В разработке методов решения многих задач ремонтной службы широко используется понятие (сущности) стратегии, связаной с техническим обслуживанием и ремонтами (ТОиР) оборудования. В известных публикациях приводятся различные перечни стратегий и их характеристики. Для обеспечения однозначного толкования сущности стратегий требуется единый классификационный признак. В качестве такого признака принят подход к прогнозированию времени выполнения ремонтного воздействия, обеспечивающего заданную безотказность оборудования. Обосновано наименование группы стратегий, описывающих различные виды ремонтов.


Анализ последних исследований и публикаций

Согласно стандарту [1] «Стратегия ТО — это общий подход к обеспечению технического обслуживания и его поддержки, включающий … в том числе и политику владельцев, пользователей, клиентов». В стандарте также приведены виды ТО, например, corrective maintenance — корректирующее ТО после обнаружения неисправности; reliability centered maintenance (RCM) — ТО, ориентированное на безотказность; deferred maintenance — отсроченное ТО; и др. Отсутствует единый показатель, позволяющий отнести техническое обслуживание к конкретному виду, а также нет единой цели группировки.
В работе [2] используется понятие «Практики ремонтов», приведен их перечень и характеристики. Здесь можно видеть run-to-failure (RTF) — ремонт после отказа; condition-based maintenance (CBM) — предупредительное обслуживание по состоянию; reliability centered maintenance (RCM) — стратегию проведения ТОиР, ориентированную на надежность; и др.

Рис. 1. Развитие стратегий ТОиР в металлургии (данные фирмы «Нихон Конан»)

В работе [3] эти понятия рассматриваются как стратегии ТОиР. В работе [4] дополнительно показана стратегия ТОиР по прогнозному техническому состоянию (ТС) оборудования.
Определение ТС — «Техническое состояние объекта (Technical state of an object) — состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект» — приведено в ГОСТ на техническую диагностику [5].
Применительно к условиям ремонтной службы металлургического предприятия понятие стратегий ремонтов рассмотрено в работе [6].
Изменение объемов применения стратегий ремонтов во времени приведено в работе [7].
Как видно из приведенных примеров, при рассмотрении задач предметной области ремонтной службы авторами широко используется понятие «стратегии», перечень которых и наименования различаются.
 

Цель исследования

Целью данной работы является создание критерия, позволяющего однозначно отнести некоторую стратегию технического обслуживания и ремонтов к одному из принятых видов.
 

Основной материал исследования

Подробный анализ приведенных стратегий показывает присутствие в их наименовании понятия «ремонт». В связи с этим предложено группу рассмотренных стратегий назвать «Стратегии ремонтов». Для обоснованного формирования группы стратегии ремонтов необходим классификационный признак, в качестве которого предлагается использовать метод определения срока ремонта Трем в рамках стратегии.
Жизненный цикл оборудования включает ряд этапов, на последнем из которых — эксплуатация — и используется сущность «Стратегии ремонтов». В целом на стадии эксплуатации оборудования последовательно протекают два противоположно направленных процесса. Первый из них является результатом работы технологического персонала в рамках выполнения технологического процесса и вызывает ухудшение состояния оборудования. В конечном счете это приводит к невозможности выпуска продукции требуемого качества, что считается результатом отказа оборудования. Противоположный процесс реализуется ремонтным персоналом и обеспечивает устранение отказа путем восстановления работоспособного состояния оборудования.
Для оценки состояния комплекса оборудования и его элементов оборудования используется специальный показатель ТС.
Характеристика ТС и его поведение различаются для:

  • детали, ТС которой в процессе эксплуатации может только ухудшаться;
  • сопряженных деталей, ТС которых отражает характер взаимодействия деталей под влиянием внешней среды с учетом их собственного ТС;
  • машины, ТС которой характеризует ее способность реализовывать некоторый технологический процесс с заданными значениями показателей качества выпускаемой продукции.

