Система планового обслуживания начала активно развиваться в 30–50-е гг. XX века, когда была накоплена статистика отказов, и, основываясь на ней, можно было говорить, что определенный узел необходимо менять через конкретные промежутки времени. То есть произошёл резкий технологический скачок, появились более сложные агрегаты, они стали связываться в технологические цепочки. Стали появляться периодические отказы, потери, соответственно, появилась необходимость проверять состояние оборудования.
Толчком в развитии диагностики послужила третья промышленная революция, когда наладили серийное массовое производство, поточные линии, и очевидно, что если происходил сбой агрегата в поточной линии, это приводило к останову всей технологической цепочки и было чревато существенными простоями, затратами, потерями, недополученной прибылью. Соответственно, появилась потребность определять техническое состояние оборудования без остановок, в процессе его работы. Возникла острая необходимость в техническом диагностировании.
Естественно, в первую очередь использовались органолептические методы, когда человек применял свои чувства: обоняние, слух, осязание – и давал заключение. Это было не очень эффективно, поскольку на результаты сильно влиял человеческий фактор – настроение, самочувствие, эмоциональное состояние человека. К тому же оборудования становилось всё больше.
С развитием методологии и аппаратного обеспечения начало формироваться новое направление – методы неразрушающего контроля, которое позволяло выявлять различные дефекты в процессе работы оборудования. На сегодняшний день существует большое количество таких методов:
- Визуально-измерительный
- Капиллярный
- Ультразвуковой
- Радиационный
- Тепловой
- Течеискание
- Акустико-эмиссионный
- Вибродиагностический
- Вихретоковый
- Электрический
По мере накопления опыта практического применения этих методов для каждого из них сформировалась своя ниша.
При помощи ультразвука определяют качество сварных швов, акустическая эмиссия помогает вести контроль сосудов под давлением, то есть резервуаров с нефтью, газом, помогает предупреждать напряженность в определенных участках, которая может привести к образованию трещин, утечкам, разгерметизации. В общем, для каждого метода есть своя область применения. Когда мы говорим о любом вращающемся оборудовании – турбины, насосы, компрессоры, прокатные станы в металлургии, бумагоделательные машины, комбайны, которые добывают руду, – наиболее информативным параметром, характеризующим состояние оборудования, является вибрация, а инструмент анализа вибрации – вибродиагностика.
Любой роторный агрегат во время работы вибрирует, и как только появляется какой-то дефект, то вибрации становятся существенно сильнее. Соответственно, измеряя вибрацию и раскладывая ее на отдельные составляющие, можно выявить причины, заставляющие агрегат таким образом вибрировать, и понять, какие ремонтные воздействия необходимо совершить, чтобы привести состояние оборудования в норму.
Эволюция вибрационного метода контроля происходила параллельно с развитием элементной базы, а далее – с программным обеспечением. Сначала приборы позволяли измерять суммарные колебания, и это было уже прорывом, потому что мы ушли от субъективных ощущений человека к количественной приборной оценке, таким образом, появилась возможность получать какое-то конкретное значение. Следующим шагом необходимо было понять, какая вибрация является допустимой, а какая нет. Для этого нужно было решить две вспомогательные задачи:
- обеспечить сопоставимость измерений. То есть нужно быть уверенным, что все замеры происходят одинаково, в одних и тех же точках. В результате определили, что вибрацию необходимо контролировать в плоскости подшипника в трех направлениях: вертикальном, поперечном и осевом. Выбор плоскости был не случаен, так как именно через подшипник на корпус передаются колебания от вращающихся узлов, и там они наиболее интенсивны;
- определить допустимые пороговые уровни. Видов агрегатов очень много, и потому не может существовать одинаковых норм. Пришлось проводить группировку оборудования по определённым типам. На основе накопленной статистики все основные типы агрегатов были распределены на классы, а для каждого класса рассчитаны пороговые значения. Эти подходы легли в основу современных нормативов по вибрации.
Однако этого было недостаточно. Специалисты видели суммарный уровень вибрации, но не могли оценить вклад отдельных составляющих, а следовательно, и локализовать дефект, т.е. непонятно было, какие именно причины вызывают интенсивные колебания.
В 70-е годы с развитием математического аппарата и элементной базы стало возможным создание приборов, которые позволяли раскладывать колебания на отдельные составляющие. Так мы получили возможность определять, какой из дефектов вносит максимальный вклад в вибрацию, а значит – дать чёткие конкретные рекомендации для ремонта. Таким образом, пропала необходимость останавливать полностью всё оборудование и разбирать его, когда необходимо заменить один конкретный узел. Далее происходила эволюция этой аппаратуры, приборы становились более компактными, быстродействующими, точными.
Одной из важнейших составляющих диагностики является мониторинг, то есть наблюдение того, как изменяется состояние во времени.
Именно на этих трех китах стоит современная диагностика: определить, локализовать, отследить динамику.
Дальнейшее развитие направления диагностики во многом происходило благодаря формированию методологии организации контроля состояния различных групп промышленных агрегатов.
