Poszukiwanie dróg racjonalnej eksploatacji maszyn - PSZW · BOGDAN )ÓŁTOWSKI, TOMASZ KAŁACZY SKI POSZUKIWANIE DRÓG RACJONALNEJ EKSPLOATACJI MASZYN Streszczenie W pracy omówiono

BOGDAN ÓŁTOWSKI, TOMASZ KAŁACZY SKI

POSZUKIWANIE DRÓG RACJONALNEJ EKSPLOATACJI MASZYN

Streszczenie W pracy omówiono wybrane problemy eksploatacji maszyn, wspomaganej me-

todami diagnostyki technicznej i monitorowania stanu. Dotyczy to coraz cz ciej sys-temów mechatronicznych w uj ciu in ynierii diagnostyki. Przedstawiona problema-tyka tego opracowania znajduje swoje uzasadnienie w procesach destrukcji maszyn, towarzysz cych ka dej maszynie tu po jej wytworzeniu, a do likwidacji. Kształto-wanie si kosztów eksploatacji maszyn i ró norodno działa organizacyjnych w tym obszarze ró nicuj mo liwo ci stosowania znanych strategii eksploatacji. Rozwijaj ca si diagnostyka techniczna daje podstawy do racjonalnej eksploatacji maszyn w nowo tworzonych diagnostycznych systemach eksploatacji.

Słowa kluczowe: eksploatacja, diagnostyka techniczna, monitorowanie stanu, in ynieria diagnostyki

1. Wst pNauka zmierza do identyfikacji otaczaj cej nas rzeczywisto ci, tworz c now wiedz jako

wynik bada poznawczych, innowacyjnych, czy nawet awansowych. Z tego rosn cego zasobu wiedzy i umiej tno ci społecznej czerpie szeroko podsystem in ynierii, z cał gam rodków wsparcia informatycznego w badaniach, wytwarzaniu i u ytkowaniu, coraz bardziej mechatronicznych produktów i usług, ł cznie z rodz c si in ynieri wirtualn , si gaj c zwolna po symulacj całego cyklu ycia produktu i usługi.

Tak z du ym przybli eniem wygl da sfera całej działalno ci człowieka, gdzie tworzenie i przetwarzanie wiedzy ma istotne znaczenie w zapewnieniu warunków ycia i post pu. Społecze stwo wiedzy i technologie informatyczne, sporz dzone celem wypracowania wizji i misji przedsi biorstw opartych na wiedzy, w pierwszym rz dzie dotycz szkół wy szych, przedsi biorstw innowacyjnych, produkcyjnych i usługowych.

Tworzenie wiedzy w nauce wymaga pot nych baz danych, baz wiedzy i du ej mocy w twórczym przekształcaniu tej nowej wiedzy w dedykowane hierarchiczne bazy wiedzy, zorientowane na wielu u ytkowników, od samych twórców pocz wszy, a na normalnych obywatelach sko czywszy. Ka dy z nich chce dosta informacj u yteczn i zrozumiała dla siebie, aby si przekonał, i warto prowadzi i finansowa badania naukowe.

Na scen wkroczyły ju triumfalnie multimedia, technologia i sztuka high-tech, a nawet wirtualna rzeczywisto , a wszystko to jako udany efekt współpracy twórców kultury i twórczych in ynierów dostarczaj cych oprogramowanie i sensomotoryczn interakcj .

Systemy aktywno ci ludzkiej wytworzyły ju du o nowej wiedzy, pora wi c zatroszczy sio przechowywanie wiedzy w stanie nadaj cym si do dalszego wszechstronnego wykorzystania.Pora równie na jej kategoryzacj , indeksacj , kondensacj i hierarchizacj , a tak e digitalizacj ,

163

jako e nie cała wiedza jest dost pna w postaci cyfrowej i nie jest przechowywana w serwerach i innych no nikach. To jest wa ne zadanie dla wytwórców wiedzy, by całe nasze zasoby postawiw sieci, tworz c w ten sposób inteligencj rozproszon , nasz nowy umysł wiata, by przezhipertekst ł czy wszystko ze wszystkim, asocjacyjnie i hierarchicznie.

Ale to głównie sie – Internet sprawia, e wiedza jest dost pna w ka dym czasie i w ka dym miejscu, tworz c now cech wiedzy – sieciowo , wykorzystywan szeroko przez szybkie systemy wyszukiwania, daj c w efekcie biblioteki wirtualne, instytuty i centra wirtualne, tworz ce równie now wiedz .

W tak rozumiane zadania wpisuje si diagnostyka techniczna maszyn, w której coraz cz ciej mówi si o inteligentnych systemach diagnozowania stanowi cych podstaw podejmowanych racjonalnych decyzji eksploatacyjnych.

Na podstawie istniej cego stanu wiedzy w diagnostyce i technologiach informatycznych nale y opracowa metodologi prowadz c do wykorzystania nowoczesnych technik diagnozowania w proponowanych strategiach eksploatacji maszyn. Jest to mo liwe po analizie kosztów eksploatacji, rozpoznaniu struktury tych kosztów i wkomponowania tematyki diagnozowania w u ytkowanie maszyn.

2. In ynieria diagnostykiPatrz c na obecne trendy rozwojowe budowy i eksploatacji maszyn trzeba uzna , e

współcze nie ich jako zawarta jest głównie w sferze automatyzacji i miniaturyzacji oraz racjonalizacji kosztów.

