Оптимизация стратегии технического обслуживания и ремонта

Собранные данные подвергаются обработке сервером приложений, где производится подбор вида распределения. На следующем этапе происходит расчет критериев согласия, которые предназначены для проверки гипотезы о принадлежности выборки некоторому закону распределения, то естьпроверки того, что эмпирическое распределение соответствует предполагаемой модели (критерий Пирсона, критерий Колмогорова). Далее расчет происходит с использование математических моделей, которые представлены в пункте 2. На основании расчетов производится оптимизация программы технического обслуживания, которая включает прогнозирование, управление технической документацией и управление работами, а также учет затрат. На основании этого программа строит графики, уточняет сметы, составляет заявки и формирует ведомости.



Рисунок 3.1 - Блок-схема разработки модели оценки технического состояния оборудованияна основе критерия максимума

3.2 Алгоритм реализации модели оценки технического состояния оборудованияна основе критерия минимума

На первом шаге осуществляется определение готовности к прогнозированию при наличии модели объекта, базы данных.На следующем этапе происходит определение начальных условий для моделирования - предварительная обработка информации производственных данных. На данном этапе происходит выбор вида распределения, сравнение опытных и теоретических распределений, задаются параметры распределения и вводятся данные для определения оптимального времени технического обслуживания.

Далее происходит расчет оптимального времени на основании математических моделей, представленных в пункте 2.

Обученная модель готова к управлению.

Рассчитанные на следующем этапе значения критериев надежности элементов и всей системы оборудования передаются и сохраняются в базы банных для использования, как настройки модели, так и в практическом решении.

Последним этапом служит вывод значения и завершение работы алгоритма.

Блок-схема алгоритма обработки информации представлена на рисунке 3.2.



Рисунок 3.2 -Блок-схема разработки модели оценки технического состояния оборудования на основе критерия минимума

3.3 Алгоритм реализации модели оценки технического состояния оборудования на основе линейной аппроксимации

Опишем алгоритм принятия решения об эксплуатации оборудования (планирования работ по техническому состоянию оборудования) на основе упрощенной математической модели, в основе которой лежит определение коэффициента характеризующего поведение функции надежности на основании линейной аппроксимации. Блок-схема алгоритма показана на рисунке3.3.

Собранные статистические данные об отказах подвергаются обработке сервером, где производится расчет прогноза и запись в базу данных, который заключается в выборе вида распределения и его параметров. На следующем этапе с помощью метода наименьших квадратов происходит аппроксимация экспериментальных данных, определяется коэффициент и на основании моделей, предложенных в пункте 2, определяется оптимальное время технического обслуживания.

Далее с целью сокращения внеплановых ремонтных работ и простоев оборудования производится оптимизация программы технического обслуживания и ремонтов - устанавливается срочность ремонта, его продолжительность, трудозатраты, требования в запасных частях и материалах, ответственные. Составляются соответствующие данной процедуре документы в электронном виде - ведомости, заявки, сметы, графики, акты, отчеты. После описания алгоритмов системы оценки состояния оборудования на следующем этапе возможна проведение экспериментальная проверка данных методов и алгоритмов, а также реализация данных схем с помощью автоматизированного комплекса принятия решений по техническому состоянию оборудования.



Рисунок 3.3-Алгоритм принятия решения об эксплуатации оборудования на основе линейной аппроксимации

3.4 Выводы по разделу

Разработано функционально полное алгоритмическое обеспечение, позволяющее осуществить метод оценки состояния оборудования, включающее в себя следующие алгоритмы:

1. Алгоритм идентификации модели оценки технического состояния оборудованияна основе критерия максимума .

2. Алгоритм реализации модели оценки технического состояния оборудованияна основе критерия минимума.

3. Алгоритм реализации модели оценки технического состояния оборудованияна основе линейной аппроксимации.

Полученные алгоритмы могут быть программно и аппаратно реализованы в автоматизированных системах управления и контроля процесса технического обслуживания и ремонта, тем самым позволяя в реальном режиме времени оценивать техническое состояние машиностроительного оборудования, а также реализовать стратегию оптимизации ремонтных работ по техническому состоянию оборудования, его износу.



4. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА ТО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Поддержание требуемого уровня надежности технических объектов в процессе эксплуатации осуществляется путем проведения комплекса организационно-технических мероприятий. Сюда входят периодические технические обслуживания, профилактические и восстановительные ремонты. Периодические технические обслуживания направлены на своевременные регулировки, устранение причин отказов, раннее выявление отказов.

