Метод формирования структуры парка карьерной техники на действующем предприятии

М.И. Щадов, профессор, д.т.н., действительный член РАЕН К.Ю.Анистратов,
к.т.н., Генеральный директор ООО НТЦ «Горное Дело» А.В. Федоров,
Генеральный директор ОАО «СУЭК - Красноярск»


На протяжении последних семи лет группа специалистов Научно-технического центра «Горное Дело» и других предприятий под руководством профессора, действительного члена РАЕН, лауреата Государственных премий СССР и РФ М.И. Щадова ведут работы в рамках нового научного направления: «Разработка системы формирования и управления структурой комплекта карьерной техники на горнодобывающих предприятиях».

Научная проблема состоит в создании метода формирования оптимальных комплектов карьерной техники горного предприятия в изменяющихся природно-технологических условиях разработки месторождения на основе анализа и управления техническим состоянием каждой машины.

Журнал «Горная Промышленность», продолжая серию публикаций, посвященных этой проблеме, предлагает свои страницы для размещения всем заинтересованным лицам тематических материалов и статей в данной области.

Введение

В настоящее время на карьерах России и стран СНГ парк карьерных экскаваторов с ковшами вместимостью от 5 до 50 м3 насчитывает 7000 ед., парк карьерных самосвалов 15000 ед. Общий объем экскавируемой и транспортируемой горной массы на российских предприятиях с открытым способом добычи твердых полезных ископаемых оценивается на сегодняшний день более 2.0 млрд. т в год.

Анализ состояния горного оборудования показывает, что износ парка карьерной техники и, в частности, экскаваторного парка России составляет более 85%. Массовый выпуск отечественных экскаваторов прекратился в начале 1990-х годов.

Рост объемов производства в горной промышленности, наметившийся в период 2005-2008 годы, обусловил возрастание спроса на карьерную технику, что в свою очередь определило увеличение выпуска карьерных экскаваторов на отечественных заводах (например, на заводе «ИЗ-КАРТЭКС» в 2008 г. изготовлено 46 экскаваторов с ковшами вместимостью 10-15 м3) и рост объема импорта гидравлических экскаваторов (за 2003-2008 годы. в Россию было ввезено порядка 60 ед. гидравлических экскаваторов с ковшами от 8 до 36 м3). Годовой объем производства РУПП «БелАЗ» в течение 2006-2008 годов составил в среднем 1700 ед. карьерных самосвалов грузоподъемностью 30-320 т.

Разразившийся в конце 2008 г. мировой экономический кризис резко затормозил наметившуюся тенденцию на техническое переоснащение горнодобывающих предприятий России и стран СНГ.

Рост объемов производства с одной стороны и старение парка горного оборудования с другой, поставили перед собственниками и руководителями ряд задач, связанных с принятием решений по техническому и технологическому переоснащению практически всех переделов горных предприятий и, соответственно, необходимостью определения объема и динамики привлечения инвестиций для обеспечения эффективной работы предприятий в ближайшие 10-20 лет.

Основные принципы проектирования карьеров и формирования структур комплексной механизации на открытых горных работах были заложены в работах советских ученых в 1960-х годах [1-16].

Признавая значительный вклад основоположников отечественной горной науки их учеников и последователей в создании методов формирования структуры комплексной механизации, следует отметить, что применяемые методы определяют структуру парка на так называемый «расчетный год» и не решают эту задачу в динамике. При этом они не учитывают всего многообразия современной карьерной техники, представленной на рынке в настоящее время от различных производителей и влияния экономики обеспечения конструктивных возможностей машин и в целом комплекта карьерной техники на производственные показатели работы и, в конце концов, на прибыль, получаемую горным предприятием.



    12332.JPG
    Рис.1 Главная таблица программного модуля «Жизнь машины» (на примере эксплуатации самосвала БелАЭ-75131 в период с 2009 по 2012 годы)

  qweq.JPG

Рис. 2 Динамика изменения средних удельных затрат на владение и технический сервис самосвалов БелАЭ-75131 за срок их службы


 Таким образом, проблема разработки метода формирования структуры парка карьерной техники для конкретных природно-технологических условий разработки месторождений на основе анализа и управления техническим состоянием каждой машины является весьма актуальной.

Метод обоснования структуры парка карьерой техники

В рамках решения основных задач рассматриваемого научного направления специалистами НТЦ «Горное Дело» реализуется комплекс работ, целью которого является создание метода выбора и обоснования парка карьерной техники из широкого спектра предложений машиностроительных фирм, обеспечивающего эффективность эксплуатации комплекта оборудования в целом и каждой машины в отдельности при заданных объемах производства в изменяющихся природно-технологических условиях разработки месторождения с учетом динамики изменения технико-экономических показателей работы каждой единицы карьерной техники в течение срока ее эксплуатации.

Идея, заложенная в основу выполнения работы, заключается в том, что структура парка карьерной техники и график ее ввода и списания, определяются с учетом изменения природно-технологических условий разработки месторождения и динамики изменения технико-экономических показателей работы каждой единицы карьерной техники в соответствии с ее жизненными циклами в течение срока эксплуатации, который можно назвать «жизнью машины», и принятой формой технического обслуживания парка.

Критерием обоснования структуры парка является минимум суммарных затрат на эксплуатацию и владения парком карьерной техники в течение рассматриваемого периода времени.