Например, турбины теплоэнергетики, гидротурбина на ГЭС – это очень мощное ответственное оборудование. Дефекты могут развиваться очень быстро, поэтому необходимо контролировать работу агрегатов с той периодичностью, которая бы обеспечивала невозможность пропуска этого дефекта. Очевидно, что при быстром развитии дефекта эпизодический контроль вибрации не гарантирует безаварийной работы оборудования, поэтому должны устанавливаться датчики с обработкой данных в режиме реального времени. Стоит заметить, что процессы могут происходить так быстро, что роль оператора является вторичной, то есть за оператора все решает система – если датчик выдаёт какую-то чрезвычайную ситуацию, то поступает команда на отключение всего агрегата. Современные системы обеспечивают надежную защиту оборудования, однако их высокая стоимость не позволяет тиражировать решение на менее ответственные агрегаты.
Другой подход к диагностике, более распространенный и менее затратный, основан на периодическом контроле с использованием переносных приборов. Однако и здесь есть сложности. Среди них – высокая трудоемкость ручного анализа, низкая численность специалистов по диагностике, порядка 5–10 человек на предприятие, а также большое количество оборудования – обычно несколько тысяч единиц на завод.
Еще одно направление контроля оборудования – внедрение мобильных решений, когда ответственным за агрегаты людям выдаются простые приборы, и они периодически, через определенный промежуток времени контролируют своё оборудование. Идеальным считается вариант, когда диагносты планируют свою работу не просто по плану, а на основании замеров обходчиков. В текущее время набирает обороты стратегия ремонтов по состоянию, это значит, что график ремонтов у нас становится плавающим.
Важной составляющей любой диагностики является аппаратно-программное обеспечение. В настоящее время существует два-три десятка компаний, которые производят различные виды переносных приборов, стационарных систем и программного обеспечения. При этом каждый производитель развивает свое аппаратно-программное решение. В итоге либо предприятие вынуждено работать с единственным производителем, либо используются решения разных производителей, которые несовместимы друг с другом. Многие приборы и системы имеют свою специализацию, поэтому для успешной работы подавляющее большинство предприятий вынуждено идти по второму пути. В итоге информация о состоянии оборудования оказывается в разных базах данных и не может быть совместно обработана и проанализирована.
Первая новаторская задача, которую смогла реализовать компания «Диатех» в своем программном продукте, – это консолидация данных из разных диагностических приборов в общей сетевой базе данных.
Вторая не менее важная задача, которая стоит на каждом предприятии, – это обработка данных. Наряду с мощнейшими инструментами ручного анализа мы разработали экспертную систему автоматической диагностики, когда, получая данные, можно автоматически поставить диагноз и определить, какой из узлов требует ремонта или замены.
Третий прорыв, который совершили специалисты «Диатеха», – выстраивание системы по обмену информацией между диагностикой и ремонтами. До недавнего времени диагносты проводили измерения, формализовывали результаты анализа на бумажных носителях и передавали данные руководителю. Последние лет 10–15 предприятия начали инвестировать средства во внедрение систем управления ремонтами. В этих системах были модули, которые позволяли провести оптимизацию затрат на ремонты. Но эти модули работали не на полную мощь, поскольку не учитывались данные о текущей работоспособности агрегата. Наша система стала одной из первых контролировать все процессы сбора и обработки информации:
- получает данные,
- обрабатывает,
- экспортирует в системы управления предприятием.
На протяжении последних нескольких лет нами подписан целый ряд партнерских соглашений об открытии протоколов обмена и форматов баз данных с большинством ведущих отечественных и зарубежных производителей приборов и систем, а программисты компании реализовали поддержку этих протоколов и баз данных. Благодаря этому сегодня разработанное нами программное обеспечение – SAFE PLANT – позволяет объединять в рамках единой базы данных до 85% диагностических решений, используемых на российском рынке. Кроме того, была создана экосистема SAFE PLANT, в которую вошли ведущие компании, занимающиеся различными аспектами организации ТОиР, начиная от аудита и консалтинга, заканчивая облачным хранением, удаленной диагностикой и предиктивным анализом, что существенно расширяет горизонты практического применения.
Мы видим будущее диагностики в развитии информационно-аналитических технологий, построенных на единой кросс-платформенной базе, которые будут объединять данные тепловые, вибрационные, токовые, тренды технологических параметров, ремонтные воздействия для оценки и прогнозирования оправданных рисков в эксплуатации оборудования. Разрабатываемые логические модели уже сейчас необходимы диагностам, обходчикам, операторам установок, ремонтному персоналу, специалистам по надежности и руководителям различных уровней.
Об авторе
Вопросами диагностики оборудования Андрей Сушко увлекся около 20 лет назад, в конце 90-х годов.
С четвертого курса МИФИ он писал научные работы по этой теме, которые в дальнейшем сформировали дипломную работу и кандидатскую диссертацию.
Карьеру начал строить в компании по специализации, а когда понял, что хочется применить все теоретические знания и накопленный опыт, развивать сферу эффективного управления состоянием промышленного оборудования, организовал свою компанию «Диатех», занимающуюся диагностикой и интеграцией различных программно-аппаратных решений для сбора и обработки информации в едином хранилище данных. Сегодня «Диатех» не только имеет соглашение о партнерстве со многими крупными российскими и зарубежными компаниями, но и успешно внедряет свои интеграционные решения для повышения эффективности управления активами по результатам диагностики, завершив за последние четыре года больше пятидесяти проектов на предприятиях энергетики, металлургии и нефтехимии.
Журнал Prostoev.NET № 4(25) 2020
А. СУШКО, генеральный директор ООО НПО «Диагностические технологии»
