Научные исследования и решение инженерных задач в сфере автомобильного траспорта

Н.А. КОВАЛЕНКО

НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 
И РЕШЕНИЕ ИНЖЕНЕРНЫХ 

ЗАДАЧ В СФЕРЕ 

АВТОМОБИЛЬНОГО 

ТРАНСПОРТА

202Москва

 «ИНФРАМ»

Допущено 

Министерством образования Республики Беларусь 

в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений 

по специальностям «Техническая эксплуатация 

автомобилей», «Автосервис»

УДК 629.331.08:001.891(075.8)
ББК 39.3301я73
 
К56

Коваленко, Н.А.

Научные исследования и решение инженерных задач в сфере 

автомобильного транспорта : учебное пособие / Н.А. Кова  -
ленко. — Москва : ИНФРАМ, 2023. — 271 с. — (Высшее обра-
зование: Бакалавриат).

ISBN 978516004757-7 (print)
ISBN 978516105115-3 (online)

Рассмотрены вопросы планирования и проведения экспериментальных 

исследований, методы их анализа и обработки. Дается описание корреляци-
онного и регрессионного анализа, методов исследования транспортных опе-
раций, процессов обслуживания, ремонта, материальнотехнического обеспе-
чения на предприятиях автомобильного транспорта. Примеры и иллюстрации 
позволят самостоятельно использовать предлагаемые методы анализа и син-
теза основных производственных процессов на практике.

Для студентов вузов, обучающихся по специальностям автотранс портного 

профиля. Может быть полезно инженернотехническим работникам пред-
приятий автомобильного транспорта и сервиса.

УДК 629.331.08:001.891(075.8)

ББК 39.3301я73

К56

 
© Коваленко Н.А., 2011

 
© ООО «Новое знание», 2011

ISBN 978516004757-7 (print)
ISBN 978516105115-3 (online)

Рецензенты:

кафедра «Тракторы» Белорусского национального технического универси-
тета (зав. кафедрой — заслуженный деятель науки и техники Республики 
Беларусь, доктор технических наук, профессор В.П. Бойков);
зав. кафедрой «Тракторы и автомобили» Белорусского государственного 
аграрного технического университета, доктор технических наук, старший 
научный сотрудник А.И. Бобровник

Оглавление

Предисловие ............................................................... 7

1. Характеристика автомобильного транспорта
как динамической системы .......................................... 9

1.1. Системный подход к анализу работы
автомобильного транспорта ................................ 9
1.2. Управление процессами на автомобильном
транспорте ...................................................... 15
1.3. Основные типы задач, решаемых на предприятиях
автомобильного транспорта .............................. 21

2. Экспериментальные исследования при решении
инженерных задач на предприятиях автомобильного
транспорта ................................................................ 27

2.1. Классификация, задачи и методика
экспериментальных исследований ..................... 27
2.2. Ошибки измерения в экспериментальных
исследованиях ................................................. 40
2.2.1. Основные понятия об ошибках
измерений ............................................ 40
2.2.2. Оценка истинного значения
измеряемой величины ............................ 46

3. Основные методы отыскания параметров
эмпирических формул ............................................... 53

3.1. Отыскание параметров эмпирических формул
методом наименьших квадратов ........................ 53
3.1.1. Формулировка метода наименьших
квадратов ............................................. 53
3.1.2. Отыскание параметров линейной
функции ............................................... 56
3.1.3. Отыскание параметров многочленов ........ 58

3.2. Корреляционный анализ результатов
эксперимента .................................................. 65
3.3. Сглаживание эмпирических значений ............... 70

4. Регрессионный анализ результатов экспериментов ... 73

4.1. Основные положения планирования
многофакторного эксперимента ......................... 73
4.2. Последовательность решения задачи
регрессионного полнофакторного
эксперимента .................................................. 79
4.3. Вычисление коэффициентов линейной
регрессионной модели ...................................... 83
4.4. Статистическая оценка значимости
коэффициентов регрессионной модели,
анализ ее адекватности и определение
области экстремума ......................................... 97
4.5. Регрессионный анализ дробнофакторного
эксперимента ................................................ 102
4.6. Построение планов квадратичной
регрессионной модели .................................... 104
4.7. Регрессионный анализ результатов
вычислительного эксперимента ....................... 106

