Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

КВАЛИФИКАЦИЯ ПЕРСОНАЛА КАК ИНСТРУМЕНТ В ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Абдрахманов А.А. 1 Сафин Г.Г. 1 Габитов И.А. 1 Титанов А.В. 1 Чернухин С.А. 1 Великанов В.С. 1
1 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
В статье представлен анализ современных подходов к оценке эффективности эксплуатации карьерных гусеничных экскаваторов. Установлено, что единообразия в подходах нет, предлагается в развитии дальнейших исследований влияния квалификации машиниста экскаватора использовать математический аппарат нечеткой логики и нечетких множеств. Произведена модификация оригинальной нечеткой модели оценки деятельности машинистов ЭКГ, в которой учтены квалификационные требования к операторской деятельности в показателях ее качества, обеспечивающие оценку функциональной эффективности деятель­ности по управлению и эксплуатации экскаватора. Результаты данной работы практически внедрены в систему аттестации персонала горных предприятий Южного Урала; на основе полученных данных сформирована матрица состояния подсистемы «машинист-экскаватор».
коэффициент
квалификация
экскаватор
машинист
система
модель
нечеткая логика
1. Великанов В.С. Повышение эффективности эксплуатации карьерных гусеничных экскаваторов с оборудованием «прямая механическая лопата»: автореф. дис…. канд. техн. наук. – Екатеринбург, 2009. – 18 с.
2. Великанов В.С. Развитие методов оценки и управления эргономичностью горных машин и комплексов на основе нечетко-множественного подхода // Европейская наука и техника. Сб. науч. тр. – 2013. – С. 370–377.
3. Великанов В.С. Использование нечеткой логики и теории нечетких множеств для управления эргономическими показателями качества карьерных экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: изд-во «Горная книга», 2010. – № 9. – С. 57–62.
4. Великанов В.С. Возможности метода парных сравнений в установлении значимости показателей горных машин и комплексов по критерию эргономичности // Вестник КузГТУ. – 2013. – № 4 – С. 43–46.
5. Великанов В.С. Тестовые методики и тренажерные средства в системе повышения профессионального мастерства операторов горных машин // Горный журнал. – 2012. – № 9. – С. 131–133.
6. Великанов В.С., Шабанов А.А. Оценка профессиональной компетентности операторов горнотранспортных машин в условиях нечеткой информации // Перспективы развития горнотранспортного оборудования: Сборник статей. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. – М.: изд-во «Горная книга», 2012. – ОВ № 2 – С. 117–124.
7. Исмагилов К.В., Великанов В.С. Проектирование оте чественных мехлопат с учетом требований рынка горной техники и эргономических показателей // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: изд-во «Горная книга», 2009. – № 2. – С. 30–32.
8. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. СПб.: БХВ-Петербург, 2005.–736 с.
9. Олизаренко В.В., Великанов В.С. К вопросу ранжирования профессиональных навыков машиниста карьерных экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: изд-во «Горная книга», 2010. – № 3. – С. 315–319.
10. Осинцев Н.А. Управление безопасностью производства на рабочих местах с применением аппарата теории нечетких множеств // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2008. – № 4 – С. 83–85.
11. Храмцов Н.В., Скипин Л.Н. Оценка профессионально-личностного уровня водителей и механизаторов // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2013. – № 6–1; URL: http://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-professionalno-lichnostnogo-urovnya-voditeley-i-mehanizatorov (дата обращения:18.11.2015). Научная библиотека.
12. Шарипов Р.Х. Изучение влияния скорости подъема ковша на долговечность рукояти экскаваторов с зубчато-реечным напором (на примере ЭКГ-5А): автореф. дис…. канд. техн. наук. – Екатеринбург, 2011. – 18 с.
13. Шибанов Д.А. Комплексная оценка факторов, определяющих наработку экскаваторов ЭКГ-18Р/20К, для планирования технического обслуживания и ремонтов: автореф. дис…. канд. техн. наук. – Санкт-Петербург, 2015. – 22 с.
14. Экскаватор карьерный гусеничный ЭКГ-18Р. Руководство по эксплуатации. 3550.00.00.000 РЭ. Том 1. / В.М. Донской [и др.]. – Колпино: ООО «ИЗ-КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова», 2010. – 122 с. Инв. № 81625

Отрадно, что исследования, связанные с квалификацией технологического персонала в горной промышленности, находят свое отражение и в современных научных публикациях (табл. 1).

Таблица 1

Современные подходы в оценке эффективности управления и эксплуатации карьерных экскаваторов

Автор

Научные

положения

Результаты

Выводы

Великанов  В.С.

