Конкурентные стратегии и методология обеспечения надежности горно-добывающего оборудования Текст научной статьи по специальности «Математика»

- © Т.А. Ткачева, 2014

УДК 621.37

Т.А. Ткачева

КОНКУРЕНТНЫЕ СТРАТЕГИИ И МЕТОДОЛОГИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ГОРНО-ДОБЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Представлены конкурентные стратегии и методологии обеспечения надежности горно-добывающего технологического оборудования - Кг1ТДО. Показана необходимость выявления проблем в точной доказательной оценке отклонений КгГДО. Отмечено, что новые направления развития системы С РПО ГДО (оборудование ее новыми станками с компьютерным управлением, прецизионными средствами измерений, контроля и их поверки) на горно-добывающих предприятиях в настоящее время экономических преобразований в стране имеет важное технико-технологичеческое и социальное значение. Впервые сформулирована и доказана теорема эквивалентной изменчивости абсолютных отклонений КгТГДО при эксплуатации и сервисном и ремонтно-профилактическом обслуживания (С РПО) горнодобывающего оборудования. При данной постановке проблемы, использование принципа деталлизированности ТрГДО и ТвГДО, достаточно полно выявляющий все аспекты эксплуатации и С РПО, их точной оценки и прогнозирования дает возможность создавать на горном предприятии свою систему САПР и модернизации систем С РПО ГДО.

Ключевые слова: надежность горно-добывающего оборудования, горно-добывающие предприятия, ремонтно-профилактическое обслуживание, эксплуатация горного оборудования.

Бережное отношение к каждому месторождению полезных ископаемых, например, на основе точечных технологий его разработки, - это необходимая стратегическая задача современной горной науки. Одной из составляющих ее решения является точное слежение и контроль за текущим технико-технологическим состоянием каждой единицы горно-добывающего оборудования (ГДО), всегда работающего в сложных условиях, например, в ночное время (рис. 1).

Эксплуатация экскаваторов на различных технологических участках карьеров (разрезов) в ночное время существенно усложнено, что должно быть отражено в нормированных показателях, характеризующих его надежность.

Стратегическим направлением развития современных, часто конкурирующих систем сервисного и ремонт-но-профилактического обслуживания (С РПО) ГДО в современных технических, экономических и социальных условиях является то, что они должны модернизироваться, изменяться и оснащаться более ускоренными темпами и на высоком технологическом уровне, чем система его эксплуатации.

Рис. 1. Особенности эксплуатации экскаватора в ночное время

Стратегия обеспечения коэффициента готовности ГДО в сложных условиях

С системной точки зрения разбиение «жизненного цикла» любого вида ГДО на периоды может быть достаточно произвольным. Так, например, системы, технологии и периоды - «Разработка ГДО», «Эксплуатация ГДО» и «Сервисное и ремонтно-профилактическое обслуживание (С РПО) ГДО» имеют свои пространственно-временные характеристики, с прецизионной точностью определяющие полноту и достоверность контроля, измерений, наблюдений и т.д. [1-6]. Здесь существенную роль может играть и используемый диапазон размерности контролируемых и измеряемых величин. Так для больших величин, например, оценка объема памяти для слежения за показателями надежности -Тбайты, а для разнообразия и точности оценки диапазона размера кусковато-сти горной массы - от м до: - нм, - ам, -фм и т.д. Отметим, что горная пыль, размеры которой изменяются в милли-, микро- и нано- диапазоне существенно влияет на работу механизмов экскаваторов, конвейеров, буровых станков, подстанций и т.д.

Коэффициент готовности - КгГДО ГДО как синтетический показатель функционирования системы «горное предприятие - горно-добывающее оборудование - системы и средства измерений, контроля, наблюдений и управления» в общем виде определяется как

кггдо _ ТрГДО / (ТрГДО + ТвГДО),

где Тр ГДО и ТвГДО - время (период) работы и восстановления ГДО, соответственно, в процессах эксплуатации и ремонтно-профилактического обслуживания.

Показатели ТрГДО и Тв ШО обобщенно характеризуют все особенности процессов эксплуатации и С РПО ГДО, хотя и опосредственно. Это две взаимосвязанные и взаимозависимые величины. ТрГДО и ТВГДО достаточно объективно отражают уровень постоянного совершенствования технологий эксплуатации и С РПО ГДО в модернизируемых, например, точечных горных технологиях. Одним из направлений теоретического обоснования повышения уровня качества системы ремонта ГДО на добывающих предприятиях, а значит необходимость вложения дополнительных средств, может быть предложен принцип детализации, который представим в виде модели временного критерия оценки, в т.ч. конкурентных преимуществ и возможностей

'рем. опер. ^ ] Тр.О.^

>=« (1) где Трем опер , Тр.о.. - длительность ремонтных операций по каждому виду ГДО и их составляющих, соответственно; к - нижний уровень детализации его ремонта. Верхний уровень возможности детализации ремонтных работ (операций) зависит от: технико-технологической оснащенности ремонтных служб горного предприятия, которые должны иметь и новые машиностроительные (например, нано-) и др. технологии; квалификации персонала и т.д.

