Strategie utrzymania zdatności konstrukcji

Współczesne budowle (konstrukcje budowlane) w gospodarce są często bardzo efektowne, a jednocześnie skomplikowane i drogie. Każda katastrofa, uszkodzenie i przerwy w wykorzystaniu z tym związane powodują duże straty ekonomiczne i zagro-żenie bezpieczeństwa ludzi i środowiska. Dla potrzeb utrzymania zdatności budowli w procesie ich istnienia (użytkowania), zapewnienia bezpieczeństwa i ochrony środowi-ska ciągle doskonali się teorię i praktykę możliwych do wykorzystania strategii eksploa-tacji. Rozwija się i doskonali rzadko stosowaną strategię zapobiegawczą – wymian profilaktycznych – oraz nową strategię ubytku potencjału użytkowego dla istniejących obiektów, opracowując coraz to lepsze modele takich rozwiązań.

Kształtowanie się kosztów eksploatacji (istnienia) budowli i różnorodność działań organizacyjnych w tym obszarze różnicują możliwości stosowania znanych strategii eksploatacji. Rozwijająca się diagnostyka degradacji stanu obiektów daje podstawy do racjonalnej eksploatacji (utrzymania zdatności) w nowo tworzonych diagnostycznych systemach eksploatacji konstrukcji budowlanych.

Do głównych zadań służb utrzymania zdatności obiektów budowlanych należą:

¾ realizacja procesów działań (obsługiwań) profilaktycznych obiektów,

¾ identyfikowanie i lokalizowanie uszkodzeń elementów oraz ich usuwanie,

¾ identyfikacja, analiza i ograniczanie intensywności procesów zużywania się elemen-tów budowli,

¾ monitorowanie i usuwanie skutków zachodzących procesów starzenia i zużycia,

¾ realizacja procesów ewidencji danych o stanach konstrukcji oraz ich elementów.

Efektywne (zarówno w sensie ekonomicznym, jak i technicznym) i skuteczne rea-lizowanie procesów zapewniania zdatności przez służby utrzymania ma istotny wpływ na bezpieczeństwo i efektywność wykorzystania budowli.

Nowoczesne technologie informacyjne dostarczają wiele oryginalnych rozwiązań z obszaru pozyskiwania, przetwarzania i redundancji informacji nadzorowanych bu-dowli, ułatwiając modelowanie przyczynowo-skutkowe, wnioskowanie o stanie, gene-zowanie i prognogene-zowanie stanu.

Utrzymanie zdatności budynków i budowli dotyczy zarówno właścicieli eksploatują-cych takie obiekty, jak i producentów materiałów i konstrukcji budowlanych. Nadzorowanie istniejących budowli w zorganizowanych strukturach własnościowych (zakłady przemysło-we, spółdzielnie, wspólnoty mieszkaniowe) daje możliwość optymalnego ich wykorzystania i bezpieczeństwo istnienia. W przedsiębiorstwie wytwórczym sprawą kluczową jest właści-wie opracowana i proponowana klientom strategia eksploatacji produkowanych wyrobów, rozumiana jako sposób użytkowania (wykorzystania) i obsługiwania (przywracania zdatno-ści), co może decydować o konkurencyjności przedsiębiorstwa na rynku.

Literatura opisuje wiele systemów eksploatacji różnych systemów i maszyn, które przenikają w obszar budynków i budowli. Warto przeanalizować ich funkcjonowanie i zaproponować wdrażanie najlepszych w istniejące struktury budowlane. Wydaje się, że warto wskazać na możliwe do wykorzystania strategie utrzymania zdatności bu-dowli począwszy od najprostszych – do uszkodzenia, czy planowo – zapobiegawczych poprzez strategie wg stanu, niezawodności, ilości wykonanej pracy itd. W warunkach rzeczywistych świadomy wybór strategii dokonywany jest głównie w przedsiębior-stwach, posiadających niezbędne zasoby ludzkie, finansowe i techniczne. Sprowadza się on najczęściej do przyjęcia jednego z poniższych, zmodernizowanych dla potrzeb budownictwa, modeli utrzymania zdatności lub ich kombinacji.