5. Методы исследования транспортных операций ....... 108

5.1. Формирование оптимальных маршрутов
перевозок ...................................................... 108
5.2. Методы формирования плана перевозок ........... 123

6. Методы исследования процессов диагностирования
автомобилей ............................................................ 143

6.1. Формулировка основных задач
диагностирования автомобилей ....................... 143
6.2. Исследование процессов диагностирования
на основе логических моделей ......................... 148

4
Оглавление

7. Анализ процессов ТО и ремонта на основе теории
массового обслуживания .......................................... 162

7.1. Характеристика систем массового
обслуживания ............................................... 162
7.2. Аналитическое описание систем массового
обслуживания с отказами ............................... 168
7.3. Аналитическое описание систем массового
обслуживания с ожиданием ............................ 183

8. Имитационное моделирование производственных
процессов ................................................................ 190

8.1. Основные характеристики имитационного
моделирования .............................................. 190
8.2. Описание основных блоков общецелевой
системы моделирования ................................. 197
8.3. Примеры моделирования сложных систем
массового обслуживания ................................. 209

9. Задачи материальнотехнического обеспечения ...... 221

9.1. Характеристика процессов обеспечения
запасными частями и материалами ................. 221
9.2. Основные методы решения задач управления
запасами ....................................................... 225

10. Методы принятия инженерных решений .............. 235

10.1. Методы интеграции мнений специалистов ..... 235
10.2. Принятие решений в условиях риска
и неопределенности ..................................... 240
10.3. Методы принятия эвристических решений .... 245
10.4. Использование деловых игр для анализа
и принятия решений ................................... 250

Приложения ............................................................ 253
1. Величины, связанные с интегралом
вероятностей Ф(t) ................................................. 253

Оглавление
5

2. Предельные значения tпр для браковки «выскакивающих» значений x* (n — число приемлемых
результатов, р — надежность вывода) .................... 254
3. Распределение Стьюдента. Значения t(p, k) ............. 255
4. Значения коэффициента q q(p, k) ........................ 256
5. Значения ортогональных многочленов Чебышева .... 257
6. Критические значения Нкр
*
................................... 260
7. Распределение Фишера для числа степеней
свободы k1, k2 и уровня значимости 0,05 ........... 262
8. Значения критерия Стьюдента в зависимости
от числа степеней свободы k2 и уровня
значимости ....................................................... 264
9. Условные обозначения на блокдиаграммах GPSS .... 265

Рекомендуемая литература ....................................... 270

6
Оглавление

Предисловие

Переход к рыночным отношениям в экономике ставит перед работниками автомобильного транспорта ряд новых задач. Сегодня уже мало просто выполнить какуюлибо работу
(например, перевезти грузы определенного объема и заданной номенклатуры в планируемые периоды времени). Важно
выполнить ее с наибольшей эффективностью. Это возможно
только на основе глубоких знаний о тех процессах, которые
происходят во всех сферах деятельности автотранспортных
предприятий: при выполнении транспортных операций, поддержании и восстановлении работоспособности автомобилей,
материальнотехническом обеспечении, проектировании предприятий автомобильного транспорта и т.д.
Увеличение численности автомобилей в стране и совершенствование в целом структуры автомобильного транспорта
приводит к усложнению всех этих процессов, и получить достоверную информацию о них можно только на основе системного подхода, когда автомобильный транспорт рассматривается
как иерархически организованная и целенаправленно функционирующая совокупность взаимодействующих элементов.
Причем сами элементы тоже состоят из подсистем более низкого уровня и подвержены влиянию со стороны внешней среды и подсистем более высокого уровня.
Для правильного описания и анализа этих элементов и процессов необходимо использовать математические модели,
корректно описывающие свойства, структуру, особенности
их функционирования и возможности. Полученная в результате моделирования информация позволит вырабатывать
целенаправленные планы действий, обеспечивающие перевод
анализируемого элемента (подсистемы) из исходного состояния в требуемое в рамках допустимых затрат и в приемлемые
сроки, т.е. осуществлять оптимальное управление этими процессами.
В настоящее время разработано и применяется в различных
отраслях науки и техники, в том числе и на автомобильном
транспорте, большое количество разнообразных математических методов и схем. В современной литературе также пред

