…ważniejsza od rzeczywistości –

jest wizja tej rzeczywistości…

V. ELEMENTY METODYKI PROJEKTOWANIA MASZYN

5.1. ZAKRES PROBLEMATYKI

Wytyczne do projektowania, konstrukcji i wytwarzania maszyn płyną głównie z

planowanego sposobu realizacji zadania, które ma ona wykonywać w zaprojektowanym cyklu

życia (systemie produkcyjnym). Z jednej strony projekt maszyny musi być dostosowany do

możliwości inżynierii materiałowej (dostępność odpowiednich tworzyw) oraz musi

uwzględniać poziom technologiczności wytwarzania zakładu produkcyjnego. Z drugiej strony

należy dostosować konstrukcję i sposób wykonania maszyny do struktury systemu

produkcyjnego i sposobu eksploatacji, który wynika z wybranego sposobu realizacji zadania.

Ujawnia się tu zatem nadrzędne stanowisko eksploatacji maszyny w systemie cyklu

życia w stosunku do projektowania i wytwarzania maszyny. Można powiedzieć, że

eksploatacja niejako determinuje strukturę maszyny oraz procesy główne w niej zachodzące

podczas pracy.

Unia Europejska wprowadziła koncepcję zapewnienia bezpieczeństwa i ochrony

zdrowia związanego z maszynami i innymi wyrobami opartą na wzajemnym współdziałaniu

projektantów i producentów z eksploatatorami [58]. Główne tezy tej koncepcji odniesione do

projektowania i produkcji dotyczą m.in. obowiązkowego przestrzeganie wymagań

zasadniczych dość ogólne ujętych w dyrektywach nowego podejścia. Uszczegółowione

zostały one w normach zharmonizowanych z tymi dyrektywami, co daje możliwość

przeprowadzania oceny ryzyka, jako podstawy do projektowania i wytwarzania maszyn

zapewniających możliwie najwyższy poziom bezpieczeństwa.

Przedstawione uwarunkowania uzasadniają potrzebę projektowania eksploatacji

maszyn, którego elementy zamieszczono w tym rozdziale. Tematyka szczegółowa obszaru

wiedzy związanej z oczekiwaniami użytkowników, a która winna być zrealizowana podczas

projektowania eksploatacji maszyn, została szeroko omówiona w pozycjach [100-111].

Stanowią one wymiernych efektach i dokonaniach zespołu badawczego projektu POIG

WND-POIG.01.03.01-00-212/09, przy czym w tym miejscu dokonano jej scalenia i

uporządkowania - dla potrzeb przesłanek merytorycznych projektowania eksploatacji.

Problematyka projektowania eksploatacji maszyn omówiona w tym rozdziale

obejmuje następujące zagadnienia:

właściwości eksploatacyjne maszyn,

cykle życia maszyny,

metodologia projektowania,

zmiany potencjału użytkowego maszyny,

ewolucja stanu - pętla jakości maszyny,

projektowanie właściwości eksploatacyjnych,

holistyczne projektowanie maszyny,

metodyka kształtowania zdatności maszyny,

rozpoznawanie stanu maszyny,

zarządzanie w eksploatacji maszyn.

Przytoczone skrótowo powyżej treści główne potrzeb projektowania, motywujące

potrzebę i rozwój problematyki bezpiecznej eksploatacji maszyn, stanowią zręby koncepcji

przedstawionej w tym rozdziale. Zostały one w dalszej części opracowania metodycznie

ułożone i szczegółowo opracowane, tworząc spójny obraz zagadnień składających się na

nową dziedzinę wiedzy, jaką jest uznana już potrzeba projektowania eksploatacji maszyn.

Treści tego rozdziału wskazują też problemy główne do podjęcia w najbliższym czasie

przez grono społeczności eksploatacyjnej maszyn, wśród których dominującą rolę należy

przypisać powiązaniom teorii projektowania i konstruowania z praktyką eksploatacji [64].

Przedstawione treści są próbą zgromadzenia i wyjaśnienia w możliwie prosty sposób

pewnej liczby zasad, metod i wytycznych postępowania - w obszarze projektowania

racjonalnej i bezpiecznej eksploatacji maszyn (rys.5.1) - o wartości uznanej przez wielu

badaczy. W pewnym więc sensie rozdział ten traktuje o metodyce projektowania i badań jego

jakości, jakkolwiek nie z przyjętego zazwyczaj filozoficznego punktu widzenia. Chodziło tu

raczej o cel praktyczny, mogący ułatwić poznanie tego, co inni już przez wiele lat

doświadczali.

Rys.5.1. Wspomaganie procesu projektowania i badania degradacji stanu

Żadna książka nie może jednak w całości zastąpić doświadczenia, lecz niemało

wiedzy zdobytej na żmudnej drodze dociekań można przekazać innym za pośrednictwem

zadrukowanej kartki papieru. Ponieważ rozdział ten obejmuje całą problematykę eksploatacji

maszyn (od projektu, przez konstrukcję, wytwarzanie i eksploatację, aż do likwidacji) w

ujęciu metodologii ogólnej, zawiera więc wiele podstawowych tematów, przez co niektóre z

nich nie są bo i nie mogą często jeszcze być omówione wyczerpująco. Niemal każdy punkt

należałoby właściwie opatrzyć uwagą: ”punkt ten ma na celu wprowadzenie Czytelnika w

temat, któremu już poświęcono całe księgi”. To uzasadnia fakt, że na końcu opracowania w

rozdziale Literatura znajdzie Czytelnik bibliografię, umożliwiającą późniejsze zgłębienie

zagadnienia. Bibliografia nie jest podana z punktu widzenia rozwoju poszczególnych

zagadnień, a także często przytaczane są raczej opracowania wtórne niż źródłowe. Pilny

Czytelnik zdoła z łatwością dotrzeć do prac źródłowych, jeśli tylko tego zapragnie.

Postęp w nauce jest wydarzeniem rzadko spotykanym i najczęściej jest on wynikiem

długotrwałej i mozolnej pracy badawczej oraz szczęśliwej zgodności czasu, miejsca i osób.

Zasadnicze idee tego rozdziału książki odnajdują swoje początki w intelektualnej pożywce

spotkań środowiska eksploatacyjnego, związanego z osobami bezimiennych tu twórców

podwalin teorii eksploatacji i diagnostyki technicznej.

Wykraczanie poza oficjalnie przekazywane fakty i idee odbywające się na bazie

respektowania jasności logiki i matematyki, modelowania i weryfikacji praktycznej

proponowanych metod i środków projektowania oraz badania jakości maszyn, dały zręby dla

powstania problematyki tego rozdziału. Zawartość merytoryczna i metodologiczna zagadnień

tego rozdziału porządkuje możliwe i dostępne podejścia i formalizmy w kolejności ich

występowania w szczegółowych zagadnieniach projektowania eksploatacji maszyn.

Tutaj dopiero widać całą złożoność strony naukowej całej dziedziny eksploatacji,

gdzie niezbędna wiedza sięga tradycyjnie od projektowania i konstruowania, wytwarzania i

eksploatacji, modelowania i estymacji parametrów, do teorii eksperymentu, teorii informacji i

statystyki w ujęciu nowoczesnych technologii informatycznych.

Procesy destrukcji systemów technicznych wpływające na bezpieczeństwo ruchu

wymuszają potrzebę nadzorowania zmian ich stanu technicznego [12,17,29,43,59,82,89].

Metody i środki nowoczesnej diagnostyki technicznej są narzędziem diagnozowania stanu

systemów technicznych, co jest podstawą podejmowanych decyzji eksploatacyjnych

[11,16,25,29,58,59,75,89,100,109].

Konfrontacja zmienionych wymagań i nowych możliwości wygenerowała nowe klasy

problemów badawczych, zintensyfikowała inne, a równocześnie wiele kierunków prac

badawczych stało się nieistotne bez możliwości aplikacyjnych, poprzez:

- dostęp do zaawansowanych technologii światowych;

- możliwości zakupu najnowszej generacji urządzeń badawczych;

- możliwości aplikacji informatycznych w obszarze hardware’u i software’u;

- dostęp do baz danych, rynku kapitałowego i możliwości powiązań kooperacyjnych.

To wszystko diametralnie zmienia poglądy i dokonania w obszarze racjonalnej

eksploatacji, wykrywania i nadzorowania zmian stanu degradacji obiektów metodami

diagnostyki technicznej, szczególnie w obszarze kształtowania bezpieczeństwa

zadaniowego obiektów technicznych.

W praktyce w wyodrębnionym fragmencie rzeczywistości eksploatacyjnej powstają

różnorodne problemy których rozwiązanie powinno nastąpić w obszarze teorii. W wyniku

rozwiązania tych problemów otrzymujemy zasady postępowania w praktyce – rys.5.2.

Procesyeksploatacji

obiektówtechnicznych

Modeleprocesów

eksploatacjiobiektów

technicznych

problemy

zasady Obszarteorii

Obszarproblematyki

eksploatacyjnej

Rys.5.2. Koncepcja modelowania rzeczywistości eksploatacyjnej

W fazie eksploatacji obiektów zachodzą różne procesy, a w szczególności:

- użytkowania obiektów;

- zużycia obiektów;

- diagnozowania, genezowania i prognozowania stanów obiektów;

- obsługiwania obiektów;

- przetwarzania, przechowywania i przedstawiania informacji;

- zarządzania eksploatacją;

- inne.

Dobry projekt eksploatacji maszyny daje w praktyce przedsiębiorstw możliwość

nadzorowania zmian stanu, lokalizacji uszkodzeń i minimalizacji skutków uszkodzeń i

zagrożeń bezpieczeństwa ze strony eksploatowanych maszyn.

5.2. WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE MASZYN

Eksploatacja obiektów technicznych (maszyn) to „zespół celowych działań

organizacyjno–technicznych i ekonomicznych ludzi z obiektami technicznymi oraz wzajemne

relacje występujące między nimi od chwili przejęcia obiektu, do wykorzystania zgodnie z

przeznaczeniem, aż do jego likwidacji”.

Efektywne eksploatowanie systemów technicznych obejmuje racjonalne użytkowanie

maszyn oraz obsługiwania techniczne, czyli wszelkie działania (przywracanie zdatności)

realizowane w sytuacji utraty zdatności maszyny do poprawnego funkcjonowania. W

obszarze tym mieści się zbiór zadań związanych z przeciwdziałaniem stanom niezdatności

(obsługiwanie, diagnozowanie), usuwaniem ich skutków (naprawy), a także – koniecznością

wymiany (i zagospodarowania) zużytych elementów maszynowych. Tak zdefiniowana

eksploatacja (wspierana technikami informacyjnymi), ukierunkowana na optymalne

wykorzystanie możliwości maszyn (elementy zarządzania) do realizacji działań określonych

w procesie projektowania i konstruowania, stawia szczególne wymagania podmiotom

racjonalnej ich eksploatacji i zarządzającym tym obszarem zadań.

Maszyna – to mechanizm lub zespół mechanizmów we wspólnym kadłubie, służący

do wytworzenia energii lub wykonywania określonej pracy.

Maszyna – (w ujęciu cybernetycznym):

- sztuczne urządzenie przeznaczone do częściowego lub całkowitego zastępowania funkcji

energetycznych, fizjologicznych i intelektualnych człowieka;

- czarna skrzynka, w której przekształcana jest masa, energia, informacja w inne ich postacie.

Maszyna – to przetwornik energetyczny.

Maszyna – to celowy wytwór materialny człowieka służący do spełnienia określonej

misji w zaprojektowanych warunkach.

Potocznie maszyna to: obiekt techniczny, urządzenie techniczne, narzędzie, przyrząd,

aparatura, automat, mechanizm, agregat, instalacja, osprzęt itp. Cechy ogólne tak

zdefiniowanych i użytkowanych oraz w różnych aspektach badanych i opisanych maszyn,

zostały wcześniej przedstawione w pracach zespołu badawczego projektu POIG [100-111].