Rola eksploatacji maszyn w gospodarce, na któr składaj si produkcja, dystrybucja i konsumpcja wi e si z zale no ciami wyst puj cymi w procesie pracy, gdzie umiejscowione sró nego typu maszyny i urz dzenia techniczne. W ka dym z wymienionych działów gospodarki wyst puje praca ludzi oraz maszyn i urz dze . Jest to społeczne miejsce pracy uprzedmiotowionej i zwi zane z ni procesy eksploatacji. Zapewnienie wyrobom odpowiedniej jako ci i efektywno ci jest istotnym zagadnieniem w rozwoju produkcji i procesu techniki, dlatego te coraz wi cej problemów stwarzaj zmiany wła ciwo ci obiektu znacz co wpływaj ce na ww. cechy. Problematyka identyfikacji stanu dynamicznego maszyn z jej opisem modelowym i ró nymi metodami badawczymi tych modeli jest umocowana w konstruowaniu i eksploatacji współczesnych maszyn i urz dze technicznych.

Zakres bada w dziedzinie metodologii badania stanu dynamicznego maszyn aktualnie obejmuje takie zagadnienia, jak: modelowanie stanu dynamicznego, ródła informacji, sygnały i symptomy stanu dynamicznego, zasady szczegółowych metod identyfikacji, eksperymenty diagnostyczne, wspomaganie bada technologiami informatycznymi oraz organizacyjne i ekonomiczne aspekty utrzymania maszyn w stanie zdatno ci.

Procesy destrukcji systemów technicznych wymuszaj potrzeb nadzorowania zmian ich stanu, szczególnie na etapie eksploatacji. Metody i rodki nowoczesnej diagnostyki technicznej snarz dziem diagnozowania ich stanu technicznego, co umo liwia racjonaln i bezpieczn ich eksploatacj .

Współczesny rozwój automatyzacji i informatyki w zakresie sprz tu i oprogramowania stwarza nowe mo liwo ci realizacji systemów diagnozowania i monitorowania coraz bardziej zło onych konstrukcji mechatronicznych. Te nowe mo liwo ci s zwi zane z nowymi

Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 48, 2011

164 Bogdan ółtowski, Tomasz Kałaczy ski

Poszukiwanie dróg racjonalnej eksploatacji maszyn

konstrukcjami czujników inteligentnych, modułowego oprogramowania oraz modułów komunikacji i wymiany danych.

W tej pracy przedstawiono wybrane problemy racjonalizacji kosztów eksploatacji maszyn w aspekcie nowoczesnego stosowania metod diagnozowania i monitorowania zmian stanu systemów mechatronicznych – w uj ciu in ynierii diagnostyki. Poj cie in ynierii diagnostykijest rozumiane jako całokształt problemów praktycznych i teoretycznych zwi zanych z projektowaniem, budow i eksploatacj obiektów technicznych, biotechnicznych o wymaganej niezawodno ci. Ogólnie przez in ynieri rozumie si : dział nauk zwi zanych z przekształcaniem wybranego fragmentu rzeczywisto ci materialnej – przekuwanie teorii w praktyk działania. Poj ciem komplementarnym in ynierii diagnostyki jest poj cie teorii diagnostyki, która zajmuje si całokształtem problemów teoretycznych i praktycznych wyst puj cych w omawianej dziedzinie wiedzy.

Problematyk in ynierii diagnostyki zajmuj si przede wszystkim in ynierowie diagnostyki technicznej, in ynierowie wiedzy, matematycy z obszaru teorii sygnałów, fizycy teoretyczni i eksperymentalni. Suma ich wiedzy i do wiadczenia jest gwarancj tego, e u ytkowane obiekty techniczne s niezawodne i trwałe oraz bezpieczne dla człowieka i rodowiska.

3. Degradacja stanu maszynCi gły post p techniczny, lepsza organizacja i wdra ane nowoczesne metody zarz dzania

wymagaj posiadania bardziej precyzyjnej informacji w obszarze nadzoru zmieniaj cego si stanu coraz bardziej skomplikowanych maszyn. Widoczne jest tu powi zanie istniej ce pomi dzy otrzymywan informacj a stopniem doskonalenia działalno ci technicznej i ekonomicznej, wyra aj ce si u yteczno ci informacji, jej warto ci albo cenno ci. Wiele informacji o sposobach opisu i badania destrukcji maszyn przedstawiono w opracowaniach wcze niejszych autora [7,8,9,11], co pozwala na sygnalne tylko wskazanie głównych elementów tego zagadnienia.

W badaniach i opisie degradacji stanu obiektów posługujemy si modelami: fizycznymi lub symbolicznymi, które s przedstawieniem fizycznym lub my lowym badanego oryginału. Modele symboliczne dzieli si na logiczne i matematyczne (modele uogólnienia, interpretacji i analogii), natomiast w ród modeli fizycznych (strukturalne, funkcjonalne i mieszane) mo na wyró nimodele mechaniczne, elektryczne, cieplne itd. Z modelowaniem wi e si bardzo ci le symulacja (fizyczna lub symboliczna), któr stosujemy wówczas, gdy nie mo liwo ci badania oryginału. Umo liwia ona opis oryginału, genezowanie i prognozowanie zachowania si oryginału oraz nauczanie aktualnej teorii odnosz cej si do oryginału.

W in ynierii mechanicznej rozwijaj ca si diagnostyka techniczna potrafi nadzorowapost puj c destrukcj maszyny w całym cyklu jej ycia. Kształtowanie i ocena jako ci maszynwi e si ci le z konieczno ci utrzymania na odpowiednim poziomie ich cech u ytkowych w okre lonych warunkach eksploatacji. Cechy te, spełniaj ce wymogi reprezentatywnych dla stanu obiektu, winny by okre lone ju na etapie warto ciowania i konstruowania, a weryfikowane podczas wytwarzania i eksploatacji.

