Современные средства и методики диагностики оборудования горнодобывающей и горноперерабатывающей отрасли согласно концепции «Надежное оборудование». Стратегия предупредительного техобслуживания для вычислительного оборудования цпс Проактивное техническое

СВАРКА. РЕНОВАЦИЯ. ТРИБОТЕХНИКА: тезисы докладов / Отв. ред. ; М-во образования и науки РФ; ФГАОУ ВПО “УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина”, Нижнетагил. технол. ин-т (фил.). – Нижний Тагил: НТИ (филиал) УрФУ, 2013. – 76 с.

Во время ремонтных остановок выполняется ревизия механизмов и замена изношенных деталей новыми. Частота ремонтов может определяться частотой отказов оборудования – ремонты по отказу . Но они занимают много времени, так как к ним нет возможности подготовиться. В исправление этого разработаны планово-предупредительные ремонты (ППР), которые выполняются после определённой наработки. Такой подход сокращает время ремонтов, но допускает преждевременные ремонты, ибо износ не повторяется с большой точностью. С 90-х годов наличие неисправностей определяют вибродиагностикой работающего оборудования. Это исключает преждевременные ремонты, что нашло отражение в названии ремонтов – по фактическому состоянию (РФС). Дальнейшее сокращение ремонтов возможно увеличением послеремонтной наработки оборудования. Это достигается применением мер по замедлению износа; такие ремонты получили название проактивных (ПАР). Содержание проактивной части ремонтов:

• оптимизация внешнего воздействия, в том числе снижение пиковой (от вибраций, ударов и прочего) его составляющей;
• оптимизация смазки;
• упрочнение рабочих поверхностей.

Оптимизация внешнего воздействия

Внешнее воздействие, вызывающее износ, определяется мощностью оборудования. Но снижение мощности влечёт падение производительности. Тем не менее, такой путь возможен, если годовая выработка оборудования, эксплуатирующегося с меньшей нагрузкой, за счёт малых ремонтных простоев окажется больше, чем в случае работы с большой нагрузкой и значительными ремонтными простоями и издержками.

Другой путь оптимизации внешнего воздействия заключается в уменьшении его разрушающего действия без снижения мощности, путём снижения концентрации напряжений . Например, корпус 12-метрового штампа для формовки труб большого диаметра после непродолжительной эксплуатации разломился надвое. Его ремонтная сварка без дополнительных мер по усилению представлялась не перспективной. Анализ напряжённого состояния конструкции показал, что уровень эквивалентных напряжений по линии излома резко снижается в результате изменения всего лишь на 7° угла расположения нижних рёбер жёсткости. Последующая эксплуатация модернизированного штампа подтвердила справедливость этого решения.

Пиковая составляющая нагрузки может появляться от неполадок. Твёрдая наплавка торцов тележек обжиговых машин не только снизила износ и частоту ремонтов самих тележек, но за счёт того, что одновременно устранился перекос тележек, снизились нагрузки на приводную звёздочку и вчетверо уменьшились замены её секторов.

Пиковые нагрузки создаёт вибрация. Вакууматор состоит из ёмкости с двумя патрубками. Через один расплав стали всасывается в вакууматор, а через другой – сливается обратно в ковш. Всасывающий патрубок при работе создавал вибрацию, которая разрушала огнеупорную футеровку. Скрепляющие элементы снизили вибрацию и вдвое увеличили стойкость вакууматора.

Оптимизация смазки

Смазка представляет собой прослойку, которая переводит внешнее (большое) трение поверхностей во внутреннее (небольшое) трение смазочного материала. Различают жидкостную смазку, когда трущиеся поверхности разделяет сплошной устойчивый слой смазочного вещества, и граничную смазку – с более тонким и прерывистым слоем масла. Жидкостная смазка обеспечивается особым устройством подшипников, а граничная – получается в результате свободного размещения на поверхностях трения смазочных веществ. В качестве последних исторически первыми применялись масла животного и растительного происхождения. В последней четверти XIX века началось производство более дешёвых минеральных масел из нефти. Их свойства оказались не так хороши, поэтому шёл длительный процесс улучшения их присадками. К середине XX века относится появление синтетических масел. Имея низкую вязкость, мало зависящую от температуры, и химическую стабильность, они обеспечивают лучшие смазочные свойства, благодаря чему достигается снижение трения и износа по сравнению с нефтяными маслами.

В 30-х годах XX века стал известен эффект Ребиндера . Он показал, что трение способен снижать чрезвычайно тонкий (5 нм) слой поверхностно-активных веществ (ПАВ), который можно назвать “невидимой смазкой”. Для нанесения ПАВ на поверхность на Западе был разработан раствор, названный “Эпилам”. В дальнейшем новые растворы ПАВ по аналогии продолжали именовать эпиламами, присваивая каждому оригинальное название (марку). В 60-х годах в НИИЧаспроме был разработан эпилам ЭН-3 – раствор стеариновой кислоты в изооктане. Затем появились и совершенствуются эпиламы на основе фторированного ПАВ. Например, 0,05% раствор перфторполиэфирной кислоты 6МКФ-180 в Хладоне 113 (эпилам Эфрен-2). Эпиламовая “невидимая смазка” не отменяет применения обычной смазки, но повышает её эффективность (снижая трение и износ), за счёт исключения контакта трущихся поверхностей несмазанными участками. Эпиламирование предусматривает предварительное обезжиривание поверхности, смачивание её эпиламом и сушку на воздухе, что вполне доступно к применению в ремонтах.

В 60-х годах в СССР было зарегистрировано научное открытие №41 – “эффект безызносности”. Его суть в том, что из смазки, содержащей мелкодисперсные частицы, на поверхностях трения осаждается их тонкий слой. За ним признаётся способность изнашивания и восстановления по мере увеличения зазора между поверхностями трения. Таким образом, несмотря на трение и изнашивание, первичные поверхности деталей, будучи защищёнными осажденным слоем, остаются без износа. Отсюда происхождение названия “эффект безызносности”. Для его достижения в масла добавляют дисперсные порошки мягких (медь, серпентинит, фторопласт) и твёрдых (керамика, алмаз) материалов. Наиболее устойчивые представления о них следующие. Медные добавки плохо удерживаются на поверхности, поэтому требуется их постоянное присутствие в смазке. Серпентинит обладает способностью к диффузии с созданием прочного слоя с низким коэффициентом трения. Твёрдые частицы алмаза и керамики, заполняя микронеровности, создают некоторое подобие подшипника качения. Добавками к маслам достигается восстановление износа без разборки механизмов и снижение трения .

Оптимизация выбора смазочных материалов может дополняться совершенствованием систем доставки их к узлам трения. Этим без капитальных вложений продлевается межремонтная наработка оборудования.

Упрочнение рабочих поверхностей

Для всех сочетаний пар трения существует некоторый диапазон нагрузок и скоростей трения, в котором износ на несколько порядков ниже, чем вне этого диапазона. В машиностроении идёт непрерывный поиск путей перемещения указанного диапазона в области более высоких значений давлений и скоростей. При этом важную роль играет упрочнение. В третьей четверти XX века широкое его применение (закалка ТВЧ, цементация, азотирование, наплавка, напыление и прочее) позволило существенно замедлить износ и увеличить (до микронного уровня) точность изготовления деталей. Без упрочнения повышение точности не имеет смысла, ибо в этом случае дорогостоящие микронные сопряжения из-за быстрого износа превращаются в рядовые уже в начале эксплуатации. Благодаря микронной подгонке деталей, минимизированы зазоры, снижен шум, динамические нагрузки, вибрация, появилась возможность работы с минимальным изнашиванием на больших скоростях. В механизмах убрали регулировочные элементы, служащие для выборки зазоров при быстром изнашивании, что также положительно отразилось на надёжности машин и оборудования. Машины нового поколения столь существенно увеличили наработку, что их называли “безремонтными”.

Охват упрочнением функциональных поверхностей машин ещё не оптимален, поэтому работы по упрочнению во время ремонтов вполне оправданы. Обратим внимание на карбонитрацию и ручную плазменную закалку. Они разработаны не так давно, но имеют перспективы для применения, именно при ремонтах, так как относятся к категории финишных.

Карбонитрация – разработана в СССР в 70-х годах и представляет собой насыщение поверхности азотом и углеродом в расплаве соли цианата калия. Свойства карбонитрированного слоя подобны свойствам слоя, полученного азотированием. На поверхности имеется тонкий слой (около 5 мкм) твёрдого карбонитрида, под которым располагается насыщенный азотом слой (0,2 мм) с постепенно убывающей твёрдостью. Отличие в том, что азотированием упрочняются только легированные стали, а карбонитрация способна упрочнять обычные углеродистые стали ().

