НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Лук’янченко Олександр Юрійович

УДК 629.014.8

РОЗРОБКА МОДЕЛЕЙ І КРИТЕРІЇВ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОЖЕЖНИХ АВТОМОБІЛІВ

Спеціальність 05.22.20 – експлуатація та ремонт засобів транспорту

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Левковець Петро Романович,

Національний транспортний університет, проректор

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Рудзінський Володимир Васильович,

Державне підприємство “Державний автотранспортний науково-дослідний і проектний інститут” Міністерства транспорту України, заступник директора з наукової роботи

кандидат технічних наук, доцент

Левківський Олександр Петрович

Національний транспортний університет, доцент кафедри “Виробництво, ремонт та матеріалознавство”

Провідна установа – Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, кафедри “Трактори і автомобілі”, “Експлуатація техніки та інженерний менеджмент”, м. Київ.

Захист відбудеться “25” листопада 2005 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.03 при Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1, аудиторія 333.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розісланий “ 23 ” жовтня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Матейчик В.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Величина втрат від пожеж у значній мірі залежить від того, наскільки швидко й ефективно будуть прийняті заходи для їх ліквідації. Відомо, що значні (за величиною матеріальних збитків) пожежі відбуваються в результаті несвоєчасного гасіння, коли час вільного розвитку пожежі перевершує деяке “критичне” значення.

У таких умовах вирішального значення набуває технічне забезпечення пожежних підрозділів, від досконалості та ефективності функціонування якого залежать часові характеристики га-сіння пожеж. І в першу чергу це відноситься до традиційних мобільних сил пожежної охорони, структурний склад яких майже на 95 % представлений пожежними автомобілями.

Однак, більшість автомобілів, що знаходяться на озброєнні пожежної охорони, створювались в основному з позицій накопиченого досвіду та інтуїції розробників, що певним чином зумовило ігнорування деяких взаємозв’язків між елементами складної системи, якою є пожежний автомобіль, а також впливу окремих зовнішніх факторів на якість функціонування системи. А це, в свою чергу, призвело до прагнення поліпшити одні показники якості функціонування пожежного автомобіля за рахунок інших.

Так, на певному етапі відбулось зміщення акцентів в бік поліпшення ефективності роботи пожежного автомобіля в стаціонарному режимі за рахунок вдосконалення кількісного та якісного складу сил і засобів пожежогасіння та їх раціонального розміщення. При цьому задача розробки базового шасі для створення пожежного автомобіля обмежується тільки вибором, серед серійних, такого автомобіля, шасі якого змогло б забезпечити ефективну роботу пожежної надбудови. Між тим, саме базове шасі у значній мірі визначає функціональні можливості пожежного автомобіля, оскільки від його технічних характеристик та можливостей їх реалізації під час руху до місця виклику залежить час подачі першого ствола на вирішальному напрямку, а відповідно, і зменшення часових характеристик, пов’язаних з іншими етапами гасіння пожежі.

Розв’язання зазначеної проблеми головним чином базується на розробці теоретико-методологічних основ, нових інформаційних технологій керування та методів підвищення ефективності використання пожежних автомобілів та їх функціональних систем на всіх етапах життєвого циклу. Основу таких процесів складають методи системного проектування на базі моделювання та системної оптимізації.

Актуальність теми даної дисертаційної роботи полягає в комплексному розгляді процесів функціонування пожежних автомобілів і оптимізації основних показників їх використання за призначенням на основі розробки моделей і критеріїв формування конструктивних і експлуатаційних властивостей.

Розробка зазначених моделей і критеріїв є основою для визначення шляхів підвищення ефективності експлуатації пожежних автомобілів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов’язана з дослідженнями Національного транспортного університету за темою № К 05-01-1 “Розробка методів, моделей і стратегій розвитку виробництва на базі інвестиційної діяльності” (номер держреєстрації 0101U002017). Особисто автором в контексті даної програми розроблені моделі і критерії формування конструктивних і експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів.

Дисертаційні дослідження пов’язані також з “Планом наукових досліджень та розробок з удосконалення діяльності органів і підрозділів внутрішніх справ на 2002 – 2005 роки” за темою № .3.1 “Дослідження технічних засобів пожежогасіння, протипожежного захисту, пожежно-технічного озброєння та надання науково-методичної допомоги зацікавленим організаціям у розробленні та впровадженні їх у виробництво”.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є забезпечення якості формування конструктивних і експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів, а також ефективності їх використання у цільовому середовищі функціонування за рахунок розробки відповідних моделей і методів оптимізації та їх реалізації шляхом впровадження певних науково-технічних рішень.