Do wyró nienia, oceny i podtrzymywania cech u ytkowych wykorzystuje si : – mo liwo ci diagnostyki technicznej, w tym konstruowanie diagnostyczne, ocen jako ci wytwo-rów, diagnostyk eksploatacyjn , metody i rodki diagnostyki technicznej, – wspomaganie bada diagnostycznych technik informatyczn ;

165

– badania niezawodno ci maszyn w fazach: przedprodukcyjnej, produkcyjnej i poprodukcyjnejprzy wykorzystaniu programowanych bada stanowiskowych, modelowania czynników wymusza-j cych, wspomagania komputerowego bada niezawodno ci; – metodologi kształtowania „jako ci” maszyn przez „jako ciowy system sterowania przedsi bior-stwem” z uwzgl dnieniem kryteriów norm jako ci EN serii 29 000; – mo liwo ci regeneracji cz ci maszyn, w tym regeneracj wielokrotn , badania zm czeniowei modelowanie obci e cz ci regenerowanych, nowe techniki i technologie odtwarzania jako ci cz ci maszyn; – badania technologiczno ci obsługowej i naprawczej maszyn, kształtowanie intensywno ci sta-rzenia i zu ywania si elementów maszyn, kształtowanie podatno ci oraz ocen efektywno ci eks-ploatacji maszyn.

Powy sze grupy tematyczne stanowi obszar zainteresowa w zakresie metod i metodologii kształtowania i podtrzymywania jako ci u ytkowanych maszyn, który jest uwarunkowany dyna-micznym rozwojem nast puj cych zagadnie [20]: – modelowania obiektów (strukturalnego, symptomowego, energetycznego),– metod diagnozowania, genezowania i prognozowania,– podatno ci diagnostycznej (przyjazne metody i obiekty),– budowy ekonomicznych i dokładnych rodków badania,– badania mo liwo ci eksperymentów w kolejnych fazach istnienia maszyny,– metod oceny efektywno ci zastosowa metod badawczych,– metodologii projektowania i wdra ania układów pomiarowych,– metod sztucznej inteligencji w badaniach.

Zakres wiedzy niezb dnej do prawidłowego rozwoju diagnostyki technicznej obejmuje: wie-dz o obiektach, modelowanie, identyfikacj , symulacj zachowa , nauk o sygnałach i sympto-mach, teori eksperymentu, teori decyzji, elementy sztucznej inteligencji, nowoczesne technolo-gie informatyczne.

Problemy główne diagnostyki maszyn obejmuj : • pozyskiwanie i przetwarzanie informacji diagnostycznej;• budow modeli lub relacji diagnostycznych;• wnioskowanie diagnostyczne i warto ci graniczne;• klasyfikacj stanów maszyny;• genezowanie i prognozowanie,• przewidywanie czasu kolejnego diagnozowania;• obrazowanie informacji decyzyjnych.Diagnostyka techniczna rozwija si w dwu kierunkach: teorio – poznawczym oraz technolo-

giczno – u ytkowym. Pierwszy kierunek daj cy odpowied – jak najlepiej bada obiekt? – obejmu-je zagadnienia:

• opracowywanie metod badania stanu obiektu (budowa, funkcjonowanie, procesy fizyko-chemiczne, modele generacji sygnałów);

• planowanie procesów diagnostycznych (uogólnienia z formalizacj : opisu, działa dia-gnostycznych, metod optymalizacji – modele diagnostyczne, programy diagnostyczne,zbiory sprawdze ).




Drugi kierunek – czym bada ? – obejmuje problemy optymalizacji systemu diagnostycznego (siły i rodki do realizacji procesu badania), które s analizowane znacznie rzadziej. Obejmujone: organizacj struktury kontrolno-pomiarowej, stałe i zmienne programy diagnozowania, dobór metod i urz dze pomiarowych, okre lenie relacji ko cowych, sposobu prezentacji itp.

Zatem: system diagnostyczny staje si obiektem oddzielnych rozwa a , a wła ciwo ci diagnostyczne takich systemów wymagaj opracowania i opisu (z formalizacj matematyczn ). Diagnostyka techniczna w zastosowaniach praktycznych wymaga rozwi zania wielu zagadnie , m.in.:

• potrzeba i uzasadnienie wdro e diagnostyki technicznej;• organizacja systemu diagnostycznego (DSEM),• zarz dzanie i systemy jako ci w diagnostycznym systemie eksploatacji (TQM, QFD,

TPM, MAXIMO),• nowoczesne technologie informatyczne (ISZOT),• modelowanie systemów eksploatacji z diagnozowaniem i ocen ryzyka.Przedstawione mo liwo ci diagnostyki w zakresie nadzorowania zmienno ci stanów maszyn

(zmian jako ci degradacji stanu) s podstaw metody obsługiwania maszyn według stanu technicznego. Doskonalenie tej przyszło ciowej strategii opiera si o nowe, skuteczne metody diagnozowania stanu maszyn, o opracowania pokładowych i stacjonarnych układów diagnostycznych, wspieranych technik komputerow i dokonaniami sztucznej inteligencji [2,7,20].

4. Strategie eksploatacjiWspółcze nie pod poj ciem "eksploatacja" rozumie si zespół celowych działa

organizacyjno – technicznych i ekonomicznych ludzi z urz dzeniami technicznymi oraz wzajemne relacje wyst puj ce mi dzy nimi od chwili przej cia urz dzenia do wykorzystania zgodnie z przeznaczeniem, a do jego utylizacji po likwidacji.