Таблица 1 – Твёрдость карбонитрированных поверхностей (измерения выполнены ультразвуковым твердомером УЗИТ-3)

Карбонитрация не требует такой тщательной предварительной очистки как азотирование и выполняется гораздо быстрее (2 ч вместо 48 ч), чем азотирование. Детали машин могут изготавливаться по чертёжным размерам и сразу после карбонитрации направляться в эксплуатацию. При этом снижается трудоёмкость изготовления, приобретается износо- и коррозионная стойкость. Например, применение карбонитрации вместо закалки ТВЧ снизило расход ведущих валов-шестерней редуктора бурового станка СБШ-250 в 6 раз.

1.1. Система технического обслуживания и ремонтов оборудования предприятия

Под системой ТОиР подразумевается совокупность взаимосвязанных средств, документации и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества изделий, входящих в эту систему .

В качестве целей системы ТОиР определены следующие :

• поддержание оборудования в работоспособном состоянии в течение всего срока эксплуатации;
• обеспечение надёжной работы оборудования;
• обеспечение производительности и качества выпускаемой продукции;
• выполнение требований по охране труда и защите окружающей природной среды.

Организация системы ТОиР предприятия осуществляется на основе принятия (явным образом или в соответствии со сложившейся практикой) решений по следующим фундаментальным вопросам ():

• выбор стратегии ТОиР оборудования;
• определение способа организации ремонтного обслуживания производства;
• разработка критериев оценки эффективности ремонтного обслуживания производства.

Рисунок 1.1 – Фундаментальные вопросы при организации системы ТОиР

1.2. Стратегии технического обслуживания и ремонтов оборудования

Под стратегией ТОиР подразумевается обобщающая модель действий, необходимых для достижения поставленных целей путём координации и распределения соответствующих ресурсов предприятия . По существу, стратегия ТОиР есть набор правил для принятия решений, которыми ремонтная служба (РС) предприятия руководствуется в своей деятельности по обеспечению работоспособности оборудования.

Краткая характеристика основных стратегий ТОиР приведена в .

Таблица 1.1 – Краткая характеристика основных стратегий ТОиР

Под реактивными подразумеваются стратегии ТОиР, необходимость ремонтных воздействий в которых обуславливается наступлением некоторого критического в рамках этой стратегии события (отказа, достижения предельных величин регламентируемых параметров). Превентивные стратегии ТОиР направлены на предупреждение возникновения критического события и характеризуются возможностью осуществления предварительного планирования и подготовки ТОиР (заказ ремонтных бригад, материально-технического обеспечения) в противоположность реактивным стратегиям, когда необходимость проведения ТОиР, а, соответственно, и обеспечение их подготовки, до наступления критического события непредсказуемы.

Исторически первой (как наименее требовательная к уровню организации и культуры труда) сложилась стратегия эксплуатации до отказа , которая подразумевает осуществление операций по ТОиР оборудования по достижению критического состояния, которое, как правило, характеризуется невозможностью выполнения заданных функций, то есть утратой работоспособности. К основным достоинствам данной стратегии ТОиР следует отнести наибольшую длительность межремонтного периода, соответствующую сроку службы оборудования, и минимальные затраты на содержание ремонтной службы, доминирующей функцией которой в этом случае становится восстановление работоспособности оборудования после выхода его из строя. С другой стороны, отсутствие возможности планирования ресурсов (финансовых, временных, рабочей силы и прочих), необходимых для выполнения ТОиР, приводит к значительному увеличению продолжительности последних и к повышенным издержкам на ликвидацию аварий, в том числе к потерям производства. Создание складских запасов товарно-материальных ценностей, как правило, не является удовлетворительным решением, поскольку влечёт за собой снижение ликвидности предприятия. Объём таких запасов в ряде случаев (особенно в отраслях, где используется уникальное единичное оборудование) превышает экономически обоснованные пределы. Несмотря на указанные недостатки, в случае недорого резервируемого, а также типового оборудования, отказ которого не оказывает критического влияния на технологический процесс, не представляет опасность для окружающей среды, здоровья и жизни человека , данная стратегия успешно применяется и поныне.

В первой половине ХХ века с ростом серийности производства и повышением производительности промышленных предприятий потери в результате отказов оборудования приобрели критическое значение. На смену стратегии эксплуатации до отказа пришла стратегия ППР или ремонтов по регламенту , подразумевающая превентивные ТОиР на основании статистических сведений о сроке службы оборудования. Снижение количества аварийных отказов относится к основным достоинствам данной стратегии, хотя вероятность их возникновения не исключается полностью, а фиксируется в задаваемых пределах. Стратегия ППР обеспечивает наилучшие условия для планирования ресурсов, “однако основной недостаток ППР перевешивает все его достоинства, он заключается в проведении ремонтов фактически исправного оборудования, а также принудительной замене деталей независимо от их остаточного ресурса (в сложном оборудовании разница ресурсов отдельных деталей может достигать 500%). Все это приводит к неоправданному росту эксплуатационных затрат. В недостатки ППР также нужно отнести снижение остаточного ресурса оборудования и увеличение вероятности отказа при вводе в работу после ремонта” . Данная стратегия обеспечила наилучшую интеграцию в рамках плановой экономики и позволила устранить ряд недостатков исторически сложившейся ранее стратегии эксплуатации до отказа. Более полное использование ресурса оборудования достигалось за счёт снижения вероятности повреждения деталей с потенциально большим ресурсом , что могло иметь место при выходе из строя элементов, определявших срок службы оборудования в целом при эксплуатации до отказа. В настоящее время стратегия ППР продолжает использоваться на многих предприятиях, в первую очередь, для ответственного оборудования и оборудования, выход которого из строя может представлять опасность для окружающей среды, здоровья и жизни человека. В остальных случаях стратегия ППР применяется зачастую только декларативно, что обусловлено возросшими требованиями к эффективности системы ТОиР предприятия в условиях рыночной экономики.

На границе 70-80-ых годов ХХ века в ремонтном обслуживании производства нашла применение мобильная и переносная виброизмерительная аппаратура, позволяющая осуществлять вибромониторинг оборудования на основе частотного анализа. В то же время происходило ускоренное развитие теории надёжности и исследований в области эксплуатационных свойств оборудования. Всё это предопределило возникновение новой научно-прикладной области знаний – технической диагностики , достижения которой были использованы как основание для реализации стратегии ТОиР по ТС . В первую очередь, стратегия ТОиР по ТС направлена на устранение недостатков истрически предшествовавшей ей стратегии ППР, а именно на снижение количества необоснованных ремонтных воздействий с целью максимального использования ресурса оборудования . При применении данной стратегии за счёт мониторинга ТС вероятность аварийных отказов оборудования сводится к возможному минимуму. Девиз данной стратегии звучит так: “Оборудование должно быть остановлено на ремонт за мгновение до предполагаемого выхода из строя” . Уменьшение затрат на ТОиР оборудования, минимизация количества неплановых отказов, снижение числа плановых простоев, обусловленных монтажно-сборочными операциями, – неоспоримые преимущества, которые сопровождают внедрение стратегии ТОиР по ТС. Стратегия ТОиР по ТС выдвинула новые требования к уровню культуры труда. В рамках ремонтных служб и контролирующих органов выделяются подразделения технической диагностики, увеличивается значение личного профессионализма, квалификации и опыта рабочих, руководителей и специалистов. С другой стороны, поскольку регламентация ТОиР обуславливается стохастическим фактором – фактическим ТС оборудования – снижается эффективность долгосрочного планирования ресурсов (ориентировочный срок предупреждения отказов, а значит и планирования проведения ТОиР в случае использования средств технической диагностики преимущественно не превышает двух-трёх месяцев).

С целью обеспечения высоких показателей работоспособности оборудования промышленных предприятий в последнее время всё большую популярность приобретает проактивная стратегия ТОиР. Анализ, проведенный в работе , позволяет определить проактивную стратегию ТОиР как наиболее эффективную и целесообразную для внедрения в современных экономических условиях. Проактивная стратегия объединяет в себе достоинства превентивных ремонтных воздействий системы ППР и информационное обеспечение процесса принятия решений, характерное для ТОиР по ТС оборудования.

1.3. Проактивная стратегия технического обслуживания и ремонтов оборудования

Сущность проактивной стратегии ТОиР оборудования заключается в выполнении необходимых ремонтных воздействий, направленных на снижение скорости развития или устранение неисправностей, которые выявлены на основе сведений о фактическом ТС оборудования.

Теоретические основы проактивной стратегии ТОиР оборудования постулируют, что изначально все виды неисправностей присутствуют в зачаточном или явном виде во всех пускаемых в эксплуатацию машинах. Различные факторы, сопровождающие эксплуатацию (проектные и непроектные нагрузки, воздействие факторов окружающей среды и близлежащего оборудования, условия эксплуатации, проведения ТОиР и прочие), в той или иной мере приводят к развитию различных видов неисправностей. Определяющее воздействие совокупности факторов вызывает ускоренное развитие одной или нескольких неисправностей, которые становятся детерминирующими по отношению к работоспособности машины. Выбирая ремонтные воздействия таким образом, чтобы уменьшить влияние определяющих факторов, можно снизить скорость развития неисправностей, поддерживая работоспособное состояние машины. Рациональный выбор и качественная реализация этих и только этих ремонтных воздействий является задачей РС.

