EFEKTYWNOŚĆ EKSPLOATACJI MASZYN

Modele procesów eksploatacji obiektów technicznych umożliwiają podejmowanie właściwych decyzji dotyczących urządzeń technicznych w zakresie niezawodności, trwałości diagnozowania, genezowania, prognozowania, obsługiwania, użytkowania, a także funkcjonowania systemów eksploatacji. Systemy eksploatacji oparte na tych modelach noszą nazwę systemów dynamicznych, tzn. takich w których użytkowanie i obsługiwanie obiektów technicznych jest zdeterminowane chwilowym stanem technicznym. System taki przynosi następujące korzyści [20,39]:

 polepsza dyspozycyjność obiektów i wydajność produkcji przez zminimalizowanie czasu przestoju maszyn;

 zmniejsza koszty obsługiwania i napraw obiektów;

 przedłuża „życie” obiektów wiec zmniejsza wydatki na zakup nowych urządzeń;

 racjonalizuje zatrudnienie w dziale utrzymania maszyn w ruchu;

 zwiększa bezpieczeństwo.

Wymienione elementy mają istotny wpływ na efektywność funkcjonowania przedsiębiorstw, jednostek budżetowych i innych systemów działania.

Efektywność działania można mierzyć stosunkiem uzyskanego efektu (wyniku) do poniesionych nakładów na uzyskanie tego efektu:

N

E_f W (2.25)

gdzie: E_f – miernik efektywności działania;

W – uzyskane efekty w wyniku działania;

N – poniesione nakłady na uzyskanie efektu.

Wśród wielu problemów towarzyszących podejmowaniu decyzji przez człowieka jeden jest szczególnie istotny. Sprowadza się on do pytania: jak użyć posiadane środki, aby osiągnąć zamierzony cel i uzyskać najlepsze efekty, jak racjonalnie gospodarować?

W zasadzie racjonalnego gospodarowania maksymalny sposób realizacji celu osiąga się postępując w następujący sposób:

 wariant I – zasada największego efektu (największej wydajności): przy danym nakładzie środków N otrzymać maksymalny stopień realizacji celu W:



 



 

N

E_fw max W (2.26)

N = const W max

 wariant II – zasada najmniejszego nakładu środków (oszczędności środków): do uzyskania ustalonego stopnia realizacji celu W użyć minimalnego nakładu środków N:



 



 

N

fw N

E max W (2.27)

NN  min.

W = const

Ogólnie można wyróżnić następujące kryteria oceny efektywności funkcjonowania systemów działania [50]:

kryteria operacyjne – służące do oceny działania oraz stopnia osiągania zamierzonych celów lub realizacji określonych potrzeb;

kryteria ekonomiczne – służące do oceny efektów dodatnich (korzyści) działalności inwestycyjno-finansowej w systemie;

kryteria informacyjne – służące do oceny organizacji systemu i przebiegów procesów informacyjnych oraz wyrażające, najogólniej wpływ systemu sterowania na działanie;

kryteria techniczne – służące do oceny jakości elementów i środków działania oraz wyrażające, najogólniej, wpływ techniki na działanie;

kryteria eksploatacyjne – służące do oceny funkcjonowania elementów i środków działania oraz wyrażające ich wpływ na zdolność systemu do bezawaryjnego funkcjonowania w określonym czasie.

Mierniki efektywności funkcjonowania systemów działania mogą być wyrażone w postaci wskaźników (stosunek dwóch wielości niejednorodnych), współczynników (stosunek dwóch wielkości jednorodnych), a także w jednostkach naturalnych, których podstawą ustalenia są fizyczne jednostki miar na przykład: objętości, ciężaru, czasu, powierzchni oraz jednostkach wartościowych wyrażonych w postaci pieniężnej (np. jednostki fizyczne pomnożone przez ceny). Pierwszą grupę mierników są mierniki czasu. Stanowią one podstawę do oceny efektywności realizowanych procesów eksploatacji i oceny funkcjonowania podsystemów systemu eksploatacji obiektów technicznych.