Działalno eksploatacyjna przebiega w obr bie logistyki, w ramach ró nych systemów produkuj cych rozliczne dobra i wiadcz cych przeró ne usługi. Systemy te s na ogół zło one i wydzielenie w nich podsystemu eksploatacji wcale nie jest łatwe. Eksploatacja maszyn zajmuje si syntez , analiz i badaniem systemów eksploatacji, a w szczególno ci zagadnieniami procesów u ytkowania i obsługiwa technicznych maszyn i urz dze wyst puj cych w tych systemach. Strategia eksploatacyjna polega na ustaleniu sposobów prowadzenia u ytkowania i obsługiwania maszyn oraz relacji mi dzy nimi w wietle przyj tych kryteriów.

W literaturze znane s nast puj ce strategie eksploatacji maszyn: • według niezawodno ci,• według efektywno ci ekonomicznej,• według ilo ci wykonanej pracy,• według stanu technicznego,• autoryzowana strategia eksploatacji maszyn.

Najcz ciej w oparciu o jedn z powy szych strategii buduje si system eksploatacji przedsi biorstwa, przy czym elementy pozostałych strategii s cz sto jego uzupełnieniem. W praktyce przemysłowej wyst puj wi c najcz ciej strategie eksploatacji mieszane, dostosowane do wymaga i warunków eksploatowanych maszyn.

167

Systemy eksploatowanych maszyn s coraz cz ciej mechatroniczne i ich rozwój, jako ko-lejny etap rozwoju jako ci konstrukcji maszyn, wi si ci le z rozwojem cybernetyki i ogólnej teorii systemów oraz teorii informacji i zarz dzania. Zajmuj si one tymi systemami od strony zło ono ci relacji, sieci i sprz e zwrotnych wewn trz systemowych, mechanizmów stabilno ci, dynamiki, samoregulacji, procesów gromadzenia i przetwarzania informacji. Mechatronika staje si przedpolem rozwoju bioniki, która bada zasady budowy i funkcjonowania systemów biologicznych w celu mo liwo ci konstruowania mechanizmów, maszyn i urz dze technicznych, których charakterystyki zbli one s do charakterystyk ywych systemów. Obok mechatroniki, biomechaniki, bioenergetyki i neurobioniki rozwija si bioelektronika, umo liwiaj ce przewidywa powstawanie mieszanych systemów technicznych składaj cych z cz ci me-chanicznej, elektronicznej i organizmu ywego. Tym wyzwaniom winna sprosta w przyszło ci racjonalna eksploatacja i diagnostyka techniczna, dla których nale y przewidzie ju teraz nowe wyzwania.

Monitorowanie stanu obejmuje: detekcj uszkodze , lokalizacj uszkodze , identyfikacjuszkodze , wykrywanie powrotu do stanu zdatno ci, wizualizacj i archiwizacj diagnoz, modyfikacj zbioru uszkodze , symptomów i cech stanu.

Systemy monitorowania stanu mog składa si z kilku poziomów[8]: • poziom czujników pomiarowych – przetwarzaj ró norodne wielko ci procesowe (tempe-

ratura, napi cie, pr d, moc, ci nienie, drgania itp.) na sygnał elektryczny;• poziom sterowników PLC – sterowniki PLC mog tworzy ró ne struktury, w których je-

den z nich mo e zarz dza prac innych, co umo liwia tworzenie rozbudowanych struk-tur pomiarowo-kontrolnych;

• poziom poł czenia sterowników PLC z systemami komputerowymi – za pomoc sieciprzemysłowych lub sieci lokalnych;

• poziom stacji danych – gdzie gromadzi si dane i mo liwe jest przetwarzanie wielu war-to ci pomiarowych;

• poziom sieci lokalnych – umo liwia ł czenie stacji klienckich ze stacj danych, pozwala-j c na dost p do danych procesowych ze stacji roboczych zlokalizowanych w ró nychmiejscach danej organizacji;

• poziom stacji klienckich prezentuj cych warto ci pomiarowe w postaci obrazów synop-tycznych.Diagnostyka techniczna swym zakresem obejmuje całokształt działa , zwi zanych z:

• obserwacj diagnostyczn obiektów,• przetwarzaniem danych zgromadzonych w procesie obserwacji diagnostycznej w celu

uzyskania danych wej ciowych do procesu wnioskowania diagnostycznego,• prowadzeniem ró norodnych eksperymentów numerycznych wspieraj cych wnioskowa-

nie diagnostyczne,• prewencj diagnostyczn , której wynikami mog by plany odpowiednich działa przy-

wracaj cych pełn u yteczno diagnozowanym obiektom oraz inne działania o charakte-rze naprawczym i koryguj cym (np. plany szkole personelu, modernizacja u ytkowa-nych maszyn i technologii itp),

• udost pnianiem wyników badania diagnostycznego odpowiedniemu gronu adresatów,a zwłaszcza osobom zarz dzaj cym eksploatacj danej grupy rodków technicznych.




Czynnikiem ł cz cym wszystkie te kroki w jedn cało s nowoczesne technologie informatyczne. Nowym podej ciem w diagnostyce obiektów technicznych jest diagnostyka obiektowa, oparta na nowoczesnych technologiach informatycznych, z wykorzystaniem metod sztucznej inteligencji. Takie podej cie jest niezwykle istotne dla maszyn krytycznych, mobilnych obiektów w ruchu ii, wymagaj cych wr cz samodiagnozowania, samonaprawy itd.

