Сколько тонн на самом деле: расчёт потребного парка

Ошибка в 10–15 % при оценке годовой производительности экскаватора превращается в лишний или недостающий самосвал, сорванный план по горной массе и неверную экономику проекта. Паспортная производительность описывает машину в идеальном забое. Годовой объём определяют время, которое машина реально грузит, и то, успевает ли за ней транспорт.

В практике поставщиков и горных предприятий годовую выработку часто считают в одно действие: часовая производительность × моточасы. При использовании этого расчета теряются 3 вещи:

• Исправное время ещё не означает время в работе.
• Время в работе ещё не означает время погрузки.
• Экскаватор без достаточного парка самосвалов простаивает.

Идея калькулятора родилась из практики продаж. С одной стороны, хотелось прямо в разговоре о технике показать заказчику предварительный расчёт: сколько тонн даст машина и сколько самосвалов под неё нужно. С другой — исключить ошибки расчётов при детальной проработке подбора потребного парка, когда один неучтённый коэффициент меняет весь результат.

В основе калькулятора — методика оценки производительности карьерных машин Caterpillar, за которой стоит многолетний опыт компании. Мы адаптировали её под российские реалии:

• добавили привычные для наших предприятий КТГ и КИО и расчёт от графика смен;
• добавили блок самосвалов с расчётом парка;
• добавили прогноз на несколько лет;
• пополнили справочники материалов и техники.

Ниже разберём, из чего складывается расчёт, где чаще всего ошибаются и что точность даёт в деньгах.

Из чего складывается годовая производительность

Проще всего представить год экскаватора как корзину, в которой 8 760 часов и из которой на каждом шаге что-то уходит. В нашем примере на погрузку остаётся около двух третей.

• КТГ (коэффициент технической готовности) — сколько времени машина исправна и не стоит в ремонте или на ТО.
• КИО (коэффициент использования оборудования) — по сути, сколько машина действительно находится в работе. Из исправного времени уходят обед, пересменка, взрывы, погода. Если КИО неизвестен, его можно оценить через КТГ и график смены.
• Коэффициент целевой работы. Находиться в работе и делать полезную работу — не одно и то же. Экскаватор может чистить забой, переезжать или отгоняться на время взрыва. Чтобы выделить именно полезную работу — погрузку самосвалов, — применяем этот коэффициент.
• Внутри часа погрузки тоже есть потери: минутные паузы, пока подъезжает самосвал, и навык оператора. Их учитывает общая эффективность в часовой производительности.

пример расчёта · экскаватор массой 300 т (прямая лопата, ковш 15 м³), 2 смены по 12 ч

В примере — 300-тонный экскаватор с прямой лопатой и ковшом 15 м³ на крепкой скале (1,8 т/м³ в разрыхлении) и самосвалы грузоподъёмностью 120 т. КТГ экскаватора 0,92, смена 12 часов, из которых 2 уходят на обед, пересменку и прочие потери, — КИО около 0,77. За чистый час погрузки экскаватор даёт около 1 550 т, за год — 8,8 млн т.

Главный риск — исходные данные

Сама методика несложная. Основная работа — детально и глубоко проработать информацию, которую мы получаем от Заказчика. Каждый коэффициент сдвигает результат на 5–25 %, и ошибка в одном из них переходит в итог целиком.

КИО и КТГ. Методика их подсчёта на разных предприятиях разная: от какого фонда времени считают, что относят к ремонту, а что к организационным простоям. Поэтому, запрашивая эти цифры, нужно быть предельно внимательным: уточнить, как именно они получены, и только потом закладывать в расчёт. Иначе одни и те же простои легко учесть дважды.

Плотность материала. Табличные значения плотности и разрыхления не всегда совпадают с тем, что получается на земле после взрыва. Ковш, подобранный под 1,8 т/м³, на руде 2,6 т/м³ работает с перегрузом и быстрее изнашивается.

Нормативы производителей. Шкалы производителей (например, Cat) хороши как ориентир, но рассчитаны на свою методику счёта времени. Переносить их в другую систему нужно осторожно.

Время цикла. Оно зависит от машины и условий забоя: от 24–25 с в лёгких до 30–33 с в тяжёлых. Разница в 4 секунды на цикле — это около 15 % производительности.