Периодические технические обслуживания проводятся в установленные сроки и в установленном объеме. Задачей любого ТО является проверка контролируемых параметров, регулировка в случае необходимости, выявление и устранение неисправностей, замена элементов, предусмотренная эксплуатационной документацией.

Важной задачей на пути повышения качества продукции является автоматизация поверки средств измерений, так как это область, где, в большинстве своем, используется ручной труд. Работы по созданию автоматизированных метрологических систем активно ведутся многими метрологическими институтами, но автоматизация поверки в различных областях происходит неравномерно. Это связано с особенностями и спецификой различных видов измерений.

На сегодняшний день вопрос поверки измерительных приборов довольно актуален, так как качество измерений тесным образом связано с проблемой обеспечения высокого качества продукции. Между ними явно прослеживается непосредственная связь: там, где качество измерений не соответствует требованиям технологического процесса, невозможно достичь высокого уровня качества продукции. Поэтому обеспечение качества в значительной степени зависит от успешного решения вопросов, связанных с точностью измерений. Без системы измерений, позволяющей контролировать технологические процессы, оценивать свойства и качество продукции, не может существовать ни одна область техники, так как измерительная техника является неотъемлемой частью любого машиностроительного производства.

На основании блок-схем предложенных в пункте 3 разработан автоматизированный комплекс, который реализует математические модели определения оптимальной периодичности времени технического обслуживания.

С целью практической реализации выполнения расчетов оптимальной периодичности профилактического обслуживания используются информационные средства. В результате разработана система информационной поддержки, позволяющая автоматизировать процесс интегрированной логистической поддержки жизненного цикла промышленного продукта. Далее представлен пример работы системы определения оптимальной периодичности профилактических мероприятий.

Комплекс состоит из набора модулей, в каждом из которых собраны тематически связные группы процедур. Модули могут работать как отдельно, так и в комплексе.

4.1 Программная реализация алгоритмов модели оценки технического состояния оборудованияна основе критерия максимума и критерия минимума

Программный модуль Statпредназначен для статистической обработки баз данных. Основным назначением которогоявляется автоматический подбор наилучшего уравнения нелинейной регрессии, подбор вида распределения, оценка соответствующих параметров и доверительных интервалов и т.д., а также возможность формирования и анализа подвыборок (групп), используя язык программирования Delphi.

В программе реализован импорт из текстовых файлов. Размер анализируемой матрицы данных не ограничен. Программа работает под MicrosoftWindows, не требует установки и полностью переносима.

Последовательность работы с программой:

1. Открыть существующий файл с данными в формате (.dat) (Файл>Открыть таблицу) или импортировать текстовый файл (Файл>Импорт текста).

2. При необходимости сформировать группы данных.

4. Выбрать статистический/графический метод.

5. Проанализировать результаты статистического анализа.

Пример работы программы по вводу статистических данных представлен на рисунках 4.1-4.6.

Рисунок 4.1 -Окно выбора параметров

Модуль дает возможность выбора группы данных, количество интервалов, начальное и конечное значение интервала.



Рисунок 4.2 -Окно выбора данных

Подпункт меню «Статистика» (рисунок 4.3) позволяет подобрать вид распределения (автоматическое определение вида наилучшего уравнениянелинейной регрессии между двумя переменными, ранжирование по типам распределений, оценка параметров и их доверительных интервалов), построить гистограмму, вычислить параметры распределения и рассчитать критерии согласия (критерий Пирсона, критерий Колмогорова).



Рисунок 4.3 -Окно подпункта меню «Статистика»

На основании полученных данных выбирается вид распределения и его параметры. Программа позволяет вводить параметры распределения вручную (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 -Окно ввода параметров распределения вручную

Диалоговое окно ввода параметров (рисунок 4.5) позволяет ввести параметры распределения вручную, задать диапазон поиска оптимальных значений времени технического обслуживания, шаг, а также ввести остальные параметры расчётов.



Рисунок 4.5 -Диалоговое окно ввода параметров

Обработанные данные представляют собой таблицы и графики функции надежности, коэффициента технического использования и средних удельных затрат (рисунок 4.6-4.10), которые позволяют определить оптимальные значения, а также визуально оценить предложенные расчеты.

