CC BY
118
УДК 631.173
Озорнин Сергей Петрович Sergey Ozornin
Бердников Илья Егорович Iliya Berdnikov
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ МОНИТОРИНГА ИЗМЕНЕНИЙ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАШИН В ЭКСПЛУАТАЦИИ
IMPROVEMENT OF MONITORING CHANGES' ORGANIZATION OF THE TECHNICAL STATE OF MACHINES IN OPERATION
Рассмотрены основные методы организации процессов и систем с непрерывным отслеживанием изменений технического состояния элементов машин для предприятий и фирм, эксплуатирующих технологические и транспортные машины различных типов с учетом влияния условий эксплуатации. Выявлена необходимость поиска альтернатив традиционным методам технического обслуживания и ремонта машин, возникшая в связи с изменившимися условиями хозяйствования в сферах эксплуатации машин различного назначения, выявлены уровни сложности создаваемых программных средств, определен комплекс задач технической эксплуатации машин, а также способы поддержания функций мониторинга. Выполнена предварительная оценка экономической эффективности использования систем диагностического мониторинга при организации технического сервиса технологических и транспортных машин. Показано, что совершенствование методов управления надежностью машин в эксплуатации с разработкой систем и технологии применения мониторинга изменений технического состояния их узлов, агрегатов (диагностического мониторинга), позволяющих увеличить ресурс, обеспечить безотказность работы и повысить технико-эксплуатационные показатели машин, является актуальной проблемой
Ключевые слова: методы, техническое состояние, элементы машин, эксплуатация, технологические и транспортные машины
The article considers the basic methods of processes and systems' organization with continuous change tracking in technical state of machine elements for enterprises and companies running technological and cargo vehicles of different types, taking into account the influence of operating conditions. The necessity of finding alternatives to the traditional methods of machines' maintenance and repair, which arose due to changing economic conditions in the areas of machines' operation for different purposes, is identified. Levels of complexity of the constructed software are revealed, set of tasks of the technical operation of the machines as well as ways to maintain the functions of monitoring are defined, the economic efficiency's preliminary assessment of using diagnostic monitoring systems in the organization of technical service of technological and cargo vehicles is executed. It's been demonstrated that the improvement of management methods of machines' reliability in operation with development of systems and technology of monitoring changes of technical condition of their units and accessories (diagnostic monitoring) that allow to increase the resource, to ensure non-failure operation and improve the performance indices of machines is an issue of current importance
Key words: methods, technical condition, machine elements, operation, technological and cargo vehicles
Повышение эффективности строительного производства невозможно без высокого уровня его механизации. В Российской Федерации для этих целей эксплуатируется весьма значительный по количественному составу парк технологических и транспортных машин отечественного и зарубежного производства. Техническое обслуживание и ремонт этих машин, особенно имеющих большую наработку с начала эксплуатации — задача сложная и затратная, характеризуется значительным расходом трудовых, материальных и энергетических ресурсов.
Основной причиной выхода машин и их механизмов из строя (85...90 % случаев) является износ деталей. Совершенствование конструкции машин и ужесточение условий их работы сопровождается повышением требований к показателям качества технического сервиса. Сокращение расхода трудовых, материальных и энергетических ресурсов является одной из важнейших проблем технической эксплуатации машин [3, 5].
В связи с этим совершенствование методов управления надежностью машин в эксплуатации с разработкой систем и технологии применения мониторинга изменений технического состояния их узлов, агрегатов ( диагностического мониторинга) , позволяющих увеличить ресурс, обеспечить безотказность работы и повысить технико-эксплуатационные показатели машин, является актуальным.
Диагностический мониторинг должен быть основан на использовании системы непрерывного контроля изменений технического состояния различных машин. Такие системы в совокупности с разработанными программными продуктами позволяют с использованием специальных датчиков, АЦП и JPS-связи непрерывно отслеживать наиболее существенные изменения технического состояния машин, формировать план производства работ по их ТО и ремонту. Это позволяет обеспечить безопасность и эффективность эксплуатации машин [7, 10].
Применение системы непрерывного контроля изменений технического состо-
яния должно обеспечить поддержание работоспособности парков машин на уровне КТИ = 0,75.0,85, снижение затрат на запасные части и эксплуатационные материалы примерно на 15.20 % [6, 7].
Разработка и внедрение системы и технологии применения мониторинга изменений технического состояния узлов, агрегатов и систем машин позволит автоматизировать процессы диагностирования, повысить качество планирования работ по ТО и ремонту машин, обеспечить снижение затрат на запасные части и эксплуатационные материалы, повысить возможности непрерывного контроля над использованием машин на строительных объектах.