• Strategia wynikająca z procedur ISO

Rosnąca konkurencja, wymagania klientów, globalizacja gospodarki wymuszają na przedsiębiorstwach konieczność wdrażania i utrzymywania systemów zarządzania jakością (SZJ). Podstawą do certyfikacji takich systemów jest na ogół norma ISO9001. Zawiera ona wymagania dla SZJ mające zastosowanie dla każdej organizacji, niezależnie od jej wielkości i rodzaju, która potrzebuje wykazać zdolność do ciągłego dostarczania wyrobów zgodnych z wymaganiami klienta i mających zastosowanie przepisów oraz dąży do zwiększenia zado-wolenia klienta. Jest to standard międzynarodowy, który odnosi się do procesów decydują-cych o wytworzeniu produktu, jakich dostarcza swoim klientom przedsiębiorstwo.

• Outsourcing usług związanych z utrzymaniem zdatności

Outsourcing jest strategią zarządzania, która polega na oddaniu na zewnątrz (partnerowi zewnętrznemu) zadań nie związanych bezpośrednio z podstawową działal-nością firmy. Dzięki temu firma może skupić swoje zasoby i środki finansowe na tych obszarach stanowiących podstawę jej działań, w których osiąga przewagę konkurencyj-ną. Firma zleca na zewnątrz obsługę utrzymania zdatności podległych budynków i bu-dowli, a więc tych procesów, które traktowane są jako pomocnicze.

• Strategia według instrukcji obsługi, DTR i wymagań prawnych (głównie UDT) Wiele przedsiębiorstw przyjmuje strategię utrzymania obiektów wynikającą z dostar-czonych instrukcji utrzymania zdatności i dokumentacji techniczno ruchowych (DTR).

W dokumentach tych zawarte są informacje o wymaganych terminach i zakresach prze-glądów technicznych. Strategia ta ma zatem charakter planowo- zapobiegawczy, a w

przypadku eksploatacji pewnej grupy obiektów (np. dźwigi, zbiorniki ciśnieniowe) dodat-kowo mają zastosowanie odpowiednie przepisy Urzędu Dozoru Technicznego dotyczące konieczności dokonywania przeglądów (inspekcji) głównie w aspekcie bezpieczeństwa.

• Strategie o podejściu filozoficznym (5S, Kazein, TPM itp.)

Podejście produktywnościowe jest podejściem do utrzymaniem zdatności obiektów na zasadach nowoczesnego zarządzania (programów: TPM, 5S, Kaizen ii) i polega na prewencji powstawania błędów jakościowych, katastrof, awarii lub uszkodzeń. Jest to program ciągłego doskonalenia istniejących budynków i budowli opierający się na współpracy pracowników produkcji i obsługi.

• Strategia uszkodzeniowa (wykorzystywanie do uszkodzenia)

Ten rodzaj strategii – niestety używany zbyt często – jest najczęściej brakiem ja-kiejkolwiek świadomej strategii utrzymania zdatności budowli. Istniejące budowle użyt-kowane są do momentu uszkodzenia (katastrofy, awarii) lub pierwszych symptomów pojawiającego się uszkodzenia, po czym następuje ich naprawa i dalsze użytkowanie.

Utrzymanie zdatności istniejących budynków i konstrukcji budowlanych jest w przed-siębiorstwie produkcyjnym sprawą kluczową, aczkolwiek w podejściu procesowym jest na ogół klasyfikowane jako proces pomocniczy w stosunku do produkcji. Tymczasem proces ten ma lub może mieć zasadniczy wpływ na ilość i koszty produkcji, jakość produktu final-nego, bezpieczeństwo ludzi i środowiska. Dodatkowo jest to proces, którego wyniki można rozpatrywać w wymiernych wartościach – a nakładami stosunkowo łatwo zarządzać.

Wszystko to sprawia, że w przedsiębiorstwach stosujących, tzw. dobre praktyki inżynierskie utrzymanie zdatności budowli nie jest jedynie kosztem, którego należy unikać, ale również aktywnym działaniem mogącym stanowić efektywny wkład w rozwój firmy.

Działalność eksploatacyjna przebiega w obrębie logistyki eksploatacji, w ramach różnych systemów produkujących rozliczne dobra i świadczących przeróżne usługi.

Systemy te są na ogół złożone i wydzielenie w nich podsystemu eksploatacji budynków i budowli wcale nie jest łatwe. Teoria eksploatacji zajmuje się syntezą, analizą i bada-niem systemów eksploatacji, a w szczególności zagadnieniami procesów użytkowania i obsługiwania występujących w tych systemach. Strategia eksploatacyjna polega na ustaleniu sposobów prowadzenia użytkowania obiektów zdatnych i obsługiwania (przywracania zdatności) oraz relacji między nimi – w świetle przyjętych kryteriów.