Рисунок 4.6 -Окно вывода результатов расчетов

Рисунок 4.7 -Таблица расчетов

Рисунок 4.8 -График функции надежности



Рисунок 4.9 -График коэффициента технического использования

Рисунок 4.10 -График средних удельных затрат

4.2 Программная реализация алгоритма модели оценки технического состояния оборудования на основе упрощенных уравнений

Алгоритм принятия решения об эксплуатации оборудования на основе линейной аппроксимации реализован с помощью программы MathCad.

С помощью средств автоматизации математических расчетов было исследовано поведение функции надежности для различных видов распределения для всего диапазона оптимальных значений .

Графическое решение уравнения (2.4) позволяет найти оптимальное значение времени технического обслуживания и приведено на рисунке 4.11.

Рисунок 4.11 - Графическое решение уравнения (6)

Линейная аппроксимация функции надежности реализована в автоматизированном комплексе, в основу которого положен метод наименьших квадратов.

Программа позволяет получить аппроксимацию произвольного количества точек вида (x, y)многочленом, а также имеет возможность отображения данных в виде точек, а аппроксимационного многочлена в виде графика на едином графическом поле, сохранения изображения графика в формате .bmp, сохранения и открытие числовых данных в формате специальных числовых таблиц, экспорт и импорт Excel, аппроксимацию набором произвольных функций, автоформатирование шкал графического поля.

Ввод данных - экспериментальных точек (рисунок 4.12) производится простым вводом чисел во внутреннем формате Windows в ячейки таблицы X=, Y=,находящейся наверху главного окна программы. Ячейки с неверными данными игнорируются при расчетах, о чем дается предупреждение.

Рисунок 4.12 - Окно ввода данных

Для нахождения функции аппроксимации предназначен пункт меню «Аппроксимировать / Многочленом». В открывшемся окне выбирается степень многочлена.

В поле «Среднеквадратичное отклонение» отображается среднеквадратичное отклонение точек от полученной функции.

Автопересчет при включении опции пересчет многочлена происходит при каждом обновлении графика (рисунок 4.13).

График при включении опции график аппроксимирующей функции отображается в графическом поле в виде красной кривой.



Рисунок 4.13 - Аппроксимация функции надежности

Найденный коэффициент (рисунок 4.14) позволяют решить уравнения (2.12) и (2.14) значительно сократив время расчета и привести функцию надежности к виду (2.11).

Рисунок 4.14 - Аппроксимация многочленом

Дальнейший расчет реализован в программе MathCad и позволяет найти решения упрощённых уравнений (2.12) и (2.14)

4.3 Выводы по разделу

Рассмотренные в данной главеавтоматизированные средства оценки состояния оборудования могут быть использованы в качестве основы для разработки и внедрения автоматизированной системы планирования, обслуживания и проведения предупредительных ремонтных работ, интегрированной с существующими АСУ КП. В основе предлагаемой стратегии ремонтных работ по техническому состоянию оборудования предложен регламент выполнения ТОиР (периодичность и объемы) на основании данных по эксплуатации и отказам оборудования.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В целях обеспечения надежной работы оборудования и предупреждения неисправностей и износа в настоящее время на машиностроительных предприятиях традиционно используется система планово-предупредительных ремонтов оборудования (далее - ППР).

Чередование, периодичность и продолжительность технического обслуживания и ремонтов оборудования (далее - ТОиР) определяется назначением оборудования, его конструктивными и ремонтными особенностями, габаритами, условиями эксплуатации и предусмотрены нормативно-технической документацией. Перечень операций восстановления формируется учетом требований документации и результатов оценки технического состояния изделия, его составных частей. То есть, применяются две стратегии ТОиР: стратегия ремонта по наработке и стратегия ремонта по потребности (по срокам/ресурсу, по реальным отказам).

Недостатками применяемой традиционной системы ППР оборудования являются:

- обслуживание по устаревшим нормативам и через усредненные периоды не дает гарантии, что в межремонтный период в работе оборудования не произойдет отказов и поломок, ремонт дублируется;

- необходимость большей трудоёмкости профилактических работ всего оборудования, затрат и значительной численности ремонтного персонала.

Для оптимизации системы ППР актуален переход на планирование по фактическому техническому состоянию, предусматривающему оценку технического состояния, выявления наиболее опасных элементов системы, подверженных наибольшему износу, приводящих в ближайшее время к отказу, аварии. Оценка остаточного ресурса оборудования одна из важнейших задач, которую приходится решать при переходе на данный вид ТОиР.