Właściwości eksploatacyjne obiektu są realizowane na różnych etapach jego istnienia

– rys.5.3. Kształtowanie i ocena jakości maszyn metodami badania degradacji stanu wiąże się

ściśle z koniecznością utrzymania na odpowiednim poziomie ich cech użytkowych w

określonych warunkach eksploatacji. Cechy te, spełniające wymogi bezpieczeństwa i

reprezentatywne dla stanu maszyn (zespołu, elementu), winny być zadane już na etapie

wartościowania (potrzeby + środki finansowe), a doprecyzowane na etapie projektowania i

konstruowania. Ich weryfikacja przydatności i skuteczności jest weryfikowana podczas

wytwarzania i eksploatacji, metodami diagnostyki technicznej.

KSZTAŁTOWANIE JAKOŚCI MASZYN METODAMI DIAGNOSTYKI TECHNICZNEJ

FAZY ISTNIENIA MASZYNY

WARTOŚCIOWANIE KONSTRUOWANIE WYTWARZANIE EKSPLOATACJA

Wybór metod Identyfikacja źródeł Ocena Ocena stanu

i środków podwyższonej jakości technicznego

diagnostyki dynamiczności wytworów maszyny-procesu

Rys.5.3. Etapy istnienia maszyny

Do wyróżnienia, oceny i podtrzymywania cech użytkowych wykorzystuje się:

- badania niezawodności w fazach: przedprodukcyjnej, produkcyjnej i poprodukcyjnej przy

wykorzystaniu badań stanowiskowych, modelowania deterministycznego i stochastycznego

czynników wymuszających, wspomagania komputerowego badań niezawodności;

- metodologię kształtowania „jakości” przez jakościowy system sterowania

przedsiębiorstwem z uwzględnieniem kryteriów norm jakości EN serii 29 000;

- badania technologiczności obsługowej i naprawczej pojazdów, kształtowanie intensywności

starzenia i zużywania się elementów, kształtowanie podatności oraz ocenę efektywności

eksploatacji maszyn;

- możliwości diagnostyki technicznej, w tym konstruowanie diagnostyczne, ocenę jakości

wytworów, diagnostykę eksploatacyjną, metody i środki diagnostyki technicznej,

wspomaganie badań diagnostycznych techniką komputerową;

Powyższe grupy tematyczne stanowią obszar zainteresowań szerokiego grona

społeczności eksploatacyjnej, przyczyniając się do rozwoju metod i metodologii

kształtowania i podtrzymywania zdatności maszyn, coraz częściej przy wykorzystaniu badań

diagnostycznych (rys.5.4).

GOSPODARKA MATERIAŁOWA BEZPIECZEŃSTWO PRACY

(Konserwacyjna, naprawcza) NIEZAWODNOŚĆ PROCESÓW

Materiały eksploatacyjne. TECHNOLOGICZNYCH.

OCHRONA ŚRODOWISKA DIAGNOSTYKA JAKOŚĆ WYTWORÓW

NATURALNEGO. TECHNICZNA (reklamacje,kary,opusty cenowe)

STOPIEŃ WYKORZYSTANIA WIELKOŚĆ JEDNOSTKOWEGO

MOCY PRODUKCYJNYCH ZUŻYCIA MASZYN

Rys.5.4. Możliwości diagnostyki w badaniu degradacji stanu

Diagnostyka techniczna, obok tribologii, niezawodności, teorii bezpieczeństwa i teorii

eksploatacji jest jedną z podstawowych nauk o racjonalnej eksploatacji obiektów.

Ogół działań zmierzających do realizacji zbioru zaprojektowanych właściwości

obiektu, przeprowadzanych na poszczególnych etapach cyklu życia, nazywa się procesem

realizacji obiektu technicznego. Zbiór właściwości określających stopień spełniania wymagań

użytkownika, nazywa się jakością. Wytyczne uzyskania określonej jakości zdefiniowano w

normach ISO 9000-9004 jako zespół właściwości i charakterystyk liczbowych wyrobu lub

usługi, które wpływają na ich zdolność do zaspokajania potrzeb ludzkich. To wszystko

określa zakres działań projektowych w sferze racjonalnej eksploatacji maszyn.

W aspekcie praktycznego wykorzystania miar do oceny eksploatowania obiektów

technicznych oraz realizowanych z ich udziałem procesów eksploatacyjnych, można

wyróżnić kilka kluczowych obszarów zainteresowań, które obejmują [38,111]:

- stan techniczny - będący miarą możliwości użytkowania obiektu w określonym czasie,

- niezawodność - opisująca gotowość obiektu do działania w ujęciu statystycznym,

- jakość - opisująca zdolność obiektu do zaspokojenia przewidywanych potrzeb,

- funkcjonalność - opisująca obiekt w sferze kontaktów z człowiekiem,

- efektywność - opisująca obiekty pod względem wydajności,

- obsługiwalność - opisująca podatność obiektu na wykonywanie czynności obsługowych,

- diagnozowalność - opisująca podatność (przystosowanie) obiektu do badania stanu.

W ramach każdego obszaru można zlokalizować miary (wskaźniki), opisujące i

oceniające wybrane aspekty eksploatacyjne obiektów technicznych, jak również

funkcjonowania służb utrzymania ruchu.

Nowe maszyny powinny przede wszystkim posiadać odpowiednią jakość, którą

rozumiemy jako ogół cech i właściwości decydujących o jej zdolności do zaspokojenia

stwierdzonych lub przewidywanych potrzeb, które określają maszynę pod względem

eksploatacyjnym (mechanicznym). Rozważamy tu poszczególne parametry opisujące

maszynę takie jak: moc, wydajność, zużycie paliwa, czas życia, czas poprawności i precyzja

działania w systemie innych maszyn, stopień szkodliwego oddziaływania na środowisko i

człowieka oraz nowoczesność rozwiązania konstrukcyjnego.

Niezawodność, czyli własność obiektu mówiąca o tym, czy pracuje on poprawnie

(spełnia wszystkie powierzone mu funkcje i czynności) przez wymagany czas i w

określonych warunkach eksploatacji (w danym zespole czynników wymuszających). Możemy

tu wyróżnić poszczególne własności, opisujące stan maszyny: prawdopodobieństwo

poprawnej pracy w określonym czasie, intensywność uszkodzeń, zużywanie się elementów w

jednostce czasu, zmęczenie elementów i połączeń w jednostce czasu, złożoność

konstrukcyjna maszyny, gotowość techniczna maszyny w czasie.

Efektywność to charakterystyka maszyna opisująca ją pod względem ekonomicznym.

Można tu wymienić parametry: koszty wyprodukowania jednostki wytworu przez maszynę,

koszt obsługiwania maszyny, pobór energii, sprawność maszyny, podatność eksploatacyjna

maszyny, szybkość działania maszyny.

Funkcjonalność to charakterystyka maszyny opisująca ją pod względem

prakseologicznym, traktowana jako zespół własności opisujących maszynę w sferze

kontaktów z człowiekiem. Są to takie parametry jak: własności ergonomiczne, łatwość

sterowania, estetyka maszyny, naprawialność maszyny, łatwość transportu, podatność

obsługowa maszyny.

W praktyce miary te powinny stanowić skuteczne narzędzie do:

- wartościowania charakterystycznych wielkości dla potrzeb ilościowej oceny obiektów

technicznych i organizacji utrzymania ruchu,

- porównywania skuteczności działań pomiędzy poszczególnymi pionami przedsiębiorstwa w

określonych interwałach czasowych,

- podejmowania działań doskonalących w oparciu o wyniki analiz z wykorzystaniem wartości

pozyskanych miar.

W czterech fazach istnienia maszyn (wartościowanie, konstruowanie, wytwarzanie,

eksploatacja) kształtują się cechy, które decydują jak dobra jest wytworzona maszyna. W

zależności od potrzeb odbiorców i od problemu jakości projektowania technicznego tworzy

się standard przyszłego urządzenia.

Współczesne narzędzia informatyczne pozwalają w szerokim zakresie na realizację

zadań wynikających z przedstawionych różnorodnych, sformułowanych powyżej zadań

inżynierskich. Jest to szczególnie istotne w takich przypadkach, w których realizacja zadania

wymaga uwzględnienia wielu różnorodnych aspektów obejmujących swym zasięgiem, często

nie powiązane ze sobą zagadnienia. Sytuacja taka jest bardzo charakterystyczna dla działań w

obszarze utrzymania ruchu, a szczególnie w zakresie zarządzania tym obszarem zadań. W

szczególności pozyskiwana i przetwarzana informacja jest w tym obszarze podstawą

podejmowania optymalnych (pod względem czasu i zakresu) decyzji. Decyzje takie mogą być

podejmowane tylko wtedy, gdy decydent dysponuje możliwie szerokim i pełnym zakresem

informacji oraz modelami, metodami i narzędziami pozwalającymi na gromadzenie,

przetwarzanie (realizację specyficznych analiz) oraz udostępnianie wiarygodnych danych

stanowiących podstawę takich decyzji.

Projektowanie modelowe ocen elastycznych systemów maszynowych w technice

wirtualnej wymaga podejścia obiektowego i wypracowania gotowych systemów

technologicznych pozyskiwania i przetwarzania informacji diagnostycznej. Wymaga to

projektowania obiektu technicznego i pozostałych bloków w miarę możliwości w taki sposób,

aby powstała wzajemna korelacja funkcjonalna i strukturalna.

Całokształt przedsięwzięć, w wyniku których uzyskuje się możliwość użytkowania

(eksploatowania) obiektu, może być rozpatrywany jako pewna logiczna sekwencja zadań i

celów cząstkowych. Istnienie i funkcjonowanie zbioru środków technicznych w otoczeniu

człowieka (czyli istnienie tzw. “technosfery”) jest uwarunkowane realizacją sekwencji

przedsięwzięć szczegółowych, które rozpatrywane są wraz z odpowiednimi powiązaniami

“międzyzadaniowymi”. Sekwencja taka, zaprezentowana na rys.5.5 jest określana jako model

procesu zaspokajania potrzeb.

BADANIA PROJEKTOWANIE KONSTRUOWANIE

Identyfikacja potrzeb i wymagań.

Studia. Koncepcja wyrobu.

Projekty: koncepcyjny, wstępny, JAKOŚĆ

techniczny. Prototyp wytworu. PROJEKTOWA

Weryfikacja eksperymentalna

Poprawianie modelu.

Technologia WYTWARZANIE

produkcji

Uruchomienie produkcji JAKOŚĆ

Seria informacyjna WYKONANIA

Produkcja

Kontrola jakości

EKSPLOATACJA

Obrót towarowy

JAKOŚĆ

Użytkowanie

EKSPLOATACJI

Obsługiwanie techniczne

JAKOŚĆ OGÓLNA

(eksploatacyjna)

WYTWORU

Rys.5.5. Model kształtowania jakości eksploatacyjnej maszyny

Zgodnie z tym schematem wyróżnia się następujące etapy działań:

- rozpoznanie potrzeby istnienia określonego środka technicznego, w wyniku którego zostaje

rozpoznana potrzeba w postaci odpowiedniej specyfikacji wymagań i zaleceń,

- projektowanie, na które składają się tworzenie koncepcji rozwiązania oraz optymalizacja, w

wyniku czego określona zostaje koncepcja środka technicznego,

- konstruowanie, na które składa się dobór cech konstrukcyjnych (geometrycznych,

materiałowych i dynamicznych), czego wynikiem jest konstrukcja (prototyp) i jej opis w

postaci dokumentacji konstrukcyjnej,

- wytwarzanie, które polega na wytworzeniu środka technicznego w oparciu o opracowaną w

poprzednim etapie dokumentację,

- eksploatacja, będąca efektem docelowym istnienia środka technicznego, w wyniku czego

obiekt jest wykorzystywany do realizacji celu zgodnie z jego przeznaczeniem.