Для досягнення даної мети в роботі поставлені та вирішені такі задачі дослідження:

- розробити основні напрями забезпечення ефективності формування конструктивних і експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів за сучасних умов з використанням системного підходу;

- сформувати основні задачі вдосконалення конструктивних і експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів на всіх етапах життєвого циклу;

- визначити критерії для оцінки ефективності пожежного автомобіля у процесі його експлуатації;

- розробити математичну модель взаємозв’язку системних властивостей пожежних автомобілів;

- дослідити основні фактори середовища цільового використання пожежних автомобілів, як основи для забезпечення ефективності їх експлуатації за сучасних умов;

- визначити адаптивність конструкцій пожежних автомобілів до умов експлуатації;

- розробити математичну модель для оптимізації процесів функціонування пожежних автомобілів за призначенням в середовищі цільового використання;

- розробити методику вибору способу забезпечення оптимальних умов експлуатації пожежних автомобілів;

- сформулювати організаційно-технічні і технологічні рішення для реалізації відповідних заходів щодо забезпечення ефективності експлуатації пожежних автомобілів;

- забезпечити впровадження основних результатів дослідження з метою підтвердження їх актуальності, наукової новизни та практичної значимості.

Об’єктом дослідження є пожежний автомобіль як цільова категорія і процес його експлуатації як категорія засобів досягнення мети.

Предмет дослідження -– конструктивні і експлуатаційні властивості пожежних автомобілів і моделі та критерії їх формування та реалізації.

Методологія дослідження. Для вирішення задач дослідження було використано комплекс методів: статистичну обробку інформації, методи оптимізації і математичне моделювання, теорію автомобіля, теоретичні основи двигунів внутрішнього згоряння, основи технічної експлуатації автомобілів, технічну кібернетику, теорію формування конструктивних і управлінських рішень.

Наукова новизна одержаних результатів.

Основний результат дисертаційної роботи полягає у вирішенні теоретичних і практичних завдань щодо розробки методів і критеріїв формування конструктивних і експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів та забезпечення їх реалізації у вигляді відповідних організаційно-технічних рішень на етапах проектування, виробництва та експлуатації, зокрема:

1. Вперше:

- запропонований системний підхід до формування конструктивних і експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів на основі широкого узагальнення світового передового досвіду і визначення реальних потреб в сучасній пожежній техніці;

- запропоновані критерії для оцінки ефективності конструктивних і експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів у процесі проектування, виготовлення та експлуатації, які забезпечують високу оцінку кількісних і якісних показників під час створення та цільового використання пожежної техніки;

- розроблена математична модель взаємозв’язку системних властивостей пожежних автомобілів, яка є основою для забезпечення ефективності їх експлуатації;

- розроблена математична модель для оптимізації процесів використання пожежних автомобілів за призначенням при їх експлуатації, реалізація якої дозволяє формувати оптимальні рішення стосовно необхідних властивостей з урахуванням характеристик функціонування в реальному середовищі.

2. Отримали подальший розвиток:

- дослідження основних факторів середовища цільового використання сил і засобів пожежогасіння та їх впливу на якість функціонування пожежної техніки як основи для забезпечення ефективності експлуатації пожежних автомобілів за сучасних умов;

- основні напрями забезпечення ефективності і якості експлуатації пожежних автомобілів, які базуються на моделях, критеріях і алгоритмах формування їх конструктивних і експлуатаційних властивостей;

- вирішення задач адаптації пожежного автомобіля до умов експлуатації;

- технічні засоби раціонального використання пожежних автомобілів у реальному середовищі функціонування;

Практичне значення отриманих результатів дисертаційної роботи полягає в тому, що одержані в дисертації моделі і критерії формування конструктивних і експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів та моделі їх оптимізації доведені до рівня обчислювальних та організаційно-технологічних процедур і можуть бути реалізовані в практичних підрозділах пожежної охорони, на підприємствах пожежного автомобілебудування та в навчальних закладах і наукових установах автомобільного та пожежно-технічного спрямування.

Реалізація результатів роботи. Результати дисертаційної роботи впроваджені компанією “Тітал” при розробці конструкції пожежної автоцистерни АЦ-20-2,5 (120.14)-100 “Касатка”, в СДПЧ-1 м. Одеса при модернізації пожежних автомобілів, а також в Черкаському інституті пожежної безпеки при підготовці фахівців зі спеціальності “Пожежна безпека”.

Особистий внесок здобувача. Матеріали досліджень опубліковані у фахових виданнях ВАК України та включають особисту розробку основних напрямків підвищення ефективності використання пожежних автомобілів та шляхів забезпечення реалізації заходів щодо поліпшення експлуатаційних властивостей мобільної пожежної техніки.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційних досліджень доповідались і отримали позитивну оцінку на: наукових конференціях професорсько-викладацького складу і студентів Національного транспортного університету (м. Київ, 1999 – 2003 р.р.); 4-й українській конференції з автоматичного управління “Автоматика – 97” (м. Черкаси, 1997 р.); ІІІ науково-практичній конференції “Пожежна безпека” (м. Київ, 1997 р.); науково-практичних конфе-ренціях в Черкаському інституті пожежної безпеки (м. Черкаси, 2000 – 2001 р.р.); засіданнях семінару “Системні методи керування, технологія та організація виробництва ремонту і експлуатації транспортних засобів” (м. Київ, 1999 – 2004 р.р.).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в семи статтях в збірниках наукових праць, матеріалах двох конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Структура дисертаційної роботи визначена задачами дослідження і включає вступ, чотири розділи, загальні висновки, список використаних джерел (145 найменувань). Загальний обсяг дисертації – 183 сторінки машинописного тексту, 45 ілюстрацій та 14 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, викладено зв’язок обраного напрямку досліджень із планами науково-дослідних робіт, визначено мету дослідження та намічено напрямки для її досягнення, наведено короткий зміст кожного з розділів, подано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі представлено результати дослідження процесів створення та експлуатації пожежних автомобілів. На основі аналізу життєвого циклу пожежних автомобілів як об’єкта дослідження, визначено основні напрямки поліпшення системних властивостей мобільної пожежної техніки та окреслено комплекс задач, що мають бути розв’язані у дисертаційній роботі.