Stan aktualny rozwoju eksploatacji i diagnostyki technicznej systemów mechatronicznych jest zaledwie pocz tkiem wielu nowych, nie zawsze jeszcze do ko ca znanych wyzwamerytorycznych i metodycznych. Systemy monitoruj ce takich systemów oparte s na czujnikach zmian stanu ródeł cz stkowych, czujnikach inteligentnych, układach zbierania informacji i stacji operatorskiej [8].

Systemy monitorowania stanu maszyn s stosowane jako niezb dny element wyposa enia zło onych maszyn, zabezpieczaj cy przed wyst pieniem niespodziewanych uszkodze lub awarii. Rozwi zania algorytmiczne tych systemów organizuj proces akwizycji, porz dkowania i przetwa-rzania danych pomiarowych według przyj tych reguł, wspomagaj c klasyfikacj stanów, b dwspomagaj cych podejmowanie decyzji diagnostycznych. Rozwi zania sprz towe okre lajwielokanałowe układy pomiarowe współpracuj ce z dowolnymi czujnikami, układy kontroli własnych obwodów pomiarowych, ł cza integruj ce oczujnikowanie z ró nymi przetwornikami i układami wykonawczymi, okre laj cymi sytuacje zagro eniowe, alarmowe lub wył czeniowe [2,6].

Wybór racjonalnej strategii eksploatacji dla takich nowoczesnych maszyn jest wielokryterialny i głównie jednak oparty na kosztach eksploatacji.

5. Koszty eksploatacji maszyn i urz dze technicznychPrzedsi biorstwo prowadz ce polityk eksploatacyjn polegaj c na sterowaniu stanem

zdatno ci maszyn i urz dze powinno post powa w taki sposób, by uzyskiwa optymalne efekty. Najcz ciej stosowanym kryterium optymalizacyjnym jest koszt eksploatacyjny, rozumiany jako suma uogólnionych nakładów na u ytkowanie i obsługiwanie pojazdów. Podstawy racjonalnej eksploatacji maszyn, szczegółowo omówione we wcze niejszych pracach autora [11,12,13,14,15,16,17,18,19,20], ujmuj modelowo kształtowane koszty eksploatacji i diagnozowania stanu maszyn. Ogólnie, koszty Cts eksploatacji maszyn i urz dzew przedsi biorstwie okre la wyra enie:

tntpts CCC += (1) gdzie:

Ctp – koszty eksploatacji maszyn i urz dze zale ne od czasu pracy; Ctn – koszty eksploatacji maszyn i urz dze niezale ne od ilo ci pracy.

Badaj c struktur tych kosztów mo na zdefiniowa racjonalny system eksploatacji wraz z projektem zaplecza obsługowego, niezb dnego dla utrzymania stanu zdatno ci.

W wyniku przeprowadzonych bada otrzymano warto ci pozwalaj ce na okre lenie poziomów kosztów eksploatacyjnych oraz na porównanie efektywno ci i realizacji zada przez maszyny i urz dzenia techniczne.

W okre leniu kosztów eksploatacji samochodów w przedsi biorstwie transportowym rozumianym jako suma kosztów zale nych od przebiegu i kosztów niezale nych od przebiegu

169

jedynie koszty eksploatacji samochodów zale nie od przebiegu odzwierciedlaj faktyczny stan techniczny pojazdu. Tak wi c koszty napraw b d ce zarazem główn składow kosztów eksploatacji pojazdów zale nych od przebiegu maj c du y wpływ na warto ci tych kosztów. W zwi zku z powy szym uzasadnione jest wykonywanie bada eksploatacyjnych pojazdów samochodowych d cych do uzyskania informacji diagnostycznej o stanie pojazdu na bazie kosztów napraw.

Do bada eksploatacyjnych pojazdów samochodowych wytypowane zostały najstarsze pojazdy w taborze przedsi biorstwa transportowego posiadaj cego 63 zestawy ci gników siodłowych i naczep. Badania eksploatacyjnym dotyczyły jedynie ci gników siodłowych dwóch marek MERCEDESA BENZ oraz IVECO. Z uwagi na ograniczona liczb Mercedesów w badaniach brały udział wszystkie pojazdy w liczbie 5 sztuk oraz 20 sztuk Iveco. Pojazdy były tak dobierane aby z przebiegu napraw uzyska relatywnie najwi cej informacji dlatego tez zostały wybrane jednostki o mo liwie zbli onym okresie eksploatacyjnym. Rok produkcji pojazdów waha si od 1997 do 1999 roku a wiec warunek mo liwo ci reprezentacyjnego wnioskowania o własno ciach eksploatacyjnych został spełniony.

Po przeanalizowaniu dokumentacji zwi zanej z kosztami napraw pojazdów wygenerowany został ci le z tym zwi zany podział pojazdu na nast puj ce układy: H – hamulcowy, Ko – komfortu kierowcy i pasa era, N – nadwozie, E – elektryczny, Z – zasilania, K – kierowniczy, Na – nap dowy, J – jezdny, P – pneumatyczny, R – rozruchowy, S – smarowania, W – wydechowy,Ch – chłodzenia, Za – zawieszenia, Sp – sprz gło.

Dzi ki takiemu podziałowi mo liwe jest przyporz dkowanie poszczególnych elementów, które uczestniczyły w naprawie do poszczególnych układów, a w rezultacie oszacowanie wpływu poszczególnych układów na koszty napraw w zale no ci od przebiegu pojazdu oraz czasu eksploatacji. Takie zestawienie warto ci kosztów napraw pozwoli na porównanie dwóch marek pojazdów w aspekcie kosztów eksploatacyjnych oraz wskazał na jakie układy nale y zwracaszczególna uwag podczas eksploatacji tych pojazdów.

