Синтез параметров надежности локомотивов в модели преодоления инфраструктурных ограничений пространственного развития региона

Актуальность исследования. Пространственно-экономическая интеграция регионов Российской Федерации напрямую зависит от надежности и пропускной способности транспортной инфраструктуры. Одним из ключевых барьеров, сдерживающих интеграционные процессы, выступают логистические ограничения, связанные с техническим состоянием подвижного состава, в частности локомотивов. Вынужденные простои в ожидании ремонта, непроизводительные потери времени при следовании в ремонтные депо, а также неравномерность постановки локомотивов на обслуживание снижают провозную способность магистралей и увеличивают совокупные издержки перевозочного процесса [1]. В этой связи увеличение межремонтного пробега локомотивов становится не только задачей технической оптимизации, но и важнейшим фактором устранения инфраструктурных ограничений, обеспечивающим бесперебойность грузопотоков и ускорение товарообмена между регионами.

Актуальность темы обусловлена острой необходимостью преодоления «инфраструктурного разрыва» между растущими грузопотоками (в первую очередь, в направлении «Восток — Запад») и физическими возможностями железнодорожной сети. В условиях, когда пропускная способность Восточного полигона (БАМ и Транссиб) практически исчерпана, экстенсивное наращивание парка локомотивов не дает эффекта без повышения эффективности их использования. Простои локомотивов в ожидании ремонта или в следовании в депо приписки являются скрытым резервом пропускной способности. Включение задачи увеличения межремонтных пробегов в контекст пространственной интеграции позволяет перейти от локальной оптимизации затрат депо к глобальному управлению транспортными потоками в масштабах макрорегионов.

Цель исследования заключается в теоретико-методологическом обосновании и количественной оценке экономической эффективности увеличения межремонтного пробега локомотивов как инструмента преодоления инфраструктурных ограничений, обеспечивающего повышение провозной способности железнодорожных магистралей, снижение совокупных логистических издержек и укрепление пространственно-экономической связанности регионов..

Анализ последних исследований и публикаций. Современная практика эксплуатации тягового подвижного состава сталкивается с рядом системных проблем:

Территориальная удаленность ремонтных депо: в ряде регионов плечи обращения локомотивов превышают экономически оптимальные расстояния, что приводит к увеличению доли непроизводительного пробега.

Дефицит пропускной способности ремонтных мощностей: пиковые нагрузки на депо в периоды массовой постановки локомотивов на плановый ремонт создают очереди, увеличивая время оборота локомотива.

Неравномерность загрузки инфраструктуры: сгущенный пропуск "ниток" графика под вывоз готовой продукции (особенно в агропромышленном секторе в период уборочной) требует максимальной готовности локомотивного парка, что не всегда обеспечивается при действующих нормативах межремонтных пробегов [2].

Данные ограничения формируют барьеры для пространственно-экономической интеграции: запаздывание поставок сырья и готовой продукции увеличивает транзакционные издержки, снижает конкурентоспособность региональных производителей и препятствует формированию устойчивых межрегиональных кооперационных связей [1, 3].

Методология базируется на системном подходе, рассматривающем локомотив не как изолированную техническую единицу, а как элемент единой транспортной системы. Исследование опирается на концепцию «экономики совместного использования активов» применительно к тяговому подвижному составу. В работе применяется трехуровневый анализ: технико-экономическое обоснование (оценка затрат на ремонт и эксплуатацию), логистическое моделирование (оценка влияния простоев на пропускную способность) и макроэкономическая оценка (расчет сокращения транспортных издержек в цене конечного продукта) [4, 5].

Научная новизна исследования заключается в формировании междисциплинарного подхода, увязывающего технические параметры надежности локомотивов с макроэкономическими показателями региональной интеграции. В отличие от классических работ по ремонту подвижного состава, которые ограничиваются цехами депо, в данной работе:

Впервые время нахождения локомотива в ремонте и следовании к нему рассматривается как прямой вычет из провозной способности магистрали, влияющий на стоимость товародвижения между регионами.

