Научные исследования и решение инженерных задач в сфере автомобильного траспорта

Н.А. КОВАЛЕНКО
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 
И РЕШЕНИЕ ИНЖЕНЕРНЫХ 
ЗАДАЧ В СФЕРЕ 
АВТОМОБИЛЬНОГО 
ТРАНСПОРТА
202
Москва
 «ИНФРА
М»
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 : ИНФРА
М, 2023. — 271 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).
ISBN 978
5
16
004757-7 (print)
ISBN 978
5
16
105115-3 (online)
Рассмотрены вопросы планирования и проведения экспериментальных 
исследований, методы их анализа и обработки. Дается описание корреляционного и регрессионного анализа, методов исследования транспортных операций, процессов обслуживания, ремонта, материально
технического обеспечения на предприятиях автомобильного транспорта. Примеры и иллюстрации 
позволят самостоятельно использовать предлагаемые методы анализа и синтеза основных производственных процессов на практике.
Для студентов вузов, обучающихся по специальностям автотранс портного 
профиля. Может быть полезно инженерно
техническим работникам предприятий автомобильного транспорта и сервиса.
УДК 629.331.08:001.891(075.8)
ББК 39.33
01я73
К56
 
© Коваленко Н.А., 2011
 
© ООО «Новое знание», 2011
ISBN 978
5
16
004757-7 (print)
ISBN 978
5
16
105115-3 (online)
Рецензенты:
кафедра «Тракторы» Белорусского национального технического университета (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 дробно'факторного
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
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 материально(технического 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

2. Предельные значения tпр для браковки «выскаки'
вающих» 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 блок'диаграммах GPSS .... 265
Рекомендуемая литература ....................................... 270
Оглавление

Предисловие
Переход к рыночным отношениям в экономике ставит пе'
ред работниками автомобильного транспорта ряд новых за'
дач. Сегодня уже мало просто выполнить какую'либо работу
(например, перевезти грузы определенного объема и задан'
ной 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, под'
держании и восстановлении работоспособности автомобилей,
материально'техническом обеспечении, проектировании пред'
приятий автомобильного транспорта и т.д.
Увеличение численности автомобилей в стране и совершен'
ствование в целом структуры автомобильного транспорта
приводит к усложнению всех этих процессов, и получить досто'
верную информацию о них можно только на основе системно'
го подхода, когда автомобильный транспорт рассматривается
как иерархически организованная и целенаправленно функ'
ционирующая совокупность взаимодействующих элементов.
Причем сами элементы тоже состоят из подсистем более низ'
кого уровня и подвержены влиянию со стороны внешней сре'
ды и подсистем более высокого уровня.
Для правильного описания и анализа этих элементов и про'
цессов необходимо использовать математические модели,
корректно описывающие свойства, структуру, особенности
их функционирования и возможности. Полученная в резуль'
тате моделирования информация позволит вырабатывать
целенаправленные планы действий, обеспечивающие перевод
анализируемого элемента (подсистемы) из исходного состоя'
ния в требуемое в рамках допустимых затрат и в приемлемые
сроки, т.е. осуществлять оптимальное управление этими про'
цессами.
В настоящее время разработано и применяется в различных
отраслях науки и техники, в том числе и на автомобильном
транспорте, большое количество разнообразных математиче'
ских методов и схем. В современной литературе также пред'

ставлены разнообразные математические схемы, позволяющие
описывать (и моделировать) любые технические, экономиче'
ские и другие системы и процессы, однако их специфическое
изложение со строгим математическим обоснованием и доказа'
тельствами, своей системой ограничений и допущений делает
их практически недоступными для рядовых инженерно'техни'
ческих работников автотранспортных предприятий. Поэтому
в данном учебном пособии сделана попытка рассмотреть неко'
торые типовые задачи автомобильного транспорта, решение
которых можно осуществить с помощью несложных матема'
тических и имитационных расчетов, опирающихся на рас'
пространенные 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 проведе'
ния оптимизационных расчетов и прогнозов, имеющих целью
повышение эффективности работы и управления различными
подсистемами автомобильного транспорта.
Автор будет благодарен за возможные замечания и предло'
жения, которые позволят улучшить структуру и содержание
данного учебного пособия.
Предисловие

ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМОБИЛЬНОГО
ТРАНСПОРТА КАК ДИНАМИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ
Системный подход к анализу работы
автомобильного транспорта
Транспортная система любого государства, являясь отрас'
лью материального производства, обеспечивает существование
и совершенствование экономики в целом, а также поддержа'
ние 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 пу'
тей сообщения транспортная система подразделяется на отдель'
ные виды транспорта: железнодорожный, автомобильный,
водный, воздушный и трубопроводный. С одной стороны, ка'
ждый из перечисленных видов транспорта — это подсистема
общей транспортной системы государства, с другой — он сам
является системой, состоящей из различных элементов (под'
систем). Например, автомобильный транспорт включает такие
подсистемы, как дорожные средства, материально'техниче'
ская база автотранспортных предприятий (АТП) или пред'
приятий 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

средств, предназначенных для эксплуатации преимущественно
на автомобильных дорогах общего пользования всех катего'
рий. Основа дорожного транспорта — автомобиль, который
характеризуется как механическое транспортное средство, при'
водимое 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) уров'
ня, состоящую из подсистем: двигателя, трансмиссии, подвес'
ки, рулевого управления, тормозной системы и т.д. Подобное
разбиение на подсистемы более низкого уровня можно прово'
дить до представления автомобиля в виде отдельных деталей.
Последние будут характеризоваться набором общих и (или)
специфических свойств, перечнем действующих на них факто'
ров и функциональными связями с другими элементами.
Аналогично можно рассматривать и совокупность автомо'
билей, работающих на каком'либо автотранспортном предпри'
ятии. Однако набор характеризующих их свойств, перечни
действующих факторов и функциональные связи будут не'
сколько другими. Таким же образом можно рассматривать
и другие подсистемы автомобильного транспорта (АТ): мате'
риально'техническую базу, кадровый состав и т.п. Необходимо
отметить, что все процессы, происходящие на транспорте
в целом и на автомобильном транспорте в частности, происхо'
дят в пространстве и во времени, а это означает, что постоян'
но изменяются свойства подсистем, перечни и значения дей'
ствующих на них факторов, количество, направление и сила
возникающих между подсистемами связей. Поэтому автомо'
бильный транспорт можно идентифицировать как сложную
динамическую систему, состоящую из зависимых и независи'
мых подсистем, постоянно действующих и изменяющихся.
Каждая из подсистем рассмотренного дерева иерархий долж'
на выполнять заданные функции с требуемой эффективностью
и надежностью. И всегда желательно, чтобы показатели эффек'
1. Автомобильный транспорт как динамическая система