Проактивная стратегия ТОиР () базируется на оценке ТС оборудования , которая может осуществляться следующими методами:

• мониторинг технологических параметров;
• визуальный осмотр;
• контроль температуры;
• акустическая и вибрационная диагностика;
• обследование с применением методов неразрушающего контроля (магнитного, электрического, вихретокового, радиоволнового, теплового, оптического, радиационного, ультразвукового, контроля проникающими веществами).

Рисунок 1.2 – Ремонтное обслуживание оборудования в рамках проактивной стратегии ТОиР

Основанием для принятия решения о необходимости выполнения ремонтного воздействия является ситуация, когда ТС одного элемента (детали, узла, механизма) оборудования приводит к ухудшению ТС смежных (пространственно и/или функционально) элементов.

Перечень возможных ремонтных воздействий :

• уход за оборудованием (уборка, очистка, противокоррозионная обработка);
• регулировка, настройка, наладка (центровка, балансировка);
• обеспечение соединений (восстановление целостности сварных швов, затяжка резьбовых соединений);
• смазывание поверхностей трения;
• замена быстроизнашивающихся деталей;
• восстановление или замена базовых деталей, в том числе корпусных.

Ремонтные воздействия осуществляются в рамках следующих групп мероприятий по ТОиР оборудования :

1. Профилактическое техническое обслуживание – комплекс мероприятий, проводимых периодически, которые направлены на предупреждение или снижение скорости развития дефектов путём обеспечения проектных условий взаимодействия узлов оборудования (очистка от технологических отходов, продуктов износа, коррозии, осадков, отложений и прочие; удаление пыли, грязи, масла, шлака, окалины, просыпи сырья, мусора и прочие; доливка, дозаправка рабочих жидкостей, досыпка, замена расходных материалов; замена или восстановление сменного оборудования и другие).
2. Корректирующее техническое обслуживание – комплекс мероприятий, проводимых по необходимости, которые направлены на предупреждение или снижение скорости развития дефектов путём обеспечения проектных условий взаимодействия узлов оборудования (регулировка и наладка оборудования, в том числе центровка, балансировка; восстановление соединений деталей, обеспечение целостности металлоконструкций и трубопроводов; восстановление покрытий, окраски и другие).
3. Прогностическое техническое обслуживание – комплекс мероприятий, направленных на установление фактического ТС оборудования с целью прогнозирования его изменения в процессе дальнейшей эксплуатации и выявления наиболее целесообразного момента применения и требуемых видов ремонтных воздействий (измерение технических и технологических параметров, отбор проб; контроль, испытание, проверка режимов работы оборудования; контроль ТС оборудования, в том числе методами технической диагностики; дефектоскопия методами неразрушающего контроля; технический осмотр оборудования, освидетельствование, обследование, ревизия и другие).
4. Текущий ремонт – комплекс мероприятий, направленных на обеспечение работоспособности оборудования путём замены или восстановления отдельных его узлов, не являющихся базовыми, кроме сменного оборудования.
5. Капитальный ремонт – комплекс мероприятий, направленных на обеспечение работоспособности оборудования путём замены или восстановления базовых его узлов и деталей.

Выбор проактивной стратегии ТОиР позволяет обеспечить :

• увеличение срока службы оборудования за счёт снижения скорости развития или устранения зарождающихся неисправностей на начальной стадии их возникновения;
• исключение вторичных повреждений элементов оборудования, вызванных выходом из строя смежных (пространственно и/или функционально) элементов;
• обоснование и выполнение только необходимых ремонтных воздействий, что уменьшает затраты и нагрузку на РС, а также снижает вероятность возникновения отказов, вызванных ошибками монтажа и вмешательством в функционирование работоспособного оборудования;
• сокращение затрат на ремонтное обслуживание производства, обусловленное изменением структуры ТОиР в пользу увеличения количества недорогостоящих профилактических воздействий вместо затратных ремонтных операций (замена, восстановление);
• рациональный выбор времени, видов и объёмов ТОиР вследствие ранних сроков предупреждения возникновения неисправностей при использовании методов и средств технической диагностики и неразрушающего контроля;
• снижение вероятности аварийных отказов, обусловленных неудовлетворительным ТС оборудования;
• повышение коэффициента готовности оборудования, что обеспечивает возможность увеличения объёмов производства и снижения себестоимости продукции;
• формирование доверия к производителю со стороны потребителя за счёт своевременного выполнения договорных обязательств и улучшения качества продукции как комплексный результат повышения культуры труда.

1.4. Способы организации ремонтного обслуживания производства

Способ организации ремонтного обслуживания производства обусловливает структуру РС предприятия, что оказывает непосредственное влияние на эффективность системы ТОиР в целом.

Классические способы организации РС характеризуются диапазоном форм от децентрализованной к централизованной, которые отличаются степенью концентрации управления силами и средствами в рамках единой специализированной структуры на предприятии ().

Рисунок 1.3 – Классические способы организации ремонтного обслуживания производства

Способ организации ремонтного обслуживания, характеризующийся распределением сил и средств РС между производственными подразделениями предприятия, называется децентрализованным .

Централизованная организация РС подразумевает наличие специализированной структуры в составе предприятия, на которую возложен весь объём функций по ТОиР оборудования производственных и вспомогательных подразделений, а также несущей всю полноту ответственности за обеспечение работоспособности оборудования.

Способ построения РС на основе широкого диапазона промежуточных форм, отличающихся различной степенью централизации, называется смешанным .

Наиболее распространёнными на отечественных предприятиях являются смешанные формы организации РС, в то время как зарубежная практика свидетельствует о высокой эффективности централизованных форм ТОиР оборудования , в том числе построения системы ТОиР на основе альтернативных способов организации РС.

Альтернативные способы организации ремонтного обслуживания производства () подразумевают привлечение внешних ресурсов (сил и средств) для обеспечения и выполнения ТОиР оборудования предприятия. В зависимости от степени использования ресурсов внешних предприятий и передачи им соответствующей ответственности за обеспечение работоспособности оборудования различают подрядный и сервисный способы выполнения работ по ТОиР.

Рисунок 1.4 – Альтернативные способы организации ремонтного обслуживания производства

Для обеспечения требуемого уровня результативности системы ТОиР оборудования распространено совместное использование классических и альтернативных способов организации ремонтного обслуживания производства на предприятии.

1.5. Критерии оценки эффективности ремонтного обслуживания производства

Оценка эффективности ремонтного обслуживания производства выполняется на основании критериев, принятых на предприятии. Действенная система критериев позволяет осуществлять анализ не только фактической результативности имеющейся системы ТОиР, но и оперативно выявлять её недостатки, определять пути дальнейшего совершенствования и развития.

Различают технические и экономические подходы к оценке эффективности РС предприятия. Технические подходы отличаются преимущественной направленностью на оценку критериев, характеризующих работоспособность оборудования, возможность его использования для реализации заданного технологического процесса. Экономические подходы позволяют выполнять оценку результативности РС путём сопоставления затрат на ТОиР и потерь производства, обусловленных ТС оборудования.

В настоящее время вопрос обобщённой технико-экономической оценки эффективности ремонтного обслуживания производства, которая бы позволяла выполнять комплексный анализ результативности системы ТОиР оборудования, следует отнести к разряду проработанных недостаточно, что оставляет предприятиям простор для выработки собственных подходов к его решению. Указанное, например, предпринято в работах [ , ].

Необходимо отдельно обратить внимание на распространённую ошибку. Для оценки эффективности системы ТОиР недопустимо использование критериев, характеризующих деятельность, осуществляемую РС (объёмы выполняемых работ: в количественных, временных, натуральных, стоимостных и прочих подобных показателях). Интенсивность выполнения ремонтных работ зачастую не свидетельствует о достижении основной цели ремонтного обслуживания производства – обеспечения работоспособности оборудования. Оценка эффективности системы должна выполняться на основании внешних, а не внутренних показателей её работы.

Только действенная методика оценки эффективности ремонтного обслуживания производства позволяет качественно выполнить анализ системы ТОиР, результативности деятельности РС, обеспечить информационное сопровождение процесса принятия решений.

1.6. Аварийность

Аварии промышленного оборудования приводят к прерыванию технологического процесса, что сопровождается неминуемыми материальными потерями, а также может являться причиной техногенных катастроф и гибели людей. Обеспечение работоспособности оборудования с переходом от устранения следствий аварий к предупреждению их причин является основной задачей РС предприятия.