Предложена методика количественной оценки «интеграционного эффекта», выражающегося в ускорении оборачиваемости грузов и снижении доли транспортной составляющей в валовом региональном продукте (ВРП) за счет увеличения межремонтных пробегов.

Обоснована экономическая целесообразность перехода к гибким ремонтным циклам, привязанным не к календарю, а к интенсивности и географии эксплуатации конкретного локомотива в условиях ограниченной инфраструктуры.

Увеличение межремонтного пробега локомотива (L_мп) требует тщательного экономического обоснования, так как связано с риском роста числа отказов в эксплуатации. Эффект достигается за счет сокращения числа заходов в ремонт и, как следствие, увеличения времени полезной работы локомотива на линии.

Для расчета используются следующие параметры:

N — инвентарный парк локомотивов серии, ед.;

L_мп.баз — базовый межремонтный пробег (например, текущий ремонт ТР-3), тыс. км;

L_мп.нов — планируемый (увеличенный) межремонтный пробег, тыс. км;

C_рем — средняя стоимость одного ремонта данного вида, руб.;

t_{простоя} — среднее время простоя локомотива в ремонте, сут.;

Ц — средняя доходная ставка на 1 локомотиво-час эксплуатации, руб.

Годовое количество ремонтов (К_рем) для парка локомотивов определяется исходя из среднегодового пробега (L_год):

К_рем=(L_год / L_мп)×N (1)

Экономия от сокращения числа ремонтов (ΔК) составит:

ΔК=N×L_год×(1/L_мп.баз − 1/L_мп.нов) (2)

Прямая экономия складывается из двух компонентов: экономии на стоимости ремонтов (Э_рем) и Экономия от сокращения простоев (Э_вр), так как локомотив меньше времени проводит в ремонте и больше работает:

Э_рем=ΔК×C_рем (3)

Э_вр=ΔК×t_{простоя}×24×Ц (4)

Суммарный годовой экономический эффект (Э_год) составит:

Э_год=Э_рем+Э_вр (5)

В результате исследования было выявлено Помимо прямого экономического эффекта для собственника инфраструктуры (или перевозчика), увеличение межремонтного пробега создает системный эффект для пространственной интеграции:

- высвобождение "ниток" графика, ранее занятых следованием в ремонт и обратно.

- снижение неравномерности предъявления грузов к перевозке за счет повышения доступности локомотивной тяги.

- увеличение транзитного потенциала за счет сокращения времени нахождения грузов в пути.

Данный системный эффект может быть оценен через прирост валового регионального продукта (ВРП) в корреспондирующих регионах, однако требует применения методов межотраслевого баланса [6, 7].

Увеличение межремонтного пробега следует рассматривать как элемент более широкой концепции по устранению инфраструктурных ограничений. Предлагаемая концепция базируется на трех блоках:

технический блок - внедрение систем технической диагностики (включая бортовые системы мониторинга), позволяющих перейти от системы планово-предупредительных ремонтов (ППР) к ремонтам по фактическому состоянию [8]. Это позволяет безопасно увеличивать пробег без роста отказов (табл.1).

экономический блок - пересмотр лизинговых и сервисных контрактов, стимулирующих поставщиков к повышению надежности техники (например, оплата за пробег, а не за факт ремонта) (табл. 2) [7, 9, 10].

логистический блок - оптимизация размещения ремонтных мощностей с учетом перспективных грузопотоков, чтобы минимизировать порожний пробег локомотивов до мест ремонта [3]. Это напрямую увязано с задачами пространственного планирования (табл. 3) [11, 12].

Таблица 1. Сравнительный анализ подходов к обслуживанию подвижного состава «Составлено автором»

Таблица 2. Сравнительный анализ моделей контрактации «Составлено автором»

Таблица 3. Сравнительный анализ размещения ремонтных мощностей «Составлено автором»

В результате исследования были определены ключевые эффекты от внедрения:

- повышение коэффициента технической готовности - оборудование не простаивает в плановых ремонтах, когда оно еще исправно.

- увеличение межремонтного пробега - за счет точного знания «запаса прочности» каждого конкретного узла.

- снижение стоимости жизненного цикла - покупка запчастей происходит точно вовремя, а не «на склад», исключается лишняя работа персонала.