Парк карьерной техники представляет собой совокупность горного оборудования одного типа на горном предприятии, обеспечивающего выполнение одного технологического процесса горных работ в заданных объемах. Например, парк карьерных самосвалов обеспечивает транспортирование горной массы в объеме 100 млн. т-км. Парк карьерных одноковшовых экскаваторов обеспечивает экскавацию 15 млн. м3 горной массы в год.

Структуру парка на момент времени можно описать следующим выражением:

4.JPG

где: і=\,п* - количество моделей, входящих в парк карьерной техники на момент времени Ь; т' - количество единиц карьерной техники ї-ой модели на момент времени Ь.

Поскольку парк карьерной техники представляет собой совокупность горного оборудования одного типа на горном предприятии, обеспечивающего выполнение одного технологического процесса горных работ в заданных объемах, то мощность парка за Г-ый год:

hgj.JPG

Комплект карьерной техники - совокупность парков карьерной техники, обеспечивающих выполнение календарного графика добычных и вскрышных работ в соответствии с принятой технологией и планами развития горных работ в конкретных природно-технологических условиях разработки месторождения в течение заданного периода времени.

Комплект карьерной техники характеризуется структурой составляющих его парков и динамикой изменения структур парков в течение заданного периода времени, производственной мощностью комплекта в целом и отдельных парков, удельными затратами на единицу производственной мощности комплекта и отдельных парков.

Последовательность работ при обосновании оптимальной структуры парка карьерной техники представлена в таблице.

Выбор структуры парка осуществляется в четыре этапа: 1. Анализ природно-технических условий (ПТУ) разработки месторождений и определение объемов горных работ.

- Конечным результатом выполнения этих работ является календарный график выполнения вскрышных и добычных

 e6t.JPG

Рис. 3 Диалоговое окно программного модуля «Жизнь Машины» для карьерных самосвалов


Снимок.JPG

trhh.JPG

- На этом этапе применяются современные системы компьютерного моделирования, проектирования и планирования горных работ типа Surpac, XPAC, Micromine, Datamine и др.

2. Анализ состояния парков карьерной техники на действующем предприятии предусматривает проведение работ по оценке технического состояния каждой единицы, анализ действующих нормативов ТО и Р, уровня организации технического обслуживания и материально технического снабжения, также и оценку уровня квалификации персонала. Также производится расчет производственных показателей техники и парка в целом, то есть оценивается мощность действующего парка и ее динамика в процессе износа техники.

- Конечный результат этого этапа - комплект таблиц «Жизни Машин» (рис. 1), графики определения оптимальных сроков службы техники (рис. 2) и в итоге - график списания техники.

На рис. 2 в качестве примера приведен расчетный график изменения удельных затрат на приобретение и технический сервис самосвалов БелАЗ-75131. Из графика видно, что начиная с 10-го года общие удельные затраты на владение и технический сервис имеют тенденцию к росту. Минимальные удельные затраты наблюдаются на 9-й год эксплуатации. Таким образом, оптимальный срок службы по парку самосвалов БелАЗ-75131 составляет 9 лет.

- На этом этапе применяются модуль программного обеспечения «Жизнь Машины» (рис. 3) определения оптимальных сроков службы техники [17, 18] и модуль расчета производительности карьерной техники.

3. Исследование параметров нового парка карьерной техники предусматривает проведение анализа предложений техники на рынке, выбор возможных для применения типов и моделей карьерной техники с учетом тенденций развития горного дела в мире, прогнозируемых изменений природно-технологических условий, планируемых объемов горных работ, состояния действующего парка техники.

- Конечный результат третьего этапа - комплект таблиц «жизни машин» для новой техники, варианты изменения структур парка в зависимости от производственной мощности и рассмотренных вариантов технологий ведения горных работ.

- В качестве инструментов применяются системы компьютерного моделирования, проектирования и планирования горных работ для точного и многовариантного анализа развития горных работ, модуль «Жизнь машины» для формирования главных таблиц и прогноза кривых изменения объема наработки техники на линии.

Данный модуль обеспечивает формирование плана ТО и Р на основе принятых нормативов по периодичности ремонта машин, нормативов трудозатрат и установленных нормативных сроков службы узлов и агрегатов, нормативов на расход материалов и другого. Он позволяет составлять заявки на материалы и запасные части, планировать затраты и отслеживать фактическое выполнение принятых планов (рис. 3).
fdgdfg.JPG

Таким образом, программный комплекс при систематической работе по заполнению данных и формированию планов ТО и Р на перспективный период, обеспечивает создание базы данных, позволяющих формировать различного типа отчеты для проведения системного анализа эффективности работы конкретного самосвала и парка в целом по всему спектру технико-экономических показателей.

4. При выборе варианта структуры парка карьерной техники и ее динамики в течение заданного периода времени производится экономико-математическое моделирование процесса горных работ при различных вариантах структуры парка. Например, моделируется процесс технологических перевозок карьерных самосвалов. Выбор оптимального варианта производится по критерию минимума затрат на эксплуатацию и владение парком карьерной техники в течение рассматриваемого периода времени.

Результатом работ по заключительному этапу являются: графики списания техники и порядок приобретения и ввода новой техники (рис. 4), графики ТО и Р по всему парку, нормативы на ТО и Р, нормативы производительности техники для различных условий работы в карьере, комплекс технико-экономических и производственных показателей работы парка и каждой его единицы в зависимости от срока службы.