В основе предлагаемой стратегии ремонтных работ по техническому состоянию оборудования предложен регламент выполнения ТОиР (периодичность и объемы) на основании данных по эксплуатации и отказам оборудования, обеспечивающим уровень аварийности не выше заданного. Цели, характеризующие реализацию назначения данной оптимизации ремонтных работ:

- максимизация времени наработки на отказ после проведения ППР(снижение внеплановых работ, приоритет срочных работ по различным показателям);

- обеспечение качества ремонтных работ выполняемых в ходе ППР, снижение количества случаев отказа оборудования из-за некачественного ППР,

- оптимизация издержек на ведение ППР, автоматизация процесса.

Внедрение предложенной стратегии ППР оборудования позволит обеспечить:

- повышение работы оборудования в исправном состоянии;

- снижение аварийности, а в результате снижение затрат на ТОиР, простои производства, повышение безопасности человека на производстве;

- выполнение эксплуатационных требований, повышение производительности;

- сосредоточение экономических ресурсов на объектах, подверженных в максимальной степени отказу в реальном времени.

По прогнозам внедрение данной стратегии ремонтных работ оборудования приводит к сокращению бюджета машиностроительного предприятия на ТОиР15%, позволяет сохранить надежность оборудования, а главное значительно снижает риск длительных остановок производства.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Агеев, Л.Е. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов: учебник / Л. Е. Агеев. - Ленинград: Колос, 1998.-296 с.

2. Барзилович, Е. Ю. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем: учебник / Е. Ю. Барзилович, В. А. Каштанов.- Москва: Советское радио, 1971.- 272 с.

3. Бойко, Ю. Ф. Поиск оптимального процесса планового технического обслуживания / Ю. Ф. Бойко, Н. С. Пасечников // Труды ГОСНИТИ. - 1985. - Т. 47. - С. 155-171.

4. Методы обеспечения ремонтопригодности: учебник / под ред. О. Ф. Пославского. - Москва: Советское радио, 1978. - 245 с.

6. Основы технической диагностики: учебник / под ред. П. П. Пархоменко. - Москва: Энергия, 1986. - 463 с.

6. Левин, Б.Л. Систематизация моделей и стратегий обслуживания технических устройств / Б. Л. Левин // Надежность и контроль качества. - 1971. - № 5. - С.12-65.

8. Рекомендации по организации технического обслуживания машинно-тракторного парка: учеб.пособие / А. В. Ленский, В. С. Паклин, Н. С. Пасечников [и др.]. - Москва: ГОСНИТИ, 1982. - 353 с.

9. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов [Электронный ресурс]: утв. постановлением Госгортехнадзора РФ от 10.07.2001 № 30 // Техэксперт: инф.-справ. система / Консорциум «Кодекс».

10. Михлин, В. М. Теоретические основы прогнозирования технического состояния тракторов и сельскохозяйственных машин: дис. … д-ра техн. наук / В. М. Михлин. - Москва, 1992. - 421 с.

11. Концепция совершенствования государственной политики в области обеспечения промышленной безопасности с учетом необходимости стимулирования инновационной деятельности предприятий на период до 2020 года [Электронный ресурс]: одобрена на заседании Президиума Правительства Российской Федерации 28.07.2011. - Режим доступа: http://www.gosnadzor.ru

12. Евстафьев, И.Н. Организация сбора данных для выбора оптимальной стратегии управления техническим обслуживанием и ремонтом оборудования / И. Н. Евстафьев // Металлург. - 2009. - № 3. - С. 30-33.

13. Затонский, А.В. Оптимизация модели информационной системы поддержки техобслуживания и ремонта оборудования / А. В. Затонский // Информационные технологии. - 2007. - № 3. - С. 2-7.

14. Рахутин, С. Г. Научные основы технического обслуживания: учеб.пособие / С. Г. Рахутин. - Москва: Знание, 1971. - 365 с.

15. Скибневский, К. Ю. Исследование некоторых вопросов оптимизации периодичности обслуживания центробежного маслоочистителя тракторного двигателя: дис. … канд. техн. наук / К. Ю. Скибневский. - Москва, 1990. - 450 с.

16. ГОСТ Р 27.002-2009. Надежность в технике. Термины и определения [Электронный ресурс]. - Введ. 01.01.2011 // Техэксперт: инф.-справ. система / Консорциум «Кодекс».

17. Смирнов, Н. Н. Методы обслуживания и ремонта машин по техническому состоянию: учебник / Н. Н. Смирнов, А. А. Ицкович. - Москва: Знание, 1973. - 312с.