Учитывая наиболее глубоко исследованное поведение ТС детали, дальнейший анализ выполняется для этого случая. При рассмотрении принято изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций, например, втулка подшипника скольжения. Ее ТС — это некоторый физический параметр, например, износ Y втулки в направлении приложения силы, текущее значение которого можно сравнивать с предельно допустимым износом Yпр, задаваемым конструктором.
В процессе эксплуатации детали на изменение ее ТС влияют ее внутренние факторы (прочностные и геометрические свойства) и внешние приложенные нагрузки, качество ремонта, др. Под воздействием этих факторов с течением времени происходит изменение ТС детали Y = f(t) (рис. 2).

Рис. 2. Изменение ТС детали

За период эксплуатации оборудования в его конкретном месте последовательно был установлен ряд деталей, каждая из которых представляет отдельную реализацию детали. В совокупности можно выделить два вида реализаций: завершенную, или историю, соответствующую отработавшей детали; и текущую, соответствующую детали, находящейся в оборудовании в рассматриваемый момент времени.
В случае если деталь эксплуатируется в условиях, заложенных конструктором (допустимых), то она подвержена постепенному отказу с низкой скоростью изменения ТС. Если условия эксплуатации превышают допустимые, то скорость изменения ТС детали становится бесконечно большой и происходит внезапный отказ.
В основе планирования предупредительных ремонтов лежит прогнозный срок отказа tост текущей реализации детали. Для его определения используется общий вид прогнозной модели [8]
Tотк =Ту + tи + tост, (1)
где Ту — срок начала реализации детали, принимаемый началом упреждения прогноза;
 — детерминированная часть ресурса детали, использованная на момент прогноза;
tост — стохастическая оценка остаточного ресурса детали, соответствующая заданной вероятности безотказной работы R(t).
Исключив из выражения (1) детерминированную составляющую ресурса, получаем прогнозную модель
Tотк =Ту + tост,
где Ту — срок начала упреждения прогноза, которым принимается момент времени, на который известно, что деталь находится в исправном состоянии.
Анализ реализаций детали, составляющих историю ее эксплуатации, позволяет построить три характерных функции изменения ТС детали (рис. 3):

  • Y=fТ(t) — функция, отражающая тяжелые условия эксплуатации, что соответствует высоким значениям вероятности безотказной работы детали, например, RТ(t)=0,95;
  • Y=fλ(t) — функция, отражающая легкие условия эксплуатации, что соответствует низким значениям вероятности безотказной работы детали, например, (t)=0,05;
  • Y=fТР(t) — тренд изменения ТС детали, отражающий средние условия эксплуатации, что соответствует среднему значению вероятности безотказной работы детали RТР(t)=0,50.

Реальная (фактическая) функция Y=fф(t) с вероятностью RТ(t) — Rλ(t) будет лежать между функциями Y=fТ(t) и Y=fλ(t).

Рис. 3. Характерные функции изменения ТС детали

Общий случай прогнозирования стохастического срока Tотк с заданной вероятностью R(t) и точностью прогноза tmin предполагает последовательное приближение к Tотк путем выполнения ряда итераций (рис. 4).
Перед каждой итерацией, с учетом данных о текущем TC Y детали, уточняются параметры прогнозной модели и определяется стохастическая оценка tоcт. При выполнении условия tоcт < tmin в ближайшее время назначается ремонт с заменой детали. В противном случае по истечении tmin выполняется оценка Y, определение tоcт и очередная итерация или замена детали, которой предшествовало N итераций. На основе принятого значения tmin и математического ожидания ресурса tM детали, соответствующего тренду изменения ее ТС, определяется точность прогнозирования, выраженная через коэффициент использования ресурса
Кир = tmin / tm.
Стратегия прогнозных ремонтов. Классификационный признак представлен использованием общего случая прогнозирования в полном объеме (рис. 4). В ее рамках на основе данных о текущем TC Y реализации детали выполняется корректировка параметров прогнозной модели и прогнозируется уточненное значение остаточного ресурса tоcт. Из анализа tоcт принимается решение о выполнении очередной итерации либо назначении срока ремонта Трем. Из опыта использования этой стратегии количество прогнозирований N 0,95. Ремонт является предупредительным, следовательно, разрушения детали нет. Расчетное значение срока упреждения прогноза обеспечивает плановую поставку материальных ресурсов под прогнозный срок отказа детали, что снижает объем неликвидов. Для использования этой стратегии требуется персонал с высокой квалификацией. Такая стратегия может использоваться для ответственного оборудования как обеспечивающая высокую безотказность оборудования. Сводные характеристики стратегии прогнозных ремонтов приведены в таблице. Адаптация общего случая прогнозирования к другим стратегиям ремонтов предполагает использование собственных подходов к определению срока Трем.

