CC BY
40
Математическое моделирование: методы, алгоритмы, технологии
УДК 681.3.016
С.В. Мещеряков, В.М. Иванов, Д.Е. Бортяков
система автоматизированного учета технического состояния грузоподъемного оборудования
Проблема морального и физического износа основных производственных фондов актуальна для многих российских предприятий, не имеющих достаточно средств на модернизацию и техническое перевооружение. По сведениям о сроках эксплуатации грузоподъемного оборудования (ГПО) [4], его средний возраст превышает 25 лет. Такому ГПО нужен частый ремонт и регулярное техническое освидетельствование (ТО), которое выполняется не только службой технадзора на предприятии, но и специализированными экспертными организациями в соответствии с нормативными документами Ростехнадзора [1-3]. Периодичность ТО составляет не реже трех лет и напрямую зависит от фактического срока службы ГПО и интенсивности его эксплуатации.
В целях автоматизации учета технического состояния ГПО разработана информационная систе-
ма (ИС), ядром которой является интегрированная база данных (БД), где хранятся технические паспорта ГПО различных предприятий, вся история проведенных ТО (первичных и повторных), акты комплексного обследования, дефектные ведомости.
Структура интегрированной БД ГПО
Проект интегрированной БД ГПО разработан на основе структурного анализа, приведенного в [5], с использованием методов организации иерархии данных, описанных в работе [6]. Укрупненная структура БД показана на рис. 1. В ее состав входят следующие сведения:
электронные паспорта объектов обследования, включая технические характеристики ГПО, крановых путей, отдельных механизмов и других входящих в их состав иерархических элементов (Passport);
Рис. 1. Укрупненная структура БД ГПО
Эксперты
Рис. 2. Архитектура ИС учета технического состояния ГПО
сведения о специализированных организациях и экспертных комиссиях по комплексному обследованию ГПО, в т. ч. копии удостоверений и лицензионных документов (Expert);
результаты измерения отклонений крановых путей от предельно-допустимых значений согласно нормативам [1, 2] для каждого типа ГПО и вида нивелировки, где на практике бывает до 150 точек замеров (Nivelir);
информация о проведенных ТО с актами комплексного обследования и дефектными ведомостями (Act);
перечень выявленных дефектов с указанием элемента ГПО, методов и срока устранения (Defect);
справочные таблицы типов ГПО (Types), режимов работы крана (Regimes), типовых методов устранения дефектов (Resumes) и др.
В таблице Passport реализована реляционная связь типа «петля», позволяющая хранить информацию о паспортных параметрах не только ГПО разного типа, но также их составных элементов, образующих в совокупности иерархию данных, так называемое дерево объектов [6]. В подструктуре таблиц Nivelir-Defect-Act-Expert хранятся сведения обо всех проведенных ТО. Преимуществом такой организации БД является интеграция характеристик всех видов оборудования различных предприятий, выполненных мероприятий ТО и текущего состояния объектов ГПО в единой системе накопления и анализа информации.
Архитектура ИС учета технического состояния ГПО
Автоматизированная ИС учета технического
состояния ГПО включает следующие подсистемы (рис. 2):
учет электронных паспортов ГПО, включая характеристики крановых путей и других элементов ГПО (при повторном ТО заполнять паспорт нет необходимости, данные наследуются из первичного ТО, но при необходимости их можно уточнить);
учет экспертных организаций и комиссий, проводивших ТО промышленных объектов;
справочно-нормативная информация (заводы-изготовители, типы ГПО и режимы их работы, стандартные элементы ГПО, типовые дефекты и способы их устранения, нормативные допуски и др.);
результаты нивелировки крановых путей и расчеты их отклонений от допуска в соответствии с методическими указаниями [1, 2];
описание отбракованных элементов ГПО, выявленных дефектов и рекомендаций по их устранению;
архив сведений о проведенных ремонтах и ТО на различных предприятиях за весь срок службы ГПО;
статистика типовых дефектов ГПО по всем промышленным объектам за любой период времени;
формирование отчетной документации (таблицы и графики нивелировки, акты комплексного обследования, дефектные ведомости).
В единой БД учета технического состояния ГПО интегрируются паспортные сведения всех заводов-изготовителей, а предприятия-владельцы при очередном ТО дополнительно предоставляют полную историю ремонтных мероприятий, выполненных в период эксплуатации ГПО. При по-
Рис. 3. Иерархия производственного оборудования
вторном ТО паспортные данные наследуются из первичного ТО, но при необходимости их можно обновить. Для этого специалисты экспертной организации должны иметь возможность сопоставить сведения, предоставляемые предприятиями-владельцами ГПО при очередном ТО, с данными интегрированной БД.
Программная реализация ИС учета ТО ГПО
Автоматизированная ИС учета технического состояния ГПО реализована по сетевой технологии «клиент-сервер» в СУБД MS SQL Server объектно-реляционного типа. Клиентские приложения разр аботаны о бъектно -ориентированными программными средствами MS Visual C, FoxPro, Visual Basic for Applications (VBA). Программное обеспечение внедрено в экспертной организации по обследованию промышленной безопасности подъемных сооружений ЗАО «Ратте» (Санкт-Петербург) для решения задач комплексного ТО ГПО, эксплуатируемого на предприятиях Северо-Западного региона России и ближнего зарубежья.
