Экономико-вероятностная модель оценки стоимости эксплуатации, технического обслуживания и оптимального срока службы карьерного гидравлического экскаватора

Р.Ю. Подэрни, д.т.н., профессор кафедры «Горные машины и оборудование», Московский горный институт (МГИ) НИТУ МИСиС П. Булес, руководитель сервисных служб Komatsu Mining Germany (Германия)

Экономико-вероятностная модель оценки стоимости эксплуатации, технического обслуживания и оптимального срока службы карьерного гидравлического экскаватора Р.Ю. Подэрни, д.т.н., профессор кафедры «Горные машины и оборудование», Московский горный институт (МГИ) НИТУ МИСиС П. Булес, руководитель сервисных служб Komatsu Mining Germany (Германия) Как правило, горные предприятия предпочитают владеть мощными карьерными гидравлическими экскаваторами (КГЭ) в течение достаточно длительных сроков, соизмеримых со сроками эксплуатации аналогичных по параметрам механических лопат. Техническая возможность продления эксплуатационного ресурса КГЭ, например до 15–20 лет, с сохранением высокого уровня их готовности вполне осуществима, так как по дизайну они представляют собой модульную композицию, изнашивающиеся компоненты которой, преимущественно гидравлические и трансмиссионные, на практике оперативно и в короткие сроки заменяются непосредственно в условиях горного предприятия. Что касается технического состояния основных несущих металлоконструкций ходовой рамы, поворотной платформы, стрелы и рукояти, то они, как показывает опыт их работы в ряде стран и в РФ, остаются работоспособными при надлежащем обслуживании и до 150 тыс. моточасов эксплуатации.

Компанией Komatsu Mining Germany (KMG) предложено использовать стратегию обслуживания КГЭ производства КМG, когда назначается период наработки однотипных ресурсоемких агрегатов и узлов, при достижении которого они и все элементы, связанные с ними в цепи – с невыработанным ресурсом или имеющие меньший нормативный срок эксплуатации, заменяются новыми, что позволяет отказаться от капитального ремонта в традиционном исполнении, характерного для канатных карьерных экскаваторов.

Процесс оптимизации технического обслуживания, как способ повышения готовности гидравлических экскаваторов к эксплуатации, требует использования математической модели, учитывающей очередность замены у экскаватора выработавших свой ресурс компонентов, в основу которой должна быть положена экономически обоснованная стратегия обслуживания, направленная на обеспечение равномерности распределения наработки его основных компонентов на отказ, новизна которой заключается в том, что она использует статистически обоснованный график превентивных замен с периодичностью по наработке обеспечивающей, как высокий уровень готовности его к работе, так и необходимый срок его эксплуатации до списания, определяемый с учетом промышленной себестоимости единицы отгружаемого продукта (у.е./м3).

Нами разработаны регламентные таблицы периодических замен компонентов для фирменных КГЭ с оценкой как средней часовой стоимости запчастей, так и трудозатрат сервисного персонала, необходимых для производства превентивного обслуживания машины за период наработки 60–120 тыс. моточасов (ориентировочный срок службы 10–20 лет), распределение которых по годам представлено на рис. 1.

Распределение по годам стоимости заменяемых компонентов и трудозатрат по их замене при эксплуатации КГЭ без учета и с учетом снижения надежности заменяемых компонентов

Предлагаемая модель позволяет учитывать временные изменения стоимостных показателей эксплуатации КГЭ производства компании KMG, осуществляемой в соответствии с предлагаемой ею программой замен изнашивающихся компонентов экскаватора с определенными интервалами, обеспечивающими заданный высокий уровень его готовности к работе и оптимизацию расходов на эксплуатацию в течение устанавливаемого срока его работы до списания, с учетом ставки дисконтирования, производственной себестоимости 1 м3 отгружаемого продукта и фактора снижения надежности оборудования в результате его старения.

Данная модель дает возможность эксплуатационнику еще на стадии приобретения КГЭ запланировать необходимую длительность его жизненного цикла с учетом конкретного срока отработки предназначенного для него горного участка месторождения и финансовых возможностей предприятия, а также предусмотреть систему поставок и плановых замен необходимых компонентов.