Przedstawiony powyżej zbiór etapów specyficznych działań jest często traktowany

jako swoisty cykl "życia" obiektu technicznego, który pozwala na wyodrębnienie kluczowych

obszarów i zadań w nich realizowanych. Jednym z głównych obszarów istnienia maszyny w

ramach procesu zaspokojenia potrzeb jest eksploatacja systemów technicznych.

Analizując informacje wynikające z przedstawionego rysunku, można stwierdzić, że:

- eksploatacja jest etapem finalnym (docelowym) procesu zaspokajania potrzeb,

- etapy poprzedzające eksploatację pełnią ważną rolę "usługową" na rzecz eksploatacji,

- w wieloetapowym procesie istnienia maszyny etap eksploatacji jest weryfikacją końcową

wszystkich poprzednich etapów,

- sprzężenie zwrotne pomiędzy eksploatacją a rozpoznaniem potrzeby stanowi źródło

doświadczeń prowadzących do modyfikacji poprzednich lub stymulowania potrzeb tworzenia

nowych środków technicznych;

- eksploatacja to:

ogół zdarzeń, zjawisk, działań i procesów jakim podlega i w jakich uczestniczy dany

obiekt techniczny od chwili zakończenia procesu jego wytwarzania, aż do likwidacji,

zespół celowych działań organizacyjno - technicznych i ekonomicznych ludzi z

urządzeniami technicznymi oraz wzajemne relacje występujące między nimi od chwili

przejęcia urządzenia do wykorzystania zgodnie z przeznaczeniem, aż do momentu jego

utylizacji po likwidacji.

Uwzględniając powyższe uwarunkowania obszaru projektowania eksploatacji i

utrzymania maszyn w zdatności (w ruchu), w celu pełnego zdefiniowania problemów

eksploatacji należy rozpoznać zagadnienie degradacji stanu maszyn.

Starzeniem fizycznym nazywa się procesy fizyczne zachodzące wskutek wymuszeń

wewnętrznych i zewnętrznych, powodujących nieodwracalne zmiany własności użytkowych

maszyn. Procesy starzenia występują z chwilą zakończenia produkcji maszyny i zależą od

szeregu czynników oraz oddziaływań zewnętrznych i wewnętrznych. Do czynników

zewnętrznych zaliczyć można: wpływ atmosfery, naturalnego podłoża, współpracujących

maszyn itp. Do czynników wewnętrznych należą: procesy mechaniczne, mechaniczno-

fizyczne i mechaniczno-chemiczne, występujące w trakcie użytkowania, obsługiwania i

przechowywania maszyny. Przedstawione czynniki powodują uszkodzenia starzeniowe,

polegające na stopniowej utracie własności fizycznych wskutek destrukcyjnego

oddziaływania środowiska oraz zmian zachodzącej w maszynie. Starzenie fizyczne maszyn

zależy od:

a) czynników atmosferycznych (opady atmosferyczne i opary, ruch powietrza,

zanieczyszczenia, pyły i gazy przemysłowe, aktywność chemiczna i wilgotność

atmosfery, nagrzanie słoneczne i przemysłowe oraz ciśnienie barometryczne);

b) czynników naturalnego podłoża ziemskiego lub roboczego (pole magnetyczne,

przyciąganie ziemskie, gęstość, spoistość podłoża, ukształtowanie warstwy

wierzchniej podłoża, wilgotność i rodzaj gruntu, aktywność chemiczna podłoża,

temperatura podłoża, ruch cieczy w zbiornikach wodnych).

Zużycie maszyny to trwałe niepożądane zmiany jej stanu, występujące podczas

eksploatacji. Procesy zużyciowe maszyny związane są z przetwarzaniem energii w pracę

mechaniczną i towarzyszącymi im siłami, którymi oddziaływują na siebie elementy maszyny.

W trakcie funkcjonowania maszyny w parach kinematycznych występują reakcje od

przyłożonych sił, wynikające z nałożonych więzów geometrycznych i kinematycznych. W

elementach par kinematycznych powstają zmienne naprężenia mechaniczne zależne od

obciążenia, obrotów, jakości warstwy wierzchniej itp.

Jako podstawowe rodzaje zużycia wyróżnia się:

a) zużycie ścierne (bez i z warstwą ścierną, strumieniowo ścierne i w ośrodku sypkim);

b) zużycie adhezyjne (bez głębokiego wyrywania i z głębokim wyrywaniem);

c) zużycie plastyczne (w warstwie wierzchniej i w całej masie);

d) zużycie zmęczeniowe (normalne, pitting, spaling, fretting);

e) zużycie korozyjne (metali i niemetali);

f) zużycie erozyjne (hydroerozja, erozja gazowa, elektroerozja);

g) zużycie kawitacyjne (kawitacja przepływowa, kawitacja falowa);

h) zużycie cieplne (metali, niemetali).

Występujące w elementach maszyn rodzaje niszczenia są zależne od wielu czynników,

które można podzielić na:

a) geometryczne (kształt, chropowatość, błędy kształtu itp.);

b) kinematyczne (rodzaj ruchu, prędkość itp.);

c) dynamiczne (rodzaj obciążenia, siła obciążająca, nacisk jednostkowy itp.);

d) materiałowe (materiał warstwy wierzchniej, jakość smarowania itp.);

e) środowiskowe (wilgotność, powinowactwo chemiczne itp.);

f) cieplne (temperatura, odprowadzenie ciepła itp.).

Uszkodzenie jest jednym z istotnych zdarzeń występujących w procesie użytkowania

maszyn, determinującym niezawodność maszyn, efektywność ich wykorzystania, proces

obsługiwań technicznych, a także zakres potrzeb diagnostyki technicznej.

Najogólniej, pojęcie uszkodzenia maszyny zdefiniować można jako zdarzenie

polegające na przejściu maszyny (zespołu, elementu) ze stanu zdatności do stanu

niezdatności. Przez stan zdatności rozumie się taki stan maszyny, w którym spełnia ona

wyznaczone funkcje i zachowuje parametry, określone w dokumentacji technicznej.

Natomiast przez stan niezdatności rozumie się stan maszyny, w którym nie spełnia ona

chociażby jednego z wymagań, określonych w dokumentacji technicznej.

Na skutek oddziaływania otoczenia oraz realizacji przez obiekt stawianych mu zadań

początkowe własności obiektu mogą ulegać zmianie, co odzwierciedli się w zmianie wartości

początkowych cech mierzalnych oraz ewentualnie w zmianie stanu cech niemierzalnych.

Uszkodzenia maszyn w toku eksploatacji (rys.5.6) mogą zachodzić w następujący sposób:

Rys.5.6. Rodzaje uszkodzeń

- wskutek powolnych, nieodwracalnych procesów starzeniowych i zużyciowych,

zachodzących w maszynie;

- w wyniku pojawienia się procesów odwracalnych o różnej intensywności przebiegu,

wywołanych przez czasowe przekroczenia dopuszczalnych wartości jednego lub więcej

czynników wymuszających;

- w sposób skokowy, objawiający się nieciągłym przejściem jednej lub więcej cech poza

granice przyjęte za dopuszczalne dla danej maszyny.

Uwzględniając dotychczasowe rozważania można wskazać na główne przyczyny

powstawania uszkodzeń, które klasyfikuje się następująco:

a) konstrukcyjne — uszkodzenia powstałe wskutek błędów projektowania i konstruowania

obiektu, najczęściej przy nie uwzględnieniu obciążeń ekstremalnych, tzn. wartości, które w

istotny sposób przekraczają obciążenia nominalne, prowadząc wprost do uszkodzeń;

b) produkcyjne (technologiczne) — uszkodzenia powstałe wskutek błędów i niedokładności

procesów technologicznych (brak tolerancji wymiarów, gładkości powierzchni, obróbki

termicznej itp.) lub wad materiałów elementów obiektu;

c) eksploatacyjne — uszkodzenia powstałe w wyniku nie przestrzegania obowiązujących

zasad eksploatacji lub na skutek oddziaływań czynników zewnętrznych nieprzewidzianych

dla warunków użytkowania danego obiektu, co prowadzi do osłabienia i przedwczesnego

zużycia i osiągnięć stanu granicznego;

d) starzeniowe i zużyciowe — zawsze towarzyszące eksploatacji obiektów i będące

rezultatem nieodwracalnych zmian, prowadzących do pogorszenia wytrzymałości i zdolności

współdziałania poszczególnych elementów.

Uszkodzenie lub zniszczenie obiektu technicznego następuje pod wpływem

przenoszonej przez niego energii. Zależnie od tego, jaki rodzaj energii dominuje w danych

warunkach, przyczyny uszkodzeń elementów można podzielić na następujące grupy:

a) mechaniczne — naprężenia statyczne, pełzanie, zmęczenie, pitting, zużycie cierne;

b) chemiczne — korozja metali, starzenie gumy, farb, izolacji, butwienie drewna;

c) elektryczne — elektrokorozja;

d) cieplne — nadtapianie, intensyfikacja przebiegu zjawisk.

Dla poprawnego scharakteryzowania zmian własności i zjawisk je powodujących

zachodzących w maszynach podczas ich funkcjonowania, a szczególnie zjawisk

prowadzących do powstawania uszkodzeń potrzebne są wiarygodne dane o funkcjach

roboczych poszczególnych zespołów i warunkach ich pracy, co wiąże się z potrzebą

klasyfikacji urządzeń.

Zmniejszanie destrukcyjnego wpływu starzenia fizycznego i zużyć obiektów

mechanicznych jest konieczne we wszystkich fazach istnienia obiektów. Wymierne efekty

zmniejszania liczby uszkodzeń obiektów technicznych można kształtować:

* w dziedzinie konstrukcji - przez należyty dobór materiałów i ich kształtów do obciążeń,

kształtowanie nacisków jednostkowych, dobór materiałów i tworzyw na pary trące,

wyeliminowanie tarcia suchego, szerokie stosowanie odpowiednich uszczelnień, zapewnienie

odpowiedniej temperatury;

* w dziedzinie technologii - przez wybór optymalnego rodzaju obróbki, kształtowanie

optymalnej warstwy wierzchniej, wybór właściwej obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej,

prawidłowy montaż i regulacje;

* w dziedzinie eksploatacji - poprzez przestrzeganie częstotliwości i zakresu czynności

obsługowych (smarowanie, regulacje, ochrona przed korozją), unikanie przeciążeń i

gwałtownych zmian prędkości, monitorowanie stanu.

Ogólnie więc metodyka przeciwdziałania uszkodzeniom maszyn pozwala wyróżnić

dwie grupy metod postępowania:

- metody przedeksploatacyjne, stosowane w fazie opracowywania (wartościowania),

konstruowania i produkcji maszyn;

- metody eksploatacyjne, stosowane podczas eksploatacji nawet wówczas, gdy takich metod

nie przewidziano w procesie opracowywania.

Na etapie konstruowania określane są cechy elementów maszyn poprzez ustalenie ich

kształtów i wymiarów materiałów, z których będą wykonane, tolerancji, gładkości

powierzchni i sposobu dokładności ich wzajemnego połączenia. W dokumentacji

konstrukcyjnej podaje się również wymagania dotyczące trwałości materiału, rodzaju

struktury geometrycznej powierzchni, a także niekiedy sposób obróbki elementu.

Przy projektowaniu maszyn należy pamiętać o zmniejszeniu do minimum

niebezpieczeństwa wywołania uszkodzeń przez obsługę. Upraszczanie, typizacja i

normalizacja części i układów mechanicznych prowadzi nie tylko do uzyskania właściwej

niezawodności, ale także obniża koszty i upraszcza konstrukcję.