18. Степанов, С. В. Профилактические работы и сроки их проведения: учеб. Пособие / С. В. Степанов. - Москва: Советское радио, 1972. - 423с.

19. Надежность и эффективность в технике: справочник: в 10 т. Т.1. Методология. Организация. Терминология / под ред. А,И.Рембезы. - Москва: Машиностроение, 2014. - 224с.

20. Технологичность конструкции изделия: справочник / под ред. Ю. Д. Адамирова. - Москва: Машиностроение, 1990. - 768с.

21. Прохорович, В. Е. Прогнозирование состояния сложных технических комплексов: учеб.пособие / В. Е. Прохорович. - Санкт-Петербург: Наука, 1999. - 158 с.

22. Воскобоев, В. Ф. Метод выбора обобщенных параметров при диагностировании состояния технических систем: основные вопросы теории и практики надежности: учебник / В. Ф. Воскобоев, А. Б. Кузьмин. - Минск: Наука и Техника, 1982. - 255 с.

23. Алымов, А.П. Техногенный риск. Анализ и оценка: учебное пособие для вузов / А. П. Алымов, Н. П. Тарасов. - Москва: Академкнига, 2004. - 118 с.: ил.

24. Острейковский, В.А. Теория надежности: учебник для вузов / В. А. Острейковский. - Москва: Высш. шк., 2003. - 463 с.

25. Технические средства диагностирования: справочник / под общ.ред. В. В. Клюева. - Москва: Машиностроение, 1989. - 672 с.

26. Назаров, А. В. Нейросетевые алгоритмы прогнозирования и оптимизации систем: учебник / А. В. Назаров, А. И. Лоскутов. - Санкт-Петербург: Наука и Техника, 2003. - 384 с.

27. Хенли, Е. Надежность технических систем и оценка риска: пер. с англ. / Е. Хенли, Дж. Кумамото. - Москва: Машиностроение, 1984. - 530 с.: ил.

28. РД 03-421-01. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов [Электронный ресурс]: утв. постановлением Госгортехнадзора России от 06.09.2001 № 39 // Техэксперт: инф.-справ. система / Консорциум «Кодекс».

29. Гаскаров, Д. В. Прогнозирование технического состояния и надежности радиоэлектронной аппаратуры: учебник / Д. В. Гаскаров, Т. А. Голинкевич, А. В. Мозгалевский. - Москва: Советское Радио, 1974. - 224 с.

30. Перспективы развития диагностики технического состояния тракторов на основе бортовых электронных средств "Тракторы и сельскохозяйственные машины" [Электронный ресурс]: сайт. - Режим доступа: http://www.avtomash.ru/gur/2004/200407.htm

31. РД 10-112-2-09. Методические рекомендации по экспертному обследованию грузоподъемных машин [Электронный ресурс]: утв. генеральным директором ООО "НИИкраностроения" от 27 марта 2009 года: согласовано Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору письмом от 06.04.2009 № АФ-42/833 // Техэксперт: инф.-справ. система / Консорциум «Кодекс».

32. Антонов, А.В. Системный анализ: учебник для вузов / А.В. Антонов. - 2-е изд. - Москва: Высшая школа, 2006. - 454 с.: ил.

33. Черных,И.В. "Simulink: Инструмент моделирования динамических систем" [Электронный ресурс] / И. В. Черных. - Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru/simulink/book1/index.php.

34. Ящура, А.И. Система технического обслуживания и ремонта общепромышленного оборудования: справочник / А.И. Ящура. - Москва: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. - 360 с.: ил.

35. Баскакова, Н.Н. Стратегия проведения ремонтов и обновления основных производственных фондов / Н. Н. Баскакова, М. А. Жемчуева, С. В. Куликов // Сталь. - 2008. - № 2. - С. 82-84.

36. Сиврикова, С.С. Проблемы технического обслуживания и ремонта МНЛЗ и современные способы их решения / С. С. Сиврикова // Металлург. - 2012. - № 2. - С. 87-91.

37. Романов, Р.А. Руководство к подготовке и внедрению этапов для перехода на обслуживание по фактическому техническому состоянию оборудования [Электронный ресурс]: руководящий документ / Р. А. Романов, В. В. Севастьянов, Д. А. Дорофеев. - Режим доступа: URL:http://www.baltech.ru/catalog.php?catalog=165.

38. Шехватов, Д.Б. Обслуживание по состоянию. Концепция RCM / Д.Б. Шехватов // Автоматизация в промышленности. - 2012. - № 9. - С. 25-27.

Размещено на Allbest.ru