Встановлено, що вирішальним фактором під час використання є часові характеристики, тому цільову функцію оптимального функціону-вання пожежного автомобіля можна представити в такому вигляді:

де рух – час від отримання сигналу про пожежу до прибуття підрозділу до місця пожежі;

розг – час бойового розгортання на місці пожежі;

гас – час гасіння.

Проведено системний аналіз процесів функціонування пожежних автомобілів як оперативних транспортних засобів, виділено негативні тенденції при їх створенні та використанні.

Проблема спричинена недостатньою реалізацією системного підходу до формування експлуатаційних властивостей пожежного автомобіля та вирішення задач їх створення як об’єктів нової техніки, а також складністю процесів їх моделювання та оптимізації.

Як наслідок, виникає потреба у створенні нових методів, що базувалися б на системному підході, який дає змогу з єдиних позицій розглядати сучасні підходи до процесів створення та експлуатації пожежних автомобілів (табл. 1).

Таблиця 1

Взаємозв’язок процесів вдосконалення пожежних автомобілів

ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ ПОЖЕЖНОГО АВТОМОБІЛЯ

Етапи проектування і виробництва | Етап експлуатації

ОСНОВНІ ЗАДАЧІ ВДОСКОНАЛЕННЯ ПОЖЕЖНИХ АВТОМОБІЛІВ

Ё вдосконалення процесів проектування пожежних автомобілів на основі оптимізації їх властивостей; | Ё розробка та впровадження засобів для оптимізації властивостей пожеж-них автомобілів на етапі експлуата-ції;

Ё вдосконалення процесів виробниц-тва пожежних автомобілів; | Ё вдосконалення процесів використання пожежних автомобілів за призначенням у цільовому середовищі;

Ё розробка механізмів оптимальної взаємодії процесів проектування та виробництва пожежних автомобілів | Ё розробка механізмів взаємодії процесів виробництва та експлуатації пожежних автомобілів

Для забезпечення ефективності створення та використання за цільовим призначенням пожежних автомобілів виникає необхідність розробки та впровадження відповідних організаційно-технічних рішень.

Основним завданням розробки та впровадження цих рішень є формування відповідного науково-методичного інструментарію, що і є метою даної дисертаційної роботи.

Зазначено, що розв’язання виділеної проблеми головним чином повинно базуватись на розробці ефективних моделей і критеріїв формування системних властивостей пожежних автомобілів. Саме такий шлях дає змогу підійти до вирішення задачі забезпечення ефективної експлуатації пожежного автомобіля за сучасних умов.

Окрім того, розробка зазначених моделей і критеріїв безпосередньо впливає на досліджуваний об’єкт і стає гарантом підвищення його якості. Таким чином, ув’язуються дві ортогональні категорії: ефективність (експлуатації пожежних автомобілів) і якість (створюваних пожежних автомобілів).

Важливе значення в справі підвищення якості і ефективності пожежних автомобілів відводиться їх адаптації до умов і середовища цільового використання. Пояснюється це тим, що пожежний автомобіль, який надходить на озброєння оперативних підрозділів, має певний рівень якості, заданий при проектуванні і забезпечений при виробництві. Під час експлуатації автомобіля його якість характеризується вже не заданими, а реалізованими показниками, тобто кількісними характеристиками властивостей автомобіля, які розглядаються стосовно конкретних умов його оперативного використання (рис.1).

Реалізовані показники характеризують ефективність використання пожежного автомобіля за призначенням. Однак ці показники можуть суттєво відрізнятися від номінальних, які визначають якість нового автомобіля в стандартних (заданих) умовах експлуатації.

Поняття адаптивності досить широке й охоплює всі сфери оперативного використання і технічної експлуатації автомобіля: бойове чергування, рух за викликом, бойове розгортання, гасіння.

Отримані результати створюють реальну основу для розв’язання проблеми забезпечення необхідного рівня ефективності та якості функціонування пожежних автомобілів у середовищі цільового використання.

У другому розділі представлено методичні аспекти побудови системної моделі взаємозв’язку властивостей пожежних автомобілів.

Проведено дослідження основних показників пожежних автомобілів та проаналізовано їх вплив на оптимізацію цільової функції функціонування пожежного автомобіля. Сформульовано системні вимоги та обмеження до процесу моделювання взаємодії між собою основних параметрів пожежних автомобілів.

В умовах, коли відомі параметри, що визначають ефективність використання пожежного автомобіля, але невідомий взаємозв’язок між ними, доцільно використання підходу, в основі якого лежить запропонована Н. Вінером ідея “чорного ящика”. “Чорний ящик” – це об’єкт дослідження, в даному випадку пожежний автомобіль (рис. 2).

Метою моделювання в цьому випадку є опис поведінки пожежного автомобіля як єдиного цілого.