Do eksploatacyjnych metod przeciwdziałania uszkodzeniom można zaliczyć:

- racjonalną eksploatację maszyn w zadanych warunkach i określonym przeznaczeniu;

- badanie stanu i monitorowanie rozwijających się uszkodzeń metodami diagnostyki;

- przestrzeganie wymagań określonych w dokumentacji techniczno - ruchowej w zakresie

częstotliwości i zakresu czynności obsługiwań technicznych;

- badania statystyczne uszkodzeń w eksploatacji dla potrzeb modernizacji (zmiany

konstrukcji) maszyn, racjonalizacji gospodarki częściami zamiennymi itp.

Niewłaściwa eksploatacja powoduje intensywne oddziaływanie procesów zużyciowych,

prowadzących do przedwczesnych uszkodzeń i zagrożeń bezpieczeństwa.

Proces postępowania z maszyną jest więc następujący:

a) w przypadku maszyny zdatnej: badanie stanu - wykonanie niezbędnie koniecznych

zabiegów obsługowych - prognozowanie stanu - ustalenie terminu następnego badania;

b) w przypadku maszyny niezdatnej: badanie stanu - ustalenie niezdatności

(rozregulowanie, uszkodzenie, wykonana praca do naprawy głównej lub likwidacji) -

usunięcie uszkodzenia - ocena jakości wykonanej naprawy - wykonanie niezbędnych

czynności obsługowych - prognozowanie - termin kolejnego diagnozowania.

Właściwości eksploatacyjne rozpoznane dla potrzeb projektowania eksploatacji

maszyn powodują, że nowa maszyna musi spełniać szereg kryteriów, aby była funkcjonalna,

bezpieczna, praktyczna przy zastosowaniu najnowocześniejszych technologii, przy użyciu jak

najmniejszych kosztów.

5.3. METODOLOGIA PROJEKTOWANIA

Projekt – dotyczy pomysłu, zamiaru, planu, konstrukcji, modelu, szkicu.

Projekt – to zamierzony plan działania, postępowania; pomysł, plan, szkic jakiegoś

przedsięwzięcia; dokument zawierający rysunki techniczne, obliczenia, opisy, kosztorysy

związane z zamierzoną budową.

Projektowanie – to proces wyrażający się zbiorem czynności przebiegających w

czasie i mających na celu sporządzenie niematerialnej wizji przyszłego obiektu.

Elementy składowe metodologii projektowania ujmują trzy aspekty:

podmiot projektowania - osoba lub zespół ludzi, dobierani specjaliści lub wirtualne

zespoły realizacyjne;

przedmiot projektowania – obiekt, proces lub system do zaprojektowania zorientowane

projektowo pod względem planowanych właściwości (niezawodności, ergonomia,

podatność eksploatacyjna, naprawialność, diagnozowalność itp.);

proces projektowania – uporządkowany ciąg czynności projektowych o charakterze

twórczym, z uporządkowaniem logicznym i organizacyjnym dającym wytwór

projektowania – według którego realizowany jest przedmiot projektowania.

Proces projektowania zaczyna się po zaistnieniu potrzeby i podjęciu decyzji o próbie

jej zaspokojenia, a kończy się wypracowaniem szczegółowych i wiarygodnych informacji w

jaki sposób i za pomocą jakich środków dana potrzeba może być zaspokojona – rys.5.7.

Rys.5.7. Procedura poszukiwania rozwiązań projektowych

Celami szczegółowymi projektowania jest określenie właściwości zaspokajających

potrzeby użytkownika. Dla projektowanego obiektu technicznego mogą to być:

funkcjonalność, trwałość, niezawodność, sprawność, lekkość, taniość i dostępność

materiałów, właściwy układ przenoszenia obciążenia, technologiczność wytwarzania, łatwość

eksploatacji, ergonomiczność, bezpieczeństwo, diagnozowalność itp.

Łańcuch projektowania obejmuje: podmiot działania (projektant) oraz przedmiot

działania (obiekt projektowania) i ciąg działań (pośrednik działania). Pośrednikiem działania

są: metody projektowania oraz narzędzia właściwe (pomoce projektowe).

Metody projektowania (heurystyczne, racjonalne, algorytmiczne) dotyczą procedur

projektowania, czyli sposobów działania prowadzących do rozwiązania zadania (rys.5.8).

Narzędzia właściwe to modele fizyczne i graficzne, katalogi, normy, książki, systemy

komputerowe, które wspomagają pracę podmiotu projektowania.

Komputerowe systemy wspomagania (analizy) projektowanego obiektu zmieniły

rutynową pracę projektantów i zmniejszyły czasochłonność procesu projektowania. Obecnie

znacznie szybciej wykonuje się obliczenia, stosuje się bardziej złożone modele obliczeniowe,

szybciej wykonuje się dokumentację techniczną, łatwiej nanosi się zmiany i modyfikacje.

Wirtualne projektowanie daje matematyczny zapis cech projektu, daje możliwości

analizowania dynamiki, zmian przestrzennych, jest czytelniejszy w odbiorze i precyzyjny w

opisie. Obecnie „komputerowe wspomaganie projektowania” obejmuje czynności zapisu,

dobór cech konstrukcyjnych oraz opracowywanie dokumentacji projektowej.

Rys.5.8. Iteracyjne poszukiwania metody projektowania

Zarys struktury projektowanego obiektu może być zrealizowany w projektowaniu

rutynowym, innowacyjnym lub kreatywnym, ale zgodnie z wymogami UE (Dyrektywa

98/37/WE z 1998r.). Wprowadzane systemy jakości (ISO 9000, TQM) wymagają udziału

wielu specjalistów w procesie projektowania, a projektowanie współbieżne daje zmniejszenie

kosztów, zapewnienie jakości i skrócenie czasu wprowadzania obiektu do eksploatacji oraz

prowadzi do modułowych konstrukcji, o dużej podatności obsługowej i regulacyjnej.

Konstrukcja modułowa stanowi naturalną ewolucję złożonych systemów ze względu

na wydajność, elastyczność, badania stanu i niezawodność. Uproszczenie konstrukcji,

standaryzacja podzespołów, szybszy montaż kompletnej maszyny - to tylko niektóre z zalet

konstrukcji modułowej. Dodatkowymi korzyściami, co jest szczególne istotne dla

producentów maszyn, są skrócenie czasu wytwarzania maszyny i zmniejszenie ich kosztów.

Modułowość konstrukcji to jednak również wyzwania inżynierskie i konieczność

nowego spojrzenia na konstrukcję maszyn, ich uruchamianie oraz użytkowanie. Dąży się do

tego, aby tworzenie gotowych wyrobów mogło odbywać się poprzez ich budowę ze

standardowych modułów, które mogą być łączone ze sobą na różne sposoby. Rozwiązanie

takie jest dla producenta korzystniejsze, niż konstruowanie jednej dużej maszyny, której

konfiguracja musi być zmieniona pod kątem każdego indywidualnego zamówienia.

Wprowadzenie do modułów interfejsów komunikacyjnych przyczynia się do

zredukowania ilości okablowania, co ułatwia serwisowanie urządzenia. Również w przypadku

modyfikacji maszyny zmiany w poszczególnych jej modułach mogą zostać wprowadzone w

czasie krótszym, niż miałoby to miejsce w przypadku maszyny zbudowanej klasycznie.

Konstrukcja modułowa to także wyzwanie dla projektantów. Moduły powinny być tak

opracowane, aby można je zaadoptować do dowolnej architektury budowanej maszyny.

Modułowość konstrukcyjna to także ułatwiona rozbudowa danego modułu. W eksploatacji

modułowość to szybka lokalizacja uszkodzeń modułów, łatwa ich wymiana i ułatwiony

nadzór zmian stanu podczas degradacji obiektów.

Projektowanie eksploatacji maszyn dotyka dwóch rozdzielnych obszarów:

- projektowania maszyn;

- eksploatacji maszyn.

Projektowanie maszyn posiada wieloletnią już tradycję, gdzie istnieje wiele

opracowań literaturowych ujmujących zagadnienia: metodologii projektowania,

komputerowego wspomagania projektowania, projektowania współbieżnego, opisu metod i

badań dynamiki konstruowanych obiektów.

Eksploatacja maszyn podobnie ma już wiele opracowań i książek omawiających

niezawodność, bezpieczeństwo, ergonomię, badania stanu degradacji oraz strategie

eksploatacji.

W tym rozdziale podjęto się próby opracowania problemu zawierającego połączenie

wskazanych, odrębnie jeszcze często traktowanych zagadnień, formułując zręby:

projektowania eksploatacji maszyn. Obejmuje ono zagadnienia wieloaspektowego

kształtowania nowej maszyny, badania procesu jej degradacji w czasie, doboru strategii

eksploatacji i systemy informacyjne wspomagające projektowanie. Ujęto tu też zagadnienia

badania właściwości eksploatacyjnych, metody ich opisu i analizy, strategie eksploatacji i

narzędzia ich opisu oraz wskazania dla projektowania utrzymania maszyn w ruchu.

Projektowanie eksploatacji maszyn w tym ujęciu, stanowi odwrócenie ważności

etapów w cyklu życia maszyny, gdzie dla potrzeb zaprojektowania eksploatacji już na etapie

pierwszym cyklu życia projektuje się finalny aspekt przedmiotu eksploatacji, dla spełnienia

zakładanych właściwości obiektu w użytkowaniu.

Obiekt techniczny, operator (decydent) i relacje środowiskowe między tymi

elementami tworzą system antropotechniczny. W fazie projektowania i konstruowania

obiektu należy wykonać analizę strukturalną takiego systemu, dokonać dekompozycji i skupić

się na elementach i zadaniach ważnych, krytycznych. Przyjmowane kryteria w projektowaniu

eksploatacji maszyny to: trwałość i niezawodność, degradacja stanu zdatności, koszty

eksploatacji, efektywność eksploatacji ii. To one stanowią podstawowe wyróżniki

eksploatacji złożonych obiektów technicznych, odwzorowujących realizacje wielu

różnorodnych funkcji, mnogości procesów roboczych, we współbieżnym przebiegu procesów

użytkowania i obsługiwania.

Wymagania użytkowników dla projektowanych maszyn i systemu ich eksploatacji

obejmują różne preferencje, ale do głównych są zaliczane:

- prostota maszyn (proste maszyny do pojedynczych zadań, krótko używane);

- ergonomia maszyn (zadaniowa, stanowiskowa, personalna);

- łatwy montaż, dostęp, demontaż;

- bezpieczeństwo pracy i obsługi;

- duża trwałość i niezawodność;

- zaimplementowane konstrukcyjnie metody i środki oceny stanu degradacji maszyn;

- dostępność procedur utrzymania zdatności (metody, wartości graniczne) podane w DTR;

- wymagania środowiskowe, BHP, czas eksploatacji (wg norm);

- łatwość serwisu, obsługi (zalecane przeglądy);

- szkolenia pracowników u producenta.

Systemowe podejście do procesów zachodzących w technosferze kładzie nacisk na

szeroko rozumiane bezpieczeństwo i efektywność. Bezpieczeństwo to cecha zdolności

systemu do minimalizacji zagrożeń zdrowia i życia ludzkiego, zagrożeń środowiska

biologicznego i technicznego oraz zagrożeń wartości ekonomicznych, w tym i jakości.

Efektywna minimalizacja tych zagrożeń, czyli wzrost bezpieczeństwa, jakości i

efektywności systemów antropotechnicznych i socjotechnicznych jest możliwa, jeśli rozważy

się system (najlepiej modelowo) w całym jego cyklu życia: od zamysłu realizacji potrzeby -

do utylizacji po likwidacji, wykorzystując przy tym narzędzia pozyskiwania informacji.