Классификация производственного оборудования в интегрированной ИС имеет иерархическую структуру (рис. 3), а каждый вид ГПО определяется своим набором параметров (табл. 1). Интегрированная БД электронных па-
спортов заполнена информацией, предоставленной предприятиями-владельцами ГПО в период проведения очередного ТО.
Заключение о возможности дальнейшей эксплуатации промышленного объекта базируется на следующих выводах экспертной комиссии:
1) проверка проектно-технической документации на объект, наличия необходимых лицензий, устранения недостатков предыдущего ТО;
2) визуальный (наружный и внутренний) осмотр объекта, на основании которого составляется перечень элементов ГПО, выявленных неисправностях, методах и сроках их устранения;
3) объективные данные замеров отклонения опорных элементов ГПО и фактического положения кранового пути от проектно-нормативных значений, которые фиксируются экспертами при помощи измерительных приборов и также включаются в перечень дефектов.
Результаты замеров фактического положения кранового пути (по высоте, в плане, прямолинейность, ширина колеи, смещение с оси, прогиб, упругая просадка и другие, предусмотренные нормативами [1, 2]) вводятся в БД ГПО экспертом вручную (рис. 4). Дальнейшая обработка выполняется автоматически - рассчитываются отклонения от предельно-допустимых значений в каждой точке замера согласно утвержденным
Таблица 1
Паспортные характеристики объектов ГПО
Наименование параметра Тип Ед. измерения Значение
ГО завод-изготовитель int 1
ГО режим работы ГПО int 6
ГО тип ГПО int 10
Заводской номер char 0559
Место установки char Насосная
Вылет стрелы (пролет) float м 12,000
Грузоподъемность int кг 5000
Дата изготовления date 301182
Дата регистрации date 121282
Цикличность текущих/капремонтов char ТТКТТ
Дата капитального ремонта date 170908
Дата текущего ремонта date 231010
Дата ТО date 231011
Периодичность капитальных ремонтов int лет 5
Периодичность текущих ремонтов int лет 1
Периодичность ТО int лет 1
Остаточный ресурс int лет
Примечание char
инженерным методикам, результаты нивелировки отображаются в виде сводных таблиц и диаграмм. На рис. 5 в качестве примера приведен график смещения направляющих с оси балки кранового пути, построенный в Excel автоматически по результатам замеров рис. 4. На графике наглядно показано, что значение 50 замера по оси А в точке № 23 превышает предельно-допустимое отклонение 10 мм.
Для каждого типа ГПО и вида замеров созданы шаблоны программными средствами MS Excel и VBA (всего более 50 шаблонов), которые содержат SQL запросы к БД и при открытии сразу заполняются числовыми данными, а по ним автоматически строятся таблицы и графики нивелировки. Эксперт может по своему усмотрению редактировать и печатать сформированный документ Excel, но обратная связь с БД не пред-
Рис. 4. Результаты замеров отклонений кранового пути
Рис. 5. График нивелировки кранового пути
усмотрена в целях экономии внешней памяти, сохранение возможно только во внешний файл. Вместо этого реализована возможность правки шаблонов Excel и корректировки значений предельных допусков, поскольку действующие нормативы и отчетные формы время от времени пересматриваются контролирующими органами
Ростехнадзора.
Любое превышение замеров от предельно-допустимых отклонений обнаруживается информационной системой, и соответствующее описание дефекта автоматически добавляется в перечень элементов ГПО. На экранной форме рис. 6 показан пример описания дефекта на ко-
Рис. 6. Перечень элементов ГПО с описаниями выявленных дефектов
Таблица 2
Фрагмент дефектной ведомости на ремонт ГПО
Наименование узла Описание дефекта Заключение и сроки устранения
Опорные элементы балок кранового пути (колонны) Дефектов не обнаружено
Опорные элементы направляющих (балки кранового пути) 1. Смещение балок кранового пути относительно продольной оси превышает предельно допустимое отклонение 10 мм (ВРД 50:48:0075.03.02, п. 5, табл. П.7.3) и составляет 50 мм на колонне № 23 по оси А Устранить при плановом ремонте
2. Нарушено крепление закладных пластин на верхнем поясе балки Оставить без изменения
лонне № 23, сгенерированного для опорного эле- По результатам проведенного ТО оформля-
мента направляющих - ж/б балки таврового сече- ется акт комплексного обследования ГПО с ве-ния по результатам замеров рис. 4 и 5. домостью дефектов. Для автоматизации работы
Таблица 3
Статистика дефектов ГПО
Дата № крана Тип кранового пути Наименование узла Описание дефекта
20.09.11 43786 Мостовой Опорные элементы направляющих - ж/б балки таврового сечения БНКБ 6-3 / БНКБ 6-2 Разрушение свеса верхнего пояса железобетонной подкрановой балки с оголением арматуры на длине 250 мм по оси А направляющих на колонне в точке замеров № 10