- рост безопасности - переход от статистической вероятности отказа (в ППР) к отслеживанию фактической динамики деградации [7, 12].

Так же было определено, что, пути повышения эффективности использования локомотивов следует искать в области организационно – технических мероприятий. Определить где имеются возможности и резервы можно анализируя рассмотренные ранее показатели работы локомотивов. Были определены перспективные направления:

- увеличение массы поездов, увеличение скорости движения и сокращение простоев локомотивов. Используя внутренние резервы работающих на участке обращения локомотивов можно повысить массу состава:

- максимальное использование мощности локомотива;

- повышение мастерства вождения поездов;

- применение кратной тяги или подталкивании;

- формирование длинно составных и тяжеловесных поездов;

- сокращение количества неполновесных поездов;

- полное использование грузоподъемности вагонов;

- полное использование полезной длины путей станций.

При эксплуатации поездов увеличенной массы, могут возникнуть новые задачи, связанные с большими материальными затратами. Это замена работающих локомотивов на более мощные и использование их по системе многих единиц, значительные работы по увеличению длины приёмоотправочных путей станций для работы с поездами увеличенной массы и длины.

В настоящие время с успехом используются многие перечисленные направления. Но не всегда можно осуществить названные решения на практике. Невозможно полностью использовать грузоподъемность вагонов если идет грузопоток («легковесных грузов»). К снижению средней массы поезда приводит поток порожних вагонов. Увеличить массу таких поездов по мощности локомотива, тогда станции не смогут переработать такие составы по длине приемоотправочных путей. В практике эксплуатационной работы передавался опыт вождения тяжеловесных и длинно составных поездов, т. к решение о повышении массы состава обеспечивает быстрый результат. Но оценки не всегда были объективны.

Допускается снижение скорости движения с увеличением массы поезда. Особая слаженность требуется в работе всех служб, чтобы провести такой поезд в графике движений. Но эффект может стать весомым при хорошо продуманных организационных действиях участников тяжеловесного движения. Технология формирования и вождения поездов общей массой 10-15 тыс. тонн была разработана. Два нормальных поезда объединяются с общей тормозной магистралью, соединенной по схеме «локомотив – поезд – локомотив – поезд» масса каждого непривышает критическую величину.

Два состава расчетной массы локомотив в голове поезда и локомотив в середине поезда не увеличивают средней массы поезда, такой поезд не тяжеловесный но при этом возрастает пропускная способность участка. Применим и оправдан экономически такой вариант решения, когда необходимо повысить пропускную способность линий. При таком формировании сдвоенных или соединенных поездов возможно уменьшить общее количество поездов на участке, появляется «окно» для ремонта пути и электроснабжения в графике движения без отмены поездов и без изменений расписания движения.

Работа соединенных поездов на коротких плечах не дает эффекта, так как их формирование требует увеличенного времени. Вариант замены локомотивов на более мощные возможен лишь при сбалансированном развитии других отраслей железных дорог транспорта. Замена на более мощные локомотивы снижает ожидаемый эффект. С составом увеличенной массы мощный локомотив требует соответствующего развития станционных путей, укрепления верхнего строения пути на перегонах, более надежной конструкции вагонного хозяйства. Не предусмотрев этого локомотив работая не использует своей мощности, что приведет к повышению расхода топлива или электроэнергии на единицу транспортной продукции – 10 тыс. тонно – километров брутто. Из экономии парка локомотивов, сокращения локомотивных бригад, снижение эксплуатационных расходов складывается экономически эффект от повышения массы поезда.

К сокращению пробега локомотивов и к уменьшению ТР и ТО локомотивов ведет сокращение парка локомотивов. Сокращение количества ТР и ТО снижает трудовые и материальные затраты на ремонт локомотивов. При повышении массы поезда снижается удельный расход топлива или электроэнергии на тягу к увеличению физического износа локомотива приводит увеличение массы поезда, а это потребует повышения затрат на его ТР и ТО. Эффективнее вводить поезда повышенной массы за счет лучшего использования работающих локомотивов, лучшей организации движения повышения качества ТР и ТО, повышение квалификации работников – участников движения в том числе и локомотивных бригад [9, 13-16].