Процес функціонування об’єкта дослідження оцінюється за допомогою змінних, що включають цільові показники, які виступають системними характеристиками пожежного автомобіля. Ці показники, що характеризують ефективність функціонування автомобіля, мають різну природу, описуються відповідними залежностями і характеризуються різними параметрами, однак для оптимізації математичної моделі потрібно мінімізувати їх кількість, обираючи такі, які найбільш повно характеризують складну систему, якою є пожежний автомобіль.

При побудові математичної моделі запропоновано використовувати комплексні показники, які певним чином пов’язують між собою потужнісні, вагові та габаритні параметри пожежних автомобілів (табл. 2).

Таблиця 2

Комплексні показники

питома потужність | коефіцієнт щільності

компонування | коефіцієнт використання

габаритної довжини | де Nе – ефективна (максимальна) потужність двигуна;

Ga – повна маса автомобіля;

Va – габаритний об’єм автомобіля;

Lкуз – довжина кузова (пожежної надбудови);

L – габаритна довжина автомобі-ля.

Також введено узагальнюючий показник “кількість руху” p = мGa vmax (де м – коефіцієнт використання маси базового шасі; vmax – максимальна швидкість автомобіля), що відображає одночасно швидкісні та вагові характеристики пожежного автомобіля, і, відповідно, дає можливість пов’язати часові характеристики процесів руху до місця виклику та гасіння пожежі.

На підставі запропонованих методик, побудована математична модель взаємозв’язку системних властивостей мобільної пожежної техніки, в якій в якості критерію ефективності виступає уже названий показник “кількість руху”:

де Y – кількість руху (p);

Х1 – питома потужність двигуна (NП);

Х2 – коефіцієнт щільності компонування (KЩ);

Х3 – коефіцієнт використання габаритної довжини (kL).

Отримана математична модель дозволяє за параметром визначити рівень пристосованості пожежних автомобілів до умов експлуатації на етапах проектування і виготовлення нових моделей. Вона також може бути використана для визначення потенціалу пристосованості в даний момент часу і, крім того, дозволяє провести його прогнозування.

Оскільки фактори, що входять в модель, мають різне числове значення, на основі коефіцієнтів регресії не можна дати остаточний висновок про те, який із факторів має найбільший вплив, і де знаходиться резерв для поліпшення критерію ефективності. Для вирішення цього питання необхідно провести кодування факторів, тобто переведення натуральних факторів в безрозмірні величини.

В результаті кодування факторів прийнята математична модель набуває вигляду:

де x1, x2, x3 – відповідно кодовані значення факторів Х1, Х2, Х3.

На підставі отриманої моделі зроблено висновок про значний ступінь впливу розглянутих факторів на критерій ефективності та можливості їх оптимізації в процесі модернізації або створення нових моделей пожежних автомобілів під час реалізації відповідних проектів.

Показано необхідність використання побудованої моделі для вирішення практичних задач підвищення ефективності функціонування пожежних автомобілів.

Отримані результати використовуються для побудови номограми (рис. 3), яка дає можливість визначити значення критерію ефективності у залежності від значень факторів та ймовірності їх появи у конкретних реальних умовах створення та функціонування пожежних автомобілів.

У третьому розділі, з метою визначення найбільш важливих напрямків вдосконалення пожежних автомобілів та забезпечення їх реалізації, розглянуто роль факторів середовища цільового використання пожежних автомобілів в процесі їх функціонування. Під час оперативного використання пожежного автомобіля цілком можлива ситуація, коли, за рахунок впливу умов експлуатації, деякі показники, що характеризують технічні можливості пожежних автомобілів, взагалі не можуть бути реалізовані або будуть реалізовані частково.

Визначено, що формування середовища цільового використання пожежних автомобілів здійснюється двома групами факторів – групою дорожніх факторів і групою факторів, що характеризують умови перебування пожежного автомобіля в режимі очікування (температура повітря в місці знаходження автомобіля).

Проведені дослідження підтверджують суттєвий вплив дорожніх факторів на ефективність функціонування пожежних автомобілів. Однак більшість з них не можуть бути пов’язані з конструктивними та експлуатаційними властивостями пожежних автомобілів і, відповідно, не розглядаються як вирішальні при виборі оптимальних значень показників тактико-технічних характеристик. Причому оптимізація більшості з наведених факторів може бути розглянута в якості загальнотранспортної проблеми, вирішення якої в цілому призведе і до поліпшення ефективності використання зокрема пожежних автомобілів.

Інша група факторів, а саме фактори, що характеризують умови знаходження пожежного автомобіля в режимі очікування, зокрема температура повітря в пожежній частині, має значний вплив на процес функціонування саме пожежних автомобілів, агрегати яких під час виїзду та руху на пожежу починають функціонувати з максимальним навантаженням при температурі, що дорівнює температурі навколишнього середовища, а відповідно далекій від оптимальної, тоді як для більшості їх транспортних аналогів цей показник має набагато менше значення.

Оскільки ефективність пожежного автомобіля визначається факторами, що формують середовище цільового використання, опосередковано, тобто через їх вплив на можливості реалізації оперативно-тактичних властивостей, задача дослідження ефективності функціонування пожежних автомобілів в середовищі цільового використання вирішена шляхом побудови відповідних моделей.