Na potrzeby tych bada została wygenerowania poni sza karta informacyjna, która uwzgl dnia czas wykonywanej naprawy, przebieg pojazdu, rodzaj naprawy oraz koszt naprawy.

CZAS NA-PRAWY

PRZEBIEG RODZAJ NAPRAWY UKŁAD KOSZT

Tak wygenerowana forma opisu procesu u ytkowania pojazdu pozwala na uzyskanie rzetelnych danych odno nie kosztów eksploatacyjnych pojazdy zale nych od przebiegu. Czas naprawy jest w tych badaniach odzwierciedleniem dni, w których pojazd znajdował si w stanie niezdatno ci.

Do poj cia rodzaju naprawy przyporz dkowano wszystkie naprawy, wymiany elementów oraz wszystkie obsługi zwi zane z eksploatacj pojazdy. Koszty obsługiwa nie s stałe poniewanie zawsze istnieje potrzeba wykonania danej czynno ci, gdy cz sto diagnozowanie i weryfikacja jako ci stwierdza zbyteczno pewnych, oczywistych działa obsługowych (np. nie ma potrzeby na uzupełnienia oleju hydraulicznego w układzie hamulcowym lub wymiany okładzin lub klocków hamulcowych itd.). W celu uproszczenia statystyki uzyskanych danych poni ej zaprezentowano




u rednione warto ci wyników bada dla 5 pojazdów marki Mercedes oraz wyniki podobnych bada otrzymanych dla grupy pojazdów marki Iveco.

Na rysunku 1 przedstawiono graficznie liczby dni po wi cone na wykonywanie napraw dla poszczególnych lat eksploatacji pojazdów Mercedes.

Rysunek 1. Dni wył czonej eksploatacji pojazdów Mercedes ródło: Opracowanie własne.

Rejestrowane w przedsi biorstwie koszty obsługiwania i napraw za lata 1997 2005, w uj ciu sumarycznym przedstawiono na rysunku 2.

Rysunek 2. Suma kosztów napraw w poszczególnych latach eksploatacji ródło: Opracowanie własne.

Procentowy udział kosztów poszczególnych napraw układów w całkowitych kosztach eksplo-atacji przedstawiono na rysunku.3.

0

20

40

60

80

100

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

rok eksploatacji

dni w

nap

raw

ie

0

5000

10000

15000

20000

25000

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

rok eksploatacji

kosz

ty n

apra

w zł

171

Rysunek 3. Struktura kosztów eksploatacji pojazdów marki Mercedes w latach 1997–2005 ródło: Opracowanie własne.

Wyniki bada zestawione w podobnej strukturze dla pojazdów grupy Iveco tego samego przedsi biorstwa za lata 1999–2005 przedstawiono na kolejnych rysunkach.

Rysunek 4. Przedstawienie graficzne liczby dni po wi conych na wykonywanie napraw pojazdów Iveco w poszczególnych latach eksploatacji

ródło: Opracowanie własne.

Rysunek 5. Suma kosztów napraw pojazdów Iveco w poszczególnych latach eksploatacji

9%

21%

13%

6%

10%

3%2%

7% 9%

4%

5%

3%

5%

1%

2%

Ko

E

N

S

Z

K

Na

P

H

Ch

W

J

Za

Sp

R

9%21%13%6%10%3%2%7%9%4%5%3%5%2%1%

0

10

20

30

40

50

60

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

rok eksploatacji

dni w

nap

raw

iie

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

rok eksploatacji

kosz

ty n

aprw

zł




Rysunek 6. Procentowy udział kosztów napraw poszczególnych układów pojazdów Iveco w całkowitych kosztach eksploatacyjnych

Poni sze grafy przedstawiaj porównanie dwóch marek pojazdów Mercedesa z Iveco w aspekcie czasu napraw i ich kosztów.

Rysunek 7. Porównanie przestojów i kosztów napraw badanych grup pojazdów ródło: Opracowanie własne.

Porównuj c u rednione warto ci otrzymane podczas wykonywania bada eksploatacyjnych wskazuj , e pojazdy Iveco przebywały w stanie niezdatno ci około 37 dni w roku, a pojazdy mercedesa 75 dni. A wi c na bazie ilo ci dni w naprawie wła ciwe jest wnioskowanie, i pojazdy Iveco stanowi grup pojazdów o wi kszej niezawodno ci

Analiza u rednionych kosztów napraw jakie przedsi biorstwo transportowe ponosi to odpowiednio kwota 16 ty dla Mercedesa oraz 10 ty dla Iveco, co stanowi podstaw do wnioskowania o wi kszej niezawodno ci pojazdów marki Iveco.

Procentowym udział wyodr bnionych układów wyra nie kształtuje si dominacja układu elektrycznego, który stanowi około 20 % wszystkich napraw zarówno w Iveco jak i w Mercedesie.

Porównuj wpływ innych układów na obraz własno ci eksploatacyjnych pojazdów nasuwa siwniosek, i Mercedesy lepiej jednak wypadały w układach zwi zanych z przeniesieniem nap du.

9%

20%

9%

3%

7%

3%

8%

5%11%

3%5%

5%

3%5%

4%

Ko

E

N

S

Z

K

Na

P

H

Ch

W

J

Za

Sp

R

9%20%9%3%7%3%8%5%11%3%5%5%3%5%4%

0

20

40

60

80

Czas napraw dni

Mercedes-Benz 74,64

IVECO 37,30555556

1 0

5000

10000

15000

20000

Koszty napraw zł

Marcedes-Benz 16274,2208

IVECO 10310,54472

1

173

Z kolei pojazdy marki Iveco lepiej radz sobie z nierówno ciami na drogach oraz z ładowno cipojazdu, gdy zawieszenie tych pojazdów miało mniejszy wpływ na ogólne koszty napraw.