Для оценки аварийности оборудования могут быть выбраны эксплуатационные (суммарное время простоев) или экономические (потери производства, стоимость ликвидации аварий) показатели. При этом в общем случае для предприятия целесообразно оценивать не абсолютные величины, а скорее динамику изменения выбранных параметров во времени.

С другой стороны интерес может представлять сравнительный анализ взвешенных показателей аварийности (предположим, суммы потерь производства и стоимости ликвидации аварий за некоторый референтный период, отнесённой к сумме затрат на ТОиР оборудования) предприятий отрасли для выявления наиболее эффективных форм организации и методов совершенствования РС.

Оценка показателей аварийности может быть успешно использована как индикатор эффективности мероприятий по реформированию РС, для оценки внедряемых технических и организационных решений. На основе сравнения экономических потерь от аварий и средств, выделяемых на финансирование РС, могут быть установлены их оптимальные объёмы. То же справедливо и для оценки численности ремонтного персонала.

Положения и системы, определяющие порядок расследования аварий на промышленных предприятиях, как правило, разрабатываются на основании «Порядка расследования и учёта несчастных случаев, профзаболеваний и аварий на производстве», утверждённого постановлением Кабинета министров Украины №1112 от 25.08.2004г. Однако часто нерешённой остаётся главная задача. Речь идёт о полноценном и эффективном использовании полученной в ходе расследования информации, причём не столько для устранения, сколько для предотвращения последующих аварий на том же или однотипном оборудовании.

Расследование аварии подразумевает поэтапное решение следующей последовательности задач:

1. Сбор фактической информации о происшествии и оперативных действиях персонала, визуальный осмотр места и объекта аварии.
2. Изучение технологических и технических характеристик объекта аварии.
3. Анализ истории объекта (аналогичных аварий, проведенных работ по техническому обслуживанию и ремонтам).
4. Формирование рабочей гипотезы , проведение дополнительных исследований по необходимости (если дополнительные исследования опровергают гипотезу, выдвигается новая, достоверность которой подвергается проверке).
5. Определение причин аварии, сопутствовавших ей технических факторов, виновных (развитие подтверждённой рабочей гипотезы).
6. Разработка противоаварийных мероприятий .
7. Мониторинг выполнения противоаварийных мероприятий .

Полученная информация может быть использована при решении ряда технических и технологических вопросов, вопросов материального снабжения, управления персоналом, развития РС.

Целесообразным видится выполнение таких видов анализа:

• причинно-факторный , который заключается в выявлении характерных проблем предприятия (например, недостаточная квалификация эксплуатационного персонала, отсутствие стабильного и своевременного материально-технического обеспечения, несоответствие объёмов и периодичности ремонтов оборудования интенсивности его эксплуатации и прочие);
• пространственный , целью которого является определение “уязвимых мест” как отдельных машин, так и агрегатов, комплекса оборудования предприятия в целом;
• временной , который направлен на выявление сезонных закономерностей, цикличности аварийных ситуаций, тенденций и прогнозов их возникновения.

Результаты проведенного анализа являются основанием для разработки мероприятий, направленных не только и не столько на борьбу со следствиями аварий, но в большей степени на устранение их причин и предотвращение возможности повторения в дальнейшем. [

В настоящее время, в соответствии с протоколом МЭК 61850, вычислительное оборудование широко применяется на уровне присоединения и подстанционном уровне. В число его основных задач входят контроль и управление интеллектуальными электронным устройствами, такими как реле защиты, PMU (блоки векторных измерений), устройствами сопряжения, цифровыми осциллографами (регистраторами) и устройствами анализа GOOSE/SMV. Кроме того, компьютеры на ЦПС используются для мониторинга окружающей среды и в системах наблюдения.

Любые проблемы в работе вычислительного оборудования, не говоря уже о его отказе, способны напрямую повлиять на работу отдельно взятой подстанции и энергосистемы в целом. Следовательно, надежность и работоспособность подстанционных компьютеров является ключевым фактором эффективной работы подстанции, а управление всей совокупностью вычислительной техники приобретает особую важность наравне с другим ответственным оборудованием подстанции.

Для чего необходимо предупредительное техническое обслуживание вычислительного оборудования ЦПС?

На электрических подстанциях реализуются три типовых подхода к эксплуатации и обслуживанию оборудования (в том числе и компьютеров):

1. Послеаварийное техническое обслуживание (в случае поломки оборудования или его наработки на отказ)

При таком подходе оборудование остается в работе до тех пор, пока не произойдет его поломка. Ремонт или замена поврежденного оборудования происходит только после того, как проблема уже возникла. Хотя данный подход и используется на некоторых подстанциях, он не рекомендуется для применения к ответственному подстанционному оборудованию, включая вычислительное.

2. Плановое техническое обслуживание

Мероприятия по техническому обслуживанию выполняются через заранее определенные интервалы времени. Для вычислительного оборудования гораздо предпочтительнее проводить плановое обслуживание, нежели послеаварийное. По результатам ряда исследований, переход с послеаварийного на плановое техническое обслуживание позволяет пользователям сэкономить от 12% до 18% выделенных средств.

Тем не менее, плановое обслуживание имеет свои недостатки:

• Если неисправности оборудования возникают до планируемого времени технического обслуживания, то такая ситуация сводится к проведению послеаварийного ТО.
• Иногда при плановом обслуживании выполняется избыточный (сверх требуемого) объём мероприятий.
• Плановое техобслуживание может оказаться весьма трудозатратным.

3. Предупредительное техническое обслуживание (ТО по текущему состоянию)

Подобное техническое обслуживание производится в тех случаях, когда в ходе периодического мониторинга оборудования обнаруживается явная тенденция к ухудшению его состояния.В результате замена неисправного оборудования происходит до того момента, как возникают очевидные проблемы. Предупредительное ТО позволяет достичь экономии средств в пределах 8-12% по сравнению с затратами на плановое обслуживание.

Для вас наверняка не станет новостью тот факт, что сегодня техническое обслуживание вычислительного оборудования ЦПС всё чаще строится именно на последнем из вышеперечисленных подходов. В настоящее время подстанционные компьютеры относят к категории “критически важного оборудования” и включают их в программу предупредительного технического обслуживания.

Многие операторы подстанций и системные интеграторы также включают технические требования к вычислительному оборудованию в свои тендерные спецификации. Например, важной частью конкурсных требований являются поддержка необходимых значений загрузки ЦП и использования памяти компьютерами, задействованными в процессах обработки данных и коммуникации на подстанциях. Некоторые типовые требования, указываемые в тендерах, представлены в следующей таблице:

Стратегия предупредительного технического обслуживания эффективно и в полном объёме внедряется в том случае, если персонал обладает знаниями, навыками и временем, необходимыми для выполнения соответствующих мероприятий. Стратегия предупредительного ТО позволяет систематически выполнять ремонт и восстановление оборудования в запланированном порядке и иметь при этом запас времени на поставку требуемых для ремонта материалов, таким образом снижая потребность в наличии определенного набора ключевых запасных компонентов. Поскольку работы по техническому обслуживанию выполняются только тогда, когда это необходимо, то также имеет место увеличение производственной мощности объекта. Хотя для перехода на предупредительное ТО и необходимы начальные инвестиции в диагностическое оборудование, программное обеспечение и обучение персонала, выгода от использования этого вида техобслуживания быстро перевешивает указанные расходы. Такой подход к техническому обслуживанию общепризнанно является наилучшим вариантом для критически важного подстанционного оборудования.

Каким образом реализуется предупредительное ТО на подстанциях

В настоящее время большинство компьютеров поставляется со встроенными средствами мониторинга аппаратной части. Эта функция реализована на уровне BIOS или как часть операционной системы.

Мониторинг аппаратной части на уровне BIOS

Большинство компонентов современного компьютера содержит датчики, контролирующие такие параметры, как температура, потребляемая мощность и скорость вращения вентиляторов. Одним из вариантов считывания значений этих параметров является мониторинг аппаратной части на уровне BIOS. Однако доступ к BIOS вы можете получить только на этапе загрузки компьютера.

Мониторинг производительности

Ограниченная функциональность средств мониторинга производительности системы, которую предлагают операционные системы Windows и Linux, обычно распространяется только на температуру системы и некоторые другие параметры, чего может быть недостаточно для реализации стратегии предупредительного технического обслуживания.

Windows

Выберите вкладку Performance (Быстродействие) в Диспетчере задач (Task Manager) Windows для просмотра динамики производительности вашего компьютера.

Ниже представлены некоторые инструменты операционной системы Linux, которые можно запускать с помощью командной строки и использовать для мониторинга показателей вашего компьютера.

• VmStat – Статистика виртуальной памяти.
• Iotop – Мониторинг ввода/вывода диска Linux.
• Monitorix – Мониторинг системы и сети.
• Collectl – Высокопроизводительный инструмент мониторинга формата “все в одном”.