W literaturze znane i dobrze opisane są następujące strategie eksploatacji różnych obiektów [62]:

1. Prewencyjne strategie eksploatacji.

2. Potencjałowe strategie eksploatacji:

• strategia według niezawodności,

• strategia według efektywności,

• strategia planowo – zapobiegawcza,

• strategia mieszana (z DT),

• strategia według stanu,

• strategia według potencjału użytkowego.

Najczęściej w opierając się na preferowanej strategii buduje się system eksploata-cji przedsiębiorstwa, przy czym elementy pozostałych strategii są często uzupełnieniem wybranej. W praktyce przemysłowej występują więc najczęściej strategie eksploatacji

mieszane, dostosowane do wymagań i warunków eksploatowanych obiektów. Wybór racjonalnej strategii eksploatacji dla nowocześnie zarządzanych (ERP, MRP-II) obiek-tów jest wielokryterialny i oparty głównie na całkowitych kosztach eksploatacji [19,77].

We współczesnym świecie rywalizacja gospodarcza przebiega praktycznie na płaszczyźnie szeroko rozumianej "jakości", z tytułu której można uzyskać określone korzyści ekonomiczne. Strategia eksploatacyjna sterująca racjonalnym wykorzysta-niem materiałów i konstrukcji budowlanych polega na ustaleniu sposobów prowadzenia użytkowania i obsługiwania oraz relacji między nimi w świetle przyjętych kryteriów.

Duża różnorodność koncepcji eksploatowania w określonych warunkach organiza-cyjno-technicznych doprowadziła do wyodrębnienia niektórych podsystemów, szcze-gólnie istotnych z puntu widzenia układu rozpatrywanego w określonych warunkach.

Doprowadziło to do powstania różnych strategii eksploatacji (rys. 6.31), a także zróżni-cowało systemy utrzymania zdatności.

Rys. 6.31. Możliwe strategie eksploatacji maszyn [67]

Literaturowo znane są i możliwe do adaptacji w budownictwie następujące strate-gie eksploatacji obiektów [67]:

1. Prewencyjne strategie eksploatacji.

2. Potencjałowe strategie eksploatacji.

• według niezawodności,

• według efektywności ekonomicznej,

• według ilości wykonanej pracy, albo planowo-zapobiegawcze,

• mieszane, a więc planowo-zapobiegawcze z diagnozowaniem,

• według stanu technicznego,

• strategia tolerowanych uszkodzeń.

Prewencyjne strategie eksploatacji

Ograniczenie się do przeprowadzania obsługiwań tylko po uszkodzeniu elementu (obiektu technicznego) prowadzi najczęściej do dużych kosztów ekonomicznych.

W związku z tym opracowuje się różne strategie prowadzenia obsług profilaktycznych polegających na tym, że wykonywane są one przed i po uszkodzeniu obiektu. Obsługę w przypadku, gdy element (obiekt techniczny) jest sprawny nazwano prewencyjną, zaś w przypadku uszkodzenia – obsługą korekcyjną [33]. Momenty czasowe przeprowa-dzenia obsług prewencyjnych zależą od wielu czynników – przede wszystkim od struk-tury niezawodnościowej obiektu zawierającego jako składnik elementy, które planuje się poddawać obsługom profilaktycznym oraz od relacji kosztów związanych z uszko-dzeniami do kosztów obsługi profilaktycznej. Budowane modele obsługi uwzględniają zysk wynikający z poprawnej pracy i wykorzystania obiektu. Pod uwagę bierze się także inne koszty związane z utrzymaniem systemu eksploatacji takie, jak na przykład koszty pogotowia technicznego.

Proces wyznaczania optymalnych obsługiwań prewencyjnych jest złożony z bu-dowy modelu dla optymalnej strategii obsług prewencyjnych, który powinien zawie-rać wszystkie istotne wskaźniki eksploatacyjne rozważanego obiektu. Na dalszym eta-pie wykonuje się optymalizację funkcji kryterialnej i na tej postawie wyznacza się optymalną strategię.