Направлением повышения эффективности использования локомотивов рассматривается решение по возможности повышения величины среднесуточного пробега локомотивов. За счет участковой скорости движения, которая увеличивается при сокращении времени простоев локомотивов на промежуточных станциях, пунктах оборота и смены локомотивных бригад, простоев на технических операциях и ТО – 2 и технической скорости можно получить повышение среднесуточного пробега. Рост скорости движения означает, что заданный объем перевозок выполняется за более короткий срок.

Уменьшаются локомотиво – часы, бригадо – часы, увеличивается пропускная способность участка при увеличении участковой скорости. За счет увеличения технической скорости происходит увеличение расхода топлива и энергии дает увеличение эксплуатационных расходов. Наиболее выгодные отношения между скоростью движения и массой поезда в зависимости от профиля пути, устанавливаются правилами тяговых расчетов (табл. 4). Бывает при наличии запаса мощности локомотива, повышение скорости локомотива становится экономически не выгодно. Тогда выгоднее увеличить массу поезда. Наиболее результативный фактор – улучшение организации движения.

К увеличению производительности локомотивов приводит снижение времени работы локомотивов во всех вспомогательных пробегах.

На показатели работы локомотивов оказывают влияние простои в результате плохой согласованности с соседними отделениями и дорогами. Плохая организация эксплуатации локомотивов – план выдачи локомотивов выше расчетной величины приводит к простоям.

Путем совмещения технических операций по проведению экипировки локомотивов и проведению ТО – 2 по совмещенному варианту организации работ, может быть достигнуто сокращение времени простоев.

Таблица 4. Выполнение плана ремонта локомотивов в депо «Составлено автором»

Обновление основных фондов остается важной проблемой. Планируется выпуск скоростных вагонов большей грузоподъемности. Важная задача отрасли – обновление локомотивного парка. Создание системы автоматизированного учета ПС (подвижного состава), контроль за местом нахождения подвижного состава, анализ работы вагонов и локомотивов, согласованность работы с потребителями транспортной продукции.

Из таблицы 4 следует отметить деповский % неисправный электровозов, деповский % неисправный тепловозов, произошло снижение ремонтов, а так же их простоя в ремонте ТР-1, ТР-2, ТО-2, ТО-3 , ТО-4. Однако в 2015 году имеются в наличии неплановые ремонты локомотивов которые вызывают дополнительные внеплановые затраты на их ремонт. Имеется в наличии дефицит запасных частей на ремонт локомотивов поэтому возникает необходимость проводить более тщательное диагностирование. Следует отметить, что в локомотивном депо в отчетный год произошло снижение единиц ремонта локомотивов, а также их простоев в ремонте.

Для повышения эффективности текущего обслуживания и ремонтов большое значение имеет совершенствование управления ею. Совершенствованием системы ТОР на основе сбора, обработки и анализа объема информации о техническом состоянии локомотивов достигается повышение надежности и готовности локомотивов, снижение эксплуатационных расходов. Состояние локомотивов их узлов получают по данным диагностических устройств. Выявить необходимость ремонта позволяет обработка полученной информации на ЭВМ.

Накопленная информация по видам оборудования и причинам нарушения работоспособности, позволяет рассчитать показатель безотказности ремонтируемого изделия – параметр потока отказов. Зависимость этого показателя от наработки и оптимальный пробег между плановыми ремонтами оборудования рассматриваемого вида определяют результатами расчета выполненного для различных интервалов времени или пробега [5, 17, 18].

Структуру ремонтного цикла, в которой сведены к минимуму суммарные удельные затраты на плановые и не плановые ремонты всех элементов оборудования получают увязав межремонтные пробеги с параметрами различных узлов и деталей. Техническое диагностирование позволяет не только оценить текущее состояние оборудования но и прогнозировать тенденцию его изменения.

Обслуживание по наработке позволяет одновременно производить ремонтные операции разного оборудования, тем самым уменьшить простой локомотива в ремонтах, осуществлять долговременное планирование программы и объема ремонтов различного вида; планировать поставку необходимых запасных частей и материалов. Обобщающее направление во всех ремонтах, изыскание резервов увеличения межремонтных пробегов и сокращения объемов работ по осмотру и восстановлению.