Mierniki czasu

1) wartość oczekiwana i odchylenie standardowe czasów przebywania obiektów w wyróżnionych stanach, określone typem rozkładu i wartością jego parametrów;

2) sumaryczny czas T_ip przebywania pojedynczego obiektu w wyróżnionym stanie



 3) średni czas Tip przebywania pojedynczego obiektu w wyróżnionym stanie:





4) sumaryczny czas TiN przebywania N obiektów w wyróżnionym stanie:



  5) średni czas TiN przebywania N obiektów w wyróżnionym stanie:



 

6) sumaryczny czas T_ przebywania N obiektów w I stanach:



  

8) wartości oczekiwane i odchylenia standardowe czasów pomiędzy tymi samymi stanami procesu obsługiwania obiektów technicznych. Interpretacja tych zmiennych losowych oznacza czas pomiędzy uszkodzeniami obiektów technicznych;

9) ciągi losowe wartości oczekiwanych i odchyleń standardowych czasów przebywania obiektów w wyróżnionych stanach omawianych w punktach od 1 do 8

10) inne.

Współczynniki

Grupę współczynników stanowią mierniki decyzyjne sterowania eksploatacją obiektów technicznych i obejmują one:

1) prawdopodobieństwa przebywania obiektów w wyróżnionych stanach określonych i zinterpretowanych w punktach 5, 6 i 7;

2) sumaryczne prawdopodobieństwa przebywania obiektów w kilku wyróżnionych stanach, na przykład współczynnik gotowości technicznej;

3) prawdopodobieństwa przejść obiektów pomiędzy wyróżnionymi stanami procesu eksploatacji obiektów technicznych określone za pomocą macierzy prawdopodobieństw przejść, opisanych w punktach 5, 6 i 7.

Mierniki wartościowe

Do mierników wartościowych wyrażonych w postaci pieniężnej wykorzystywanych w sterowaniu eksploatacją obiektów technicznych zalicza się:

1) wartości oczekiwane i odchylenia standardowe dochodów z przebywania obiektów w wyróżnionych stanach, określone typem rozkładu i wartością jego parametrów;

2) jednostkowy dochód d_i (zł/godz) wynikający z eksploatacji jednego obiektu technicznego przypadający na jednostkę czasu, gdy obiekt ten znajduje się w wyróżnionym stanie;

3) sumaryczny dochód D_i uzyskany z eksploatacji pojedynczego obiektu technicznego w przedziale czasu <0, t> w wyróżnionym stanie:



 Przestrzeganie zasady racjonalnego gospodarowania w przedsiębiorstwie wymaga od decydenta takich narzędzi, które umożliwiłyby mu szybką ocenę podejmowanych decyzji i wybór rozwiązań najbardziej korzystnych.

Wybór najlepszego wariantu działania wymaga znajomości kryteriów optymalizacji decyzji ekonomicznych. W praktyce gospodarczej za kryteria wyboru rozwiązań wielu problemów decyzyjnych najczęściej przyjmuje się: maksymalizację produkcji, minimalizację kosztów, maksymalizacje zysku. Wszystkie wymienione parametry ekonomiczne są ze sobą ściśle związane.

Najwęższe jest kryterium maksymalizacji produkcji, ponieważ pozwala na regulowanie i kierowanie jedynie podstawowymi i pomocniczymi procesami produkcyjnymi, pozostawiając poza zasięgiem obserwacji nakłady materiałowo–energetyczne, problemy zakupu materiałów, surowców, energii, siły roboczej oraz problemy sprzedaży wytworzonych produktów.