Model wymian profilaktycznych uwzględnia następujące założenia [33]:

– czasy przebywania obiektu w analizowanych stanach procesu eksploatacji są zmien-nymi losowymi,

– naprawa obiektu, albo wymiana profilaktyczna nie zawsze prowadzi do pełnej zdatności, – czas do uszkodzenia obiektu winien mieć rozkład z jednomodalną funkcją

inten-sywności.

W literaturze dotyczącej zagadnień wyznaczania optymalnych obsług prewencyj-nych stosuje się różne sposoby opisu modelu działania systemu eksploatacji. Najczę-ściej zakłada się, że obiekt ma skończoną liczbę stanów, stan całkowitej niezdatności obiektu oraz stan całkowitej sprawności obiektu. W systemie eksploatacji przejście z jednego stanu do innego odbywa się losowo. Losowe są także czasy przebywania w stanach. Proces zmian stanów systemu eksploatacji może być sterowany przez po-dejmowanie różnych decyzji dotyczących procesu eksploatacji. Dotyczyć to może wy-konywania napraw częściowych lub całkowitych wymian elementów [33].

Stosowanie racjonalnych (optymalnych) obsług prewencyjnych wymaga znajomo-ści wielu cech charakteryzujących dany obiekt, takich jak: rozkłady czasów poprawnej pracy elementów obiektu, czasy odnów obiektu, czasy trwania awarii, koszty katastrof i obsług profilaktycznych. Wyznaczanie tych wielkości wymusza zbieranie danych statystycznych i korzystanie z metod statystyki matematycznej.

Potencjałowe strategie eksploatacji

STRATEGIA WEDŁUG NIEZAWODNOŚCI

Eksploatacja obiektu według tej strategii sprowadza się do podejmowania decyzji eksploatacyjnych opierając się na wynikach okresowej kontroli poziomu niezawodności (różne wskaźniki niezawodnościowe) obiektów eksploatowanych, aż do wystąpienia uszkodzenia. Strategia wg niezawodności, zwana inaczej strategią „według uszkodzeń”

polega na eksploatacji obiektu do chwili wystąpienia uszkodzenia.

Badania niezawodności obiektów w tej strategii prowadzi się przy wykorzystaniu metod statystycznych dla obserwowanych zdarzeń uszkodzeniowych, co obecnie zastę-puje komputerowa technika symulacyjna i programowane badania niezawodności. Wy-różniane w badaniach niezawodności budowli słabe ich ogniwa są cennym wskazaniem dla konieczności i rodzajów prowadzenia badań diagnostycznych.

Nie trzeba uzasadniać, że strategia ta może być stosowana tylko wówczas, gdy na-stępstwa uszkodzeń nie naruszają zasad bezpieczeństwa i nie zwiększają kosztów eks-ploatacji.

STRATEGIA WEDŁUG EFEKTYWNOŚCI EKONOMICZNEJ

Jest to strategia oparta na kryterium minimalnych kosztów eksploatacji budowli, a decyzje eksploatacyjne podejmowane są wykorzystując wskaźniki zysku. Podstawą podejmowanych decyzji są dane o niezawodności, kosztach użytkowania i odtwarzania zdatności eksploatowanych obiektów. Ważnym czynnikiem w tej strategii jest postęp techniczny, którego wysoka dynamika określa starzenie moralne budowli, a więc czynnik wnikliwie śledzony przez potencjalnych odbiorców. Strategia ta ma zastosowanie również w sytuacjach, gdy moralne starzenie się obiektów wyprzedza ich zużycie fizyczne.

W tej strategii kryterium efektywności ekonomicznej, a więc opłacalności eksploa-tacji staje się podstawą decyzji o przerwaniu użytkowania. Wyniki efektywności eko-nomicznej mogą często doprowadzać do przerwania eksploatacji jeszcze zdatnych, lecz niezadowalających użytkownika eksploatacji. Poprawne stosowanie tej strategii wyma-ga gromadzenia dużej ilości informacji statystycznych z zakresu gospodarki finansowej działu eksploatacji, znajomości modeli decyzyjnych, mierników wartości i wskaźników efektywności ekonomicznej oraz rachunku optymalizacyjnego.

STRATEGIA WEDŁUG CZASU ISTNIENIA OBIEKTU

Eksploatowanie obiektów w tej strategii jest limitowane czasem poprawnego użyt-kowania, który może być określany liczbą lat istnienia, starzeniem modalnym itp. Gene-ralną zasadą w tej strategii jest zapobieganie uszkodzeniom (zużycie, starzenie) poprzez konieczność wykonywania zabiegów technicznych (obsługowych) w oznaczonych limitach istnienia obiektu, przed osiągnięciem granicznego poziomu zużycia.