Рис. 4. Общий случай прогнозирования Tотк
Таблица. Сводные характеристики стратегий ремонтов

Для стратегии аварийных ремонтов классификационный признак представлен принятием сроком ремонта фактической даты достижения предельного ТС Y = Yпр и отказа (разрушения) детали Трем =Тотк (рис. 5).

Рис. 5. Аварийная и регламентная стратегии ремонтов

В случае этой стратегии прогнозирование отсутствует, следовательно, количество итераций N = 0. Ресурс детали используется на 100%, т.е. Кир = 1. В связи с разрушением детали происходит повреждение смежных с ней деталей узла. Материальные ресурсы планируются исходя из статистики потребления как величина стохастическая, что приводит к значительным объемам неликвидов при высокой степени удовлетворения аварийного спроса. Такая стратегия применима в случае второстепенного или дублированного оборудования, если разрушение контролируемой детали не требует замены смежных деталей узла.
В стратегии регламентных ремонтов классификационный признак представлен использованием истории ремонтов, из которой определяется нормативный ресурс tнорм. Срок ремонта Трем детали принимается с учетом нормативного ресурса, определяемого из функции Y = fТ(t) (рис. 4).
Трем = ТN + tнорм,
где ТN — срок начала реализации детали. Прогнозирование выполняется один раз, в начале реализации детали, т.е. N = 1. Ресурс детали используется частично, Кир < 0,6. Ремонт является предупредительным, следовательно, разрушения детали нет. Материальные ресурсы планируются и поставляются к известному сроку ремонта и на складе практически не хранятся, следовательно, неликвиды отсутствуют. Использовать эту стратегию может персонал с низкой квалификацией. Такая стратегия применяется для высокоответственного оборудования, отказ деталей которого недопустим. В случае металлургического оборудования стратегия регламентных ремонтов применяется для всех машин с определением периодичности их остановки на ремонт.
В стратегии ремонтов по состоянию классификационный признак представлен использованием истории ремонтов, из которой определяется продолжительность ∆t изменения ТС детали в зоне предотказного состояния Yг …. Yпр. В процессе эксплуатации реализации детали с периодичностью ∆t оценивается текущее ТС Y детали (рис. 5). При выполнении условия Y > Yг в ближайшее время Трем назначается ремонт с заменой детали. Из опыта использования этой стратегии известно, что количество прогнозирований N > 30. При узкой зоне Yг …. Yпр значение Кир может превышать 0,95. Ремонт является предупредительным, следовательно, разрушения детали нет. В связи с тем, что срок упреждения прогноза равен ∆t и составляет несколько суток, обеспечение материальными ресурсами выполняется по правилам стратегии аварийных ремонтов. Использовать эту стратегию может персонал с низкой квалификацией. Такая стратегия может использоваться для ответственного оборудования как обеспечивающая высокую безотказность оборудования.
В приведенном анализе получены технические оценки использования принятых стратегий ремонтов. Обоснованное применение той либо иной стратегии ремонтов для конкретного элемента оборудования требует использования экономического критерия.
В ряде литературных источников описываются и другие стратегии. Анализ содержания стратегии RCM (reliability centered maintenance) показывает, что ее основным признаком является обеспечение заданного значения R(t). Этому требованию, из рассмотренных стратегий, удовлетворяют: регламентная; по состоянию; прогнозных ремонтов. Другая стратегия RBM (riskbased maintenance) использует значения R(t), важность оборудования и сопутствующие затраты. Этому требованию удовлетворяет любая из рассмотренных стратегий. В связи с тем, что в приведенных стратегиях (RCM, RBM) допускается одновременное использование нескольких подходов к определению срока ремонта, предлагается рассматривать их как политики ремонтной службы, где в рамках одной политики возможно использование различных подходов к прогнозированию сроков ремонта; планированию ремонтов; обеспечению материальными и прочими ресурсами.
Таким образом, в предметной области задач технического менеджмента ремонтной службы следует различать понятия (сущности) стратегий ремонтов и политик ремонтной службы.