Przyjęcie jako funkcji celu minimalizacji kosztów rozszerza pole decyzji o regulację nakładów, ale poza jej oddziaływaniem pozostaje sprzedaż. Na podkreślenie zasługuje to, że czynniki produkcji (np. materiały, praca ludzka, maszyny, urządzenia, części wymienne, energia technologiczna itp.) zużyte w procesie produkcji i sprzedaży nazywamy kosztami.

Przyjęcie jako kryterium podejmowania decyzji – zysku pozwala uwzględnić większość różnorodnych czynników mających zasadnicze znaczenie dla zarządzania podmiotem gospodarczym.

 

gdzie: p_i^* – prawdopodobieństwo graniczne włożonego łańcucha Markowa;

E(T_i) – wartość oczekiwana zmiennej losowej oznaczającej czas przebywania obiektu w stanie i;

i  I – liczba stanów procesu;

Dodatni wynik finansowy przedsiębiorstwa na sprzedaży nazywa się zyskiem, a wynik ujemny stratą. Zysk jest różnicą miedzy sumarycznym dochodem D przedsiębiorstwa, a jego kosztami C sumarycznymi (własnymi):

Z = D – C (2.38)

Koszty całkowite systemu działania opisuje wzór:

C_ =C_dp + C_dl + C_ds (2.39)

Cdl = Clz + Clt + Cld + Clo + Cle (2.40) Cle = Co + Cu + Cp + Cd + Cz (2.41) gdzie: C_dp – koszty działalności podstawowej (produkcji); C_dl – koszty działalności logistycznej; C_ds – koszty działalności systemowej (administracyjnej); Clz – koszty zasilania (zaopatrzenia); C_lt – koszty transportu;

C_ld – koszty dystrybucji; C_lo – koszty ochrony środowiska; C_le – koszty eksploatacji obiektów technicznych;

C_o – koszty obsługiwania; C_u – koszty użytkowania; C_p – koszty przechowywania; C_d – koszty diagnozowania;

C_z – koszty zarządzania.

Wstawiając (2.39) i (2.40) do (2.37) otrzymamy:

Z_ = D_ – (C_dp + C_ds) – (C_lz + C_lt + C_ld + C_lo + C_le) (2.42) Wyrażenie (2.69) pokazuje wpływ kosztów działalności podstawowej, systemowej, logistycznej, w tym eksploatacji urządzeń technicznych na wynik finansowy przedsiębiorstwa. Przyjmując za W  D, zaś za Nn  D otrzymamy dwie strategie Strategia pierwsza (2.43) oznacza, że przy ustalonych kosztach systemu należy dążyć do maksymalizacji dochodu, zaś strategia druga (2.44) nakazuje minimalizację kosztów systemu przy ustalonych jego dochodach.

Podstawiając do (2.44) wyrażenia (2.38), (2.39) i (2.40) otrzymamy:

le

Współczynnik ES określa efektywność funkcjonowania systemu działania. Zakładając Z_ > 0, ze wzrostem kosztów C_ maleje wartość E_S, zaś ze spadkiem C rośnie. Dla Z_ = 0,

D = C co oznacza, że przychód przedsiębiorstwa zrównoważył tylko jego koszty własne.

Jeżeli do wzoru (2.45) podstawimy wyrażenia (2.35) i (2.36) to uzyskamy:

 

Wielkość E można nazwać współczynnikiem efektywności wykorzystania obiektu S

technicznego w przedsiębiorstwie.

Biorąc pod uwagę wzór (2.36) można wyprowadzić następujące współczynniki:

1. kosztów logistycznych obiektu: koszty całkowite związane z przebywaniem obiektu w stanie i; Cl- prawdopodobne koszty logistyczne przypadające na jednostkę czasu eksploatacji obiektu; C-koszty całkowite przypadające na jednostkę czasu eksploatowanego w danym systemie obiektu technicznego;

2. kosztów eksploatacji obiektu: 3. syntetyczny współczynnik kosztów eksploatacji obiektu:

 

gdzie: Cle - prawdopodobne koszty eksploatacji przypadające na jednostkę czasu eksploatowanego w danym systemie obiektu technicznego.