(2009 г.) [1]

Качественная оценка эффективности управления и эксплуатации ЭКГ характеризуется коэффициентом эффективности деятельности машиниста с учетом других определяющих факторов.

abdrah1t.tif

Классификация системы «человек – экскаватор»

по критериям качество управления ЭКГ и его

производительность

Обоснован коэффициент эффективности деятельности машиниста, позволяющий оценить степень влияния квалификации машиниста на качество управления и эксплуатации ЭКГ. Разработана классификация подсистемы «человек-экскаватор» по критериям: качество управления ЭКГ и его производительность.

Шарипов Р.Х.

(2011 г.) [12]

Основными причинами отказов рукояти экскаваторов с зубчато-реечным напором типа ЭКГ являются: динамические нагрузки, превышающие допустимый уровень; форма конструкции, приводящая к высокой концентрации напряжений; последствия ремонтных воздействий; относительно низкая квалификация машинистов

abdrah2t.wmf

Распределение отказов рукояти

экскаваторов типа ЭКГ-5А при управлении

машинистами с рассматриваемым стажем работы

Установлены законы распределения усилий в подъемных канатах экскаваторов типа ЭКГ-5А при черпании горной массы в зависимости от стажа работы машинистов.

Шибанов  Д.А.

(2015 г.) [13]

Необходимость повышения эффективности технической эксплуатации ЭКГ, основное направление вектора вмешательства в установившуюся систему организации горных работ должно быть нацелено на квалификацию машинистов экскаваторов, соблюдение режимов эксплуатации, а также создание условий эффективной эксплуатации.

abdrah3t.tif

Факторы, влияющие на работоспособность

карьерного экскаватора цикличного действия

Разработан алгоритм комплексной оценки наработки экскаватора за срок службы до капитального ремонта. Установлено, что до 90 % влияния на снижение доремонтного ресурса оказывают три фактора: качество подготовки забоя, управление экскаватором и его техническое состояние.

Если обратиться к истории, то активные работы велись с середины ХХ века, к наиболее значимым, с точки зрения проработки вопроса, можно отнести: «Повышение производительности одноковшовых экскаваторов» (Домбровский Н.Г., 1951 г.); «Режимы управления экскаваторами СЭ – 3 и ЭКГ – 4» (Панев Б.И., 1966 г.); «Эксплуатационная надежность и техническое обслуживание экскаваторов ЭКГ – 8 и ЭКГ – 8И» (Голубев В.А., Троп А.Е., Карасев Н.М. и др., 1971 г.); «Надежность горного оборудования и эффективность его использования» (Голубев В.А., Троп А.Е., 1974 г.). В работах указывается, что некоторые показатели, влияющие на высокопроизводительную и эффективную работу карьерного экскаватора (ЭКГ), не выделяются, либо их учету не уделяется достаточного внимания. К этим показателям отнесены: несоблюдение правил технической эксплуатации; низкий уровень проектного, конструктивного исполнения и изготовления машин, узлов и деталей; отсутствие запасных частей и их ограниченные поставки; квалификация машинистов экскаваторов и ремонтников и т.д.

Влияние квалификации персонала (машинисты экскаваторов) на качество управления ЭКГ учитывается в расчетных зависимостях при определении производительности ЭКГ (табл. 2).

Таблица 2

Зависимости для расчета производительности ЭКГ

Автор

Расчетная зависимость

Н.Г. Домбровский

Пэ = Пт Км Кв

В.А. Голубев,

А.Е. Троп

Пт = (3600E/Tц) Ку Кэ

В.В. Ржевский

Qэф = (3600E/Tц)(Кн.к/Кр.к)Кт.в Кпот Ку Ктр

Н.В. Мельников

Qк.т. = (3600E/Tц)Vк Ки

Указывается, что к показателям, влияющим на производительность ЭКГ, относится и квалификация машиниста экскаватора, которая включает в себя комплекс навыков и рабочих приемов при экскавации.

Р.Ю. Подэрни

Qэ = 60(tр/ tр+tп) Кв КэкЕ Tсnz

Примечание. kу, kм – коэффициент управления экскаватора, т.е. коэффициент, учитывающий опыт и практические навыки машиниста экскаватора. В таблице: Кв – коэффициент использования экскаватора во времени; E, Vк – емкость ковша экскаватора, м3; Tц – теоретическая продолжительность цикла экскаватора при угле поворота 90 °, сек; Кэ, Кэк – коэффициент экскавации; Кпот – коэффициент потерь экскавированной породы; Кн.к – коэффициент наполнения ковша; Ки – коэффициент использования емкости ковша; tр – длительность непрерывной работы экскаватора с одного места установки; tп – длительность одной передвижки; Tс – длительность смены, ч; nz – число разгружаемых в минуту ковшей, мин-1.

