разработка формализованных методов решения.

Первые научные работы по управлению запасами появились в конце ХIХ-го века. Их авторами были Ф.Эджуорт, Ф.Харрис. В этих работах исследовалась простая оптимизационная модель для определения так называемого экономичного размера партии поставки для складской системы с постоянным равномерным расходом и периодическим поступлением хранимого продукта. В течение нескольких десятков лет эти работы оставались незамеченными, не находя ни теоретического развития, ни практического применения. Быстрое развитие этой теории началось в годы второй мировой войны и сразу после нее в рамках группы математических дисциплин, традиционно объединенных названием “исследование операций”. В настоящее же время теорию управления запасами наиболее естественно рассматривать как раздел общей теории управления. Они явились развитием теории массового обслуживания, созданной в начале ХХ-го века.

Формализация предполагает выявление этапов функционирования задачи (системы планирования).Условно можно выявить 4 этапа:

1. Сбор данных о использовании запасных частей за предыдущие периоды времени, преобразование информации (в результате чего информация о расходе преобразуется в информацию, характеризующую запасы) - формирование статистики.

2. Прогнозирование расхода запасов на основе сформированной статистики и сравнение прогнозных величин с нормативными, в результате чего выясняется, есть ли необходимость в подаче заказа на текущее пополнение.

3. Расчет оптимального размера заказа.

4. Получение заказа.

2. Групповые запасные части. планирование объема

Спрос на групповые запчасти динамичен и подвержен колебаниям под влиянием множества технических, организационно-экономических и т.д. факторов. Период, в течение которого сохраняется спрос на запасные части, зависит от конкретных моделей машин, их срока службы, условий эксплуатации и ремонта. Потребность в групповых запасных частях носит зачастую неопределенный, вероятностный характер. В то же время она должна оперативно удовлетворяться во избежание долговременных простоев машин и оборудования. Таким образом, запасные части должны поставляться с некоторым опережением по отношению к возникающему спросу и должны постоянно находиться в запасах для своевременного удовлетворения потребности в них. В связи с этим для групповых запасных частей необходимо прогнозирование его спроса q и планирование объема заказа Q, которое может производиться на основе статистики их расходования.

В общем случае величина запаса определенного типоразмера деталей может быть определена по формуле:

где Z_тек - текущий запас деталей;

Z_несн - неснижаемый запас деталей.

В общем случае, движение групповых запасных частей может быть представлено в виде графика (рисунок 1).

Анализ изменения величины производственного запаса или расходования во времени дает возможность поставить основные проблемы расчета запасов в целом и по частям (текущий и неснижаемый), помогает определить уровни, которые должны быть контрольными точками при наблюдении за состоянием запасов.

Таким образом, достаточно важным шагом при планировании групповых запасных частей является формирование статистики использования запасных частей - 1-й этап функционирования задачи планирования.

Наиболее объективные данные о использовании запасных частей по конкретной детали оборудования можно получить при сборе и обработке эксплуатационной информации. Сбор информации можно осуществлять 4-мя способами: отчетным, корреспондентским, анкетным, способом непосредственного наблюдения. Для данной задачи наиболее подходит отчетный способ, при котором используются документированные данные об отказах за отчетный период, составляемые цехами. Эти данные содержит агрегатный журнал - основной источник информации об отказах металлургического оборудования.

Информация об использовании запасных частей постепенно накапливается в агрегатном журнале, который ведется мастерами смен и куда заносится информация о каждом выходе из строя, о каждой замене деталей. В рамках рассматриваемой задачи агрегатный журнал формально можно представить в виде таблицы 1.

Таблица 1 - Формальное представление агрегатного журнала
 

ID	Вид ремонтного воздействия	Дата
31223	Замена	03.05.2000
36657	Ревизия	03.06.2000
45564	Регулировка	03.07.2000
31223	Ревизия	03.30.2000
...	...	...
31223	Замена	05.07.2000

Ясно, что в рамках задачи формирования, представляют интерес только те записи из агрегатного журнала, соответствующие замене этой детали. Эти записи характеризуются идентификатором рассматриваемой детали и ремонтным воздействием типа “Замена”.

При расчете запаса необходимо знать средний расход запасных частей в единицу времени:

где ZS - суммарный расход ЗЧ за анализируемый период (1 год):

t_{ст - величина анализируемого периода в единицах времени (в месяцах).}

_{Для рассматриваемой задачи формулу (*) можно записать в виде:}

Определение этой величины не вызывает проблем в случае наличия статистики использования ЗЧ. Эта величина и будет равна размеру текущего запаса, поскольку последний предназначен для обычного планового обеспечения ремонтов групповыми запасными частями.

Неснижаемый запас - наиболее сложная, трудно поддающаяся измерению и нормированию часть запасов. Существует достаточно много способов определения величин неснижаемого запаса. Приведем описание некоторых из них.