Ключом к организации корректного предупредительного техобслуживания компьютеров является применение функции мониторинга аппаратной части в BIOS и средств мониторинга производительности, входящих в состав операционной системы, чтобы определять статус ключевых компонентов и использовать инструмент для непрерывного контроля этих значений. Пользователи должны уметь определять пороговые значения для ключевых компонентов компьютера и контролировать состояние этих компонентов с учетом заданных пороговых значений. Если параметры ключевых компонентов превышают пороговые значения, то система должна быть запрограммирована автоматически выдавать сигнал тревоги.

Тем не менее, большая часть решений, доступных сегодня на рынке, может контролировать только системную температуру и некоторые другие параметры, которых явно недостаточно для воплощения полноценной стратегии предупредительного технического обслуживания для компьютеров ЦПС. Более того, многие системы не предоставляют пользователям возможность определять пороговые значения для ключевых компонентов компьютера, а также могут не располагать функцией аварийной сигнализации. Если на вашей подстанции используется предупредительное техническое обслуживание, то самым простым подходом будет использовать существующие средства мониторинга для считывания параметров ключевых компонентов компьютеров и для последующего ввода этих данных в имеющуюся систему предупредительного ТО. Таким образом, система сможет выдавать аварийные сигналы, отталкиваясь от заданных пороговых значений для этих ответственных компонентов.

Решение компании Моха

Решение по предупредительному техобслуживанию от компании Моха (т.н. Proactive Self-Maintenance – проактивное самостоятельное ТО) включает следующие компоненты:

• • служебное ПО (утилита) проактивного мониторинга;
  • централизованное решение по проактивной дистанционной аварийной сигнализации.

Утилита проактивного мониторинга

Служебное программное обеспечение компании Moxa – Proactive Monitoring – это занимающая мало места, использующая небольшой объем вычислительных ресурсов и легкая в использовании утилита, которая позволяет вам отслеживать целый ряд системных параметров.

В Proactive Monitoring для контроля ключевых компонентов вашего компьютера используются датчики аппаратных средств, расположенные на материнской плате производства Моха. Вы можете просматривать текущие значения параметров для интересующих компонентов компьютера, просто нажимая соответствующие кнопки в интерфейсе пользователя. Для контроля важных компонентов применяются определяемые пользователем индикаторы соответствующего оборудования (KPI). Визуальная и/или звуковая сигнализация запускается автоматически при срабатывании реле или фиксации внутренних системных прерываний SNMP, когда значения индикаторов KPI превышают свои пороговые величины. Для операторов это очень удобно, поскольку позволяет заранее распланировать мероприятия по техническому обслуживанию и не отключать систему непосредственно до начала ТО.

Централизованное проактивное решение по дистанционной аварийной сигнализации на базе Ethernet от компании Моха

Готовое к применению проактивное решение по аварийной сигнализации от компании Моха имеет следующие преимущества:

• • Централизованная визуальная/звуковая аварийная сигнализация на щите управления (ОПУ) через Ethernet.
  • Для нужд сигнализации на компьютере не требуется установка выходных реле.
  • Нет ограничений по использованию кабеля.
  • Комбинированные внутрисистемные прерывания SNMP (ловушки) позволяют фиксировать системные ошибки более быстро и точно.

Выводы

В настоящее время подстанционные системы активно задействованы во внедрении цифровой автоматики на объектах. Эта тенденция поддерживается прогрессом информационных технологий, которые предоставляют операторам подстанций возможности по “оцифровке” работы подстанции, расширению коммуникационных интерфейсов вплоть до первичного оборудования подстанции, а также возможности более эффективного мониторинга и управления. Вычислительному оборудованию отведена важнейшая роль в деле создания цифровых подстанций, а адекватные стратегии технического обслуживания помогают увеличить срок службы этого оборудования. Подход к техническому обслуживанию компьютеров на подстанциях все больше смещается в сторону предупредительного ТО (также известного как техническое обслуживание по текущему состоянию). Хорошо организованный график предупредительного техобслуживания позволяет заранее предусмотреть необходимость проведения соответствующих мероприятий, что в итоге приводит к оптимизации затрат времени, повышению надежности оборудования и сокращению затрат на техническое обслуживание.

По всем вопросам относительно устройств, производимых компанией Moxa, обращайтесь

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

«Уральский федеральный университет

имени первого Президента Ельцина»

Нижнетагильский технологический институт (филиал)

В. А. Коротков

ПРОАКТИВНЫЕ РЕМОНТЫ

В ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ

Нижнетагильского технологического института (филиал) УрФУ

имени первого Президента Ельцина

в качестве электронного текстового учебно-методического пособия

для студентов всех форм обучения

Нижний Тагил

Рецензент:

д-р техн. наук

Научный редактор:

д-р техн. наук, проф.

Проактивные ремонты в горно-металлургической отрасли: учеб.-метод. пособие / В. А. Коротков; М-во образования и науки РФ; ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента Ельцина», Нижнетагил. технол. ин-т (фил.). – Нижний Тагил: НТИ (филиал) УрФУ, 2013. – 41 с.

В пособии изложены основные принципы и методы увеличения послеремонтной наработки оборудования. В том числе за счет оптимизации рабочих нагрузок и напряжений, упрочнения функциональных поверхностей деталей, применения качественно новых смазок.

Предназначено для студентов, аспирантов и производственных специалистов.

УДК 621.791

ББК 34

Библиогр.: 41 назв. Табл. 11. Рис. 14.

Недостатки машин особенно наглядно

выясняются при ремонте. По существу, их доводка

начинается только после ввода в эксплуатацию

Из справочника

«Основы конструирования»

Предисловие

В горно-металлургической промышленности расходы на ремонты способны поглощать значительную часть доходов, а ремонтные простои – существенно уменьшать сами доходы. Поэтому сокращение и тех и других является актуальной задачей. Основные направления ее решения:

– предупреждение внезапных (аварийных) отказов;

– исключение преждевременных ремонтов;

– сокращение продолжительности ремонтов за счет агрегатного принципа;

– увеличение срока службы деталей за счет упрочнения, смазки и пр.;

– восстановление изношенных деталей, что экономичнее покупки новых.

В последние два десятилетия арсенал средств по сокращению ремонтных затрат и простоев существенно расширился. Для предупреждения аварий производят дефектоскопию (магнитно-порошковую, ультразвуковую …), приборы для которой постоянно совершенствуются. Приборы вибродиагностики выявляют не только трещины, но и износ, дефекты сборки, т. е. устанавливают потребность в ремонте без его остановки и разборки оборудования. Такие ремонты получили название «ремонты по фактическому состоянию», т. к. исключают проведение преждевременных ремонтов, когда оборудование еще не достаточно изношенное. Переносными приборами определения твердости, шероховатости, химического состава, проверяют на соответствие чертежам, поступающие на замену, запасные части, что исключает попадание в эксплуатацию «брака» и последующий быстрый выход из строя отремонтированного оборудования. Масла с триботехническими добавками не только снижают трение, но и восстанавливают износ без разборки механизмов. Ручной плазменной закалкой стало доступно упрочнять контактные поверхности на крупногабаритных корпусах оборудования. Методы восстановления изношенных деталей существенно сокращают закуп запасных частей.

Таким образом, механики во время ремонтов имеют возможность не только восстанавливать работоспособность оборудования заменой износившихся частей, но применять меры по увеличению послеремонтной наработки. Отремонтированное оборудование начинает работать лучше нового. Эти омолаживающие ремонты получили название «проактивных » ремонтов, которым посвящается настоящая работа.

1. СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕМОНТОВ

Во время ремонтных остановок выполняется ревизия механизмов для определения недопустимых дефектов, после чего проводится непосредственно ремонт , т. е. замена забракованных деталей новыми деталями. В настоящее время сложились четыре основные формы организации ремонтов. Это ремонты, проводимые по отказу, планово-предупредительные ремонты, ремонты по фактическому состоянию и проактивные ремонты.

1.1. Ремонты по отказу и ППР

Возможно проведение ремонтов, когда его эксплуатация становится невозможной вследствие отказа – «ремонты по отказу». Эта простая стратегия не обременяет расходами по подготовке ремонтов, но сами ремонты в силу их неожиданности могут быть дорогостоящими и продолжительными. «Ремонты по отказу» оправданы, если отказы имеют случайный характер, мало зависящий от наработки, и когда последствия отказа незначительны, а меры профилактики стоят дороже, чем замена вышедшего из строя узла.

Усовершенствованный вариант «ремонтов по отказу» – «ремонты по возникновению дефектов», которые определяются по косвенным признакам: вибрации, течи масла и т. п. Для ускорения «ремонтов по отказу» применяют метод агрегатирования. Замена агрегатов производится быстрее замены отдельных частей, входящих в агрегаты; при этом сами агрегаты отправляются на ремонт в специализированные подразделения или предприятия.