Необходимость поиска альтернатив традиционным методам технического обслуживания и ремонта машин возникла в связи с изменившимися условиями хозяйствования в сферах эксплуатации машин различного назначения. Первичный анализ показывает, что для достижения более высокого технического уровня эксплуатации сложных, особенно мобильных машин, повышения качества их технического сервиса необходимо использовать различные методы и средства технической диагностики. Для многих строительных, транспортных предприятий и фирм, эксплуатирующих различные машины, более приемлемым оказывается проведение технического обслуживания и ремонта машин по их техническому состоянию с использованием при этом адаптивных систем технического сервиса и мониторинговых принципов диагностирования. Приемлемых к использованию отечественных адаптивных систем технического сервиса машин пока не создано [7].
Среди систем диагностического мониторинга технического состояния машин, разработанных и используемых зарубежными фирмами, по степени их сложности, техническому (приборному) оснащению и программному обеспечению выделяются четыре группы [6]:
1) простые системы диагностического мониторинга механических колебаний (вибрации) агрегатов, узлов или элементов машин, реализуемые комбинацией неслож-
ного малогабаритного виброметра и стробоскопа;
2) оперативные системы диагностического мониторинга изменений технического состояния машин, реализуемые с помощью портативных анализаторов и диагностических компьютеров ( анализаторы должны позволять просматривать и анализировать спектры шума и вибрации в реализациях по времени контроля);
3) полустационарные системы диагностического мониторинга, реализуемые на базе персональных ЭВМ с разделением функций накопления и сбора данных на месте эксплуатации машин и обработки их в специализированной лаборатории;
4) стационарные системы непрерывного диагностического мониторинга, используемые пока только для отслеживания процессов эксплуатации тяжелых, конструктивно сложных, потенциально опасных машин, отказы которых могут привести к повышению риска или степени опасности для жизни и здоровья персонала и населения, значительному снижению выпуска продукции, дорогостоящим ремонтам.
Современный диагностический мониторинг технического состояния машин основан на сборе значительных объемов информации. Выводы о техническом состоянии машин можно делать только путем сложного скрупулезного анализа огромных объемов информации, что достижимо только высокопрофессиональными экспертами. Учитывая это, многие фирмы разрабатывают интеллектуальные экспертные системы (ИЭС) с помощью современных программных средств [7, 8].
Современные отечественные нормативные документы требуют оснащения грузоподъемных и целого ряда мобильных машин системами управления и контроля основных показателей режимов их работы. Реализация принципов параметрического диагностического мониторинга вполне возможна (на начальных этапах его развития) на базе уже существующих систем управления.
Сложившееся представление об управлении процессами технического сервиса конструктивно сложных технологических
и транспортных машин предполагает создание автоматизированных информационных систем различного назначения на всех стадиях жизненного цикла машин ( проектирование, производство, эксплуатация и утилизация). При этом становится необходимым использование интегрированных информационных сред с применением цифровых технологий представления знаний. Одна из проблем — автоматизация процессов технической эксплуатации машин, которая предполагает использование моделей и методов децентрализованного и распределенного интеллекта, объектно-ориентированного и ситуационно-ориентированного проектирования технологических процессов технического сервиса [8].
Создание подобных технологий в применении к проектированию и использованию автоматизированных адаптивных систем технического сервиса (ААСТС) технологических и транспортных машин в практической деятельности сервисных служб предполагает декомпозицию системы на уровни, обладающие определенной иерархической структурой и взаимодействующие с ресурсами, определяющими функциональные возможности ААСТС [1, 7].
В качестве примера, уровни проектирования ААСТС могут иметь декомпозицию следующего вида:
— 1-й уровень — административно-координирующий;
— 2-й уровень — контрольно-диагностический;
— 3-й уровень — эксплуатационно-технологический.
Обеспечение эффективного функционирования ААСТС в эксплуатации связано с необходимостью формирования интерактивных электронных технических регламентов (ИЭТР) с учетом и использованием соответствующей эксплуатационной документации (ЭД). ИЭТР должен представлять хорошо структурированный комплекс взаимосвязанных технических и технологических данных, требуемых на этапах эксплуатации машин при осуществлении их технического сервиса. Использование при техническом сервисе справочной и описа-
тельной информации о выполняемых процессах, представленной в интерактивной форме, обеспечивает визуализацию ИЭТР и более эффективное взаимодействие с пользователем (в зависимости от определенной роли исполнителя формируется программа действий и осуществляется ее интерактивное сопровождение) [2, 4].
ИЭТР функционально должен быть предназначен для решения комплекса из восьми задач технической эксплуатации машин:
1) обеспечение исполнителей работ технического сервиса справочными материалами об устройстве и принципах работы узлов и агрегатов машин;
2) обучение исполнителей работ технического сервиса правилам обслуживания и ремонта машин;
3) обеспечение исполнителей работ технического сервиса справочными материалами по выполнению регламентных работ.