Reasumuj c układy tych pojazdów nie ró ni si znacz co warto ciami udziałów procentowych w kosztach napraw, jednak e o ile z udziałów tych nie mo na bezpo rednio wywnioskowa , która marka pojazdów jest lepsza pod wzgl dem kosztów eksploatacyjnych zwi zanych z napraw – dlatego te w celu ostatecznego porównania tych pojazdów wykonano zestawienie porównawcze kosztów napraw i czasu napraw.

Skonfrontowanie tych warto ci w oparciu o dane rzeczywiste i wywiady rodowiskowe pozwala twierdzi , e pojazdy Iveco stanowi lepsze obiekty eksploatacyjne w porównaniu z Mercedesami.

Obecnie obserwuje si w niemal wszystkich dziedzinach informatyki d enie do stosowania technologii obiektowych. Zło ono rozwi zywanych problemów, dalej silne zdeterminowanie czasowe i kosztorysowe wywołały w zasadzie masowe przej cie do obiektowego postrzegania zada koncepcyjnych i projektowych, maj cych szerokie zastosowanie w monitorowaniu stanu. Proces modelowania rzeczywistych, bardzo zło onych systemów eksploatacji, zdaniem wielu autorów, powinien by prowadzony zgodnie z konwencj obiektowo ci, co mo e przyniewymierne korzy ci w procesie analizy i okre lania potrzeb modernizacyjnych [6,8,11].

Podej cie obiektowe ma szereg zalet, do których mo na zaliczy : • dost pno narz dzi programistycznych i obszernych bibliotek;• mo liwo wielokrotnego u ycia kodów programu;• wierne i przyst pne poj ciowo odzwierciedlenie zdarze i procesów zachodz cych w rzeczywi-stym obiekcie; • stosunkowo łatwe modernizowanie prawidłowo zaprojektowanych systemów.

Najnowsze tematy w obszarze diagnostyki technicznej wspomagaj cej eksploatacj maszyn, to [8,20]: 1. nowoczesne metody przetwarzania sygnałów;2. wielowymiarowa diagnostyka maszyn;3. analiza numeryczna i metody synchroniczne;4. diagnostyka energetyczna;5. diagnostyka przez identyfikacj ;6. diagnostyka wg modelu;7. elementy sztucznej inteligencji w diagnostyce;8. nowoczesne technologie informatyczne w diagnostyce;9. projektowanie komputerowych systemów diagnostycznych;10. inteligentny agent diagnostyczny.

6. PodsumowanieProblematyka podj ta w tej pracy dotyczy podstawowej wiedzy z zakresu podstaw in ynierii

diagnostyki maszyn, traktowanych jako głównych zagadnie poprawno ci pracy maszyn, stanowi cych szczególne zagro enie dla ludzi, rodowiska i jako ci produkcji. Na obecnym etapie rozwoju teorii eksploatacji – diagnostyka jest czynnikiem niezb dnym dla utrzymania wymaganej gotowo ci i zdatno ci zadaniowej nadzorowanych maszyn oraz do zapewnienia racjonalnej ich eksploatacji. Nie bez znaczenia s te podniesione w tym opracowaniu zagadnienia dziedzin




pokrewnych, ci le zwi zanych z utrzymaniem maszyn w zdatno ci, kształtowania jako ci maszyn w procesie konstruowania i wytwarzania metodami wirtualnymi.

Ci głe monitowanie kosztów obsługiwani i napraw b d cych integraln cz ci kosztów eksploatacji zale nych od czasu pracy pozwoli na wskazanie słabych ogniw eksploatacyjnych w badanych maszynach, co warunkuje rozpoznanie stanu i jego prognozowanie metodami diagnostyki technicznej. To prowadzi wprost do nowoczesnej strategii eksploatacji – według stanu technicznego.

Do podstawowych stwierdze tego opracowania nale y zaliczy : 1. potrzeb wprowadzania nowoczesnych strategii zarz dzania do przedsi biorstw jako: zarz -

dzanie przez jako , zarz dzanie bezpiecze stwem, zarz dzanie rodowiskiem;2. nadrz dn rol informacji (badania diagnostyczne) w sterowaniu przedsi biorstwem;3. potrzeb nowych technologii w zakresie metod monitorowania i transformacji informacji do

decydentów (jaka, ile, kiedy, w jakiej postaci, na jaki szczebel);4. wyró nienie zarz dzania systemem eksploatacji maszyn w systemie logistycznym zakładu,

a w nim miejsca na monitorowanie i badania diagnostyczne (przyszło DT);5. potrzeb opracowania dokumentacji funkcjonowania DT w systemie zarz dzania jako ci ,

bezpiecze stwem, rodowiskiem ii.Od strony bada diagnostycznych pojawia si potrzeba wykorzystania modelowego opisu,

bezpo rednio odpowiedzialnego za zmiany stanu obiektów. Powstaj ce w ten sposób ewolucyjne modele diagnostyczne winny doskonali metodologi i wnioskowanie diagnostyczno – eksploatacyjne oraz indywidualizowa metody i rodki diagnostyki technicznej.

Tre ci tej pracy inspiruj do dalszej wyt onej pracy w tematyce in ynieria eksploatacji maszyn, szczególnie w zakresie praktycznych wdro e diagnostyki technicznej maszyn, doskonalenia metodologii bada diagnostycznych, jak i sposobów liczenia efektów ekonomicznych, a wi c zagadnie racjonalnej eksploatacji maszyn.