Метою моделювання в цьому випадку є визначення закономірностей та величини впливу факторів середовища цільового використання пожежного автомобіля на реалізацію його конструктивних і експлуатаційних властивостей, які, в свою чергу, формують критерії поліпшення ефективності функціонування як окремо взятого пожежного автомобіля, так і парку мобільної пожежної техніки в цілому, що є основою для прийняття відповідних управлінських рішень.

Під час побудови моделі в якості фактора обирається температура рідини в системі охолодження двигуна під час його запуску та в процесі руху автомобіля на пожежу – показник, безпосередньо пов’язаний з умовами перебування пожежного автомобіля в режимі очікування.

Критерієм ефективності слугує питома потужність двигуна, яка безпосередньо впливає на часові характеристики використання пожежного автомобіля за призначенням.

На підставі результатів проведених досліджень для конкретного пожежного автомобіля отримана модель у вигляді:

де Y – питома потужність двигуна;

Х – температура рідини в системі охолодження двигуна.

Однак, отримана математична модель у представленому вигляді може бути використана тільки для одної марки автомобіля. Це пов’язано з тим, що при створенні моделі враховувались значення критерію ефективності (питомої потужності двигуна), які відповідають технічним параметрам конкретної марки пожежного автомобіля. Проте, проведені дослідження свідчать про абсолютну тотожність характеру залежності величини питомої потужності від температури охолоджуючої рідини для різних типів двигунів та марок і моделей автомобілів.

Для забезпечення універсальності математичної моделі, тобто можливості її застосування для опису поведінки будь-якого пожежного автомобіля в середовищі цільового використання, виникає необхідність у кодуванні критерію ефективності, яке проведено шляхом переведення натуральних значень питомої потужності двигуна у відсоткові.

В результаті кодування критерію ефективності прийнята математична модель набуває вигляду:

де y – кодоване значення критерію ефективності Y.

На основі отриманої моделі можна проводити аналіз впливу факторів середовища цільового використання на реалізацію системних властивостей пожежного автомобіля, визначати потенціал його пристосованості і прогнозувати ефективність використання.

Проте, порівняно невелике значення коефіцієнту регресії при третьому члені математичної моделі дає підстави стверджувати, що адекватною розглянутим залежностям може бути і модель представлена у вигляді лінійної функції:

Представлена модель може бути використана у випадках, коли встановлені залежності беруться за основу подальших розрахунків.

Крім того, лінійна модель використовується для оптимізації якості функціонування пожежних автомобілів в середовищі цільового використання.

Цільова функція, яка підлягає оптимізації, може бути задана у вигляді:

де Ш1, Ш2 – вагові коефіцієнти, які визначаються експериментально; –

відповідно задані (оптимальні) значення величин y, Х.

Тоді рівняння оптимального управління набуває вигляду:

де К1, К2, К3 – коефіцієнти, що враховують підвищення ефективності використання за призначенням пожежних автомобілів за рахунок впровадження відповідних проектів.

Схема оптимального управління процесами функціонування пожежного автомобіля у середовищі його цільового використання за призначенням представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схема оптимального управління процесами функціонування пожежного автомобіля у середовищі його цільового використання за призначенням

Таким чином, від раціонального вибору на етапі проектування величин Х1, Х2, Х3 (2) залежить величина Y (кількість руху), забезпечення якої здійснюється за рахунок реалізації рівняння оптимального управління (рис. 5).

Запропонована методика забезпечує системне вирішення задач досягнення необхідного рівня якості функціонування пожежного автомобіля в середовищі цільового використання та формування на цій основі відповідних управлінських рішень.

У четвертому розділі виділено основні аспекти реалізації методів поліпшення системних властивостей пожежних автомобілів та запропоновано методику вибору відповідних заходів.

Враховуючи, що пожежний автомобіль, будучи сам складною технічною системою, є складовою частиною більш складних систем, таких як “виникнення пожежі -– машина – ліквідація пожежі”, “людина – машина – середовище”, “машина – умови експлуатації – час експлуатації” тощо, зв’язки між елементами яких не можуть не розглядатись, практично неможливо відразу вирішувати одну єдину глобальну задачу, яка б відображала поставлену мету. Тому для ефективного управління процесами, пов’язаними із забезпеченням ефективності використання пожежного автомобіля за призначенням, є необхідність визначення сукупності задач за принципом декомпозиції початкової задачі S на логічно взаємопов’язану систему підзадач Sdik, де d – рівень декомпозиції, ik – індекс на множині задач одного рівня.

Для даного дослідження важливим є рівень задач зазначеної моделі, який подано на рис. 6.

Формулювання підзадач першого рівня декомпозиції може бути здійснено на підставі цільової функції оптимального функціонування пожежного автомобіля (1), тобто основними задачами на цьому етапі є забезпечення зменшення часових характеристик основних операцій під час його використання: руху до місця виклику, розгортання та гасіння пожежі.

Розв’язання усіх задач дерева задач є складовою процесу досягнення глобальної цілі. Розв’язання підзадач зазначеного рівня приводить до отримання рішення початкової задачі S. Таким чином, “занурення” у системну модель має двонаправлений характер. З одного боку потрібно раціонально побудувати відображення видів забезпечення (методичне, організаційне, інформаційне, програмне, технічне).

