Петроченков А. Б., Черемных М. А.,
г. Пермь

УДК 621.31:658.5.012.122 +621.31:651.012.122

К ВОПРОСУ О ПОСТРОЕНИИ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

В статье рассмотрены основные информационные уровни систем технической диагностики электроэнергетического оборудования. Предложена технология учета и планирования мероприятий по ремонту и текущим проверкам заводского электрооборудования; показаны преимущества от внедрения такой системы.

Рассматривая проблему использования информации о техническом состоянии электротехнического оборудования для принятия решений по ремонтным воздействиям, целесообразно выделить три уровня адекватности оценок.

Первый уровень – идентификация технического состояния по показателям надежности, т.е. по параметру потока отказов или интенсивности восстановлений.

Второй уровень – идентификация технического состояния по вероятностным характеристикам дефектов и повреждений, выявленных в определенные моменты времени.

Третий уровень – идентификация состояния по непрерывно контролируемым технологическим параметрам, характеризующим техническое состояние элементов оборудования.

Реализация третьего уровня возможна лишь при условии наличия совершенных диагностических систем и адекватных математических моделей корреляционных связей между выходными параметрами и техническим состоянием оборудования. Второй уровень более доступен и требует достаточной информации по выявленным дефектам и повреждениям, а также моделей динамики их развития. Реализация первого уровня связана лишь с достаточностью статистического материала.

Корректность принятия решения о введении того или иного регламента технического обслуживания и ремонта зависит от технического состояния оборудования. Регламент технического обслуживания и ремонта как система правил, определяющих технологию, средства, объем, методы и периодичность ремонтных воздействий, зависит не только от технического состояния рассматриваемого оборудования. На него оказывает влияние структурная значимость данного оборудования в объемлющей технической системе и конкретные условия ее функционирования (в том числе чисто ремонтного характера, например, оснащенность ремонтной базы, наличие ресурсов и др.).

Перечисленные выше три уровня идентификации технического состояния, по сути, являются тремя уровнями оценки функции надежности. Первый уровень соответствует нулевому приближению, когда априорная информация отсутствует. Второй уровень соответствует случаю, когда задан априорный случайный процесс накопления повреждений данного типа. Третий уровень относится к случаю, когда прогноз осуществляется для каждой отдельно взятой реализации случайного процесса развития отказа. Использование того или иного уровня определяется необходимостью точностью прогноза и наличием соответствующих технических средств, программного и информационного обеспечения.

В общем виде задача определения времени вывода в ремонт обследуемого оборудования промышленного предприятия включает в себя следующие стадии:

• определение состава выводимого в ремонт оборудования с учетом технологических взаимосвязей;
• определение внешних (системных) ограничений;
• определение потребности конкретного оборудования в объеме и сроке ремонта;
• определение внутренних ограничений по срокам и затратам (включая все виды обеспечения ремонта);
• согласование внешних и внутренних ограничений;
• подготовка графика вывода в ремонт, включающего в себя сроки остановов и их продолжительность.

Сущность этой задачи состоит в определении ремонтных программ оборудования с одновременным использованием нормативной базы и результатов оценок технического состояния. Такое сочетание информации позволяет наиболее полно использовать любую информацию о техническом состоянии оборудования, получаемую как с помощью систем диагностики, так и по экспертным оценкам.

Под ремонтными программами подразумеваются графики и сроки выполнения конкретных наборов ремонтных работ, наиболее полно отражающих динамику изменения технического состояния оборудования.

Диагностическими параметрами могут быть:

• наработки до отказа, времена восстановлений, законы распределений;
• наработки до появления повреждения, времена восстановления, законы распределения времени появления повреждения;
• модели развития повреждения, стохастические характеристики развития повреждения, предельно допустимые уровни повреждения.

Общим критерием оптимальности при решении задачи планирования ремонтов основного заводского электрооборудования является минимум затрат, включающих затраты на выполнение ремонтных работ, а также ущерб от возможных аварийных ситуаций. В существующих условиях основным критерием оптимальности планирования ремонтов является максимальное заполнение так называемой ремонтной площадки, т.е. наиболее эффективное использование ремонтного резерва предприятия.

При такой постановке весь парк электрооборудования разбивается на ремонтные элементы П_i. Наименьшим наблюдаемым ремонтным элементом может быть единица оборудования или его составная часть. Элементы П_i могут быть сгруппированы по признакам принадлежности к одной технологической системе, технологическому комплексу (например, котельная установка, турбинная установка и т.д.), по функциональному назначению (например, группы насосов, электродвигателей), конструктивно-компоновочным особенностям или принадлежности к одному заводу-изготовителю. Такие группировки необходимы для решения задач подготовки ремонта, оценки надежности и др. Таким образом формируются пересекающиеся множества {П_i}.

Множества являются пересекающимися, так как одни и те же элементы (единицы оборудования) могут попасть в различные подмножества в зависимости от горизонта планирования и существа решаемой задачи (например, планирование потребности в запасных частях и материалах может производиться для схемы планирования трудозатрат как по иерархической соподчиненности ремонтных элементов, так и с группированием оборудования по типам, заводам-изготовителям и другим группировкам).

