METODYKA KSZTAŁTOWANIA ZDATNOŚCI MASZYNY

Narzędzia pozwalające dokładnie określić stan techniczny obiektów stwarzają szansę osiągnięcia znacznych oszczędności materiałowych i finansowych, zwolnienia na inne cele części zdolności obsługowych warsztatów i zakładów naprawczych. Docelowo, umożliwiają także opracowywanie nowych strategii eksploatacji maszyn, prowadzenie wysoce ekonomicznych technologii napraw i racjonalnej gospodarki częściami zamiennymi.

Do wyróżnienia, oceny i podtrzymywania tak określonych cech użytkowych wykorzystuje się:

- możliwości diagnostyki technicznej, w tym konstruowanie diagnostyczne, ocenę jakości wytworów, diagnostykę eksploatacyjną, metody i środki diagnostyki technicznej, wspomaga-nie badań diagnostycznych techniką komputerową;

- badania niezawodności maszyn w fazach: przedprodukcyjnej, produkcyjnej i poprodukcyjnej przy wykorzystaniu programowanych badań stanowiskowych, modelowania stanów, badania czynników wymuszających oraz wspomagania komputerowego badań niezawodności;

- metodologię kształtowania „jakości” maszyn przez „jakościowy system sterowania przedsiębiorstwem” z uwzględnieniem kryteriów norm jakości EN serii 29 000;

- możliwości regeneracji części maszyn, w tym regenerację wielokrotną, badania zmęczeniowe i modelowanie obciążeń części regenerowanych, nowe techniki i technologie odtwarzania jakości części maszyn;

- badania technologiczności obsługowej maszyn, kształtowanie intensywności starzenia i zużywania się elementów maszyn, kształtowanie podatności eksploatacyjnej maszyn oraz ocenę efektywności ich eksploatacji.

Projektowanie systemu utrzymania ruchu

W systemie utrzymania ruchu maszyn zachodzą procesy obsługiwania określone jako zbiór czynności profilaktyczno-zapobiegawczych, których zadaniem jest podtrzymanie własności użytkowych obiektów technicznych [58,75,110].

W procesie obsługiwania obiektów technicznych można wyróżnić trzy grupy operacji obsługowych. Do pierwszej grupy są zaliczane operacje, które mają na celu zapobieganie starzeniu elementów obiektu, są to: diagnozowanie, prognozowanie stanu, regulacja, wzmacnianie połączeń, smarowanie. Do drugiej grupy należą operacje, które mają na celu usunięcie skutków starzenia i uzyskanie stanu zdatności obiektu, są to: lokalizacja uszkodzeń, naprawa elementów. W czasie naprawy są wykonane prace demontażowo-montażowe, ślusarskie, kowalskie, spawalnicze, blacharskie, lakiernicze itp. Trzecia grupa zawiera operacje zapewniające utrzymanie czystości obiektów i ich gotowości do użytkowania.

Zasadnicze operacje obsługowe to mycie, sprzątanie, uzupełniane paliwa, oleju, cieczy chłodzącej itp. Operacje te mogą być wykonywane niezależnie lub łącznie z operacjami grupy pierwszej. Każdemu rodzajowi obiektów technicznych mnożna podporządkować zbiór charakterystycznych operacji obsługowych (rodzajów obsługiwań), które są uwarunkowane przyjętą metodą obsługiwania obiektów. Kryteria klasyfikacji obsługiwań obiektów technicznych mogą być następujące [59,86]: krotność występowania obsług, okresowość obsługiwania, cel obsługiwania, zakres prac obsługowych.

Na ogół można wyróżnić następujące rodzaje obsługiwania systemów technicznych:

obsługiwanie codzienne, obsługiwanie w okresie gwarancji, obsługiwanie okresowe, obsługiwanie konserwacyjno-smarownicze, obsługiwanie sezonowe, obsługiwanie diagnostyczne, przechowywanie systemu technicznego, transportowanie systemu technicznego, naprawy bieżące, okresowe, kapitalne (główne), zasilanie w płyny eksploatacyjne i części wymienne.