Обнаружение неработоспособности оборудования или предотказного состояния приводит к постановке локомотива в депо с изъятием его из эксплуатации и проведения трудоемких монтажно – демонтажных работ или в случае недосмотра приводит, к увеличению прохождения ремонта и повышению их стоимости.

Своевременное и качественное диагностирование состояния локомотивов дает возможность снизить затраты на ремонт локомотивов - главная задача системы ремонтов.

Рассмотрим пример расчета эффективности увеличения времени работы маневрового локомотива ЧМЭ3 между ремонтами для условий, приведенных в таблице 5.

Таблица 5. Исходные данные для расчета эффективности ремонта локомотива ЧМЭ3 «Составлено автором»

В текущем периоде общую экономию ремонтных расходов рассчитываем по формуле:

Ерем = (Nт. о2 - N´т. о2) Ст. о2 + (Nтр1 - N´тр1) Стр1 +

+ (Nтр2 - N´тр2) Стр2 + (Nтр3 - N´тр3) Стр3 + (Nкр1 - N´кр1) Скр1; (6)

где - Nт.о2, Nтр1, Nтр2, Nтр3, Nкр1 – соответственно число технических осмотров и ремонтов, принимаем 30, 5 , , ;

N´то2, N´тр1, N´тр2, N´тр3, N´кр1 – то же при предполагаемой или вероятной новой цикличности в результате увеличения пробегов или времени между ремонтами, принимаем 20, 3, , , ;

Сто2, Стр1, Стр2, Стр3, Скр1 – соответственно стоимость технического профилактического осмотра, малого и большого периодического ремонтов и заводского ремонта по прейскуранту, принимаем 20000, 26400, 96000, 384000, 800000;

Подставим данные таблицы в формулу , получаем экономическую оценку увеличения времени пробега маневровых локомотивов для текущего периода:

Ерем = (30-20) 20000 + (5 - 3)26400 + ( - ) 96000 + ( - ) 384000 +

+ ( - ) 800000 = 451520 руб

Для перспективной оценки, с учетом экономии ремонтных расходов, дополнительно следует учесть эффект от сокращения общего простоя локомотивов во всех видах ремонта рассчитаем по формуле:

Едоп = [(Nто2-N´то2) tто2 + (Nтр1- N´тр1) tтр1 +

+ (Nтр2 - N´тр2) tтр2 + (Nтр3 - N´тр3) tтр3 + (Nкр1 - N´кр1) tкр1] × е_мн.; (7)

tто2, tтр1, tтр2, tтр3, tкр1- соответственно простой локомотивов в техническом осмотре и ремонтах, принимаем 5 ;16; 96; 144;720 ч;

Едоп = [( 30 - 20) ×5 + (5- 3) ×16 + ( - ) × 96 + ( - ) 144 +

+ ( - ) × 720 ] × 6220 = 108,9 руб

В расчет принимается относительное сокращение капитальных затрат на приобретение локомотивного парка

К = dл Кл, (8)

где - dл – коэффициент, учитывающий отношение инвентарного парк к эксплуатируемому, принимаем dл- 1,1;

Кл - капитальная стоимость локомотива, принимаем Кл – 62700 тыс руб за1единицу;

К= =1331 руб

Расчитаем относительную экономию капитальных вложений:

К общ = Ерем + Едоп + К, (9)

Кобщ = 451520 + 108,9 + 1331 = 452960 руб

Применение технического диагностирования в локомотивном депо при постановке локомотива на плановый ремонт даст возможность свести к минимуму суммарные удельные затраты на плановые и не плановые ремонты. Суммарные затраты в размере 451,5 тыс. руб и экономию капитальных вложений в сумме 453 тыс. руб, экономное расходование запасных частей для ремонтов локомотива.