20.09.11 87099 Мостовой Опорные элементы направляющих - ж/б балки таврового сечения БНКБ 6-3 / БНКБ 6-2 Разрушение защитного слоя арматуры верхнего пояса балки кранового пути (с оголением арматуры) на длине 300-400 мм в районе колонны № 16 по оси А направляющих
20.09.11 87101 Мостовой Опорные элементы направляющих - ж/б балки таврового сечения БНКБ 6-3 / БНКБ 6-2 Разрушение защитного слоя арматуры верхних поясов балок кранового пути (с оголением арматуры): по оси А в районе колонны № 19 (под промежуточным креплением); по оси Б в районе колонн № 17 и 18
20.09.11 87131 Мостовой Опорные элементы направляющих - ж/б балки таврового сечения БНКБ 6-3 / БНКБ 6-2 Сколы защитного слоя арматуры верхнего пояса балки кранового пути в районе колонны № 16 (с оголением арматуры), расположенной по оси А направляющей
экспертов созданы шаблоны акта программными средствами MS Word и VBA. При создании нового акта обследования эксперт выбирает из списка нужный шаблон, который по SQL запросу к БД автоматически заполняется информацией из паспорта ГПО, перечнем его элементов и выявленных дефектов. Дефектная ведомость хранится внутри шаблона акта и также заполняется автоматически на основе перечня элементов рис. 6. В табл. 2 показан фрагмент дефектной ведомости с перечнем элементов кранового пути, описаниями дефектов и сроками их устранения, в т. ч. дефекта по результатам замеров рис. 4-6.
В отличие от шаблонов Excel, акт обследования с дефектной ведомостью после окончательной доработки экспертом сохраняется в БД как документ Word. Шаблоны Word тоже хранятся в БД и могут изменяться в зависимости от требований нормативов [1, 2].
Таким образом, БД представляет собой архив проведенных ТО, выявленных дефектов и актов комплексного обследования по всем объектам ГПО на различных предприятиях. В информационной системе реализована функция экспорта статистики дефектов за любой период времени во внешний файл Excel, где данные можно группировать и фильтровать по элементам ГПО, типу кранового пути, номеру крана, дате ТО. В табл. 3 приведен перечень выявленных дефектов для опорного элемента (см. рис. 6, табл. 2), эксплуа-
тируемого на разных объектах ГПО. Из табл. 3 следует, что наиболее характерным дефектом этого элемента является разрушение верхнего пояса балки с оголением арматуры.
Внедрение разработанных программных решений в экспертной организации позволило повысить производительность труда экспертов, снизить трудоемкость ТО, сократить сроки подготовки и улучшить качество экспертных заключений. Автоматизированный учет ТО помогает отслеживать техническое состояние объектов ГПО, контролировать выполнение ремонтных мероприятий в случае повторных ТО.
Разработанная ИС автоматизированного учета технического состояния и интегрированная БД ГПО успешно апробированы на практике при проведении экспертизы промышленной безопасности объектов ГПО. В настоящее время в БД интегрированы данные ТО и выявленных дефектов ГПО на 95 промышленных предприятиях Северо-Западного региона России и ближнего зарубежья [4]. Анализ накопленной статистики БД позволил выявить характерные дефекты и наиболее слабые элементы ГПО, их фактический срок службы и запас прочности, дать практические рекомендации эксплуатирующим предприятиям по своевременной профилактике с целью повышения уровня безопасности и снижения затрат на эксплуатацию ГПО.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Банных, Г.М Комплексное обследование крановых путей грузоподъемных машин: Метод. указания [Текст] / Г.М. Банных, В.В. Зарудный, В.Н. Алек-сютин [и др.] // Руководящий нормативный документ РД-10-138-97. - М.: Изд-во «Истек», 2004. -20 с.
2. Галетин, В.М. Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком службы [Текст] / В.М. Галетин, С.П. Голев, В.Г. Жуков [и др.] // Руководящий нормативный документ РД-10-112-3-97. -М.: Изд-во «Истек», 1997. -38 с.
3. Котельников, В.С. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ 10-382-00 [Текст] / В.С. Котельников, Н.А. Шишков, А.С. Липатов [и др.]. -СПб.: ЦОТПБСП, 2000. -129 с.
4. Мещеряков, С.В. Анализ эксплуатационных
дефектов грузоподъемного оборудования в системе автоматизированного проектирования [Текст] / С.В. Мещеряков, В.М. Иванов, Д.Е. Бортяков // Научно-технические ведомости СПбГПУ Сер. Информатика. Телекоммуникации. Управление. -2011. -№ 6-2 (138).
5. Мещеряков, С.В. Эффективные технологии создания информационных систем [Текст] / С.В. Мещеряков, В.М. Иванов. -СПб.: Политехника, 2005. -312 с.
6. Mescheryakov, S. Performance Comparison of Various Hierarchical Structures in Database Systems [Text] / S. Mescheryakov // Proc. of the 30th International Conf. for the Resource Management and Performance Evaluation of Enterprise Computing Systems. -Las Vegas, USA, 2004. -10 p.