Wyrażenia (2.45) do (2.49) stanowią kryterium optymalizacji lub funkcję kryterialną, którą po ustaleniu współczynników można wykorzystać w badaniach symulacyjnych optymalizacji i prognozowania kosztów eksploatacji obiektów technicznych.

Rozważając zagadnienia modelowania w klasycznym ujęciu inżynierii systemów, należy zwrócić uwagę na to, że właściwe wykorzystanie modelu do rozwiązania praktycznego problemu wymaga zwykle realizacji czasochłonnych i kosztownych badań naukowych, które dostarczają wielu wyników bezpośrednio nieprzydatnych w realizacji konkretnego celu.

Ważne zagadnienie stanowi również adaptacja modelu do konkretnego zastosowania. Model szczegółowy, nadmiernie rozbudowany, może być nieprzydatny lub mało użyteczny ze względu na brak zdolności pozyskiwanych zbyt dopasowanych wyników do generalizacji.

Modelowanie procesów eksploatacji jest możliwe i efektywne przy wykorzystaniu najnowszych dokonań wielu dziedzin nauki, skutecznie i szybko dostarczając informacji o poprawności eksploatacji maszyn. Opracowanie skutecznych modeli, które dostarczają informacji o zmieniającym się stanie maszyn, jest podstawą decyzji eksploatacyjnych i bazą budowanych prostych i skutecznych modeli i strategii eksploatacyjnych.

…czytelnik ma dobrze, on może wybierać sobie książki i autorów…

LITERATURA

1. Bendat J. S., Piersol A.G.: Metody analizy i pomiarów sygnałów losowych. PWN, Warszawa 1976.

2. Bishop R.D., Gladwell G.M., Michaelson S.: Macierzowa analiza drgań. PWN, Warszawa, 1972.

3. Borkowski W., Prochowski L.: Dynamika maszyn roboczych. WNT, Warszawa 1996.

4. Broch J.T.: Mechanical Vibration and Shock Measurements. Brüel & Kjaer, 1980.

5. Eykhoff P. : Identyfikacja w układach dynamicznych. BNInż. Warszawa.1980.

6. Cempel C.: Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn, WNT Warszawa 1982.

7. Cempel C.: SVD Decomposition of symptom observation matrix as the help in a quality assessment of a group of applications, Diagnostyka nr 35, PTDT Warszawa 2005.

8. Cempel C., Tomaszewski F.: Diagnostyka maszyn. Zasady ogólne. ITE Radom, 1992.

9. Giergiel J.: Drgania mechaniczne, Akademia Górniczo Hutnicza, Kraków 2000.

10. Giergiel J., Uhl T.: Identyfikacja układów mechanicznych, PWN Warszawa 1990.

11. Jóźwiak J., Podgórski J.: Statystyka od podstaw, Polskie Wydawnictwa Ekonomiczne Warszawa 1997.

12. Kaczmarek J.: Podstawy teorii drgań i dynamiki maszyn. Wyższa Szkoła Morska, Szczecin 1993.

13. Kałaczyński T., Żółtowski M.: Badania i rozwój innowacyjnej gospodarki. AGRONEX, Bydgoszcz, 2011.

14. Łukasiewicz M.: Testowanie modalne przekładni zębatych – budowa modelu modalnego, Materiały IX Międzynarodowego Sympozjum im. Prof. Cz. Kanafojskiego, Płock 2003.

15. Łukasiewicz M.: Badania diagnostyczne stanu technicznego silnika spalinowego metodą eksploatacyjnej analizy modalnej, Diagnostyka nr 37, PTDT Warszawa 2006.

16. Łukasiewicz M.: Investigation of the operational modal analysis applicability in combustion engine diagnostics. Journal of Polish CIMAC Diagnosis, Reliability and Safety vol. 3, nr 2 Gdańsk 2008.