Projektując system utrzymania ruchu dla każdej grupy obiektów technicznych, można wymienione rodzaje obsługiwania grupować w zbiory obsług. Obiekt obsługi generuje wiele

różnych procesów obsługowych (obsług). Są to zarówno obsługi jednokrotne takie, jak wprowadzanie i wycofywanie urządzenia z eksploatacji, jak również obsługi wielokrotne takie, jak przygotowanie do użytkowania, konserwowanie, naprawa, transportowanie i przechowywanie obiektu (tablica 1). Każdy z powyższych rodzajów obsług można jeszcze podzielić, np. naprawy dzielimy na naprawę bieżącą, średnią i kapitalną (główną), prace okresowe (konserwacje) dzielimy na codzienne, tygodniowe (dekadowe), miesięczne, kwartalne, półroczne, roczne, dwuletnie itp.

Wśród zbioru obsług danego obiektu wyróżnimy jeszcze tzw. obsługi techniczne, gdy urządzenie staje się obiektem obsługi ze względu na jego stan techniczny mierzony odpowiednią miarą (są to: przygotowanie do użytkowania, konserwowanie, naprawianie) oraz tzw. obsługi organizacyjne (są to: przechowywanie i przewożenie obiektu). Potrzeba tego ostatniego rodzaju obsług wynika ze względów organizacyjnych, bo albo obiekt w danej chwili nie jest użytkownikowi potrzebny (należy go więc przechowywać do chwili późniejszej), albo też obiekt nie jest użytkownikowi potrzebny w danym miejscu (należy go więc przewieźć do innego miejsca). W metodzie utrzymania ruchu maszyn według stanu technicznego można wyróżnić następujące rodzaje obsługiwań [13, 14]:

OD – obsługiwanie diagnostyczne, a w tym: diagnozowanie, czyli ustalenie stanu pojazdu w chwili t, prognozowanie, czyli ustalenie stanu pojazdu w chwili t + t, genezowanie, czyli ustalenie stanu pojazdu w chwili t - t.

Diagnozowanie pojazdu obejmuje dwie fazy: kontrolę stanu oraz lokalizację uszkodzeń w przypadku stwierdzenia niezdatności obiektu.

DiOW – diagnozowanie i obsługiwanie przed wykonaniem zadań operacyjnych (np. przed przewozem ładunków);

DiOD – diagnozowanie i obsługiwanie w czasie wykonywania zadań operacyjnych;

DiOC – diagnozowanie i obsługiwanie po wykonaniu zadań operacyjnych;

DiOK – diagnozowanie i obsługiwanie kompleksowe. Ten rodzaj obsługiwania realizuje się w zależności od potrzeb, tzn. jego wykonanie jest uwarunkowane aktualnym systemem technicznym obiektu;

DiOG – diagnozowanie i obsługiwanie gwarancyjne. Jest to zbiór operacji wykonywanych w czasie eksploatacji obiektu objętego gwarancją producenta. Celem jest kontrola przebiegu początkowego okresu starzenia urządzenia oraz ujawnienie i usunięcie wad;

DiOD – diagnozowanie i obsługiwanie w okresie docierania. Jest to obsługiwanie polegające na wymianie materiałów eksploatacyjnych oraz wykonanie operacji kontrolnych i mocujących. Celem jest zapewnienie właściwego przebiegu procesu docierania, a tym samym zwiększenie trwałości obiektu;

DiOK – diagnozowanie i obsługiwanie konserwacyjne, polegające na wykonaniu zbioru operacji, których celem jest zmniejszenie intensywności procesów starzenia obiektów przechowywanych, nie eksploatowanych, stanowiących zapasy lub rezerwy;

P – przechowywanie (magazynowanie), czyli zespół przedsięwzięć związanych z zabezpieczeniem odpowiednich miejsc postojowych oraz właściwych warunków starzenia obiektów użytku bieżącego lub oczekujących na nabywców;

T – transportowanie, czyli zespół przedsięwzięć organizacyjnych i technicznych, których celem jest przemieszczanie (ewakuacja) pojazdów. Obsługiwanie to jest wykonywane, gdy poruszanie obiektu za pomocą własnego napędu jest nieopłacalne lub niemożliwe;

DiOS – diagnozowanie i obsługiwanie specjalne (np. przed zbiorem zbóż);

NB – naprawa bieżąca to obsługiwanie o zmiennym zakresie i okresowości, które są ustalone indywidualnie na podstawie kontroli stanu technicznego obiektu przez wymianę lub naprawę części, podzespołów lub zespołów;

NS – naprawa średnia to obsługiwanie, które wykonuje się według potrzeb, na podstawie badań i oceny stanu technicznego obiektu. Najczęściej polega na wymianie kilku zasadniczych ogniw, będących słabymi punktami urządzenia (np. silnika);

NG – naprawa główna to obsługiwanie, które wykonuje się według potrzeb, na podstawie badań i oceny stanu technicznego obiektu. Najczęściej polega na pełnym demontażu urządzenia na zespoły, podzespoły i części, weryfikacji ich stanu, naprawie lub wymianie i ponownym montażu obiektu.