4) обеспечение исполнителей работ технического сервиса информацией о технологии выполнения операций ТО и ремонта, потребности в необходимом оборудовании, инструментах и материалах, количестве и квалификации персонала;
5) выполнение дискретной по времени и/или непрерывной диагностики машин и поиска неисправностей;
6) подготовка и реализация автоматизированного заказа материалов и запасных частей;
7) планирование и учет проведения профилактических и ремонтных работ ( ТО, текущий плановый, текущий неплановый и капитальный ремонты);
8) формирование и регулирование информационных потоков обмена данными между уровнями ААСТС машин в эксплуатации.
Для обеспечения выполнения функций второго уровня иерархии ААСТС необходим следующий подход:
— мониторинг (непрерывное отслеживание) технического состояния агрегатов, узлов и элементов машин, отвечающих за безопасность их эксплуатации;
— периодическое диагностирование машин в целом и отдельных их агрегатов и узлов, в частности, с целью планирования и повышения эффективности профилактических и ремонтных воздействий [7].
Функции мониторинга могут поддерживаться современной элементной базой и средствами цифровых и информационных технологий. Современные машины уже имеют различные комплексы электронно-считывающих, электронно-накопительных и других устройств, позволяющих регистрировать, накапливать и передавать для обработки потоки информации о техническом состоянии агрегатов, узлов и отдельных элементов машин.
Современная проблемная ситуация объясняется, прежде всего, отсутствием аналитического аппарата и программных средств для анализа и обработки сформированных потоков диагностической информации.
В результате предварительного анализа потребностей в реализации принципов диагностического мониторинга выявлено несколько уровней сложности создаваемых программных средств [7].
Первый (низший) уровень включает программные средства, предназначенные для формирования баз данных результатов диагностического мониторинга, а также для автоматизации формирования оценок технического состояния составных частей машин по нормативным значениям контролируемых параметров. Это наиболее простые и дешевые программные средства.
Второй уровень включает диагностические системы с программными средствами, использующими принцип заданных «порогов опасности». Такие программные средства должны обладать некоторыми признаками и элементами интеллектуальных систем.
Третий уровень — программный комплекс, который должен обеспечивать возможность использования систем диагностического мониторинга, предназначенных не только для обработки характеристик и параметров функционирования машин, но и анализировать параметры режимов ра-
боты с учетом временных характеристик и условий эксплуатации машин. Для оценки сложности отказа программный комплекс должен иметь файлы «спектр неисправностей» и файлы, формирующие протокол сообщений пользователю.
Четвертый уровень программных средств реализации принципов диагностического мониторинга — интеллектуальные экспертные системы. Такие системы предполагают использование диагностических правил для каждого из объектов контроля. Система формируется в виде пакета программ, в которых используются логические схемы получения оценок технического состояния в различных точках контроля. Система должна не только распознавать все возможные неисправности, но и выдавать рекомендации, о действиях в каждом конкретном случае. Важнейшей особенностью интеллектуальных экспертных систем является то, что они могут использовать усложненную логику для определения диапазонов изменения контролируемых
параметров и позволяют обрабатывать данные диагностического мониторинга по всей машине в целом, а не по каждому элементу в отдельности.
Предварительная оценка экономической эффективности использования систем диагностического мониторинга при организации технического сервиса технологических и транспортных машин (различных кранов, грузовых автомобилей, машин на пневмоколесном ходу) позволяет сделать вывод о том, что затраты на их технический сервис, по сравнению с системой пла-ново-предупре-дительных обслуживаний и ремонтов, сокращаются практически на 35...45 %. Даже с учетом пока еще значительной стоимости аппаратного и программного обеспечения диагностического мониторинга, срок его окупаемости оказывается уже вполне приемлемым для многих предприятий и фирм, эксплуатирующих технологические и транспортные машины различных типов.
Литература_
1. Ананьин А.Д., Михлин В.М., Габитов И.И. Диагностика и техническое обслуживание машин: М.: Академия, 2008. 432 с.
2. Ершов Д.Ю. Техническое диагностирование и методы контроля механических узлов в машиностроении // Молодой ученый. 2013. № 4. С. 62-64.
3. Костюков В.Н., Костюков А.В. Мониторинг состояния оборудования в реальном времени // Контроль. Диагностика. 2010. № 3. С. 43-50.
4. Маколов К.В. Бортовая система контроля изменения технического состояния строительных и дорожных машин // Молодёжь и наука: матер. VI Всерос. науч.-техн. конф. Красноярск: Сибирский федеральный ун-т, 2011.
5. Михлин В.М. Прогнозирование технического состояния машин. М.: Колос, 1976. 288 с.
6. Озорнин С.П. Технический сервис мобильных машин: стратегия ситуационно-комбинированного обслуживания: монография Чита: ЧитГУ, 2004. 250 с.