Коэффициент управления (kу,kм) рекомендуется определять как отношение технической производительности (ПТ) экскаватора за 1 ч исправной работы к теоретической производительности (П0), либо отношение теоретической продолжительности цикла экскавации (tц.теор) к фактической продолжительности цикла (tц.факт) в заданных условиях эксплуатации:

abd101.wmf либо abd102.wmf

В отношении влияния уровня квалификации машинистов на эффективность управления и эксплуатации экскаваторов определенного единообразия в подходах нет, из-за отсутствия стандартизированных показателей и объективных критериев оценки. Как отмечается в ряде работ [9, 11], квалификация оператора – это тот потенциал, который в нем заложен. Основу квалификации составляет техническое образование, а классность – это формально признанный уровень образования, третьим по значимости показателем умения, навыков и опыта является стаж работы, то есть характеристики функционального статуса работника.

В настоящее время на карьерах и разрезах РФ происходит постепенное переоснащение парков современными экскаваторами нового поколения, а также зарубежных производителей Hitachi (Япония), Komatsu (Япония), Kobelko (Япония), Caterpillar (США) и др. Поэтому успешное функционирование горного предприятия зависит не только от инновационного потенциала и высокого технического оснащения, но и от квалифицированных кадров.

В связи с этим проблемы стоящие перед исследователями, в полной мере отвечают «вызовам», стоящим перед горнодобывающей отраслью, а именно:

– усиливающаяся зависимость отрасли от импорта машин и оборудования;

– физический и моральный износ основных производственных фондов и, как следствие, неудовлетворительные показатели рентабельности и производительности труда, значительные потери при добыче и переработке полезных ископаемых, высокая энергоемкость горного производства;

– дефицит специалистов новой формации, способных быстро и адекватно осваивать технику и технологии, обеспечивая прирост новых современных профессиональных компетенций, включающих осведомленность о работе с горными машинами и оборудованием, и полное понимание систем горного производства.

Недостаточная проработанность и наметившийся временной «лаг» позволили определить цель данной работы – обобщить и систематизировать современные исследования, связанные с квалификацией технологического персонала горных предприятий и определить пути дальнейших научно- практических разработок.

Современные экскаваторы, эксплуатируемые на открытых горных работах, представляют собой высокопроизводительные крупногабаритные электромеханические системы большой единичной мощности, совершенствование конструкций которых находится в постоянном развитии. В условиях сложных и интенсивных горных работ задачи управления осуществляются только при совместном взаимодействии машиниста и технической части (подсистема «машинист-экскаватор»), то есть ему приходится контролировать средства отображения информации, специальные устройства контроля работы электроприводов и диагностики оборудования – информационно-диагностические системы, воздействовать на ручные и ножные органы управления, визуально контролировать ход работ по экскавации и погрузки горной массы в транспортные средства. Одним из обязательных условий эффективной эксплуатации человеко-машинных систем является высокий уровень подготовки человека, участвующего в работе подсистемы.

Используя методы системного подхода, нами разработана многофакторная модель подсистемы «машинист-экскаватор». В разработке модели учтены основные принципы создания многофакторных моделей, заключающиеся в систематизации факторов и выражении их с помощью математического аппарата, определении характеристик показателей с выделением их весомости, разработка систем связей, обеспечивающих поэлементное взаимодействие, разработка траектории управления на основе целевой функции:

ЭУЭ = f{Ктехн,ТСэкс,Кэрг,Пэф},

где ЭУЭ – обобщенный показатель эффективности управления и эксплуатации подсистемы «машинист-экскаватор», Ктехн – комплексный показатель технических характеристик экскаватора, ТСэкс – показатель текущего технического состояния экскаватора, Кэрг – обобщенный эргономический показатель, Пэф – комплексный показатель эффективности и продуктивности труда машиниста (рис. 1, 2).

abdrah1.tif

Рис. 1. Многофакторная модель подсистемы «машинист-экскаватор»

Учитывая, что показатели, характеризующие продуктивность труда машиниста и подлежащие экспертному описанию, могут быть отнесены к слабоформализуемым, автором в работах [2, 3, 6, 10] исследована целесообразность применения математического аппарата теории нечётких множеств и нечеткой логики для формализации знаний экспертов (табл. 3).

Таблица 3

Нечеткие модели по оценке эффективности управления ЭКГ

п/п

Нечеткая модель

Входные лингвистические

переменные

Выходная лингвистическая

переменная

1

Оценка профессиональной компетентности машинистов карьерных экскаваторов [6] (рис. 2).

1. Теоретические знания машиниста экскаватора.

2. Практические навыки машиниста экскаватора.

Коэффициент эффективности деятельности машиниста экскаватора.

2

Влияние структуры и режимов управления на показатели эксплуатационной надежности ЭКГ

1. Скорость подъема ковша ЭКГ.

2. Коэффициент управления.

Напряжения в рукояти ЭКГ.