Z przeprowadzonych rozważań wynika, że dla każdego obiektu technicznego można wyróżnić zbiór rodzajów obsługiwania:

O = {op}; p = 1, 2, …, P (5.32) Harmonogram obsługiwania

Dany rodzaj obsługiwania jest wykonywany po normatywnym lub losowym resursie między obsługowym. Dla obsługiwań cyklicznych planuje się wartości resursów między obsługowych. Resurs użytkowania określa długość cyklu mierzonego w jednostkach pracy obiektu, po zrealizowaniu którego wykonana jest obsługa danego rodzaju. Jeżeli zbiór obsługiwań uporządkować wg resursów rosnących

L_p+1>L_p (5.33) to na ogół obowiązuje zasada, że resurs między obsługowy dla obsługi wyższego rzędu jest wielokrotnością resursu między obsługowego niższego rzędu, czyli:

L n L

p p^1 

(5.34) n = 1, 2, …, a zakres obsługi o numerze p + 1 obejmuje także zakres obsługi o numerze p.

Stosowanie tej zasady ułatwia realizację i kierowanie obsługiwaniem.

Na podstawie rozkładu wartości resursu w zbiorze rodzajów obsługiwań można opracować ich harmonogram, wyznaczając zbiór wartości jednostek wykonanej pracy (Lp), aby następnie wykonać kolejne obsługiwanie rodzaju p. Rozkład obsługiwań w czasie nazywamy harmonogramem obsługiwań [33,59,105] co oznacza, że każdemu elementowi zbioru obsługiwań O jest przyporządkowany ciąg chwil czasowych t_p takich, w których dany obiekt zostaje przekazany na stanowisko wykonujące dany typ obsługiwania (tablica 2). W praktyce harmonogram obsługiwań sporządza się w postaci graficznej (rys.5.21).

Tablica 2. Harmonogram obsługiwania obiektu technicznego [58].

Nr obsługi Harmonogram obsługi 1

2

… p

… P

t₁ t₂

… t_p

… t_P

Rys.5.21. Harmonogram obsługiwań obiektów technicznych

W takim harmonogramie istotną rolę odgrywa porządek obsługiwań. Harmonogram można przedstawić w postaci ciągu przedziałów czasowych {p} między kolejnymi obsługami typu p. W klasycznej planowo - zapobiegawczej metodzie obsługiwania obiektów technicznych, przedziały te są stałe dla obsługi danego typu, w ciągu całego czasu eksploatacji. Długość tych przedziałów jest wyznaczana w mierze czasu użytkowania (np.

godzinach, km, mtg). Podkreślić należy, że w dynamicznej metodzie obsługiwania obiektów technicznych, okresy obsługiwania są zmienne i uwarunkowane ich stanem technicznym.

W obsługiwaniu obiektów technicznych ważne znaczenie ma rozkład terytorialny obsługiwań (rys.5.22) [59,101]. Oznacza to, że aby dokonać obsługiwania obiektu technicznego danego typu, należy go przemieścić ze stanowiska użytkowania na odpowiednie stanowisko obsługiwania (np. naprawa główna urządzeń, tankowania paliwa samolotów w powietrzu itp.). Do pełnego opisu rozkładu terytorialnego obsług należy podać: relację w postaci odległości, czasu, kosztu i przepustowości między dowolnym stanowiskiem użytkowania i dowolnym stanowiskiem obsługiwania obiektu, a także między stanowiskami obsługiwania i preferencjami stanowisk obsługiwania, na których może być realizowana dana obsługa obiektu.

1

1

2

2

n

k

Rys.5.22. Rozkład terytorialny obsług obiektów technicznych: 1, 2, …, n – stanowiska użytkowania, 1, 2, …, k – stanowiska obsługiwania

Rozpatrzone rodzaje obsługiwania obiektów technicznych realizowane są w ich systemie utrzymania ruchu różnymi metodami.