7. Озорнин С.П., Тонких А.А. Использование мониторинга технического состояния мобильных машин при управлении адаптивными системами их
_References
1. Ananin A.D., Mikhlin V.M., Gabitov I.I. Di-agnostika i tehnicheskoe obsluzhivanie mashin [Diagnosis and maintenance of machinery]. Moscow: Academy, 2008.432 p.
2. Ershov D.U. Molodoy ucheniy (Young scientist). 2013, no 4. P. 62-64.
3. Kostyukov V.N., Kostyukov A.V. Kontrol. Di-agnostika (Control. Diagnostics), 2010, no 3. P. 4350.
4. Makolov K.V. Molodezh i nauka (Youth and science): Collection of the VI Russian scientific and technical conference of students and young scientists. Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2011.
5. Mikhlin V.M. Prognozirovanie tehnicheskogo sostoyaniya mashin [Prediction of machines' technical state]. Moscow: Kolos, 1976. 288 p.
6. Ozornin S.P. Tehnicheskiy servis mobilnyh mashin: strategiya situatsionno-kombinirovannogo obsluzhivaniya [Technical service of mobile machines: situationally combined service]: monograph. Chita: Chita State University, 2004. 250 p.
7. Ozornin S.P. Informatsionnye tehnologii, sistemy i pribory v APK (Information technology, systems and devices in the agricultural sector) Ch. 1:
технического обслуживания и ремонта в эксплуатации // Информационные технологии, системы и приборы в АПК. Ч.1: материалы 4-й междунар. научно-практ. конф. «АГР0ИНФ0-2009» (Новосибирск, 14-15 октября 2009 г.) / Рос. акад. с.-х. наук, Сиб. регион. отд-ние, Сиб. физико-техн. ин-т аграр. проблем. Новосибирск, 2009. С. 244-248.
8. Озорнин С.П., Дубовский Д.В. Технологическое обеспечение жизненного цикла сервисных услуг при организации технического обслуживания и ремонта машин в эксплуатации / / Информационные технологии, системы и приборы в АПК. Ч.1: материалы 5-й междунар. научно-практ. конф. «АГРОИНФО-2012» (Новосибирск, 10-11 октября 2012 г.) / Рос. акад. с.-х. наук, Сиб. регион. отд-ние, Сиб. физико-техн. ин-т аграр. проблем. Новосибирск, 2012. С.254-260.
9. Озорнин, С.П., Якимов А.В. Совершенствование методики оценки остаточного ресурса металлоконструкций грузоподъемных машин // Механизация строительства: Научный журнал № 12. М., 2011. С. 8-10.
10. Техническая диагностика механического оборудования / В.А. Сидоров, В.М. Кравченко, В.Я. Седуш и др. Донецк: Новый мир, 2003. 125 с.
materials from the 4-th International Scientific and Practical Conference "AGROINFO-2009" (2009, 1415 October, Novosibirsk). Russian Agricultural Science Academy, Siberian regional office, SibFTI. Novosibirsk, 2009. P.244-248.
8. Ozornin S.P., Dubovsky D.V. Informatsion-nye tehnologii, sistemy i pribory v APK (Information technology, systems and devices in the agricultural sector) Ch. 1: materials from the 5-th International Scientific and Practical Conference "AGR0INF0-2012" (2012, 10-11 October, Novosibirsk). Russian Agricultural Science Academy, Siberian regional office, SibFTI. Novosibirsk, 2012. P. 254-260.
9. Ozornin S.P., Yakimov A.V. Mehanizatsiya stroitelstva (Mechanization in construction), no 12. Moscow, 2011. P. 8-10.
10. Tehnicheskaya diagnostika mehanicheskogo oborudovaniya [Technical diagnostics of mechanical equipment]; Sidorov V.A., Kravchenko V.M., Sedush V.Y. etc. Donetsk: New World, 2003. 125 p.
Коротко об авторах_
Озорнин С.П., д-р техн. наук, профессор, директор научно-образовательного центра проблем транспорта и сервиса машин ЗабГУ, профессор кафедры СДМ, г. Чита, Россия s.ozornin2013.s@ya.ru
Научные интересы: проблемы транспорта, производственно-технической эксплуатации машин, фирменного технического сервиса, безопасности машин
_Briefly about the authors
S. Ozornin, doctor of technical sciences, professor, Construction Equipment department director of research and educational center of transport and machines' service problems, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: problems of transport, production and technical operation of machines, company's technical service, safety of machinery
Бердников И. Е., аспирант, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия berdnikov_ie@mail.ru
Научные интересы: техническое диагностирование и мониторинг изменения состояния машин в эксплуатации
I. Berdnikov, postgraduate, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: technical diagnostics and monitoring of changes under condition of machines' operation