Narzędziem zyskującym sobie coraz większe uznanie w zakresie kształtowania jakości

systemów (maszyn) jest diagnostyka techniczna, jej metody i urządzenia, umożliwiające

śledzenie zmian degradacji stanu i doskonalące systemy efektywnego wykorzystania maszyn

w eksploatacji. Aby określić zakres zastosowań diagnostyki technicznej, celowym jest

przeanalizowanie całego okresu istnienia dowolnego obiektu i wyselekcjonowanie sytuacji, w

których uwzględnianie działań diagnostycznych jest niezbędne. Określenie "okres istnienia

obiektu" stosuje się zwykle do okresu rozpoczynającego się z chwilą sformułowania

wymagań (warunków technicznych), które spełnić powinien nowoprojektowany obiekt, a

kończącego się wraz z jego likwidacja (złomowaniem, rozbiórką i utylizacją).

W ujęciu systemowym nowoczesne sposoby kreowania „jakości” maszyn na

wszystkich etapach jej istnienia pokazano na rys.5.9, zaznaczając tam też koszty związane z

realizacją określonego przedsięwzięcia. Kontrola spełniania wymagań i poprawności

działania systemu technicznego jest prowadzona metodami diagnostyki technicznej. Z

rysunku widać, że zależnie od typu posiadanego modelu systemu istnieje możliwość

sterowania jego cechami użytkowymi w sensie węższym (na określonym etapie) lub w sensie

szerszym, w całym cyklu życia. Z rysunku wynika również, że istnieje możliwość sterowania

jakością systemu działaniowego w różnych zakresach - ocena projektowania, produkcji,

eksploatacji lub całego cyklu istnienia (ścieżka A). Sterowanie cechami użytkowymi obiektu

(jakość, bezpieczeństwo, efektywność - w ujęciu antropotechnicznym) w całym cyklu

istnienia jest możliwe przy wykorzystaniu informacji diagnostycznej, przetworzonej na

decyzje projektowe, produkcyjne i eksploatacyjne.

Powstawanie Kasacja

System eksploatacjii

0 Diagnostyka!

UŻYTKOWNIK WYTWÓRCA UŻYTKOWNIK

Pętla sprzężenia zwrotnego dla korekty działania ( doskonalenia systemu ).

1 2 3 4 5 6 7

Rozpozna- Ocena Użytkowanie nie Planowanie Badania Projektowa- Produkcja ewolucji systemu potrzeby systemu systemu nie i / lub systemu i wsparcie systemu konstrukcja logistyczne

ścieżka B

ścieżka C Model Wycofanie z holistyczny eksploatacji, systemu kasacja i/lub ścieżka A (zawiera wszystkie etapy) działaniowego odzyskanie

koszty Eksploatacja Wycofanie Koszt Inwestycja i konserwacja z użycia

0 2 4 6 8 16 18 20

Program w czasie - lata.

Rys.5.9. Cykle i etapy istnienia systemu działaniowego

Systemy działaniowe, traktowane jako celowo zaprojektowane obiekty dla wykonania

określonej misji, cechują się dużą złożonością konstrukcyjną i funkcjonalną oraz dużą

dywersyfikacją celów. Ich struktura i procesy w nich zachodzące mają niejednokrotnie cechy

fraktalne (powtarzające się) i hierarchiczne (złożone z różnych podsystemów

antropotechnicznych). Diagnostyka takich systemów jest niezwykle potrzebna, lecz zaledwie

antycypowana w kraju i na świecie.

Diagnostyka obiektów technicznych jest w chwili obecnej antycypowana

dychotomicznie, jako wsparta modelowo i jako diagnostyka symptomowa, a opisana

została w wielu opracowaniach, w tym w realizowanym projekcie POIG [100-110].

Coraz doskonalsze metody i środki diagnostyki technicznej winny wspomagać

konstruowanie maszyn, poprzez bieżącą kontrolę spełniania wymogów eksploatacyjnych przez

konstruowane węzły, pary kinematyczne czy zespoły mechaniczne.

Stosowanie diagnostyki w konstruowaniu umożliwia zatem korygowanie rozwiązań

konstrukcyjnych w aspekcie wymogów poprawności pracy, niezawodności, trwałości,

podatności diagnostycznej itp. - rys.5.10.

Rys.5.10. Algorytm konstruowania zorientowany eksploatacyjnie

W okresie konstruowania obiektu należy pamiętać, że w przyszłości będzie on

wymagał kontroli stanu, (diagnozowania użytkowego i obsługowego) zarówno całości jak i

poszczególnych elementów. W zależności od wyniku tej kontroli zachodzić może

konieczność naprawy, często polegającej na wymianie fragmentu obiektu obejmującego także

nie uszkodzone elementy. Stąd w okresie konstruowania obiektu należy przewidzieć taką jego

konstrukcję, by w okresie eksploatacji, diagnozowanie:

mogło objąć cały obiekt (pełność kontroli);

było ekonomicznie uzasadnione;

pozwalało realizować wymiany, naprawy i obsługiwanie profilaktyczne (kontrola stanu

przed i po obsługiwaniu);

umożliwiało podejmowanie optymalnych lub przynajmniej korzystnych decyzji

dotyczących dalszego postępowania z obiektem (np. w sytuacji, gdy jest on nie zdatny).

W okresie konstruowania, zwykle po przeprowadzeniu badań prototypu obiektu,

ustala się dane niezbędne dla prowadzenia procesu diagnozowania w eksploatacji (wartości

odniesienia, warunki pomiarów, relacje między wynikami sprawdzeń a diagnozami). Efektem

konstruowania obiektu w zakresie diagnozowania powinno być:

opracowanie zwykle dwu modeli diagnostycznych obiektu: dla diagnozowania

użytkowego (kontroli funkcjonalnej) oraz obsługowego (lokalizacji uszkodzeń);

opracowanie wytycznych dotyczących konstrukcji obiektu optymalnej ze względów

diagnostycznych (dostępność, sygnalizacja zmian stanu, podział na moduły);

opracowanie zestawu badanych wielkości, metod pomiaru i relacji diagnostycznych.

Zastosowanie diagnostyki na etapie konstruowania jest możliwe w symulacyjnym

eksperymencie czynnym - pozwalającym minimalizować dynamikę pracy maszyny, a także w

eksperymencie biernym - umożliwiającym określenie zmian eksploatacyjnych parametrów

wpływających na dynamikę pracy maszyny. Dogodnym kryterium podwyższonej

dynamiczności maszyny mogą tu być np. wartości amplitudy drgań, czy też częstości drgań

własnych, gdyż ogólnie minimum poziomu drgań jest wskaźnikiem nierozerwalnie złączonym z

charakterem procesów dynamicznych na etapie konstruowania, jak i w eksploatacji maszyn.

Skuteczne wykorzystanie diagnostyki na etapie konstruowania wymaga wykorzystania

szczegółowej metodologii diagnostyki, uwzględniającej: modelowanie fizyczne i

matematyczne, identyfikację parametrów modelu, symulację prognostyczną oraz weryfikację

eksperymentalną opracowanych procedur.

Informacje dla konstruowania diagnostycznego uzyskujemy z jednej strony z

modelowania systemów działaniowych, które w ogólności są znane i w dostępnej literaturze

dobrze opisane. Z drugiej strony przesłanki pomiarowe ewolucji stanu technicznego są dostępne

jedynie poprzez mierzalne symptomy stanu, możliwe do otrzymania z procesów resztkowych

takich jak ciepło, drgania, hałas, emisja akustyczna, resztkowe procesy zużycia itp.

Istnieje wiele metod wyznaczania symptomowej krzywej życia i wartości granicznych

symptomu, pozwalających generować zmienność eksploatacyjną cech stanu obiektu,

niezbędnych konstruktorowi dla oceny prognozowanych zużyć. Wydaje się, że przyszłościowe

są tu modele holistyczne systemów działaniowych oparte na modelach strukturalnych.

Diagnostyka na etapie wytwarzania obiektów pod względem wymogów traktuje jako

główne: wysokiej jakości wykonanie, technologiczność operacyjną, dostępność właściwych

materiałów, niskie koszty produkcji oraz zgodność z normami (unifikacja, typizacja i

normalizacja). Podstawowym zadaniem w tej fazie istnienia obiektu jest wytworzenie

poszczególnych elementów obiektu, a następnie całości, zgodnie z dokumentacją techniczną.

W procesie produkcji dokonuje się systematycznie pomiarów, których wyniki porównywane

są z wymaganiami zawartymi w dokumentacji technicznej. W zależności od wyniku tego

porównania podejmuje się dalszy etap wytwarzania lub wprowadza poprawki. Jakość

końcowego produktu uzależniona jest od dokładności sprawdzeń i konsekwentnego

postępowania zgodnie z ich wynikami - kolejnymi diagnozami. Ponadto jednak, końcowy

wynik będzie w pełni pozytywny, jeśli do międzyoperacyjnej kontroli stanu wybrano

właściwe wielkości a w całym procesie diagnozowania uwzględniono wszystkie istotne

właściwości obiektu i jego podzespołów. Zatem efekty diagnozowania obiektu w czasie jego

produkcji uzależnione są od prawidłowego zaplanowania procesu diagnozowania oraz od

właściwego wykonania pełnego zbioru działań dla tego procesu.

Między tymi zadaniami występuje pewne sprzężenie: prawidłowe wykonanie działań

zależy w pewnym stopniu od sposobu ich zaplanowania (dostępność, czasochłonność,

złożoność metod pomiarowych) a doświadczenia wynikające z realizacji podobnych

procesów w przeszłości, uwzględnia się przy planowaniu nowych procesów kontroli. Efektem

opracowania procesów diagnozowania dla tego etapu istnienia obiektu jest:

zaplanowanie procesu kontroli elementów, zwykle jest to statystyczna kontrola jakości

elementów nie własnej produkcji;

zaplanowanie kontroli elementów własnej produkcji (kontrola stanowiskowa,

międzyoperacyjna, itp.);

zaplanowanie kontroli podzespołów i całości obiektu.

W każdym z tych zadań należy ustalić:

metody badania (co, czym i jak mierzyć);

wartości odniesienia dla poszczególnych wielkości (wartości nominalne z tolerancją);

warunki badań (sygnały testujące, wymuszenia zewnętrzne);

średni czas trwania czynności;

liczność i sposób pobierania próbek losowych w przypadku statystycznej kontroli jakości;

instrukcje postępowania z obiektem w zależności od otrzymanych wyników sprawdzeń, w

tym wytyczne dotyczące zmian i regulacji umożliwiających uzyskanie stanu zdatności.

Efektywne wykorzystanie diagnostyki technicznej na tym etapie istnienia obiektów

wiąże się z dostępnością procedur i środków diagnostyki, przygotowaniem diagnostów oraz

przekonaniem pracowników zakładu o potrzebie oceny poprawności wykonywanych przez

nich czynności.

Diagnostyka eksploatacyjna związana jest ze sferą finalną jakości wyrobów, gdzie za

rację bytu obiektu uznaje się jego użytkowanie. W tym zakresie można wyróżnić:

wymagania trwałościowo - niezawodnościowe,

wymagania związane z efektywnością stosowania wytworów (sprawność, wydajność, niskie

koszty eksploatacji),

wymagania związane bezpośrednio z użytkowaniem (uniwersalność, łatwość obsługiwań,

podatność odnowy, automatyzacja),

wymagania związane z oddziaływaniem na otoczenie (cichobieżność, bezpieczeństwo,

ergonomia, ochrona środowiska).