Отказ работающего оборудования из-за выхода из строя одной детали может приводить к повреждению других (исправных) деталей, и тем создавать аварийные ситуации. Для их предупреждения разработаны планово-предупредительные ремонты (ППР), которые выполняются после определенной наработки, когда из опыта известно, что механизмы уже нуждаются в ремонте.

Недостаток ППР состоит в следующем. Износ, как правило, не повторяется с большой точностью, т. к. зависит от изменения твердости, размеров и расположения деталей даже в пределах чертежных допусков. Следовательно, ППР фактически проводятся с опозданием или с опережением объективно необходимого срока ремонта. Опоздание с проведением ремонта означает отказ оборудования, поэтому планируют опережающие сроки ППР. Но преждевременная разборка оборудования (когда износ деталей не достиг предельного значения) и последующая сборка без замены деталей нарушает приработку сопряжений, вызывая их ускоренный износ. Отсюда следует объективная необходимость в более точном определении износа по вторичным признакам без разборки механизмов.

Однако действующая система ППР во многом устраивает как Изготовителя оборудования, так и персонал ремонтирующей организации. Изготовитель предписывает частые ППР, во время которых устраняются его огрехи изготовления. У ремонтного предприятия (подразделения) интерес к ППР в том, что эта система дает постоянную занятость с минимальной возможностью контроля качества выполнения ремонтных работ со стороны Заказчика.

1.2. РФС и проактивные ремонты

С 90-х годов при ремонтах стала применяться вибродиагностика, т. е. определение технического состояния механизмов (на присутствие трещин, дефектов сборки, износа) по вибрационному фону, создаваемому работающим оборудованием, с помощью переносных электронных приборов – виброанализаторов. Она в значительной мере сокращает ревизионные простои, связанные с разборкой и осмотром механизмов. Кроме того, сокращаются складские запасы запчастей, т. к. состояние механизмов непрерывно отслеживается, и поэтому закупается только необходимое. Ремонты, назначаемые по техническому состоянию, определяемому вибродиагностикой, получили название «ремонтов по фактическому состоянию».

Вибродиагностика удобно дополняется электронным учетом отказов, что позволяет выявлять проблемные узлы и детали, которые наиболее часто выходят из строя. Эта информация дает возможность анализа причин их низкой работоспособности для выработки мер по увеличению срока службы. Ремонты, проводимые с реализацией мер по повышению долговечности (наработки) заменяемых деталей и сопряжений, стали называть «проактивными ремонтами». После их проведения оборудование работает не только не хуже, но даже лучше нового. Это позволяет говорить, что «проактивные ремонты» сопровождаются омолаживающим эффектом.

Наиболее эффективная система ПАР вместе с тем является наиболее сложной в осуществлении. Само по себе не простое проведение вибродиагностики и электронного учета отказов должно дополняться выработкой мер по замедлению износа и появлению иных дефектов, которые, к тому же, должны проходить проверку на практике. Другими словами проактивные ремонты предполагают проведение в како-то мере научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИиОКР). Это обусловливает более высокие требования, как к службам главного механика (энергетика), так и к подрядным ремонтным организациям или собственным ремонтным подразделениям.

Таблица 1.1

Сравнение систем организации ремонтов

Практика показывает, что не целесообразно применять только одну из представленных систем организации ремонтов. Гибкое их сочетание дает наибольший эффект. В табл. 1.1. и 1.2 приведено сравнение различных систем организации ремонтов и их, рекомендуемое компанией БАЛТЕХ, соотношение для предприятий горно-шахтной отрасли (http://www. *****).

Таблица 1.2

Доли систем организации ремонтов для предприятий

2. СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРОАКТИВНЫХ РЕМОНТОВ

После того, как планирование ремонтов доведено до совершенства, т. е. проводятся они ни раньше, ни позже, чем это требуется по состоянию механизмов, то для дальнейшего сокращения ремонтных издержек необходимо увеличение послеремонтной наработки. Это достигается проактивными ремонтами, включающими в себя меры по замедлению выхода механизмов из строя вследствие образования трещин, износа, др. дефектов. В том числе:

– оптимизацией рабочих нагрузок и напряжений;

– упрочнением рабочих поверхностей;

– совершенствованием смазки.

2.1. Оптимизация рабочих нагрузок и напряжений

Важными принципами конструирования является снижение массы машин (оборудования) и увеличение производительности (мощности). Но это приводит к росту напряжений в элементах конструкций и на контактных поверхностях. Рост напряжений в элементах конструкций увеличивает вероятность поломок, а на контактных поверхностях – ускоряет изнашивание. Как следствие, происходит к возрастание частоты ремонтов, затраты на которые уменьшают прибыль, а ремонтные простои – доходы от эксплуатации. Поэтому снижение производительности оборудования (рабочих нагрузок) и увеличение его массы могут быть оправданы, если за счет уменьшения ремонтных затрат и простоев произойдет рост прибыли .

Нагрузки, воспринимающиеся оборудованием, в его частях и деталях вызывают напряжения, а на контактных поверхностях создают трение. Можно различать благоприятное и неблагоприятное восприятие оборудованием рабочих нагрузок. При неблагоприятном восприятии имеют место вибрация, концентрация напряжений, которые приводят к быстрым отказам. Работа по исключению неблагоприятного восприятия оборудованием рабочих нагрузок, с вибрацией и концентрацией напряжений, дает существенное сокращение ремонтов. Покажем это на примерах.

Корпус 12-метрового штампа для формовки труб большого диаметра после непродолжительной эксплуатации разломился надвое вдоль продольной оси. Его ремонтная сварка без «усиления» конструкции представлялась не перспективной. Однако собственно «усиления» за счет увеличения массы удалось избежать. Анализ напряженного состояния, показал, что изменение от нормали на 7º угла расположения нижних ребер жесткости (рис. 2.1) более равномерно распределяет рабочее усилие по корпусу штампа и снижает уровень разрушающих напряжений по линии излома. Такая модернизация не потребовала ни удорожания ремонта, ни увеличения массы конструкции .

В машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) вращение роликов часто прекращалось. При этом «трение качения» ролика о слиток переходило в более агрессивное «трение скольжения», что приводило к быстрому износу в виде «лысок» и преждевременной замене роликов. После того как вращение роликов с осями заменили вращением бочки ролика на неподвижной оси, случаи заклинивания роликов устранились. Как следствие исключился агрессивный вид изнашивания «трением скольжением», что увеличило наработку роликов в 2,5 раза .

Сброс давления в доменной печи производится через атмосферный клапан. Для замедления изнашивания его контактных поверхностей потоком запыленного газа применялась твердосплавная наплавка (HRC55), которая затем подлежала трудоемкой шлифовке. Поскольку истечение газов, вызывающее быстрый износ, происходило из-за неплотного прилегания контактных поверхностей, было решено уплотнить стык огнеупорным асбестом. Истечение газов уменьшилось настолько, что без ущерба сроку службы перешли на менее твердую наплавку (HRС35), обрабатывающуюся точением, что существенно снизило трудоемкость и стоимость ремонта атмосферного клапана .

Исследования износостойкости сварного отвода, служащего для удаления запыленных газов, показали следующее. Увеличение крутизны загиба (вместо 5 секторов применили 4, рис. 2.2) привело к усилению концентрации силового воздействия газового потока столь существенно, что многократно сократило срок службы .

Тележки обжиговых печей при движении контактируют бортами. Износ бортов приводит к перекосу тележек, что в свою очередь создает повышенную нагрузку на приводную «звездочку». Быстрый износ бортов тележек был исключен твердой наплавкой «в размер» . Это одновременно ликвидировало перекос тележек в машине, уменьшило нагрузку на «звездочку» и, как следствие, – частоту замены ее секторов. Если раньше в «звездочке» каждый год заменялось по одному сектору (ценой ~1 млн руб.), то теперь замена сектора проводится раз в четыре года.

В вакууматоре два патрубка, опускающиеся в ковш со стальным расплавом, закрепляются в плоском днище. Один патрубок – для всасывания расплава в вакууматор, другой – для слива расплава обратно в ковш. Всасывающий патрубок при работе создавал вибрацию, которая быстро разрушала огнеупорную футеровку, и вакууматор выводился в ремонт. Для снижения вибраций были применены скрепляющие элементы, в результате чего стойкость вакууматора увеличилась вдвое, и вдвое же снизилась себестоимость вакуумирования .

В сварных железнодорожных мостах трещины появляются неожиданно быстро, всего через 2–7 лет эксплуатации. Долгое время не могли найти причину, пока в 90-х годах не установили, что при проходе поездов в пролетных строениях мостов возникают высокочастотные вибрации. Для их предупреждения традиционные связи из прокатных уголков заменили листовыми диафрагмами, и это исключило появление трещин, даже при 10-кратной наработке .