Детализировать ТрГДО можно представлением модели типа:

ТРГДО _ ТРГДОперегр + Тр ГДОнорм

где ТрГДО перегр, Тр ГДОнорм - время работы ГДО при перегрузке и в номинальном режиме, соответственно.

Исследование изменчивости КгГДО

КгТГДО под воздействием множества факторов в пространстве и времени существенно изменяется, т.е.

Кг = Гкг (х у z : ),

рпо гпо рпогпо 4 српо. ? српо. српо. српо ' '

— 1 К V I.

рпо то рпо гдо х с рпо. српо, српо, српо"

Кгэ шо = Рк~э гДо (Хэ. Уэ. zэ. £э)

где КГРПО ГДО, КгЭ ГДО, ХС РПО, У С РПО, 2С РПО, tС РПО, XЭ, ^ ZЭ, ^ - функционалы и

пространственно-временные координаты систем С РПО и эксплуатации соответственно. Заметим далее, что пространства С РПО и эксплуатации ГДО различны. Условно пространство изменений и нарушений технического состояния (ТС) ГДО представим интегрально как

Пространство изменений ТС ГДО = | jjVГД0dV , (3)

^ГД0

где ^ГДО - метрическое пространство С РПО ГДО.

А с учетом координат пространства С РПО ГДО дифференциальное пространство изменений и нарушений ТС ГДО представим следующим образом: если = А *В *С , то

1ДО гдо гдо гдо'

дЛ дВ дС

dV = сЛГД0 + дВГД0- dBГД0 + дСГД°- dCГД0

дV ГД0 дВ ГД0 дС ГД0 (4)

Так может быть метризовано пространство С РПО ГДО. Для практики это дает возможность детального описания всех возникающих при эксплуатации ГДО отказов, появляющихся при ненормированных нагрузках, что характерно для горного производства.

А если учесть и временной фактор изменчивости КгГДО, то имеем

dV(:) = сЛТГД0 + дВГД0 dBТГД0 + dCТГД0 +— А.

дV ТГД0 дВ ТГД0 дС ТГД0 д^: (5)

Будем оценивать любое, даже самое незначительное изменение коэффициента готовности, обозначая его через АКгГДО. Считаем эту величину п-порядка малости, т.е. бесконечно малой величиной (б.м.в.)

АКгГДО ^ 8

где 8 - б.м.в.

Для корректного описания всех изменений в указанных выше процессах, которые по техническому и технологическому уровню должны быть сопоставимыми, например, по оснащенности систем С РПО современными станками и средствами измерений, контроля и наблюдений, их изменчивость может быть представлена моделями вида

дК ^ р

ГГД0-Р ^ ьГД0-Р ДКГГД0-Э ^ р ГД0-э

дк ^ р

шуГГД0-СРП0 ^ ^ГД0-СРП0. (6)

где АКгГДО-Р, АКгГДО-Э, АКгГДО-С РПО - абсолютные отклонения изменения состояния ГДО на стадиях разработки, эксплуатации и С РПО.

Рис. 2. Граф взаимосвязи «разработки», «С РПО» и «эксплуатации» ГДО: гр-Э (£); гС РПО-Э Ю; гР-С рпо(^) - коэффициенты корреляции.

Кг Кг

ГДО-Р' ГДО-Э' ГДО-С РПО

что величины отклонений ДКг,

Чувствительность к фиксации любой, самой незначительной изменчивости „ в модели (5) должна быть одного порядка, а это значит, ГДО-Р, ДКгГДО-Э, ДКгГДО-С рпо должны быть равноценными, эквивалентными. А на практике это означает, в частности, согласованность управления как в процессе эксплуатации, так и С РПО ГДО (рис. 2).

Отметим, что новые направления развития системы С РПО ГДО (оборудование ее новыми станками с компьютерным управлением, прецизионными средствами измерений, контроля и их поверки) на горно-добывающих предприятиях в настоящее время экономических преобразований в стране имеет важное технико-технологичеческое и социальное значение. Ремонтное предприятие по уровню оснащения должно быть выше, иметь высокую динамику обновления, а не таким же, а тем более хуже, чем предприятия, изготавливающие горное оборудование. Такой подход расширяет конкурентные возможности предприятий.

Об эквивалентности оценки изменчивости показателей процессов, составляющих «жизненный цикл» ГДО

Вначале дадим некоторые определения.

Определение 1. Если отношение двух абсолютных отклонений коэффициентов готовности, а именно,

-г гло-р само бесконечно мало,

ДК

г гло- э

ДК

Иш-

г гло- р

т.е.