Można przyjąć, że najszersze oddziaływanie diagnozowania na stan obiektu występuje

podczas jego eksploatacji. Uwzględnić należy tutaj dwojakie zapotrzebowanie na decyzje

diagnostyczne:

a) ze strony użytkownika, dla którego ważne są następujące efekty:

określenie, czy obiekt funkcjonuje (lub może funkcjonować) prawidłowo - diagnozy

użytkowe uzyskane w wyniku badania właściwości funkcjonalnych obiektu;

wyznaczenie prognozy dotyczącej oczekiwanego okresu zdatności obiektu - jest to zwykle

wyznaczenie prawdopodobieństwa poprawnej pracy w zadanym okresie czasu;

b) ze strony obsługującego obiekt, dla którego ważna jest:

możliwość lokalizacji uszkodzenia (uzyskanie dokładnych diagnoz obsługowych);

określenie przyczyny uszkodzenia;

wyznaczenie danych umożliwiających określenie parametrów procesu naprawy (średni czas

naprawy, prawdopodobieństwo naprawienia w zadanym czasie, oczekiwany koszt naprawy);

wyznaczenie danych umożliwiających oszacowanie parametrów procesu odnowy (średni

czas do uszkodzenia, oczekiwany czas do kolejnych badań i prac profilaktycznych).

Efektem opracowania procesu diagnozowania dla okresu eksploatacji obiektu są

zwykle odpowiednie rozdziały w instrukcjach użytkowania i obsługiwania, traktujące o

zasadach wykorzystania diagnostyki. W instrukcji użytkowania podaje się:

zależności, cechy, symptomy i ich wartości, charakteryzujące stan zdatności obiektu;

punkty kontrolne i metody badań.

Opracowując instrukcję dąży się do minimalizacji liczby badanych wielkości i

poszukuje się parametru uogólnionego, to jest wielkości, której wartość (często logiczna: "jest

- nie jest") pozwala wnioskować o stanie całości obiektu, nawet kosztem obniżenia

wiarogodności kontroli. Takie podejście jest niezbędne w przypadkach, gdy użytkownik nie

posiada dostatecznych kwalifikacji do prowadzenia diagnozowania i obsługiwania obiektu.

W instrukcjach obsługi diagnozowanie zajmuje coraz więcej miejsca i obejmuje

przepisy dotyczące postępowania po wykonaniu działań diagnostycznych, przy lokalizacji

uszkodzeń (diagnozowaniu obsługowym), w czasie badań okresowych, przy pracach

profilaktycznych i przy diagnozowaniu użytkowym

Jest przy tym oczywistym, że powyższe problemy winny być rozwiązane w oparciu o

najnowsze dokonania różnych dziedzin wiedzy, szczególnie z obszaru nauk eksploatacyjnych.

5.4. PROJEKTOWANIE WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNYCH

5.4.1 Zmiany potencjału użytkowego maszyny

Podobieństwo zużywania się różnego typu maszyn i ich elementów skłania do

poszukiwania ogólnych modeli ewolucji życia, odwzorowywanych obserwowanymi

symptomami stanu. Jest to możliwe dla modeli budowanych na podstawie rozważań

fizykalnych i energetycznych, dla których znane są już zasady przepływu i transformacji

energii. Każdy przypadek zmiany stanu systemu jest reakcją obiektu materialnego na

wymuszenia spowodowane bezpośrednim lub pośrednim oddziaływaniem energetycznym.

Reakcja ta może być natychmiastowa lub też może być odłożona w czasie do chwili, kiedy

warunki pozwolą na jej ujawnienie [29,33].

W myśl ogólnej teorii systemów maszynę można traktować jako otwarty system

działaniowy z przepływem masy, energii i informacji, celowo skonstruowany dla wykonania

określonej misji. Są to więc układy transformujące energię, z nieodłączną jej dyssypacją

wewnętrzną i zewnętrzną. Tak więc wejściowy strumień masy (materiału), energii i

informacji jest przetwarzany na dwa strumienie wyjściowe, energię użyteczną w postaci innej

pożądanej jej formy lub też produktu będącego celem projektowym danego obiektu. Drugi

strumień to energia dyssypowana, częściowo eksportowana do środowiska, a częściowo

akumulowana w obiekcie jako efekt różnych procesów zużyciowych zachodzących podczas

pracy maszyn i urządzeń. Zaawansowanie tych procesów zużyciowych determinuje jakość

funkcjonowania każdego obiektu i określa jego stan techniczny.

Potencjał użytkowy maszyny może być definiowany jako zasób materiałowo-

energetyczny zapewniający jej zdolność do użytkowania – rys.5.11. Ten potencjał maleje w

czasie działania maszyny, a jednocześnie rośnie jej potencjał obsługowy. Potencjał

obsługowy jest interpretowany jako zasób materiałowo-energetyczny niezbędny do

odnowienia potencjału użytkowego maszyny. Oba te rodzaje potencjałów tworzą potencjał

eksploatacyjny, który charakteryzuje właściwości maszyny jako jej zdolność do

wykorzystania zgodnie z potrzebami, do których została ona przysposobiona w fazach

projektowania i wytwarzania.

Podczas działania maszyny zainicjowanego działaniem jej użytkownika następuje

zmniejszanie potencjału użytkowego a jednocześnie narasta jej potencjał obsługowy.

Potencjał użytkowy może być odnowiony po przerwaniu przez użytkownika jej działania

i dokonania przez niego odpowiedniej obsługi organizacyjno-technicznej. Odnowa potencjału

użytkowego maszyny jest celem działania jej użytkownika, natomiast obsługa – sposobem

odtworzenia potencjału użytkowego.

R(t)

1

B A

Ɵ

Stan wyjściowy Stan eksploatacyjny

Rys.5.11. Krzywe degradacji stanu maszyny

W naukach technicznych używany jest termin „działanie” odnoszący się zarówno do

pracy człowieka jak też do pracy urządzeń technicznych, podczas gdy w prakseologii termin

„działanie” odnoszony jest wyłącznie do człowieka.

Do zainicjowania i zrealizowania działania, w którego wyniku może być osiągnięty

cel w określonym czasie, potrzebna jest odpowiednia ilość energii, która może mieć rozmaite

postacie. Osiągnięcie celu może więc być niemożliwe między innymi wskutek niedoboru

energii i braku czasu. Z tego też względu działanie, w ujęciu wartościującym (D) może być

przyrównane do wielkości fizycznej i tym samym interpretowane jako wielkość fizyczna

określona iloczynem energii (E) i czasu (t), której jednostką miary jest dżulosekunda

[dżulsekunda]. W ujęciu deterministycznym, gdy energia E nie ulega zmianie w przedziale

czasu [0, t], wielkość tę można wyrazić następująco [29]:

D = Et (5.1)

a zmiany energii w czasie [E = f(t]) w przedziale [0, t] można zapisać jako:

t

)dτE(D0

(5.2)

Takie działania daje łatwe analizy ekonomiki działania () przy użyciu maszyny o

określonej sprawności, którą można wyrazić [4]:

N

Wε (5.3)

przy czym, jeśli E = f(t):

t

dτEκκDN0

)(

gdzie: W - wynik działania; N - nakład poniesiony na działanie, - koszt jednostkowy (koszt przypadający na

jednostkę zwaną dżulosekundą).

Oprócz ekonomiki działania (3) można także analizować efekt działania, który w

przypadku E = f(t) określa zależność:

t

τ)dτEκWNWK0

{ (5.4)

Sprawność energetyczna (e) maszyny, której zastosowanie umożliwiło uzyskanie

efektu działania może być określona wzorem [29]:

d

u

eE

Eη (5.5)

Działanie ekonomiczne prowadzi zawsze do minimalizacji nakładów w odniesieniu do

wyniku działania, którym jest stan rzeczy osiągnięty jako skutek działania. Natomiast

wydajniejsze będzie takie działanie, gdy przy danym zużyciu zasobów (energii i/albo czasu)

uzyskano lepszy wynik działania, czyli większy efekt działania.

Przekształcanie energii przebiega w każdej maszynie, wskutek zużycia jej elementów,

z coraz mniejszą sprawnością, powodując wzrost Er. Wskutek tego przy Ed = idem wraz z

upływem czasu energia Eu (rys.5.12) będzie malała.

Rys.5.12. Schemat działania maszyny jako przetwornika energii w stanie ustalonym: Z – zakłócenia, ZZ – zakłócenia zasilania, ZS – zakłócenia sterowania, N – inne zakłócenia, Ed – energia

doprowadzona, Er – energia rozproszona (tracona), U - przyrost energii wewnętrznej, Eu – energia użyteczna

Ed

Z = {ZZ, ZS, N}

Eu Stan techniczny

Stan energetyczny

U = 0 Er

E(t)

E1

E2

t1 t2

t

pole działania DM Ef = f(t)

pole działania DR

Utrzymanie warunku: Eu = idem, wymaga zwiększenia Ed z upływem czasu, jeśli jest

to możliwe. Rozpatrując działanie maszyn, trzeba uwzględnić to, że podczas działania są one

obciążone cieplnie i mechanicznie, co jest przyczyną narastania ich zużycia i związanych z

tym strat energii. Tak rozumiane działanie, może być przedstawione w formie wykresu, który

można nazwać wykresem działania. Przykład takiego działania, w zakresie zmian energii od

E1 do E2 dla dowolnie wybranego przedziału czasu pracy maszyny [t1, t2] przedstawiono na

rys.5.13. Pole działania DM maszyny jest polem charakteryzującym „działanie możliwe”

maszyny w przedziale czasu t1, t2. Natomiast pole działania DR jest polem obrazującym

„działanie tracone” wskutek zużycia maszyny, które jest przyczyną narastania (wraz z czasem

użytkowania maszyny) strat energetycznych.

W przypadku, gdy energia danej maszyny jest przekazywana do odbiornika w

przedziale czasu [t1, t2], to jego działanie można interpretować następująco [30,32,34,46]:

2

1

d)(t

t

ttED (5.6)

przy czym: E(t) = f(t) – E2,

gdzie: D - działanie maszyny; E – energia przetwarzana (uzyskana), umożliwiająca realizację jakiegoś zadania

w przedziale czasu [t1, t2]; t - czas zużywania energii E.

Rys.5.13. Przebieg działania maszyny: E - energia, t - czas, DM – działanie możliwe maszyny, DR – działanie rozproszone wskutek strat energii

Wobec tego, jeśli przyjąć, że E(t) = f(t) – E2, zależność (5.6) może być także zapisana

w formie wzoru:

2

1

)(d)( 122

t

t

ttEttfD (5.7)

Zastosowanie powyższych wzorów wymaga geometrycznego zastosowania całki

oznaczonej, gdzie całkowanie należy wykonać uwzględniając nierówności:

Ef E E2 oraz t1 t t2

W przypadku, gdy energia urządzenia przekazywana do odbiornika jest stała (E =

idem) w przedziale czasu [t1, t2], to zgodnie z wzorem (5.6) działanie:

2

1

2

1

2

1

)(dd)( 12

t

t

t

t

t

t

ttEEttEttED (5.8)

Uwzględniając formy przemiany energii E w maszynach takie jak praca (L) oraz

ciepło (Q), można korzystając z wzoru (5.8) określić ich działanie następująco:

)(d);(d 1212

2

1

2

1

ttQtQDttLtLDt

t

Q

t

t

L (5.9)

Zależności (5.7) i (5.8) mają interesujące walory poznawcze, ale mogą mieć także

istotne znaczenie utylitarne. Korzystając z nich można łatwo wyznaczyć zarówno działanie

wymagane (DW) jak też możliwe (DM) każdego urządzenia i uzyskać wstępną informację na

temat jego przydatności eksploatacyjnej do wykonania określonego zadania.

Działanie dowolnej maszyny, może być rozumiane dwojako. Jako wymagane (DW),

czyli takie, aby mogło być wykonane zadanie, do którego realizacji została dana maszyna

przysposobiona w fazie projektowania i wytwarzania. Jako możliwe (DM), czyli takie, które

może dana maszyna zrealizować w wymaganym czasie, będąc w określonym stanie

technicznym i funkcjonując w ustalonych warunkach eksploatacyjnych.