Экономико-вероятностная модель оценки стоимостных показателей эксплуатации и технического обслуживания КГЭ учитывает стоимости:

- владения новым экскаватором на месте эксплуатации;

- обслуживания экскаватора, запасных частей и рабочей силы при заменах компонентов с учетом ставки дисконтирования и временного фактора старения оборудования;

- ликвидации экскаватора при его утилизации или его вторичной продаже.

Оценка стоимостных показателей эксплуатации и ТО КГЭ может быть представлена выражениями:

Оценка стоимостных показателей эксплуатации и ТО КГЭ

где: NPV – чистая приведенная стоимость (принимаем NPV = 0, т.е. 0 дохода), у.е.;

Р0 – полная стоимость экскаватора на месте эксплуатации, у.е.;

XJ – прибыль в j-м году, у.е.;

QЭ – среднегодовая эксплуатационная производительность экскаватора, м3/год;

Спсj – текущая производственная себестоимость 1 м3 экскавируемого материала, у.е./м3;

kcj – коэффициент, учитывающий снижение производительности в каждом году эксплуатации;

Сj – расходы на эксплуатацию в j-м году, у.е.;

δ – ставка дисконтирования;

РЛ – остаточная ликвидационная стоимость экскаватора, у.е.;

g – планируемый срок эксплуатации, лет,

Ni – стоимость i-го компонента (запчасти), у.е.;

Mi – стоимость замены и обслуживания i-го компонента (запчасти), у.е.;

kнi – коэффициент временного снижения надежности, отнесенный к стоимости запасных частей, отражающий увеличение эксплуатационных затрат в каждом году эксплуатации;

Li – трудозатраты на обслуживание (замену) i-го компонента, ч;

СМ – ставка механика, у.е./ч;

m – количество обслуживаемых систем;

n – количество обслуживаемых и заменяемых компонентов экскаватора.

На основе принимаемых вводных данных модель позволяет рассчитать ряд основополагающих экономических характеристик, дает возможность определить временное изменение текущей стоимости эксплуатации машины и ее эксплуатационной производительности с учетом фактора снижения характеристик надежности, минимально допустимую стоимость единицы отгружаемого производственного продукта (у.е./м3 породы) при получении нулевого дохода за полный выбранный срок j лет эксплуатации экскаватора до списания.

В качестве примера для расчета экономических характеристик по эксплуатации гипотетического КГЭ принимаем следующие исходные данные:

Р0 = 3,9 млн евро – полная стоимость экскаватора на месте эксплуатации;

QЭ = 6 млн м3/год – годовая эксплуатационная производительность экскаватора;

Ni = Сч*·Ty – стоимость i-го компонента (запчасти), евро;

СЧ – средняя часовая стоимость i-го компонента (запчасти), евро;

Ty = 6000 моточасов – годовой фонд рабочего времени;

Mi = ТЗ*·СМ* – стоимость замены и обслуживания i-го компонента (запчасти), евро;

ТЗ – средние трудозатраты по замене i-го компонента (запчасти), чел. ч;

СМ = 35 евро/ч, ставка механика;

РЛ – ликвидационная стоимость экскаватора (принимается 7% от Р0), евро;

δ – ставка дисконтирования (для РФ принимается 15%, т.е. δ = 0,15);

kcj = 0,011164 – коэффициент ежегодного снижения производительности (по статистическим данным);

kнi = 1 + 0,05 (g – 1) – коэффициент временного снижения надежности отнесенный к стоимости запасных частей, отражающий увеличение эксплуатационных затрат в каждом году эксплуатации;

g < 20 лет – планируемый срок эксплуатации, лет.

Примечание: Принимаем условие неизменности величин СЧ, ТЗ и СМ в течение выбранного срока эксплуатации КГЭ.