17. Łukasiewicz M.: Investigation of the operational modal analysis and SVD applicability in combustion engine diagnostics. Radom – Bydgoszcz – Borówno 2009.

18. Mantura W.: Organizacyjne i ekonomiczne aspekty diagnostyki technicznej. Diagnostyka maszyn. Pod redakcją C. Cempla i F. Tomaszewskiego, CNEMT, Radom 1992.

19. Morrison F.: Sztuka modelowania układów dynamicznych, WNT, Warszawa 1996.

20. Niziński S.: Eksploatacja obiektów technicznych, ITE Radom 2002.

21. Niziński S., Michalski R.: Diagnostyka obiektów technicznych, ITE Radom 2002.

22. Niziński S., Żółtowski B.: Informatyczne systemy zarządzania eksploatacją obiektów technicznych, Olsztyn – Bydgoszcz 2001.

23. Niziński S., Żółtowski B.: Zarzadzanie eksploatacją obiektów technicznych za pomocą rachunku kosztów, Olsztyn – Bydgoszcz 2002.

24. Tylicki H.: Badanie ewolucji stanu maszyn. Diagnostyka, Vol..25 Warszawa 2001, str.13-20.

25. Tylicki H.: Redukcja informacji w rozpoznawaniu stanu maszyn. Diagnostyka, vol. 26, Olsztyn, 2002.

26. Knopik L.: Metoda wyboru efektywnej strategii eksploatacji obiektów technicznych. Rozprawa habilitacyjna, UTP-WIM, Bydgoszcz 2011.

27. Tylicki H., Żółtowski B.: Rozpoznawanie stanu maszyn. ITE - PIB, Radom 2010 s.188.

28. Uhl T.: Komputerowo wspomagana identyfikacja konstrukcji mechanicznych. WNT, Warszawa 1997.

29. Uhl T., Lisowski W.: Eksploatacyjna analiza modalna i jej zastosowanie. AGH, Kraków 1999.

30. Woropay M.: Podstawy racjonalnej eksploatacji maszyn. ITE – ATR, Bydgoszcz – Radom 1996.

31. Żółtowski B.: Badania wibroakustyczne w pojazdach. Mechanika nr 33, ATR Bydgoszcz 1999.

32. Żółtowski B.: Podstawy diagnostyki maszyn. Wydawnictwa ATR Bydgoszcz 1996.

33. Żółtowski B., Ćwik Z.: Leksykon diagnostyki technicznej, Bydgoszcz 1996.

34. Żółtowski B.: Badania dynamiki maszyn. Bydgoszcz 2002.

35. Żółtowski B., Cempel C.: Inżynieria diagnostyki maszyn. PTDT, Warszawa, Bydgoszcz, Radom 2004.

36. Żółtowski B., Łukasiewicz M.: Wibroakustyka maszyn w laboratorium, UTP, Bydgoszcz 2005.

37. Żółtowski B., Castaneda L.F.: Estudio de explotación de vehículos ferroviarios. EAFIT, Colombia, 2009.

38. Żółtowski B., Castaneda Heredia L.F.: Badania pojazdów szynowych. Transport. Wydawnictwo UTP, Bydgoszcz, 2009 s.220.

39. Żółtowski B., Niziński S.: Modelowanie procesów eksploatacji. ITE - PIB, Radom 2010 s.211.

40. Żółtowski B., Castaneda Heredia L.F.: Basis del diagnostico tecnico de maquinas. EAFIT, Colombia, 2010.

41. Żółtowski B.: Podstawy diagnozowania maszyn. UTP, Bydgoszcz 2011.

42. Żółtowski B.: Metody inżynierii wirtualnej w badaniach stanu, zagrożeń bezpieczeństwa i środowiska eksploatowanych maszyn. Wyd. UTP, Bydgoszcz 2012.

W dokumencie II. WYBRANE ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN (Stron 37-42)