На восприятие оборудованием рабочих нагрузок большое влияние оказывают концентраторы напряжений . Сам термин говорит о том, что в некоторых местах машин и механизмов, из-за конструктивных особенностей, происходит усиление напряжений. Разрушения, вызванные концентраторами напряжений, отличаются от разрушений от общих перегрузок. Когда перегрузкой охвачено все сечение детали, то разрушению предшествует пластическая деформация. Но она отсутствует, когда условие прочности нарушается только в концентраторе напряжений. По этой причине такие разрушения называют хрупкими.

Они происходят следующим образом. В концентраторе напряжений даже незначительные рабочие напряжения от собственного веса конструкции могут усиливаться до уровня предела прочности металла, что приводит к появлению микротрещины. Если острота ее велика и не спадает по мере продвижения, то трещина начинает представлять собой движущийся концентратор напряжений. Поскольку превышение напряжениями предела прочности в устье трещины сохраняется, то она мгновенно проходит через все сечение. Таким образом, при отсутствии полезных нагрузок, под воздействием только собственного веса, обрушались мосты и галереи, уходили под воду танкеры .

Важным правилом предупреждения хрупких разрушений являются недопущение скопления концентраторов напряжений (отверстий, сварных швов и т. д.). Результатом его несоблюдения явилось разрушение одной из двух балок рукояти экскаватора, На рис. 2.3а видно, что обе части разрушившейся балки недеформированные, что указывает на хрупкий характер разрушения, произошедшего при небольшой нагрузке.

На рис. 2.3б видно место начала разрушения, которое на рис. 2.3а помечено темной стрелкой. Зародившаяся трещина, прежде чем охватить все сечение, сначала продвигалась постепенно, что придало разрушению одновременно и усталостный характер.

Гальваника" href="/text/category/galmzvanika/" rel="bookmark">гальваническое хромирование, цементация, азотирование и некоторые другие. Их характеристики приведены в табл. 2.1.

В проактивных ремонтах такой подход тоже приемлем, если детали ранее использовались без упрочнения. В противном случае надо изыскивать способы упрочнения, более эффективные, чем применяемые. При простом переборе доступных применению способов упрочнения, подходящий способ может выпасть последним, что приведет к потерям времени и средств. Поэтому полезно знать некоторые правила, позволяющие минимизировать число экспериментов при выборе подходящего способа упрочнения.

Таблица 2.1

Характеристики видов упрочнения

Выбор способов упрочнения по толщине упрочненного слоя

Если деталь эксплуатируют до значительного (измеряемого миллиметрами) износа, то не всегда следует задаваться упрочнением на такую же толщину. Большой износ механизмов приводит к потерям мощности, к ударам и вибрациям, вызывающих поломки, становится причиной выпуска низкосортной продукции. Поэтому упрочнение следует рассматривать не только как средство сокращения расхода запчастей, но и как возможность исключения работы оборудования с большим износом. Упрочнение способно многократно (даже в десятки и сотни раз) замедлить изнашивание, благодаря чему необходимость в эксплуатации механизмов с большими износами отпадает.

УДК 629.7.05

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА ОБОРУДОВАНИЯ

©2012 Н. В. Чекрыжев, А. Н. Коптев

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)

В статье рассматриваются принципы качественного подхода к перспективному методу проактивного обслуживания сложных систем бортового оборудования авиационной техники.

Безопасность полётов, управление рисками, развитие отказа, проактивное техническое обслуживание.

За последние 30 лет главной задачей развития авиационно-транспортной системы является поиск новых подходов в решении проблемы повышения безопасности полётов воздушных судов (ВС).

Очевидно, что традиционная ретроактивная (Reactive) идеология профилактики авиационных событий, построенная на строгом соблюдении нормативных требований и внедрении профилактических рекомендаций, разработанных по результатам расследования происшедших событий, себя исчерпала .

Поэтому ИКАО разработала принципиально новую идеологию профилактики авиационных происшествий и инцидентов, названную «управление безопасностью полётов».

Новая идеология предотвращения авиационных происшествий (АП) и инцидентов предполагает создание в авиакомпании системы управления безопасностью полетов (СУБП), которая:

Выявляет фактические и потенциальные угрозы безопасности;

Гарантирует принятие корректирующих мер, необходимых для уменьшения факторов риска/опасности;

Обеспечивает непрерывный мониторинг и регулярную оценку достигнутого уровня безопасности полётов.

СУБП акцентирована не на ожидании негативного события, а на выявлении

опасных факторов в авиационной системе, которые ещё не проявились, но могут стать причиной инцидентов, аварий и катастроф. Такой подход в профилактике авиационных происшествий получил наименование «проактивный» (Proactive).

По сути, проактивное обслуживание предполагает тот же реагирующий подход, как и обслуживание по состоянию с контролем параметров (ТЭП), но в качестве диагностических признаков выбираются такие параметры системы, наблюдение которых позволяет контролировать глубинные причины деградации факторов стабильности системы (рис. 1).

Накопленный опыт расследования авиационных событий показал, что каждое из них было обусловлено воздействием нескольких причин, которые долгое время скрывались в виде недостатков (опасных факторов или факторов риска) компонентов авиационной системы.

Пять базовых структурных элементов концепции безопасности полётов лежат в основе модели Ризона (рис. 2).

Меры по обеспечению безопасности полётов должны быть направлены на контроль за организационными процессами, содержащими скрытые условия в виде недостатков в конструкции оборудования, упущения в подготовке персонала и т.п., а также для улучшения условий на рабочем месте.

Рис. 1. Структура проактивного обслуживания

Рис. 2. Модель Ризона

Инструментом для анализа компонентов и особенностей эксплуатационных контекстов и их возможных взаимодействий с людьми является модель SHEL(L) (рис. 3), призванная дать общее представление о взаимосвязи индивидуумов с компонентами и особенностями рабочего места .

Рассмотренные выше стратегии и методы технического обслуживания авиационной техники направлены на устранение в основном очевидных неисправностей и отказов изделий функциональных систем (ФС) ВС.

Рис. 3. Модель БИЕЦЬ)

Накопленный опыт и практика расследования авиационных событий доказывают, что наличие любого скрытого недостатка в системе в виде опасного фактора или фактора риска может привести при определённых условиях к трансформации его в причину, которая и обусловливает последующее негативное событие.

Поэтому ИКАО предложила изменить содержание профилактических работ модели обеспечения безопасности полётов (ОБП) на проведение целенаправленной работы по выявлению и устранению

опасных факторов в каждом компоненте авиационной системы модели управления безопасностью полетов (УБП) (рис.

При внедрении управления БП (УБП) содержание профилактической работы определяется опасными факторами (ОФ) компонентов авиационной системы. Поэтому в соответствии с проактивным подходом в авиакомпаниях разрабатываются специальные методики, предназначенные для оценки степени риска прогнозируемых событий.

Рис. 4. Модели обеспечения (ОБП) и управления (УБП) безопасностью полетов: ОД - ошибочные действия, ОФ - опасные факторы, И - инциденты, СИ - серьезные инциденты, А - аварии, К - катастрофы

Практическая основа управления безопасностью - это управление рисками, методика которого изложена в «Программе управления рисками в отношении безопасности полётов». Переход от обеспечения (ОБП) к управлению безопасностью полётов (УБП) на практике означает проведение профилактических работ до развития авиационного события путём выявления и устранения источников

опасности (факторов риска) во всех компонентах авиационной системы.

В настоящее время расходы на техническое обслуживание составляют от 12 до 18% от прямых эксплуатационных расходов.

В соответствии с требованиями ИКАО на сегодняшний день одним из перспективных является метод упреждающего (проактивного) технического

обслуживания (Proactive Maintenance), основанный на использовании технологии прогнозирующего анализа (Predictive Analytics) компании Macsea.

Основанная на сборе и обработке информации технология позволяет прогнозировать дальнейшее развитие событий, реализована в пакете Macsea Dexter, который может осуществлять автоматический мониторинг и диагностику состояния любого оборудования. Система производит непрерывный анализ и обработку данных, оповещая оператора о появившихся или возможных проблемах, анализирует работу каждого компонента оборудования в реальном времени и прогнозирует его состояние и производительность в будущем .

По данным российской компании «Практическая Механика» при внедрении проактивного технического обслуживания время плановых остановов составляет не более 10% от общего времени работы оборудования, а среднее время между отказами по причине выхода из строя оборудования существенно увеличивается. По данным статистики прямые затраты на ТО при внеплановых ремонтах в 1,5 - 3 раза больше, чем при плановых, треть работ планово-предупредительных работ являются лишними, четверть запасных частей для ремонта лежит на складе без движения более двух лет.

Исследования компании Emerson Process Management показывают, что расходы на профилактическое обслуживание будут в 5 раз выше, а на обслуживание при необходимости - в 15 раз выше, чем в случае упреждающего подхода.