Miara eksploatacji godz, km, mtg 1

2 3 obsługiNr

_

_

_

Rodzaje metod obsługiwania

W czasie użytkowania obiektu jego stan w(t) pogarsza się (rys.5.11), w związku z tym terminy td1, td2, ..., tdk obsługiwania, w tym diagnozowania obiektu nie mogą być stałe, lecz zmienne i dostosowane do rzeczywistego, pogarszającego się jego stanu technicznego.

Operacje obsługiwania wykonuje się w miarę potrzeb, tj. w zależności od chwilowego stanu maszyn w(t) i intensywności zmian tego stanu.

Metoda, która ustala chwilowy stan obiektu, a więc stan rzeczywisty i intensywność zmian tego stanu, czyli ustala optymalne terminy jego diagnozowania, nazywana jest dynamiczną metodą obsługiwania (utrzymania ruchu) lub metodą obsługiwania (utrzymania ruchu) według stanu technicznego (rys.5.23). W metodzie tej ponosi się minimalne straty (koszty) związane z utrzymaniem obiektu w stanie zdatności.

1

2

3 Stan

obiektu w(t)

w_b

w_d

t₀ t₁ t₂ t_n

t_S t_D

t_n+1 t_n+2 Miara eksploatacji



Rys.5.23. Ilustracja graficzna zmian stanu obiektu technicznego w czasie jego eksploatacji: 1 – teoretyczna krzywa zmiany stanu technicznego w metodzie statycznej; 2 – teoretyczna krzywa zmian stanu technicznego w metodzie dynamicznej; 3 – rzeczywista krzywa zmian stany technicznego; wo – stan początkowy obiektu; w_d – stan dopuszczalny obiektu; t₀ – okres diagnozowania obiektu po jego wprowadzeniu do eksploatacji; t₁<t₂<t_n – okresy diagnozowania obiektu; t_S – okres do naprawy głównej obiektu w metodzie statycznej; t_D – okres czasu do naprawy głównej obiektu w metodzie dynamicznej

Podstawowym działaniem w podsystemie utrzymania ruchu opartego na metodzie obsługiwania (utrzymania) obiektów według stanu technicznego są badania i ocena stanu obiektu (diagnozowanie). Jeżeli obiekt jest zdatny następuje przewidywanie rozwoju stanu, czyli prognozowanie stanu. W praktyce sprowadza się to do ustalenia terminu następnego diagnozowania obiektu, po czym wykonuje się niezbędne czynności obsługiwania (np.

smarowanie). W przypadku niezdatności obiektu są ustalone przyczyny stanu niezdatności (np. uszkodzenia), dalej przyczyny te są usuwane i kontrolowane (powtórne diagnozowanie).

Następny krok to prognozowanie stanu i w wykonanie niezbędnych czynności obsługiwania.

Algorytm sterowania utrzymaniem stanu zdatności

Termin kolejnego (następnego) diagnozowania nie jest stały, gdyż jest on uwarunkowany stanem obiektu w chwili poprzedniej. Zatem istota zagadnienia sprowadza się nie do wykrywania uszkodzeń, a do zapobiegania ich występowania. Przykładowo do sterowania utrzymaniem ruchu pojazdów i maszyn w stanie zdatności funkcjonalnej i zadaniowej, w tym z uwzględnieniem zasad ochrony środowiska są nieodzowne algorytmy.

Algorytm (rys.5.24) zawiera trzy zasadnicze elementy badań obiektów (tu pojazdów):

- badania i ocenę stanów;

- przewidywanie rozwoju zmian stanów;

- ustalenie przyczyn zaistniałych stanów.

W algorytmie (rys.5.24) sterowania utrzymaniem ruchu pojazdów mechanicznych w stanie zdatności funkcjonalnej i zadaniowej w aspekcie ochrony środowiska, kryterium klasyfikacji obiektów był ich stan techniczny. W algorytmie (rys.5.25) wprowadzono dodatkowo drugie kryterium – koszty.

Rys.5.24. Algorytm ustalania terminu diagnozowania i obsługiwania pojazdów: A 2.1  A 2.4 – szczegółowe algorytmy ustalania terminu następnego diagnozowania obiektu

W algorytmie tym przewidziano jedno kompleksowe diagnozowanie i obsługiwanie pojazdu (KDiOP), wykonywane zgodnie z oddzielnym algorytmem A1. W przypadku zdatności pojazdu jest ustalany termin następnego diagnozowania i obsługiwania według algorytmu A2. Po ustaleniu tego terminu wykonuje się konieczne operacje obsługiwania (algorytm B1). Po ich wykonaniu w zależności od potrzeb pojazd może trafić do podsystemu użytkowania, lub do podsystemu przechowywania, gdzie będzie poddany konserwacji krótkoterminowej lub długoterminowej, realizowanych według oddzielnych algorytmów diagnozowania A8 i A9 oraz obsługiwania B8 i B9.