Самосвал как часть системы

Экскаватор производит столько, сколько успевает вывезти транспорт. Поэтому самосвал считается не отдельно, а через цикл, связанный с экскаватором:

1. Ожидание погрузки.
2. Установка под погрузку (то же время смены самосвала, что теряет экскаватор).
3. Погрузка: (число ковшей − 1) × цикл экскаватора + разгрузка первого ковша.
4. Движение гружёным: плечо ÷ средняя скорость с грузом.
5. Разгрузка и маневрирование.
6. Движение порожним: плечо ÷ скорость без груза.

Из цикла следует то, что интересно заказчику больше всего, — парк:

• На линии = часовая производительность экскаваторов ÷ часовая производительность одного самосвала (с учётом эффективности водителя).
• Инвентарный парк = на линии ÷ КТГ самосвала, с округлением вверх.

В нашем примере на линии нужно 6,9 самосвала, с учётом КТГ 0,90 — 7,6, то есть 8 машин в парке.

Самая чувствительная величина — плечо. В нашем примере при плече 4 км и скоростях 16/24 км/ч движение занимает около 81 % цикла самосвала. Удлинение плеча на 1 км добавляет к рейсу более 6 минут и около 1,4 самосвала на линии на каждый экскаватор. При расчёте стоит внимательно проверять исходные данные: средняя скорость карьерного самосвала выше 40 км/ч почти всегда означает ошибку в исходных данных.

Потребный парк под заданный объём

Калькулятор решает и обратную задачу — считает потребный парк от заданного объёма. Заказчику нужно 8,5 млн т в год? Достаточно ввести эту цифру в блок «Парк и объём»: калькулятор покажет, что нужен 1 экскаватор массой 300 т и 8 самосвалов грузоподъёмностью 120 т, и сразу подсветит, что ограничивает комплекс — экскаваторы или самосвалы.

блок «Парк и объём» в калькуляторе · экскаватор 300 т + самосвалы 120 т, заданный объём 8,5 млн т

расчёт в калькуляторе · потребный инвентарный парк при разных заданных объёмах

Парк растёт ступенями. При переходе от 8,5 к 10 млн т в год нужен второй экскаватор, а самосвалов — всего на один больше. Два экскаватора при этом загружены лишь на 57 %. В такой ситуации стоит сравнить варианты: покупать вторую машину или поднять КТГ и КИО первой за счёт сервиса и организации работ.

Пример: прогноз на пять лет

При снижении КТГ на 2 процентных пункта в год горная масса комплекса к 5-му году падает с 8,8 до 7,7 млн т. Такой прогноз строится из тех же данных: Кирв постоянен, меняется только КТГ экскаватора и самосвалов по годам.

прогноз в калькуляторе · КТГ снижается на 2 п.п. в год, Кирв 0,833, плечо 4 км

Снижение складывается из двух эффектов. Первый — экскаватор сам работает меньше часов. Второй, менее очевидный, — парк из 8 самосвалов, посчитанный под КТГ первого года, с 4-го года уже не закрывает потребность. Экскаватор начинает ждать транспорт. Калькулятор показывает это заранее и позволяет посчитать, что выгоднее: девятый самосвал или вложения в сервис, удерживающие КТГ.

Что даёт точный расчёт в деньгах

Точный расчёт определяет парк до закупки, а не после первого сорванного плана. Эффект складывается из четырёх составляющих.

• Капитальные затраты. Лишний карьерный самосвал класса 130–150 т — это сотни миллионов рублей, замороженных в машине, которая стоит в очереди под экскаватором. Недостающий — это простой экскаватора, самой дорогой машины комплекса.
• Эксплуатационные затраты. Топливо, шины, ТО и зарплата считаются на тонну горной массы. Если в знаменателе завышенный объём, себестоимость тонны в модели оказывается на те же 10–15 % ниже факта.
• Правильный ковш. Подбор объёма под фактическую плотность и под грузоподъёмность самосвала убирает недогруз кузова и перегруз ковша. Один лишний ковш на рейс — это +25–30 с к каждой погрузке.
• План на несколько лет. Зная, когда парк перестанет закрывать потребность, можно заранее заложить докупку или резерв в бюджет и в контракт сервисного обслуживания.

Для поставщика техники прозрачный расчёт — ещё и аргумент в переговорах. Когда каждая цифра взята из данных заказчика (график смен, КТГ, плечо, плотности), спор идёт о конкретных допущениях, а не о «ваших» и «наших» цифрах.

Итог: годовая горная масса — это не характеристика машины, а результат системы «машина + режим + транспорт + время». Кто считает систему, а не машину, покупает ровно столько техники, сколько нужно, и выполняет план.