ДК

= 0

г гло-э

то величина абсолютного отклонения ДКгГДО-Р есть величина высшего порядка малости относительно величины ДКгГДО-Э.

'ГДО-Р ДКГГДО-Э и ДКГГДО-С РПО б.

Определение 2. Если ДКгГ модели вида

м. в., причем имеем

Нш-

ДК

г гло-р

ДК

= 1

Нш-

г гло-с рпо

ДК

гло-э

ДК

=1

г гло-с рпо

Нш Дкггло-р

ДК

г гло-э

то величины АКгГДО-Р, ДКгГДО_Э и АКгГДО_С РПО есть б.м.в одного и того же порядка и называются эквивалентными, т.е.

АКгГДО-Р ~ АКггДО-Э ~ АКггДО-С РПО.

На практике это означает, что и в системах эксплуатации, и в С РПО ГДО есть высоко чувствительные метрологические средства (10-6-10-12), которые способны контролировать, фиксировать, наблюдать и корректировать отклонения. А это уровень формирования новых, уже нанотехнологических подходов в основном горном производстве, что тоже является стратегическим направлением обеспечения надежности ГДО.

В данной постановке задачи существует простой признак эквивалентности двух бесконечно малых величин [7, 9]. Для примера, докажем эквивалентность приращений КгГДО, характеризующих процессы эксплуатации и С РПО ГДО, т.е.

АКгТГДО-Э ~ АКгГДО-С РПО.

Теорема. Для того, чтобы бесконечно малые величины АКгГДО-Э и АКгГДО-С РПО были эквивалентными, необходимо и достаточно, чтобы их разность была бесконечно малой величиной более высокого порядка, чем АКгГДО-Э и АКгГДО-С РПО. Доказательство.

Положим АКгГДО-Э - АКгГДО-С РПО = АКгГДО-1.

Необходимость признака вытекает из того, что

lim АК' ГДОЛ = lim АК' гдо-э _ АК' гдо'с рпо = lim(i _ АК' гдо'с рпо) = о

АК АК АК

г гдо-э 1Л!\г гдо-э 1Л!\г гдо-э

1- АКг гдо-э -I ибо по условию lim ——-= 1.

АКг гдо-с рпо

Точно также доказываем, что

lim АКггдо-1 = 0. АКг гдо-с рпо

Докажем достаточность признака.

Пусть известно, что

АКг гдо-i п lim-= 0, т.е.

АКг гдо-э

lim АКг гдо-э _ АКг гдо-с рпо = о

АКг гдо-э ' (7)

тт ,ns ,. АКг гдо-i п ,. АКг гдо-э -, Из (/) следует, что lim-= 0, т.е. lim-= 1.

АКг гдо-э АКг гдо-с рпо

Эти предельные равенства также получаются и том случае, если известно, что

lim АКггдо-1 = 0. АКг гдо-с рпо

Что и требовалось доказать.

Для практики важно, что обеспечение надежности ГДО возможно при высокой технологичности всех периодов его «жизненного цикла» разработка, изготовление, эксплуатация и С РПО.

Выводы

Конкурирующие стратегии гармоничного, экономически и социально значимого развития техники и технологий качественной эксплуатации ГДО на карьерах, разрезах, шахтах и рудниках обеспечивают безопасность и эффективность горного производства только на основе новых технологий, включающих спутниковые и наземные наблюдения; точный контроль и измерения, правильную, математически обоснованную обработку результатов в процессах его С РПО и эксплуатации [8]. И здесь появляются новые возможности теоретического обоснования учета влияния бесконечно большого количество факторов на КгГДО, определяющего и синтезирующего всю изменчивость горно-технологических процессов на наноразмерном и более высоком уровне. С учетом этого, экономично и социально значимо применение новых машиностроительных и компьютерных технологий, опережающая модернизация ремонтной базы горных предприятий (открытие новых ремонтных цехов, а для современных средств и технологий измерений - новых поверочных лабораторий, участков, цехов и даже предприятий). В статье:

1. Поставлена задача разработки методологии исследований КгГДО.

2. Показана необходимость выявления проблем в точной доказательной оценке отклонений КгГДО.

3. Впервые сформулирована и доказана теорема по КгГДО, синтезирующего и отражающего всю изменчивость горно-технологических процессов на любом месторождении полезных ископаемых.

Важность полученных результатов перспективна, т.к. позволяет:

1. Точнее определять, нормировать и прогнозировать ТрГДО и ТвГДО индивидуально по каждой единице ГДО в конкретных горно-геологических и погодно-синоптических условиях.