З іншого боку виникає необхідність розв’язувати конкретні задачі (реалізовувати конкретні гілки дерева задач), що опираються на відповідні, можливо альтернативні, варіанти їх розв’язання. Такою альтернативною гілкою є скорочення часу прибуття пожежних підрозділів до місця виклику.

Розробка заходів, пов’язаних з реалізацією цього напрямку підвищення ефективності використання пожежного автомобіля, може бути спрямована на забезпечення підвищення готовності об’єкта дослідження до використання за призначенням шляхом вдосконалення середовища цільового використання, в тому числі зменшення негативного впливу температури на можливість реалізації пожежним автомобілем своїх потужнісних та швидкісних показників.

Таким чином, задачі підвищення ефективності використання пожежного автомобіля напряму пов’язані з вирішенням проблеми забезпечення оптимального температурного режиму двигуна під час виїзду та руху пожежного автомобіля до місця виклику

З метою впровадження та реалізації відповідних організаційно-технологічних заходів, основні задачі підвищення ефективності повинні вирішуватись комплексно, враховуючи задачі як етапу проектування і виготовлення, так і етапу експлуатації (рис. 7).

Основні напрямки вирішення задач забезпечення ефективності пожежного автомобіля представлені на рис. 8.

З урахуванням наведених напрямків та у результаті проведеного дослідження запропонований і апробований варіант рішення актуальної науково-практичної задачі підвищення ефективності експлуатації двигунів пожежних автомобілів, що може бути досягнуто підтриманням певної температури охолоджуючої рідини під час перебування пожежного автомобіля в стані очікування з метою інтенсифікації післяпускового прогрівання двигуна для скорочення часу прибуття пожежного автомобіля до місця виклику, що має важливе значення для суспільства і національної економіки.

Теоретично обґрунтовані й одержали експериментальне підтвердження технічні рішення по скороченню часу післяпускового прогрівання двигуна.

Подано теоретичне обґрунтування доцільності і можливості реструктуризації зовнішнього теплового балансу двигуна внутрішнього згоряння. Ідея реструктуризації практично реалізована встановленням електронагрівального пристрою в системі охолодження, що дозволило підтримувати певний температурний режим і скоротити час прогрівання двигуна до експлуатаційних температур.

Натурні випробування підтверджують, що двигун з більш високою в порівнянні з навколишнім середовищем температурою, як в зимовий, так і в літній періоди, розвиває в момент виїзду значно більшу потужність, що призводить до істотного підвищення динамічних якостей пожежного автомобіля, зниженню витрат пально-мастильних матеріалів, забезпечує нормативні значення ресурсних показників і токсичності відпрацьованих газів.

Як наслідок, час прибуття до місця виклику пожежних автоцистерн АЦ-40(130) 63Б і АЦ-40/2,5(53211) 240 може бути скорочений на 1 – 2,5 хв.

Поліпшення адаптивності двигуна до експлуатації при низьких температурах, крім того, дозволить забезпечити максимально ощадливу витрату залишкового ресурсу парку пожежних автомобілів при забезпеченні підвищених паливно-економічних та екологічних показників.

Результати дослідження свідчать, що запропоновані технічні рішення можуть бути з успіхом застосовані на двигунах автомобілів як аварійно-ряту-вальних, так і інших оперативних служб.

Разом з тим, сформульовано та підтверджено відповідними розрахунками висновок про соціально-економічний характер вирішення задачі підвищення ефективності використання пожежного автомобіля. Так, одна хвилина середньостатистичної пожежі в 2004 р. обійшлася українському суспільству більш ніж у 193,46 грн. загальних збитків. Крім того, у масштабі країни скорочення часу прибуття оперативних підрозділів до місця виклику усього на одну хвилину могло б врятувати життя в 2004 році 262 особам (а на 1 секунду – більше 4 осіб), або в перерахуванні на 100 пожеж близько 5 осіб.

Запропоновані рішення у значній мірі спрощують процес розробки (вибору) всіх видів забезпечення (методичного, організаційного, інформаційного, програмного, технічного), оскільки вони відображають логічну структуру процесу досягнення поставленої мети:

< мета > > < функції > > < задачі > > < процедура > > < результати >.

ВИСНОВКИ

1. На основі проведених досліджень функціонування пожежних автомобілів запропоновано системний підхід до розв’язання актуальних науково-при-кладних задач поліпшення й оптимізації їх використання за рахунок розробки та практичної реалізації моделей та алгоритмів взаємодії об’єкта дослідження із експлуатаційним середовищем.

2. Базуючись на узагальненні досвіду створення та використання пожежної техніки сформовано основні задачі вдосконалення конструктивних і експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів на всіх етапах життєвого циклу.

3. Розроблено математичну модель взаємозв’язку конструктивних та експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів, яка є основою для забезпечення ефективності їх проектування, виготовлення та експлуатації.

4. Запропоновано критерії для оцінки ефективності конструктивних і експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів на всіх етапах життєвого циклу, які забезпечують високу оцінку кількісних і якісних показників у відповідних проектах створення та цільового використання пожежної техніки.