Рис. 6. Стратегии ремонтов по состоянию

Выводы

  1. Использование содержания бизнес-процесса определения срока ремонта реализации детали в качестве классификационного признака позволяет выделить стратегии ремонтов: аварийная; регламентная; по состоянию; прогнозная.
  2. В практике ремонтной службы право на применение имеет любая из стратегий ремонтов.
  3. Выбор эффективной стратегии ремонтов для конкретной детали предполагает учет стохастического характера изменения ее технического состояния и затрат на прогнозирование даты ремонта.
  4. Наиболее совершенная стратегия — прогнозных ремонтов — обеспечивает заданную вероятность безотказной работы при высокой степени использования ресурса детали и требует:
    • использования средств технической диагностики;
    • квалифицированных диагностов;
    • хранения больших объемов статистических данных;
    • сложного математического аппарата для параметризации прогнозной модели на данных диагностирования;
    • квалифицированных аналитиков для разработки диагностической прогнозной модели.
  5. Следует различать стратегии ремонтов, в каждой из которых используется один подход к определению даты ремонта, и политики ремонтов, в которых одновременно используются различные подходы к определению даты ремонта.

Список литературы

  1. ГОСТ Р 27.002-2009 Надежность в технике. Термины и определения. [Действует с 01-01-2011] — М.: Стандартинформ, 2009. — 12 с. (Национальный стандарт Российской Федерации)
  2. Антоненко И.Н., Крюков И.Э. Информационные системы и практики ТОИР: Этапы развития / Главный энергетик. – 2011. – №10. — С. 37-44.
  3. Галактика. Современные стратегии ТОиР. [Электронный ресурс]. — Режим доступа http://galaktika.ua/eam/ sovremennye-strategii-toir.html
  4. Овсянников А.Г. Стратегии ТОИР и диагностика оборудования // Новости электротехники, — 2008.- №2. – С. 57- 62. [Электронный ресурс]. — Режим доступа http://www.news.elteh.ru/arh/2008/50/20.php
  5. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика Термины и определения [Действует с 01-01-91] — М.: Стандартинформ, 1989. — 34 с.
  6. Бобровицкий В.И. Совершенствование структуры и функций ремонтных служб металлургических предприятий / В.И. Бобровицкий, В.Я. Седуш, В.А. Сидоров и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2010.- №4. – С. 107-109.
  7. Ваплер Г.К. Стратегия технического обслуживания оборудования с учетом усиливающихся тенденций к интеграции и повышения требований к качеству // Черные металлы. 1992. № 9. С. 11-15.
  8. Ченцов Н.А., Седуш В.Я. Сущности технического менеджмента системы ТОиР промышленного предприятия // Механическое оборудование металлургических заводов. Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. — 2014. — Вып. 3. — С. 8-18.

Журнал Prostoev.NET № 2(7) 2016
Авторы: Николай Ченцов, 
д.т.н.,
               Елена Ошовская,к.т.н.,
               Станислав Сулейманов,инж. Донецкий национальный технический университет (Донецк)