2. При данной постановке проблемы, использование принципа деталли-зированности ТрГДО и ТвГДО, достаточно полно выявляющий все аспекты эксплуатации и С РПО, их точной оценки и прогнозирования дает возможность создавать на горном предприятии свою систему САПР и модернизации систем С РПО ГДО.

3. Современные системы С РПО ГДО с конкурирующими технологиями на данном этапе технического, экономического и социального развития должны модернизироваться, изменяться и оснащаться более ускоренными темпами, чем система его эксплуатации.

1. Пучков Л.А., Федунец Н.И., Потре-сов Д.К. Автоматизированные системы управления в горнодобывающей промышленности: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1987.

2. Зарипова С.Н. Влияние климатических факторов на условия эксплуатации и безопасность горнотранспортного оборудования // Известия вузов. Горный журнал. -2007. - № 2. - С. 102-106.

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Ткачева Т.А. О теории и технологии поверки горно-добывающих производственных процессов (ГД ПП) / Труды РНТО РЭС им. А.С. Попова. Выпуск ЬХ1. - М., 2006. -С. 207-210.

4. Ткачева Т.А. Информациологическая точность интеллектуализированного мониторинга управления надежностью карьерного оборудования / Труды РНТО РЭС им.

А.С. Попова. Выпуск LXI. - М.: 2006. -С. 210-211.

5. Маликов С.Ф. Введение в технику измерений. - М.: Энергоиздат, 1963.

6. Бирюков В.М. и др. Техническое обслуживание и текущий ремонт стационарного оборудования. - М.: Недра, 1988.

7. Бермант А.Ф., Араманович Н.Г. Краткий курс математического анализа. - М.: Наука, 1967.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ_

8. Ткачева Т.А. Проблемы и решения активизации метрологического обеспечения цифровых технологий горного производства // Информационно-измерительные и управляющие системы. - 2007. - № 2. -С. 57-65.

9. Рудин У. Основы математического анализа. - СПб.: Всемирный проект, 2002.

Ткачева Татьяна Анатольевна - кандидат технических наук, доцент, e-mail: tkacheva3@mail.ru,

Московский государственный открытый университет.

UDC 621.37

COMPETITIVE STRATEGIES AND METHODOLOGY FOR MINING EQUIPMENT RELIABILITY MAINTENANCE

Tkacheva T.A., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, e-mail: tkacheva3@mail.ru, Moscow State Open University.

The article describes competitive strategies and methodologies aimed at sustained reliability of mining process equipment (MPE Kr). It is required to reveal problems in accurate evidential estimate of MPE Kr divergence. It is emphasized that the new trends in development of the mining process equipment service and routine maintenance system (MPE SRM) fitted with computer-controlled machines and precision measurement, control and testing devices are technically, technologically and socially important for mining companies at the present day of economic conversion. The author has for the first time formulated and proved the theorem of equivalent variability of MPE Kr divergence during mining equipment operation and service and routine maintenance. With that statement of the problem, the use of detailed MPE Tr and MPE Tv, sufficiently educing all aspects of mining equipment operation and service and routine maintenance, as well as their precise estimate and prediction allows a mine to create its own automated planning system and enables modernization of MPE SRM.

Key words: mining equipment reliability, mining companies, service and routine maintenance, mining equipment operation.

REFERENCES

1. Puchkov L.A., Fedunets N.I., Potresov D.K. Avtomatizirovannye sistemy upravleniya v gornodobyvay-ushchei promyshlennosti: Uchebnik dlya vuzov (Automated control systems for the mining industry: Textbook for high schools), Moscow, Nedra, 1987.

2. Zaripova S.N. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal, 2007, no 2, pp. 102-106.

3. Tkacheva T.A. Trudy RNTO RES im. A.S. Popova. Vypusk LXI (Proceedings of RNTO REF name of A.S. Popov, issue LXI), Moscow, 2006, pp. 207-210.

4. Tkacheva T.A. Trudy RNTO RES im. A.S. Popova. Vypusk LXI (Proceedings of RNTO REF name of A.S. Popov, issue LXI), Moscow, 2006, pp. 210-211.

5. Malikov S.F. Vvedenie v tekhniku izmerenii (Introduction to the techniques of measurement), Moscow, Energoizdat, 1963.

6. Biryukov V.M. Tekhnicheskoe obsluzhivanie i tekushchii remont statsionarnogo oborudovaniya (Maintenance and repair of stationary equipment), Moscow, Nedra, 1988.

7. Bermant A.F., Aramanovich N.G. Kratkii kurs matematicheskogo analiza (A short course of mathematical analysis), Moscow, Nauka, 1967.

8. Tkacheva T.A. Informatsionno-izmeritelnye i upravlyayushchie sistemy, 2007, no 2, pp. 57-65.

9. Rudin U. Osnovy matematicheskogo analiza (Fundamentals of mathematical analysis), Saint-Petersburg, Vsemirnyi proekt, 2002.