Сравнительная диаграмма изменения минимальной потребной величины ежегодного дохода XJ при ставке дисконтирования 15% и накопления суммарных расходов (млн евро) на замену компонентов и сопутствующих трудозатрат с учетом снижения их надежности по мере увеличения срока эксплуатации КГЭ

Используя уравнения модели, определяем применительно к данному КГЭ следующие характеристики эксплуатации: - распределение по годам стоимости заменяемых компонентов и трудозатрат по их осуществлению с учетом снижения надежности заменяемых компонентов, приводящего к неравномерному увеличению текущих сравниваемых затрат (см. рис. 1) по мере увеличения длительности эксплуатации экскаватора; - минимально потребную величину ежегодно получаемой прибылиXJ для обеспечения возврата банковского кредита при ставке дисконтирования δ, диаграмму накопления суммарных расходов на замену компонентов и сопутствующих трудозатрат с учетом снижения их надежности по мере увеличения срока эксплуатации экскаватора (рис. 2); - минимально допустимую текущую производственную себестоимость 1 м3 отгружаемого материала (евро/м3), которая должна обеспечиваться КГЭ для получения нулевой прибыли при ставке дисконтирования δ для выбранного срока его эксплуатации в пределах до 20 лет (рис. 3).

Минимально допустимая текущая производственная себестоимость 1 м3 отгружаемого материала (евро/м3), которая должна обеспечиваться КГЭ для получения нулевой прибыли при ставке дисконтирования 15% при необходимом полном сроке его эксплуатации до 20 лет

Анализ вышеприведенных графиков позволят отметить, что на 10-м году эксплуатации, как потребная величина дохода XJ, так и допустимая текущая производственная себестоимость 1 м3 отгружаемого материала достигают абсолютных минимальных значений и составляют соответственно 1479556 евро и 0,247 евро/м3. При продлении срока службы, последующие минимальные значения вышеупомянутых величин отмечаются в 12-м и 15-м годах, соответственно 1513727 и 1529631 у.е., а также 0,252 и 0,255 евро/м3, после чего имеет место постоянный, хотя и не очень интенсивный их рост.

Снижение/повышение ставки дисконтирования δ приводит к соответствующему снижению/повышению минимально потребной величины ежегодно получаемой прибыли XJ, так же как и допустимой текущей производственной себестоимости 1 м3 отгружаемого материала.

Установлено, что на временном отрезке эксплуатации экскаватора 7–15 лет, разница по величинам необходимых доходов (рис. 3) не превышает 4%. В то же самое время после пятого года эксплуатации отмечается стабильный рост суммарных расходов на замену компонентов и сопутствующих трудозатрат, и по отношению к начальной стоимости владения экскаватора в 7-м, 10-м, 12-м и 15-м годах он соответственно повышается в 1,2; 1,73; 2,44 и 3,16 раз, достигая 4,7 раз в 20 году.

Таким образом, эксплуатационник, основываясь на данных модели, и в соответствии со своими финансовыми возможностями может выбрать наиболее приемлемый срок эксплуатации конкретного экскаватора с учетом запланированного срока отработки предназначенного ему горного участка месторождения и финансовых возможностей предприятия, а также предусмотреть систему поставок и плановых замен необходимых компонентов.

Информационные источники:
1. Подэрни Р.Ю., Булес П. Эффективность применения мощных гидрав лических экскаваторов результат повышения их надежности // Горная промышленность, 2015, №1 (119), С. 46–51.
2. Булес П. К вопросу о надежности мощных гидравлических экскавато ров Komatsu Mining Germany в экстремальных условиях эксплуата ции // Маркшейдерский Вестник. 2013. №6. С. 20–23.
3. Штейнцайг В.М., Слесарев Б.В. Опыт фирмы Komatsu Mining Germany по внедрению гидравлических экскаваторов на Горных пред приятиях России // Горные машины и автоматика. 2002. №6. С. 47–51.
Ключевые слова: карьерный гидравлический экскаватор, стоимость технического обслуживания, оптимальный срок службы, стратегия обслуживания экскаваторов компании Komatsu Mining Germany, стоимость запчастей, компоненты трудозатрат, капитальные вложения, стоимость владения, коэффициент технической готовности, коэффициент использования, прибыль, стоимость отгрузки кубометра, производительность, надежность.

Журнал "Горная Промышленность"№6 (124) 2015, стр.52