Выводы. В результате исследования было установлено, что традиционная система планово-предупредительных ремонтов (ППР) вступает в объективное противоречие с требованиями современной эксплуатации. Жесткая привязка ремонтных циклов к календарю или нормативному пробегу порождает три класса барьеров: пространственные (возрастание доли порожнего пробега локомотивов до мест приписки), временные (накопление очередей в ремонтных депо в пиковые сезоны) и логистические (неравномерность предъявления тягового ресурса под пиковые грузопотоки). Данные барьеры, как показал анализ, не являются локальными техническими сбоями, а представляют собой системные ограничители, снижающие провозную способность инфраструктуры и, как следствие, увеличивающие транзакционные издержки межрегионального обмена. Обозначенный расчет экономической эффективности увеличения межремонтного пробега локомотива переводит проблему из области технического нормирования в плоскость инвестиционного анализа. Разработанная методика количественной оценки (формулы 1–9) позволяет верифицировать, что увеличение наработки между ремонтными воздействиями генерирует не только прямой экономический эффект (сокращение затрат на ремонт и потерь от простоев), но и опосредованный макроэкономический выигрыш. Последний выражается в высвобождении пропускной способности магистралей за счет сокращения числа локомотивов, находящихся в ремонте и следовании к нему. По сути, каждый дополнительный километр пробега без захода в депо конвертируется в прирост полезного времени нахождения тягового ресурса в эксплуатационном контуре, что эквивалентно наращиванию парка без дополнительных капитальных вложений. Синтез выводов исследования позволяет утверждать, что увеличение межремонтного пробега локомотивов приобретает статус стратегического инструмента преодоления инфраструктурных ограничений. Переход к более длительным циклам ремонта, обоснованный методами технической диагностики и подтвержденный расчетами экономической эффективности, трансформирует локомотивный парк из «узкого места» в фактор, обеспечивающий ритмичность грузопотоков и связанность территорий. Достигаемый при этом эффект носит системный характер, выходя за пределы операционной экономии и формируя основу для повышения пропускной способности транспортных коридоров в условиях исчерпания экстенсивных резервов развития инфраструктуры (таблица 6).

Таким образом, предложенный расчетный инструментарий демонстрирует, что увеличение межремонтного пробега выступает не изолированным техническим решением, а системным фактором повышения экономической связанности территории. Достигаемый эффект выходит за рамки прямой экономии ремонтных расходов и формирует основу для устойчивого роста провозной способности в условиях, когда экстенсивное развитие инфраструктуры сталкивается с пространственными и ресурсными ограничениями. Проведенное исследование подтверждает, что увеличение межремонтного пробега локомотивов выступает не просто инструментом снижения эксплуатационных издержек перевозчика, а системным фактором преодоления инфраструктурных ограничений пространственно-экономической интеграции регионов. Предложенная методика количественной оценки позволяет увязать технические параметры надежности тягового подвижного состава с макроэкономическими эффектами ускорения товародвижения и сокращения совокупных логистических издержек.

Таблица 6. Зависимость показателей инфраструктурной эффективности от увеличения межремонтного пробега локомотива «Составлено автором»

Расчеты, выполненные на базе методов дисконтирования и теории надежности, демонстрируют, что продление межремонтных пробегов обеспечивает мультипликативный эффект: снижение числа заходов в ремонт высвобождает пропускные способности магистралей, сокращает непроизводительный порожний пробег и снижает нагрузку на ремонтные мощности в пиковые периоды. В совокупности это создает условия для бесперебойного функционирования транспортных коридоров, что критически значимо для связанности восточных и западных территорий страны.

Полученные результаты формируют основу для пересмотра нормативной базы ремонтных циклов в направлении перехода от жесткой системы планово-предупредительных ремонтов к гибкой системе обслуживания по фактическому состоянию, базирующейся на данных технической диагностики. Такой переход, позволяет не только повысить экономическую эффективность эксплуатации локомотивного парка, но и трансформировать качественные параметры управления транспортными потоками, снимая инфраструктурные барьеры, лимитирующие пространственную интеграцию регионов [19].

Таким образом, предложенный подход вносит вклад в достижение стратегических ориентиров, определенных Транспортной стратегией Российской Федерации [20], и может служить методологической базой для обоснования инвестиционных решений, направленных на повышение экономической связанности страны.