Ze względu na wykorzystanie rzeczywistego potencjału użytkowego jest to strate-gia mało efektywna, gdyż podstawą przyjmowania dopuszczalnej ilości pracy są eks-tremalne warunki pracy. Przyjmuje się tu najniekorzystniejsze warunki pracy, najsłab-sze ogniwa budowli, ekstremalne obciążenia, które nie zawnajsłab-sze i w nie równym stopniu mogą się ujawnić podczas eksploatacji.

STRATEGIA WEDŁUG STANU TECHNICZNEGO

Strategia według stanu opiera podejmowanie decyzji eksploatacyjnych na podsta-wie bieżącej oceny stanu technicznego obiektów lub ich elementów. Umożliwia ona eliminowanie podstawowych wad eksploatacji omówionych już wcześniej strategii.

Aktualny stan obiektu, odwzorowany wartościami mierzonych symptomów stanu de-gradacji, jest podstawą decyzji eksploatacyjnej.

Poprawna realizacja tej strategii wymaga skutecznych metod i środków diagnosty-ki do oceny aktualnego stanu degradacji badanego obiektu oraz przygotowanego per-sonelu technicznego. Wymaga też przezwyciężenia nieufności decydentów do efektyw-ności takiego sposobu eksploatacji. Efekty ekonomiczne z takiego sposobu eksploatacji są niewspółmiernie wyższe niż w innych strategiach, co warunkuje ogromne zaintere-sowanie tym rozwiązaniem.

STRATEGIA TOLEROWANYCH USZKODZEŃ

Istota tej strategii eksploatacji polega na użytkowaniu obiektu, aż do momentu wy-stąpienia uszkodzenia, bez wykonywania jakichkolwiek działań prewencyjnych. Strate-gia według uszkodzeń charakteryzuje się następującymi cechami:

– użytkowanie obiektu jest realizowane bez działań opóźniających procesy starzenia i zużycia,

– do momentu wystąpienia uszkodzenia nie wykonuje się żadnych działań prewencyjnych, – decyzje i działania eksploatacyjne dotyczą tylko usuwania skutków zaistniałych zdarzeń.

W praktyce przemysłowej występują najczęściej strategie eksploatacji mieszane, dostosowane do indywidualnych wymagań i warunków eksploatowanych obiektów budowlanych. Budowane na bazie znanych strategii eksploatacji systemy utrzymania budowli w stanie zdatności przedstawiono na rysunku 6.32.

Rys. 6.32. Podstawowe formy utrzymania zdatności obiektów

Powyższe formy utrzymania zdatności budynków i budowli stanowią obszar zaintere-sowań szerokiego grona społeczności eksploatacyjnej, przyczyniając się do rozwoju metod i metodologii kształtowania i podtrzymywania zdatności eksploatowanych obiektów.

s ta tu s o s z c z ę d n o ś c io w y U T R Z Y M A N IE

K O R E K C Y J N E z a p a s y m a te ria ło w e W A W

lo s o w e z a r z ą d z a n ie

p la n u tr z y m a n ia U T R Z Y M A N I E

P R E W E N C Y J N E m o n ito r o w a n ie d z ia ła ń W t p

t e c h n o lo g ia d z ia ła ń

p la n o w a n ie i m o n ito ro w a n ie U T R Z Y M A N I E

P R O G N O S T Y C Z N E k o s z ty k o n tro li s ta n u W D T

te c h n o lo g ia u tr z y m a n ia

k o n tr o la s y s te m u u tr z y m a n ia

R O Z W Ó J S T R A T E G II ? ? ? U T R Z Y M A N I A d ia g n o s ty c z n y m o d e l

p r o d u k c ji i k o n tro li

L O G I S T Y K A (* * * U T R Z Y M A N I E M A S Z Y N W R U C H U * * * )

S Y S T E M I N F O R M A T Y C Z N Y S Y S T E M IN F O R M A T Y C Z N Y E K S P L O A T A C J I P R Z E D S IĘ B IO R S T W A

M O N I T O R O W A N I E I Z A R Z Ą D Z A N I E P R Z E D S IĘ B I O R S T W E M

6.4. SYSTEMY INFORMATYCZNE W BADANIACH