Jak już powiedziano do oceny efektywności użytkowania pojazdów jest wykorzystywany algorytm C1 (rys.5.25).

START

Dane:

Pojazdy mechaniczne

Rachunek kosztów eksploatacji Dochody z eksploatacji

Obliczenie kosztów eksploatacji pojazdu C = c +c +c +c +c +c +c +c +c_{m g r p d a w n o}

Czy obliczono koszty eksploatacji

C

Obliczenie dochodu D z eksploatacji pojazdu

Czy obliczono dochód D z eksploatacji

Obliczenie zysku Z = D - C

Czy Z > 0

Użytkowanie pojazdu

Sprzedaż Przekazanie

Likwidacja

KONIEC EP EP

EP T

T

T

N N

N

Rys.5.25. Schemat algorytmu C1 oceny efektywności użytkowania pojazdów mechanicznych;

C_m, C_g, C_r, C_d, C_a, C_w, C_n, C_o – odpowiednio koszty: materiałów pędnych i olejów, ogumienia, obsługiwań, płac bezpośrednich i narzutów na płace, delegacji kierowców i pomocników, amortyzacji, wyposażenia, inne organizacyjne (wydziałowe)

Równanie kosztów CEP eksploatacji pojazdów mechanicznych opisuje wzór:

CEP = Cm + Cg + Cr + Cp + Cd + Ca + Cw + Cn + Co (5.35) gdzie: C_m – koszty materiałów pędnych i olejów;

C_g – koszty ogumienia;

C_r – koszty obsługiwań;

Cp – koszty płac bezpośrednich i narzutów na płace;

C_d – koszty delegacji kierowców i pomocników;

C_a – koszty amorytzacji pojazdów;

C_w – koszty wyposażenia pojazdów;

C_n – inne koszty bezpośrednie;

C_o – koszty organizacyjne (wydziałowe).

Podstawowym miernikiem oceny działalności systemu działania eksploatującego pojazdy mechaniczne jest zysk. Zysk „Z” jest różnicą między łącznym przychodem „D”

uzyskiwanym z użytkowania pojazdów, a kosztami CEP ich eksploatacji.

Z = D – C_EP > 0 (5.36) Dodatni wynik finansowy wskazuje, że eksploatacja pojazdu jest uzasadniona, zaś wynik ujemny (Z < 0) oznacza, że jego funkcjonowanie nie przynosi korzyści, zatem użytkownik musi podjąć decyzję dotyczącą dalszej jego eksploatacji, sprzedaży, likwidacji lub przekazania innemu użytkownikowi. Stwierdzenie opłacalności użytkowania pojazdu powoduje, że jest on kierowany do wykonania przewozów ładunków lub/i ludzi.

W niektórych sytuacjach koszt usunięcia uszkodzeń może być znaczny. Dotyczy to w szczególności powypadkowych uszkodzeń pojazdów mechanicznych. Kryterium likwidacji pojazdu ma postać:

CN  0,75 CNP. (5.37) gdzie: C_N – koszty naprawy pojazdu obliczone według wyrażenia (3.4);

C_NP. – koszt nowego pojazdu mechanicznego.

Jeżeli pojazd wyczerpał resurs do naprawy głównej, istnieje konieczność ustalenia opłacalności jej przeprowadzania według algorytmu C2 (rys.5.26).

START

Dane:

Pojazdy mechaniczne Rachunek kosztów

Obliczenie kosztów C naprawy pojazdu

Czy obliczono

koszt C

Ustalenie opłacalności naprawy pojazdu

Czy C 0,75 C

Likwidacja pojazdu

KONIEC N

N

N NP

Naprawa pojazdu T

T

N

N

Rys.5.26. Algorytm C2 oceny efektywności wykonania naprawy pojazdu: C_N – koszt naprawy;

C_NP – koszt nowego pojazdu

W dokumencie V. ELEMENTY METODYKI PROJEKTOWANIA MASZYN 5.1. ZAKRES PROBLEMATYKI (Stron 39-47)