Следует отметить, что разработанные на его основе нечеткие модели имеют следующие особенности: возможность формализовать и преобразовывать количественно нечеткие (качественные) понятия, которыми оперируют эксперты при описании своих представлений о реальной системе, своих пожеланий, рекомендаций, целей управления; гибкость, так как учитывается опыт и интуиция специалиста-эксперта; позволяют увеличить скорость обработки качественной информации при использовании относительно несложных специализированных устройств; используют так называемые, «лингвистические переменные», вместо числовых переменных или в дополнение к ним; простые отношения между переменными описываются с помощью нечетких высказываний.

Моделирование осуществлялось с использованием специализированного программного обеспечения MatLab расширение Fuzzy Logic Toolbox (рис. 2).

abdrah2.tif

Рис. 2. База логических правил

В среде MatLab расширение Fuzzy Logic Toolbox имеется возможность разработки и корректировки в интерактивном режиме с помощью графических средств редактирования и визуализации всех компонентов нечеткой модели: изменение существующих правил или добавление новых, изменение вида и параметров функций принадлежности и задания коэффициентов определенности правил нечетких продукций [8]. Нами произведена модификация нечеткой модели для оценки профессиональной компетентности машинистов карьерных экскаваторов, то есть введены новые входные лингвистический переменные – «Стаж» и «Коэффициент управления».

Согласно требованию руководства по эксплуатации карьерных экскаваторов большой единичной мощности (более 15 м3) машинист экскаватора должен иметь опыт работы на подобном оборудовании с вместимостью ковша более 4 м3 не менее 5 лет [7, 14]. Необходимо учитывать, что квалификация машиниста с течением времени повышается, поэтому считаем обоснованным использование в качестве критерия оценки и стаж машиниста, при этом нормальная «базовая» работа экскаватора будет при управлении машинистом со стажем работы 10 лет и более.

Таким образом, для определения уровня соответствия квалификации машиниста качеству управления и эксплуатации ЭКГ необходимо учитывать коэффициент «управления экскаватором», который определяется по табл. 4.

Таблица 4

Корректировка текста и связок логических правил

Стаж машиниста, лет

Значения показателя «управление экскаватором» К5.4. [13]

Коэффициент управления

Диапазон Fn на шкале определенности

Значение коэффициента эффективности деятельности

kэф [5]

Лингвистическая интерпретация

Менее 1 года

 

0,2

 

0,2–0,4

 

0,078–0,38

 

kэф < 0,35

недопустимый уровень (несоответствие)

1–5

0,4

0,61

0,38–0,67

0,35 < kэф < 0,55

критический уровень

5–10

0,6

0,8

0,67–0,87

0,55 < kэф < 0,75

допустимый уровень

10–15

0,6–1,0

 

0,98

0,87–0,95 и

более

0,75 < kэф < 0,9 и более

оптимальный уровень

Более 15

1

Кроме того, произведена корректировка текста и связок логических правил, а также заданы новые значения коэффициентов определенности (табл. 4) для каждого правила, которые в первоначальной нечеткой модели были приняты равными 1 (Fn) – редактор правил (Rule Editor) [4].

Формирование баз правил осуществляется с использованием методов экспертной оценки в виде нечетких продукционных правил, связывающих множество нечетких условий с нечетким заключением, для каждого конкретного случая, что позволяет адаптировать разработанную модель на частные области операторского труда.

Ниже представлено отдельное Правило_1(R1) из единой базы правил управления, согласованных относительно используемых в них лингвистических переменных, соответствующим показателям:

Правило<1>: ЕСЛИ «стаж ниже базового», «низкий коэффициент управления» и (или) «низкие теоретические знания» и «удовлетворительные профессиональные навыки», ТО «коэффициент эффективности деятельности недопустимый» (F1 = 0,25).

Учет дополнительных критериев оценки в модифицированной модели позволит более качественно принимать решения в условиях размытости исходных данных, неполноты информации об эффективности управления и эксплуатации ЭКГ.

Результаты данной работы практически внедрены в систему аттестации персонала горных предприятий Южного Урала; на основе полученных данных сформирована матрица состояния подсистемы «машинист-экскаватор», на основе которой можно принимать обоснованные решения о траектории дальнейшего обучения или повышения квалификации машинистов экскаваторов (рис. 3).

abdrah3.tif

Рис. 3. Матрица состояния подсистемы «машинист-экскаватор»


Библиографическая ссылка

Абдрахманов А.А., Сафин Г.Г., Габитов И.А., Титанов А.В., Чернухин С.А., Великанов В.С. КВАЛИФИКАЦИЯ ПЕРСОНАЛА КАК ИНСТРУМЕНТ В ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 12-2. – С. 193-198;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35236 (дата обращения: 01.04.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074