Zadanie, do którego wykonania maszyna została przysposobiona w fazie

projektowania i wytwarzania, może być zrealizowane tylko wtedy, gdy zostanie spełniona

nierówność:

DM DW, (5.10)

czyli gdy: tM tW , gdy jednocześnie EM EW.

gdzie: tM – czas możliwy działania maszyny, tW - czas wymagany działania maszyny,

EM – energia, która może być przetworzona przez maszynę, EW – energia wymagana (potrzebna) do wykonania

zadania Zd (energia jaka musi być przetworzona, aby zadanie Zd zostało wykonane).

W przypadku, gdy zachodzi nierówność:

DM < DW, (5.11)

maszynę należy uznać za uszkodzoną, ponieważ nie może ona wykonać zadania Zd.

W czasie eksploatacji maszyn następuje ich zużycie zarówno liniowe

(powierzchniowe) jak też objętościowe, które jest przyczyną narastania rozpraszania energii.

Wskutek tego maleje energia użyteczna Eu, co sprawia, że działanie możliwe maszyny ulega

zmniejszeniu w porównaniu z działaniem maszyny nowej bądź po naprawie głównej (DN).

Zatem z upływem czasu działania maszyny narasta rozpraszanie jej działania, co powoduje

wzrost DR. Zatem działanie możliwe DM można rozumieć jako różnicę między działaniem

maszyny nowej (DN) a działaniem rozproszonym (DR), czyli:

DM = DN – DR

gdzie: DM – działanie możliwe maszyny, DN – działanie maszyny nowej, która nie ulega zużyciu w czasie

wykonywania zadań, DR – działanie rozproszone maszyny.

Działanie maszyn jest rozumiane jako generowanie przez nie energii E w określonym

czasie t. Zostało ono przyrównane do wielkości fizycznej, którą można wyrazić wartością

liczbową i jednostką miary nazwanej dżulosekundą [dżulsekunda]. Działanie tak rozumiane

ulega pogorszeniu wraz z narastaniem zużycia maszyn. Oznacza to, że wartość tego działania,

w określonym czasie, będzie maleć wskutek zmniejszania generowanej przez maszynę

energii. Zasygnalizowano, że w przypadku zastosowania teorii procesów stochastycznych do

analizy zmian tak rozumianego działania, można zastosować rachunek całkowy.

Tak interpretowane działanie zależy od stanu technicznego maszyny a cechuje go

jednocześnie energia przez niego przetwarzana oraz czas jej generacji. Działanie w

przedstawionej interpretacji, mimo, że zostało sformułowane w odniesieniu do maszyn, a

więc urządzeń, w których następuje przetwarzanie energii, może być także odniesione do

innych rodzajów urządzeń energetycznych.

Potencjały użytkowy i obsługowy stanowią potencjał eksploatacyjny maszyny, który

jest rozumiany jako właściwość, która charakteryzuje zdolność maszyny do zastosowania

zgodnie z potrzebami (generowanymi przez SOp), do których została przysposobiona w fazie

projektowania i wytwarzania [29,46].

W ujęciu opisowym potencjał eksploatacyjny maszyny można najkrócej zdefiniować

jako jej właściwości charakteryzującą zdolność do zastosowania zgodnie z potrzebami, do

których została ona przysposobiona w fazie projektowania i wytwarzania (tzw. potencjał

użytkowy), bądź właściwości które charakteryzują potrzeby maszyny w zakresie odnowy jej

stanów: technicznego i energetycznego (tzw. potencjał obsługowy).

Aby utrzymać odpowiedni potencjał użytkowy, bądź odnowić ten potencjał, są (mogą

być) wykonywane różnego rodzaju obsługiwania techniczne maszyn [29,33,46].

5.4.2. Holistyczne projektowanie maszyny

Ogromne możliwości techniki komputerowej, umożliwiającej symulację dynamiki

obiektów mechanicznych (metody elementów skończonych, brzegowych, analiza modalna ii)

sprawiają, że realna staje się diagnostyka wsparta modelowo. Do tego celu trzeba jednak

dysponować modelem opisującym zachowanie się maszyn w całym cyklu istnienia - od

poczęcia koncepcyjnego (projektu) aż do planowej likwidacji. Taką możliwość daje

opracowany ostatnio model holistyczny, którego ideę przedstawiono poniżej. Większość systemów działaniowych (w tym i maszyn) tworzonych przez człowieka to

systemy materialne ze specjalnie dobranego i zaprojektowanego tworzywa, celowo

wytworzonych dla wypełnienia określonej misji. Wymiana energii z otoczeniem i przepływ

energii w systemie działaniowym jest zawsze źródłem odpowiedzi dynamicznych systemu w

postaci procesów resztkowych, np. drgań, hałasu, ultradźwięków itp. Ponadto kumulacyjne i

destrukcyjne działanie energii tych procesów na strukturę mechaniczną maszyny jest

powodem ewolucji własności fizycznych i operacyjnych, charakteryzujących stan maszyny.

Zmiany własności fizykalnych maszyny przebiegają w czasie istnienia (życia) „„ ,

zaś pierwotne zjawiska dynamiczne w czasie szybkim „t”. Można to ująć graficznie

przedstawiając przestrzeń życia i zdarzeń maszyny, tak jak pokazano to na rys.5.14.

Rozważając procesy dynamiczne, które przyśpieszają zużycia to można ustalić, że rzut

osi „t” na oś „„ będzie niezerowy. Im bardziej zaś ortogonalne będą te osie tym bardziej

długowieczny będzie system działaniowy (maszyna) [14,87].

w() m() Y(,t) t

c() dynamika

k() drgania własności fizyczne

awaria

ewolucja czas życia 0

1 V b

S()= [y(,t)] symptom

awaria

S()

Rys.5.14. Trzy dziedziny ewolucji systemu działaniowego: reakcja dynamiczna,

własności fizyczne, obserwowane drogą identyfikacji symptomu S

Zachodzące zmiany fizyczne w obiekcie - starzeniowe i zużyciowe - dobrze

odzwierciedlane są w symptomowym modelu holistycznym, ujmującym te procesy w całym

cyklu istnienia obiektu. Miarą odzwierciedlającą zachodzące procesy destrukcyjne w obiekcie

jest funkcja destrukcji D(r,) zależna od stopnia degradacji obiektu i możliwa do obserwacji

za pomocą symptomów stanu.

W ogólnym ujęciu model holistyczny określany operatorem L(*) jest związany ze

zmianą stanu maszyny (rys.5.15) zależnością:

L [(y) (r,,t)] = f (r,,t) (5.12)

Zmianę własności mechanicznych maszyny podczas jej działania, tzn. zmianę

własności masowo-sprężysto-dyssypatywnych, tkwiących w holistycznym operatorze

dynamicznym G(r,,t) maszyny, można przedstawić w łącznym równaniu ruchu i ewolucji

stanu w postaci:

G[D(r,), r,t] y(r,t) = f (r,,t) (5.13)

gdzie: D(r,) jest stopniem lokalnej degradacji maszyny, r - jej współrzędną przestrzenną, t - czasem

dynamicznym, zaś - czasem eksploatacji.

zmiany dynamiczne „t”

MODEL y(r, , t)

wejścia HOLISTYCZNY wyjście

f(r,,t) MASZYNY y(r,,t) i =const

L ()

ewolucja stanu w czasie „„

symptomy S(r,) Rys.5.15 Główne założenia modelu holistycznego obiektu diagnozowania

Nie wchodząc w szczegóły różnych modeli fizycznych konkretnych maszyn, można

dla ujęcia dyskretnego i przybliżenia liniowego przedstawić holistyczny model dyskretny w

postaci macierzowej:

M[D()] u..

(t) + C[D()] u.

(t) + K[D()] u(t) = f(t) (5.14)

lub odpowiednio, w postaci :

M() X..

(t) + C() X.

(t) + K() X(t) = F(,t) (5.15)

gdzie: M, K, C to odpowiednio macierze mas, sztywności i tłumienia, zależne od

zaawansowania procesów zużyciowych (destrukcyjnych), zaś F(,t) czy f(t) - wektor sił

wymuszających, zależny od czasu życia .

Zależność elementów macierzy od stopnia destrukcji obiektu D() może mieć charak-

ter wykładniczy lub wielomianowy, przykładowo:

masa: m(D) = m 0 (1 a m D)am , 0 a m 1 , a m 0

sztywność: k(D) = k 0 (1 a k D)ak , 0 a k 1 , a k 0 (5.16)

tłumienie: c(D) = c 0 (1 a c D)ac , 0 a c 1 , a c 0

z odpowiednimi wykładnikami i współczynnikami do identyfikacji w konkretnych

przypadkach zużywania się maszyn.

Procedura rozwiązywania równania (5.14 czy 5.15) polega na chwilowym zamrożeniu

zmienności parametrów i rozwiązaniu zagadnienia jak dla stałych parametrów. Następnie

uwzględnia się wpływ dynamiki na wartości parametrów i z nowymi ich wartościami

przechodzi się do następnego kroku analizy modelu holistycznego.

Dla szczególnego przypadku belki z uogólnionym operatorem sprężysto-tłumieniowym,

którym to modelem można opisać - rys.5.16 - zachowanie się wielu rzeczywistych obiektów

(np. dynamika wysokich kominów, zachowanie się podpór platform wiertniczych [3,4]) rów-

nanie holistyczne przyjmuje postać:

f (z,,t) = m[z, D(z,)]

2

2

y z t

t

( , )

+ m[z,D(z,)

y z t

t

( , )+

+ K [z, D(z, ),

z t, , y(z, t) + K [z, D(z, )

z, y(z, t)] (5.17)

gdzie: K(*) - uogólniony operator sprężysto-tłumieniowy

wiatr

1 m z

korozja

a

y(z,t,)

Rys.5.16. Model belki przybliżający opis dynamiki i ewolucji stanu komina, podstawy

wież wiertniczych itp. w modelu holistycznym

Analizowany model uwzględnia oddziaływania korozji (woda) i zmęczenia belki od

cyklicznych wymuszeń wiatru. Dotychczasowe doświadczenia wskazują na zmiany średnicy

belki w wyniku korozji wodnej o c 0,12 mm/rok. Nieco inne dane dotyczą komina lecz

podlegają tym samym prawom. To powoduje zmiany masy belki i momentu bezwładności

przekroju poprzecznego belki, co można opisać zależnościami:

m [z, D(z, )] = m 0 (1 - cR

) [H(z) - H(z - a)]

I (z, D(z, )] = I 0 (1 - cR

) 4 [H(z) - H(z -a)] (5.18)

gdzie: R - promień przekroju poprzecznego belki, H - funkcja Heaviside’a.

Przyjmując dalej współczynnik bezpieczeństwa korozyjnego równy 2, ogranicza się

zmiany promienia belki do R/2, co z kolei wyznacza czas graniczny zużycia korozyjnego do

wartości = R/ c [lata]. Jednocześnie wystąpi także zmiana sztywności ze względu na

zmęczeniowe działanie wiatru, które dla jasności rozważań zostanie tu pominięte.