Podstawowa wiedza z zakresu metodyki wprowadzania nowoczesnej diagnostyki maszyn do przemysłu ukazuje mo liwo ci, korzy ci i ograniczenia tego przedsi wzi cia. Daje tedecydentom w przemy le pot ne narz dzie, jakim mo e by racjonalna eksploatacja w transformacji gospodarki do aktualnych wymogów jako ciowych, w szczególnie agresywnej konkurencji rynkowej.

Post p w nauce jest wydarzeniem rzadko spotykanym i najcz ciej jest on wynikiem długotrwałej i mozolnej pracy badawczej oraz szcz liwej zgodno ci czasu, miejsca i osób. Zasadnicze idee tej pracy odnajduj swoje pocz tki w intelektualnej po ywce spotka rodowiska diagnostycznego, zwi zanego cz sto z osobami bezimiennych tu twórców podwalin eksploatacji i diagnostyki technicznej maszyn.

Wykraczanie poza oficjalnie przekazywane fakty i idee odbywaj ce si na bazie respektowania jasno ci logiki i weryfikacji praktycznej proponowanych metod i rodków, dajzr by dla powstania wyró nionej tematyki racjonalnej eksploatacji maszyn.

175

Bibliografia1. Bartelmus W.: Diagnostyka Maszyn Górniczych górnictwo odkrywkowe, l sk, Katowice

1998 s.264.2. B dkowski L.: Elementy ogólnej teorii diagnostyki technicznej. Rozprawa hab., Wyd. WAT,

Warszawa 1981, s. 209.3. Cempel C.: Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn. WNT, Warszawa 1982.4. Cempel C., Tomaszewski F. (red.): Diagnostyka maszyn. Zasady ogólne. Przykłady zastoso-

wa . ITE Radom, 1992.5. Cempel C.: Wibroakustyka stosowana. WNT, Warszawa 1989.6. Cholewa W., Kici ski J.: Diagnostyka techniczna, Odwrotne modele diagnostyczne, Wy-

dawnictwo Politechniki l skiej, Gliwice 1997.7. Kici ski J.: Teoria i badania hydrodynamicznych poprzecznych ło ysk lizgowych Ossoli-

neum 1994.8. Korbicz J., Ko cielny J.M., Kowalczuk Z., Cholewa W. (Red.): Diagnostyka procesów. Mo-

dele, Metody sztucznej inteligencji, Zastosowania. Warszawa 2002.9. Moczulski W.: Metody pozyskiwania wiedzy dla potrzeb diagnostyki maszyn, Mechanika

z. 130, Politechnika l ska, Gliwice 1997.10. Kulikowski J.L.: Komputery w badaniach do wiadczalnych. PWN, Warszawa, 1993.11. Nizi ski S., ółtowski B.: Informatyczne systemy zarz dzania eksploatacj obiektów

technicznych. ISBN – 83-916198-0-X, Olsztyn-Bydgoszcz, 2001 s.334.12. Nizi ski S., ółtowski B.: Zarz dzanie eksploatacj obiektów technicznych za pomoc

rachunku kosztów. ISBN – 83-916198-0-X, Olsztyn-Bydgoszcz, 2002 s.156.13. Nizi ski S., Michalski R.: Diagnostyka obiektów technicznych. ITE, Radom 2002.14. Uhl T.: Komputerowe wspomaganie identyfikacji modeli konstrukcji mechanicznych, WNT,

Warszawa, 1997.15. ółtowski B.: Podstawy diagnostyki maszyn. Wyd. ATR. Bydgoszcz. 1996. (s.467).16. ółtowski B., wik Z.: Leksykon diagnostyki technicznej. ATR. Bydgoszcz.1996. (s. 420).17. ółtowski B., Nizi ski S.: Modelowanie procesów eksploatacji maszyn. ISBN-83-916198-3-

4, Bydgoszcz- Sulejówek, 2002 s.250.18. ółtowski B., Nizi ski S.: System informatyczny eksploatacji pojazdów mechanicznych.

Wyd. PWSZ, Piła 2004 s.234.19. ółtowski B., Tylicki H.: Wybrane problemy eksploatacji maszyn. Wyd. PWSZ, Piła 2004

s. 214.20. ółtowski B., Cempel C.(red.): In ynieria diagnostyki maszyn. ITE, Radom 2005.




SEARCH ROAD OF THE RATIONAL EXPLOITATION OF MACHINE

Summary It the chosen problems of machine exploitation in work were have talked over

was, helped with methods of technical diagnostics the state monitoring. This con-cerns more often the systems the mechatronic in formulation of diagnostics engineer-ing. Introduced problems of this study finds in processes of destruction of machine his reason, concurrent every machine near at hand after her producing, until to liq-uidation. The be shaping the costs of machine exploitation and the possibilities of applying the well-known strategies of exploitation differentiate in this area the varie-ty of organizational workings. The developing technical diagnostics gives to rational exploitation of machine the basis in newly the created diagnostic systems of exploita-tion.

Keywords: exploitation, technical diagnostics, state monitoring, engineering of diagnostics

Bogdan ółtowski Tomasz Kałaczy ski Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy e-mail: [email protected]

[email protected]

Documents

Poszukiwanie dróg racjonalnej eksploatacji maszyn - PSZW · BOGDAN )ÓŁTOWSKI, TOMASZ KAŁACZY SKI POSZUKIWANIE DRÓG RACJONALNEJ EKSPLOATACJI MASZYN Streszczenie W pracy omówiono