Каждый ремонтный элемент П_i характеризуется своей ремонтной программой R_i – определенной временной и количественной закономерностью выполнения ремонтных воздействий. При этом ремонтная программа отражает реальное техническое состояние элемента и может изменяться во времени

R_i(t)=f(технического состояния П_i)=f(t_экс), (1)

где t_экс – длительность эксплуатации элемента.

Каждому ремонтному элементу придается его адрес (наименование, условия входимости в другие элементы) и массив информации, определяемой существом задачи (например, для задачи планирования материалов – перечень и расход материалов).

Решение задачи планирования объемов ремонтных работ сводится к определению базовых точек последнего выполнения известных ремонтных воздействий нормального и переменного объемов и определению состава работ, попадающих в планируемый период. Информационная модель энергосистемы предприятия для данной задачи представляется конечным связным графом. Вершины графа представляют собой адреса ремонтных элементов, а ребра характеризуют условия входимости.

Если нет математических зависимостей, характеризующих интенсивность исчерпания ресурса, то решение принимается на уровне управления по экспертным оценкам фактического состояния оборудования и возможности выполнения работы в ближайший или последующий интервалы планирования.

В любом случае базовой точкой будет считаться факт последнего выполнения данной работы. Если ресурс ремонтного элемента значительно превосходит длительность ремонтного цикла (в 2раза и более) и соизмерим с жизненным циклом изделия, работы переводятся в разряд разовых, вероятность повторения которых мала (близка к нулю).

Если имеются результаты диагностики технического состояния и известны математические зависимости изменения во времени ресурсов элементов, дата их выполнения устанавливается с учетом предполагаемой ситуации в системе технического обслуживания и ремонта. За базовую точку принимается либо начало эксплуатации оборудования (начало новой стадии жизненного цикла после выполнения в ремонтном цикле последнего ремонта), либо дата последнего выполнения данной работы.

После того как сформирован объем ремонтных работ, рассчитываются все виды затрат с использованием нормативной базы. Материальные и трудовые затраты могут быть сгруппированы по различным признакам в зависимости от интересов конкретного пользователя. Таким образом, потребность оборудования в ремонтных воздействиях рассчитывается и уточняется с учетом любых сведений, дополняющих нормативную базу и характеризующих реальное техническое состояние.

Данная концепция составила методологическую основу разрабатываемой Пермским государственным техническим университетом прикладной среды по учету и планированию мероприятий по ремонту и текущим проверкам электрооборудования промышленных предприятий.

Цели работы:

• анализ организации технического обслуживания и ремонта электротехнического оборудования предприятия;
• разработка концепции технического обслуживания и ремонта по объективному состоянию оборудования и методов оценки (идентификации) состояния;
• создание базы данных по используемому электрооборудованию с информацией, отражающей его техническое состояние (время выхода из строя электротехнического оборудования, время плановых ремонтов, периоды наработки на отказ, режимы эксплуатации, отказообразующие причины и т.п.);
• построение многомерной базы данных по технологии OLAP (Online Analytical Processing), где в качестве показателей фигурируют ключевые факторы, влияющие на работоспособность единиц электрооборудования.

Ожидаемые результаты от внедрения:

• разработка концепции системы сбора и обработки статистической информации о значениях показателей технического состояния объектов электроснабжения, а также данных о номенклатуре и количестве используемых запасных частей для изделия и его компонентов; эти данные извлекаются из специальных документов – формуляров изделия, его агрегатов и систем, в которых фиксируются результаты проведения операций технического обслуживания и ремонта, факты замены компонентов, календарные сроки выполнения операций (начало, конец), сведения о работниках, выполнявших операцию и т.д.;
• выполнение централизованного анализа накопленных эксплуатационных и логистических данных;
• проведение согласованной динамической корректировки планов технического обслуживания и ремонта, которая позволит уйти от выполнения регламентных работ по графику ППР и планировать и производить ремонты электрооборудования, исходя его фактического технического состояния;
• оптимизация затрат на ремонт и обеспечение заданного технического состояния электрооборудования.

Разрабатываемая технология позволит выйти на следующий этап развития системы управления состоянием электрооборудования, предусматривающий методы и механизмы улучшения показателей надежности, безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости, что в итоге должно минимизировать эксплуатационные затраты; разработанная технология также позволит выйти на этап прогнозирования остаточного ресурса работы электрооборудования.

Программа управления надежностью, основанная на CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support)-методологии, позволит повысить технико-экономические показатели системы электроснабжения за счет нахождения оптимального варианта системы с минимальными расчетными затратами. В основе CALS-технологий лежит минимизация затрат в ходе жизненного цикла объекта, повышение его качества и конкурентоспособности, при этом базовой является идея информационной интеграции стадий жизненного цикла электрооборудования.

Важными критериями оптимизации стоимости жизненного цикла объектов электроснабжения являются надежность и ремонтопригодность, а потому на следующем этапе «наполнения информацией» на основе предложенной технологии поддержки заданного технического состояния можно будет применить ряд соответствующих методик:

• анализ последствий возможных неисправностей и путей их предотвращения;
• сравнительный анализ эффективности методов организации обслуживания оборудования, позволяющих предотвратить возникновение неисправностей;
• анализ качества обслуживания объектов электроснабжения;
• разработка требований к вспомогательному оборудованию и подготовке персонала;
• формирование интегральных показателей (функционала), характеризующих эффективность системы.