ставлены разнообразные математические схемы, позволяющие
описывать (и моделировать) любые технические, экономические и другие системы и процессы, однако их специфическое
изложение со строгим математическим обоснованием и доказательствами, своей системой ограничений и допущений делает
их практически недоступными для рядовых инженернотехнических работников автотранспортных предприятий. Поэтому
в данном учебном пособии сделана попытка рассмотреть некоторые типовые задачи автомобильного транспорта, решение
которых можно осуществить с помощью несложных математических и имитационных расчетов, опирающихся на распространенные и отработанные методы экспериментальных
и теоретических исследований.
Знакомство студентов вузов, магистрантов и аспирантов
автотранспортных специальностей, работников транспортных
предприятий и автомобильного сервиса с этими методами
анализа позволит им яснее представить суть происходящих
производственных процессов и даст инструмент для проведения оптимизационных расчетов и прогнозов, имеющих целью
повышение эффективности работы и управления различными
подсистемами автомобильного транспорта.
Автор будет благодарен за возможные замечания и предложения, которые позволят улучшить структуру и содержание
данного учебного пособия.

8
Предисловие

ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМОБИЛЬНОГО
ТРАНСПОРТА КАК ДИНАМИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ

Системный подход к анализу работы
автомобильного транспорта

Транспортная система любого государства, являясь отраслью материального производства, обеспечивает существование
и совершенствование экономики в целом, а также поддержание и улучшение уровня благосостояния населения. Развиваясь
вместе с человеком, транспорт постоянно совершенствовался,
изменялись его характеристики и структура.
В настоящее время транспортная система представляет
собой совокупность перевозочных средств, путей сообщения,
средств управления и связи, а также различных технических
устройств, механизмов и сооружений, обеспечивающих их
работу.
В зависимости от используемых перевозочных средств и путей сообщения транспортная система подразделяется на отдельные виды транспорта: железнодорожный, автомобильный,
водный, воздушный и трубопроводный. С одной стороны, каждый из перечисленных видов транспорта — это подсистема
общей транспортной системы государства, с другой — он сам
является системой, состоящей из различных элементов (подсистем). Например, автомобильный транспорт включает такие
подсистемы, как дорожные средства, материальнотехническая база автотранспортных предприятий (АТП) или предприятий автосервиса (ПАС), кадровый состав и т.д. В свою
очередь, и эти подсистемы можно представить как системы
более низкого уровня, состоящие из подсистем. В частности,
дорожный транспорт состоит из различных транспортных

11

1.1.

средств, предназначенных для эксплуатации преимущественно
на автомобильных дорогах общего пользования всех категорий. Основа дорожного транспорта — автомобиль, который
характеризуется как механическое транспортное средство, приводимое в движение источником энергии, имеющее не менее
четырех колес, расположенных как минимум на двух осях,
предназначенное для движения по дорогам и используемое
для перевозки людей и (или) грузов, буксирования других
транспортных средств и выполнения специальных функций.
Автомобиль, в свою очередь, тоже можно представить как
систему более низкого (чем дорожный транспорт в целом) уровня, состоящую из подсистем: двигателя, трансмиссии, подвески, рулевого управления, тормозной системы и т.д. Подобное
разбиение на подсистемы более низкого уровня можно проводить до представления автомобиля в виде отдельных деталей.
Последние будут характеризоваться набором общих и (или)
специфических свойств, перечнем действующих на них факторов и функциональными связями с другими элементами.
Аналогично можно рассматривать и совокупность автомобилей, работающих на какомлибо автотранспортном предприятии. Однако набор характеризующих их свойств, перечни
действующих факторов и функциональные связи будут несколько другими. Таким же образом можно рассматривать
и другие подсистемы автомобильного транспорта (АТ): материальнотехническую базу, кадровый состав и т.п. Необходимо
отметить, что все процессы, происходящие на транспорте
в целом и на автомобильном транспорте в частности, происходят в пространстве и во времени, а это означает, что постоянно изменяются свойства подсистем, перечни и значения действующих на них факторов, количество, направление и сила
возникающих между подсистемами связей. Поэтому автомобильный транспорт можно идентифицировать как сложную
динамическую систему, состоящую из зависимых и независимых подсистем, постоянно действующих и изменяющихся.
Каждая из подсистем рассмотренного дерева иерархий должна выполнять заданные функции с требуемой эффективностью
и надежностью. И всегда желательно, чтобы показатели эффек10
1. Автомобильный транспорт как динамическая система