5. Проведено дослідження основних факторів середовища цільового використання пожежних автомобілів як основи для визначення ступеня адаптивності конструкцій пожежних автомобілів до умов експлуатації та забезпечення ефективності їх функціонування за сучасних умов.

6. Розроблено математичну модель взаємозв’язку системних властивостей пожежних автомобілів з факторами, що формують середовище їх використання за призначенням.

7. Сформульовано організаційно-технічні та технологічні аспекти реалізації шляхів забезпечення ефективності конструювання, виробництва та експлуатації пожежних автомобілів.

8. Запропоновано і апробовано варіант рішення актуальної науково-практичної задачі підвищення ефективності експлуатації двигунів пожежних автомобілів, що може бути досягнуто підтриманням певної температури охолоджуючої рідини під час перебування пожежного автомобіля в стані очікування з метою інтенсифікації післяпускового прогрівання двигуна для скорочення часу прибуття пожежного автомобіля до місця виклику, що має важливе значення для суспільства і національної економіки.

Впровадження результатів виконаних наукових досліджень підтвердило їх високу ефективність, актуальність та практичну значимість.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лук’янченко О.Ю. Вплив середовища цільового використання на якість функціонування пожежних автомобілів // Системні методи керування, технологія та організація виробництва ремонту і експлуатації автомобілів: Зб. наук. пр. – К.: НТУ, ТАУ, 2002. – Вип. 15. – С. 148-151.

2. Лук’янченко О.Ю. Можливості підвищення середньої швидкості руху пожежного автомобіля // Системні методи керування, технологія та організація виробництва ремонту і експлуатації автомобілів: Зб. наук. пр. – К.: УТУ, ТАУ, 1999. – Вип. 6. – С. 45-49.

3. Лук’янченко О.Ю. Основні задачі забезпечення ефективності використання пожежного автомобіля за призначенням // Системні методи керування, технологія та організація виробництва ремонту і експлуатації автомобілів: Науковий журнал. – К.: НТУ, ТАУ, 2003. – Вип. 16. – С. 187-192.

4. Лук’янченко О.Ю. Побудова математичної моделі взаємозв’язку системних властивостей пожежних автомобілів // Системні методи керування, технологія та організація виробництва ремонту і експлуатації автомобілів: Зб. наук. пр. – К.: НТУ, ТАУ, 2001. – Вип. 12. – С. 80-86.

5. Лук’янченко О.Ю. Проблеми забезпечення адаптивності пожежних автомобілів до середовища цільового використання // Системні методи керування, технологія та організація виробництва ремонту і експлуатації автомобілів: Науковий журнал. – К.: НТУ, ТАУ, 2003. – Вип. 17. – С. 104-108.

6. Лук’янченко О.Ю. Системний підхід до оцінки рівня якості пожежних автомобілів // Системні методи керування, технологія та організація виробництва ремонту і експлуатації автомобілів: Зб. наук. пр. – К.: УТУ, ТАУ, 1998. – Вип. 5. – С. 32-35.

7. Лук’янченко О.Ю. Типаж пожежних автомобілів і тенденції його розвитку // Системні методи керування, технологія та організація виробництва ремонту і експлуатації автомобілів: Зб. наук. пр. – К.: УТУ, ТАУ, 1998. – Вип. 5. – С. 36-40.

АНОТАЦІЯ

Лук’янченко О.Ю. Розробка моделей і критеріїв забезпечення ефективності експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.22.20 – експлуатація та ремонт засобів транспорту. – Національний транспортний університет, Київ, 2005.

Дисертація містить наукові дослідження з питань забезпечення ефективної експлуатації пожежних автомобілів як оперативних транспортних засобів.

На основі проведеного аналізу процесів функціонування пожежних автомобілів запропоновано системний підхід до розв’язання актуальних науково-при-кладних задач поліпшення й оптимізації їх використання за рахунок розробки та практичної реалізації моделей та алгоритмів взаємодії об’єкта дослідження з експлуатаційним середовищем.

Розроблено математичну модель взаємозв’язку конструктивних та експлуатаційних властивостей пожежних автомобілів, яка є основою для забезпечення ефективності їх проектування, виготовлення та експлуатації.

Проведено дослідження основних факторів середовища цільового використання пожежних автомобілів, що є підставою для визначення ступеня адаптивності конструкцій пожежних автомобілів до умов експлуатації й забезпечення ефективності їхнього функціонування за сучасних умов. Розроблено математичну модель взаємозв’язку системних властивостей пожежних автомобілів з факторами, що формують середовище їх експлуатації.

Запропоновані напрямки забезпечення підвищення рівня готовності пожежного автомобіля до використання за призначенням.

Сформульовано організаційно-технічні та технологічні аспекти для реалізації заходів забезпечення ефективності експлуатації пожежних автомобілів.

Запропоновано і апробовано варіант рішення актуальної науково-практичної задачі підвищення ефективності експлуатації двигунів пожежних автомобілів.

Ключові слова: експлуатація, метод, модель, пожежний автомобіль, властивість, системна ефективність.

АННОТАЦИЯ

Лукьянченко А.Ю. Разработка моделей и критериев обеспечения эффективности эксплуатационных свойств пожарных автомобилей. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 – эксплуатация и ремонт средств транспорта. – Национальный транспортный университет, Киев, 2005.