В практике материально-технического снабжения неснижаемый запас определяют исходя из времени организации срочного получения заказа от поставщика по формуле:

где t₁ - время на организацию поставки ЗЧ (для покупных) или время на изготовление ЗЧ (изготавливаемые своими силами);

t₂ - время нахождения ЗЧ в пути (для изготавливаемых своими силами t2»0);

t₃ - время приемки потребителем.

Тогда величина неснижаемого запаса будет равна:

где q - средний расход ЗЧ за единицу времени.

Данная модель определения страхового запаса не лишена недостатков. Модель не отвечает на вопрос, нужен ли цеху неснижаемый запас в этом размере, то есть имеют ли место на практике задержки поставок величиной (t₁+t₂+t₃) и с какими отклонениями от графика или среднего интервала поступает, как правило, данная запчасть. Из множества объективных факторов, обуславливающих необходимость неснижаемых запасов и определяющих их величину, выбран один — расстояние от поставщика до заказчика. Этот фактор в некоторой мере влияет на величину неснижаемого запаса: при увеличении времени транспортировки возрастает вероятность случайных задержек груза в пути, что может задержать поставку запасных частей. Однако, этот фактор не единственный и не основной, поэтому он не может самостоятельно определять величину неснижаемого запаса.

Выражение не может также определить время срочной доставки запчасти от поставщика. Довольно точно можно рассчитать время нахождения в пути и время приемки материала (слагаемые t₂и t₃). Однако, время, которое пройдет после получения требования до отгрузки задержанной поставщиком запчасти (слагаемое t₁), нельзя определить заранее.

В рамках данной работы большой интерес представляет метод расчета неснижаемого запаса как величины, определяемой действием случайных факторов. Суть данного метода была изложена в монографии К.В. Инютиной “Нормирование производственных запасов с применением математико-статистических методов”. Метод предполагает определение неснижаемого запаса по формуле:

где - средний расход запасной части;

Q - фактический расход запасной части в момент поставки;

t - фактический интервал поставки.

По данной методике предполагается, что существует 2,5% вероятности, что размера неснижаемого запаса будет недостаточно. Эта степень вероятности приемлема для металлургической отрасли (так как меньше 5%).

3. Индивидуальные запасные части. Прогнозирование сроков использования

Как видно из раздела 2, обеспечение надежности металлургического оборудования основывается на непрерывно действующей системе сбора и обработки информации об отказах. Такая система действует в процессе эксплуатации оборудования. Это позволяет определить вероятность отказа на любой заданный момент времени, обосновать использование математических моделей, отражающих изменение показателей надежности во времени, выявить наиболее ненадежные элементы оборудования, наметить мероприятия на устранение недостатков эксплуатируемого оборудования и ремонтной службы в целом. 

В рамках данной работы это представляет интерес постольку, поскольку собранные данные об отказах целесообразно использовать в решении задачи планирования индивидуальных запасных частей. Предполагается по каждой детали периодическое прогнозирование остаточного ресурса детали t_рес, зная который можно определить дату отказа детали:

где Т_н - дата начала упреждения прогноза.

Данная дата отказа является одним из основных факторов, учитываемых при планировании ремонтов. При этом должны выполняться следующие условия:

1. Дата ремонта должна быть несколько меньше либо равна дате выхода детали из строя:

2. Заказ на запасную часть должен быть выдан с таким расчетом, чтобы к дате ремонта запасная часть уже была получена:

где Т_зак - дата выдачи заказа;

t_исп - время выполнения заказа.

Таким образом, периодически должно проводиться сравнение продолжительности выполнения заказа с прогнозной оценкой остаточного ресурса детали Т_ост. При выполнении условия

необходимо подавать заказ на пополнение данного вида запасных частей.

С учетом стохастического характера времени выполнения заказа t_исп и остаточного ресурса t_рес необходима коррекция вышеназванного условия:

То есть заказ на запасную часть необходимо подавать не позднее даты Т_зак=Т_отк-t_исп. На практике, такой заказ должен быть подан несколько раньше данной даты. Другими словами, времени выполнения условия запасные части уже должны быть заказаны.

При определении сроков отказа используются т.н. прогнозные модели.

В данной работе задачу прогнозирования сроков отказа целесообразно рассматривать лишь с точки зрения выходной информации - даты отказа детали Т_отк, относительно которой рассчитываются сроки ремонтов и сроки заказа индивидуальных запасных частей.

4. Выводы

На основе приведенной информации, учитывая цели работы можно сделать следующие выводы:

1. Запасная часть, используемая для замены вышедшей из строя детали, является материальным ресурсом ремонтной службы, которая непосредственно занимается проведением ремонтов. Т.е. запасная часть - производственный запас ремонтного производства.

2. Как и другие производственные ресурсы, запасные части необходимо планировать, для обеспечения бесперебойного функционирования производства (как основного так и ремонтного).

3. Для оптимального планирования запасных частей необходимо применять научно-обоснованные формализованные методы -т.е. использовать математические модели.

4. Математическая модель планирования групповых запасных частей должна основываться на статистике использования запасных частей.

5.Математическая модель планирования индивидуальных запасных частей должна использовать результаты функционирования задачи “Прогнозирования сроков отказа”.