Основным направлением повышения эффективности работы авиакомпании является увеличение налёта часов и снижение себестоимости единицы транспортной продукции.

Применение метода упреждающего обслуживания сокращает время вынужденных простоев ВС на техническом обслуживании (ТО), материальные и человеческие ресурсы, что повышает рентабельность авиакомпании.

Встроенные бортовые устройства регистрации информации самолётов последнего поколения позволяют получить дополнительные данные результатов диагностирования состояния и работы функциональных систем ВС вне аэропорта базирования, что повышает вероятность определения источника опасности (отказа) и уменьшает потребность в непосредственном осмотре оборудования.

В среднем незапланированное время простоя для типичного технологического процесса может стоить 1-3% дохода и 3040% прибыли в год.

Мониторинг состояния ФС позволяет проводить ТО только тех изделий, которые этого требуют. Следовательно снижается общая трудоёмкость процедур технологического процесса, сокращаются расходы на материалы и объёмы запасного оборудования и сопутствующие затраты на его содержание, которые могут составлять 25% стоимости.

В процессе эксплуатации ВС его узлы и агрегаты подвергаются постоянному воздействию эксплуатационных факторов, влияющих на их техническое состояние, структурные параметры элементов изменяются, упорядоченность системы в целом и её функциональные качества ухудшаются, деградируют.

Работы теории старения машин Хрущова М. М., Зайцева А. К., Дьячкова А. К., Конвисарова Д. В. не дают полного анализа реального фактического состояния системы в целом, т.к. не учитывают случайного характера внешнего изменения условий работы отдельных её деталей и узлов (закономерностей ухудшения условий смазки во времени, нарушения регулировок в эксплуатации и т.д.) и не рассматривают работу изделий в комплексе.

Решение проблемы повышения надёжности ФС может быть получено только при комплексном подходе, предполагающем охват всех этапов эксплуатации на протяжении всего жизненного цикла ВС.

Анализ надёжности функциональных систем ВС показывает, что большин-

ство эксплуатационных отказов носит постепенный характер, и связано это с нарастающим старением изделий системы

Информацию о нарастающем старении систем можно получить из рассмотрения динамики некоторых определяющих параметров, как, например, количественная оценка механического износа элемента конструкции, расхода топлива, напряжения пружины, повышения вибрации вращающихся деталей; технологические и режимные параметры (температу-

ра, нагрузка, давление, влажность и др.); частицы износа в смазке и т.д.

Условия использования, приводящие к отклонению в параметрах источника отказа (условный отказ), вызывают разрушение материала объекта системы (начинающийся отказ), что является прямой причиной сбоев в работе (надвигающийся отказ), а это, в свою очередь, приводит к состоянию нарушения функционирования системы (крутому или катастрофическому отказу), как показано на рис. 5 .

Рис. 5. Схема развития отказа

Идея проактивного технического обслуживания оборудования заключается в обеспечении максимально возможного межремонтного срока эксплуатации оборудования за счет применения современных технологий обнаружения и подавления источников отказов.

Основой проактивного технического обслуживания являются:

Идентификация и устранение источников повторяющихся проблем, приводящих к сокращению межремонтного интервала объекта;

Устранение или значительное снижение факторов, отрицательно влияющих на межремонтный интервал или срок эксплуатации объекта;

Распознавание состояния объекта с целью проверки отсутствия признаков дефектов, уменьшающих межремонтный интервал;

Увеличение межремонтного интервала и срока эксплуатации объекта за счет проведения монтажных, наладочных и ремонтных работ в точном соответствии с техническими условиями и регламентом.

По сути, проактивное обслуживание предполагает тот же реагирующий подход, как и обслуживание по состоянию с контролем параметров, но в качестве диагностических признаков выбираются такие параметры системы, наблюдение которых даёт возможность контролировать глубинные причины деградации факторов стабильности системы. Мониторинг изменения свойств материала на ранних стадиях отклонения параметра источника отказа позволяет путём предупредительного обслуживания данного источника предот-

вратить дальнейшую деградацию системы в целом.

Характерные качественные особенности влияния различных подходов к техническому обслуживанию на процесс эксплуатации и межремонтные интервалы исследуемого объекта проиллюстрированы на рис. 6.

Кривая 1 (СоЗ) соответствует изменению состояния объекта эксплуатации при реактивном обслуживании (РО). Точка З соответствует поломке или отказу объекта или выработке ресурса, что предопределяет его замену или ремонт.

Время эксплуатации

Рис. 6. Зависимость уровня технического состояния объекта от времени эксплуатации при различных

видах обслуживания:

1 - реактивное обслуживание (РО), 2 - обслуживание по состоянию (ОС),

3 - проактивное обслуживание (ПО)

График 2 характеризует эксплуатацию объекта при обслуживании по состоянию (ОС) и состоит из трёх участков. Кривая СоО соответствует изменению параметров объекта эксплуатации до достижения ими предельной величины в точке

О. Горизонтальный участок ОР отражает время ремонта, а вертикальная линия РН -повышение уровня рабочего состояния объекта до величины С1. При этом время развития последующих отказов до ремонта в диапазоне от Т1 до Т2, Т3 и т.д. в среднем уменьшается, а начальный уровень состояния после проведения ремонта уже не достигает начального (С1<Со), так как отказы одних агрегатов системы оказы-

вают отрицательное влияние на работоспособность остальных.

График 3 характеризует эксплуатацию объекта при проактивном обслуживании (ПО). Как было отмечено выше, данный вид обслуживания является следующей ступенью развития метода ОС, поэтому общий вид зависимости 3 аналогичен графику 2. Точка П соответствует отклонению параметра источника отказа от нормы.

Горизонтальный участок отсутствует, т.к. корректировка состояния объекта до начального уровня Со, связанная с устранением глубинных причин отказов, как

правило, не требует временного выхода объекта из эксплуатации.

Данный рисунок наглядно отражает преимущества упреждающего подхода к ТО, основным из которых является отсутствие периодов вынужденного простоя объектов ТО, обусловленного ремонтом. Поэтому с некоторой долей идеализации для проактивного технического обслуживания характерен постоянный, не зависящий от времени эксплуатации уровень состояния С0 "вечного" агрегата, срок службы которого поддерживается путём систематического устранения источников дефектов, приводящих к преждевременному выходу его из строя.

По данным независимых опросов, средние показатели производственной экономии, достигнутые благодаря применению упреждающего подхода, составляют: рентабельность инвестиций - десятикратная, сокращение расходов на обслуживание - 25-30%, сокращение количества аварий - 70-75%, уменьшение времени простоя - 35-45%, увеличение производительности - 20-25%.

В связи с этим можно ожидать значительного эффекта от внедрения упреж-

дающего подхода к ТО функциональных систем ВС, в том числе и увеличения сроков их эксплуатации.

Библиографический список

1. Doc. 9859 - AN/474. Руководство по управлению безопасностью полетов [Текст]. - ИКАО. - 2009.

2. Doc. 9859 - AN/460. Руководство по управлению безопасностью полетов [Текст]. - ИКАО. - 2006.

3. Хоске, М. Заботимся о «здоровье» оборудования [Текст] / М. Хоске // Control Engineering. - Россия. - Июль, 2006. -С.12-18.

4. Александровская, Л. Н. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем [Текст] / Л. Н. Александровская, А. П. Афанасьев, А. А. Лисов. - М.: Логос, 2001. - 208 с.

5. Fitch, E.C. Extending Component Service Life Through Proactive Maintenance / E.C. Fitch // An FES/BarDyne Technology Transfer Publication #2. Tribolics, Inc., 1998.

PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF METHODS OF MAINTENANCE OF COMPLEX SYSTEMS OF AIRBORNE EQUIPMENT COMPLEX

© 2012 N. V. Сhekrizhev, A. N. Koptev

Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolyov

(National Research University)

The paper deals with the principles of a qualitative approach to a perspective method of proactive maintenance for complex systems of aircraft on-board equipment.

Flight safety, management of risks, development offailure (refusal), proactive maintenance.

Чекрыжев Николай Викторович, доцент кафедры эксплуатации авиационной техники, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет). Е-mail: [email protected]. Область научных интересов: контроль и испытания ЛА и их систем.

Коптев Анатолий Никитович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой эксплуатации авиационной техники, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет). Е-mail: [email protected]. Область научных интересов: контроль и испытания ЛА и их систем.

Nikolay ^ekrizhev, associate professor of the aircraft maintenance department, Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolyov (National Research University). E-mail: [email protected]. Area of research: Control and testing of aircraft and their systems.

Anatoliy Koptev, doctor of technical sciences, professor, head of the aircraft maintenance department, Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolyov (National Research University). E-mail: [email protected]. Area of research: Control and testing of aircraft and their systems.