Диссертация содержит научные исследования по вопросам обеспечения эффективной эксплуатации пожарных автомобилей как оперативных транспортных средств путем повышения эффективности их использования по назначению. Анализ процессов функционирования пожарных автомобилей в среде целевого использования позволил определить общетеоретические, управленческие, организационно-методические и технические условия, которые влияют на эффективность и качество их применения.

Сформулированы основные задачи совершенствования конструктивных и эксплуатационных свойств пожарных автомобилей на всех этапах жизненного цикла.

Предложены критерии для оценки эффективности конструктивных и эксплуатационных свойств пожарных автомобилей на всех этапах жизненного цикла, которые обеспечивают высокую оценку количественных и качественных показателей в процессе эксплуатации пожарной техники.

На основе проведенного анализа процессов функционирования пожарных автомобилей предложен системный подход к решению актуальных научно-прикладных задач улучшения и оптимизации их использование за счет разработки и практической реализации моделей и алгоритмов взаимодействия объекта исследования с эксплуатационной средой.

Исследованы основные показатели пожарных автомобилей и проанализировано их влияние на оптимизацию целевой функции мобильной пожарной техники. На основе этих исследований, для оценки эксплуатационной эффективности пожарного автомобиля, предложено использовать комплексные показатели, которые определенным образом связывают его мощностные, габаритные и весовые параметры.

Разработана математическая модель взаимосвязи конструктивных и эксплуатационных свойств пожарных автомобилей, которая является основой для обеспечения эффективности их проектирования, изготовление и эксплуатации. При этом в качестве критерия эффективности предложено использовать обобщающий показатель “количество движения”, который одновременно характеризует скоростные и весовые показатели пожарного автомобиля, то есть позволяет оценить как скорость движения автомобиля в оперативном режиме, так и количественный и качественный состав доставленного пожарного оборудования и средств пожаротушения, связывая тем самым временные характеристики процессов следования к месту вызова и тушения пожара.

Проведено исследование основных факторов среды целевого использования пожарных автомобилей, что является основанием для определения степени адаптивности конструкций пожарных автомобилей к условиям эксплуатации и обеспечения эффективности их функционирования в современных условиях. Показано, что во время эксплуатации автомобиля, его качество характеризуется не заданными в процессе проектирования и изготовления показателями, а реализованными, то есть, количественными характеристиками свойств автомобиля относительно конкретных условий его оперативного применения. Именно эти реализованные показатели характеризуют эксплуатационную эффективность пожарного автомобиля и, при этом, могут существенно отличаться от номинальных (заданных).

Установлено, что на этапе эксплуатации пожарных автомобилей возникает необходимость обеспечения номинальных значений мощностных показателей двигателя путём влияния на соответствующие факторы, которые формируют среду целевого использования.

Разработана математическая модель взаимосвязи системных свойств исследуемого объекта с факторами, которые формируют среду его целевого использования, и показано необходимость ее применения для решения практических задач обеспечения эксплуатационной эффективности пожарных автомобилей.

Предложены пути обеспечения повышения уровня готовности пожарного автомобиля к использованию по назначению.

Сформулированы организационно-технические и технологические аспекты для реализации мероприятий по обеспечению эффективности эксплуатации пожарных автомобилей.

В результате проведенного исследования предложен и апробирован вариант решения актуальной научно-практической задачи повышения эффективности эксплуатации пожарных автомобилей, которое может быть достигнуто поддержанием определенной температуры охлаждающей жидкости во время пребывания пожарного автомобиля в состоянии ожидания с целью интенсификации послепускового прогревания двигателя для сокращения времени прибытия пожарного автомобиля к месту вызова, что имеет важное значение для общества и национальной экономики.

Ключевые слова: эксплуатация, метод, модель, пожарный автомобиль, свойство, системная эффективность.

SUMMARY

Lukyanchenko O.Y. Development of models and criteria for maintaining efficiency of operating properties of fire-engine vehicles. - Manuscript.

Dissertation for obtaining the scientific degree of Candidate of Technical Sciences on a specialty 05.22.20 - Operation and repair of vehicles. - National Transport University, Kyiv, 2005.

The dissertation contains scientific researches concerning the maintaining operational efficiency of fire-engine vehicles as operative means of transport.

The system approach to the solution of actual scientific and applied problems of improving and optimization of their use due to the development and practical implementation of models and algorithms of interacting of the research subject with operational environment is offered on the basis of the conducted analysis of operational processes of fire-engine vehicles.

The mathematical model of relationship of the design and operating properties of fire-engine vehicles which is the basis for maintaining efficiency of their projection, manufacture and maintenance has been developed.

The research of major factors of the proper use environment of fire-engine vehicles has been conducted and it is the ground for definition of the degree of adaptibility of fire-engine vehicles design to the operating condition and maintaining efficiency of their operation in our times. The mathematical model of relationship of system properties of fire-engine vehicles with factors which form their maintenance environment, has been developed.

The directions for increasing level of readiness of the fire-engine vehicle to proper use have been offered.

Organizational and engineering and technological aspects for realization of measures of maintaining operational efficiency of fire-engine vehicles have been