Uwzględniając w modelu oddziaływania wiatru i falowanie wody przestrzenny proces

wymuszający można opisać zależnością:

f(z, t) = z

l f(t) (5.19)

Drganiowy model holistyczny belki, przy wymuszeniach f(z, t), z uwzględnieniem

współczynnika oporu Bernoulliego i masy tłumionej, proporcjonalnej do zanurzenia w

wodzie, można przedstawić w postaci:

m 0 (1 - c

R)

2

2

y z t

t

( , )

[H(z) - H(z - a)] + a m c (1 -

c

R

y z t

t

)

( , )

[H(z) - H(z - a)] +

+ E I 0

4

4

y z t

z

( , )

(1 - c

R

)4 [H(z) - H(z - a)] =

z

lf(t) (5.20)

Rozwiązując to równanie metodą analizy modalnej :

y(z, t, ) = q t U zj j

j

( ) ( , )

1

(5.21)

otrzymujemy układ normalnych równań różniczkowych w postaci:

j c j

c j

mR

H z H z a U z

EIR

H z H z a U z

2

0

0

4

1

1 0

( ) ( )[ ( ) ( )] ( , )

( ) [ ( ) ( )] ( , )

q t z q t q tz

lf t U z dzj j j j j f j

l.. .

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( , ) 2

0

2 j j( ) ( ) , j = 1, 2, ... (5.22)

z q tj ( ) jako współrzędną j-tej postaci własnej oraz U zj ( , ) jako kolejną postacią własną

drgań. Rozwiązując ten układ równań można wyznaczyć kolejne mody drgań, amplitudy

modalne, częstości drgań, okresy drgań i ich kombinacje i sprawdzić czy są współzmiennicze

z pogarszającym się stanem technicznym, tzn. czy mogą być uważane jako symptomy stanu.

Z przeprowadzonej analizy otrzymano więc wszystkie potrzebne dane do stworzenia

symptomów życia systemu dla specyficznych danych danego systemu działaniowego.

Wynikiem tej procedury jest uzyskanie drganiowego symptomu w postaci:

ST

TTj

j

j

( )( )

( )

0 j = 1, 2, 3 (5.23)

obrazującego zmiany podstawowego okresu drgań (pierwsza moda drgań), jako symptomu

ewolucji stanu rozważanych obiektów. W miejsce miar zmian okresowości można wstawić

inne miary nadzorowanego procesu drganiowego, np. wartości amplitud.

Korzyści z zastosowania holistycznego modelu maszyny dla wszystkich faz jej życia

pozwala na:

- badania reakcji dynamicznej maszyny w całym przedziale życia, od jej produkcji do kasacji;

- wybór optymalnego zbioru symptomów dla śledzenia ewolucji degradacji maszyny;

- ocenę czasu przeżycia (awarii) maszyny;

- ocenę słabych punktów konstrukcji maszyny, ich przekonstruowanie lub zainstalowanie w

tych miejscach nadzoru diagnostycznego;

- ocenę potrzeby, rodzaju i wyboru miejsc monitorowania stanu maszyny;

- opracowanie koncepcji systemu nadzoru diagnostycznego w ramach diagnostyki

symptomowej lub modelowo symulacyjnej;

- wydłużenie czasu życia, uniknięcie awarii i obniżenie kosztów eksploatacji.

Diagnostyka wsparta na modelu holistycznym obiektu umożliwia więc symulację

całego cyklu jego życia, a także projektowanie zakresu i systemu diagnozowania co wskazuje

na wyłaniające się nowe możliwości diagnostyki holistycznej, dającej wielorakie korzyści.

5.4.3. Projektowanie właściwości użytkowych

Przebieg zużycia maszyn w czasie eksploatacji zależy od tego, który z procesów

zużycia jest dominujący. I tak dla wszystkich zespołów maszyn, w których występuje tarcie,

wyróżnia się zazwyczaj trzy okresy przebiegu zużycia (okres starzenia wstępnego, okres

zużycia normalnego, okres zużycia przyśpieszonego). Z powodu występowania różnorodnych

przyczyn uszkodzeń maszyny, intensywność występowania uszkodzeń w toku eksploatacji

jest różna i można ją związać z przedstawionymi etapami eksploatacji (rys.5.17).

Rys.5.17. Charakterystyka zużycia maszyny w czasie eksploatacji

Wynika stąd, że proces zużycia jest ściśle związany z czasem pracy maszyny i

prowadzi nieuchronnie do uszkodzeń, co pozwala na zastosowanie w diagnostyce modeli

ewolucji parametrów zużycia.

W metodologii procesu badania ewolucji stanu maszyny wyróżnia się następujące fazy

badania, które występują w różnych formach działania diagnostycznego:

a) diagnozowanie - jako proces określania stanu maszyny w chwili b;

b) genezowanie - jako proces odtwarzania historii stanów maszyny, np. w celu

szacowania przyczyn uszkodzenia;

c) prognozowanie - jako proces określania przyszłych stanów maszyny, umożliwiających

np. określenie terminu następnego obsługiwania maszyny d .

co następnie umożliwia:

a) określenie stanu technicznego maszyny w czasie bieżącym na podstawie wyników

badań diagnostycznych. Umożliwia ono kontrolę stanu i lokalizację uszkodzeń w

przypadku stanu niezdatności maszyny;

b) określenie stanu maszyny w czasie przeszłym na podstawie niepełnej historii wyników

badań diagnostycznych, co umożliwia oszacowanie stanu maszyny w przeszłości.

c) przewidywanie stanu maszyny w czasie przyszłym na podstawie niepełnej historii

wyników badań diagnostycznych. Umożliwia ono oszacowanie czasu niezawodnego

użytkowania maszyny lub wartości wykonanej przez nią w przyszłości pracy.

Realizacja ustaleń i propozycji zawartych powyżej powinna zwiększyć skuteczność

i efektywność diagnozowania maszyn, a tym samym przyczynić się do działań

racjonalizujących ich eksploatację poprzez optymalizację badań ewolucji stanu oraz

ograniczenie zagrożeń bezpieczeństwa i środowiska eksploatowanych maszyn.

Modelowanie zmian stanu dynamicznego i zasobu funkcjonowania obiektów, z

uwzględnieniem zmiennego obciążenia oraz indywidualne podejście do zmian stanu każdego

elementu to dopiero początek w zakresie wykorzystania modeli ewolucyjnych. Modele takie

musza mieć podstawę analityczną, a jednocześnie dobrze odzwierciedlać zmiany

konstrukcyjne i eksploatacyjne zachodzące w czasie życia maszyny.

Ważnym zagadnieniem tego obszaru badań są problemy optymalizacji, w tym

redukcja ilości informacji i poszukiwanie najlepszych symptomów stanu destrukcji maszyn.

Znajomość stanu dynamicznego i struktury systemu pozwala opisać jego zachowanie,

a także umożliwia budowanie modeli prognostycznych zachowania się systemu w funkcji

czasu ewolucji dynamicznej, opartych o model wzrostu symptomów stanu technicznego.

Najczęściej jednak nie są znane równania opisujące zachowania systemu w funkcji czasu

ewolucji dynamicznej, co uzasadnia potrzebę stosowania nowych narzędzi badania stanu

dynamicznego. Istnieje wymóg weryfikacji eksperymentalnej modeli analitycznych obiektów

technicznych, gdyż poprawnym jest model, który weryfikuje się w praktyce. Eksperyment jest

często tylko inspiracją do dalszych badań, prowadzących do optymalizacji konstrukcji.

Celem badań jest pozyskanie informacji o dynamice maszyny i zachodzących w niej

procesach formowania się obciążeń i naprężeń. Główne informacje o właściwościach

dynamicznych maszyn i ich modeli można wyprowadzić z przebiegu charakterystyk

amplitudowo-częstotliwościowych i amplitudowo-fazowych. Ich przebieg wskazuje na pasma

częstotliwości rezonansowych, poziom drgań w stanach ustalonych, a także na obszary

stabilności układu. W wielu przypadkach bezpośrednie wyznaczenie tych charakterystyk nie

sprawia trudności, np. ustalenie masy zespołów przez ich ważenie. Charakterystyki sił

sprężystości resorów, sprężyn śrubowych i elementów odkształcalnych o prostej budowie

można wyznaczyć metodami obliczeniowymi (z wykorzystaniem zależności opisujących

właściwości wytrzymałościowe materiałów) lub przez pomiar na specjalistycznych

stanowiskach badawczych. Bardziej skomplikowane układy wymagają stosowania złożonych

procedur pomiarowych, uwzględniających przede wszystkim stan obciążeń dynamicznych i

zachodzące wówczas procesy.

Należy podkreślić, że zbudowanie modelu matematycznego maszyny roboczej to nie

tylko ustalenie struktury modelu oraz opisanie ruchu jego mas odpowiednim układem równań

różniczkowych. Często daleko trudniejszym problemem staje się wyznaczenie

współczynników tych równań, w tym niezbędnych wartości współczynników sztywności i

tłumienia elementów odkształcalnych modelu. Jakość rozwiązania tego problemu jest silnie

związana z rezultatami badań identyfikacyjnych, zastosowanych technik pomiarowych i

urządzeń badawczych.

Identyfikacja ogólna jest procesem określania właściwości obiektu na podstawie

analizy związków, które zachodzą pomiędzy sygnałami działającymi na obiekt a jego

odpowiedzią na te wymuszenia. Identyfikacja ogólna prowadzi do określenia podstawowych

właściwości (charakterystyk, parametrów) obiektu. W układach liniowych obejmuje

najczęściej wyznaczenie charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej obiektu lub

zespołu. Charakterystyka ta stanowi dobry punkt wyjścia do identyfikacji pełnej, w której

zakłada się znajomość struktury (geometrycznej lub fizycznej) obiektu oraz zbudowanego na

tej podstawie modelu.

Skupiając uwagę na najważniejszym etapie powstawania maszyny, jakim jest

projektowanie jej elementów i zespołów, można wyodrębnić następujące problemy:

wyznaczenie statycznych i dynamicznych obciążeń, działających na poszczególne węzły

i elementy maszyny

ustalenie rozkładu naprężeń w wybranych obszarach obliczanej konstrukcji

wybór obciążonych elementów oraz oszacowanie ich wytrzymałości i trwałości.

Najtrudniejszym przedsięwzięciem w dalszym ciągu jest wyznaczenie przebiegu,

charakteru zmian i wartości ekstremalnych obciążeń dynamicznych w projektowanej

konstrukcji. Od dokładności wyznaczenia stanu tych obciążeń zależeć będzie poprawność

prowadzonych obliczeń projektowych, a w ich rezultacie niezawodna praca, a także walory

eksploatacyjne i koszt wytwarzania maszyny roboczej.

Pierwszym krokiem podczas analizy dynamiki jest zwykle wyznaczenie częstości

drgań własnych elementów i układów maszyny (tzw. widmo drgań maszyny lub zespołu).

Zwykle obserwuje się, że drgania swobodne z tymi częstościami w maszynie podlegają

szybkiemu wytłumieniu. Jednak zawsze zachodzi obawa o narastanie drgań, gdy zewnętrzne

oddziaływania (deterministyczne lub losowe) w swojej strukturze będą zawierać także

wymuszenia o częstotliwościach zbliżonych do częstości drgań własnych maszyny.

Najbardziej niebezpieczne stany obciążeń dynamicznych i związane z tym

ekstremalne wartości naprężeń powstają w obszarze drgań rezonansowych z najniższymi

częstościami własnymi maszyny. Wysokie obciążenia dynamiczne mogą powstawać np.

podczas szybkiej (skokowej) zmiany warunków pracy osprzętu roboczego, układu

napędowego, czy najazdu na przeszkodę terenową. Zwykle zachodzące przy tym zmiany

stanu obciążenia węzłów maszyny mają charakter procesów przejściowych o gasnącej

amplitudzie.

Ważnym etapem pracy maszyny jest zmiana prędkości ruchu postępowego lub

obrotowego jej elementów oraz łączenie i rozłączanie sprzęgieł. Zachodzące przy tym

procesy przejściowe zwykle mają postać nieperiodycznych wahań stanu obciążenia.

Charakter tych wahań jest bardzo zróżnicowany. W przebiegach procesów przejściowych

widoczne są zwykle znaczne zmiany amplitud obciążenia, a proces wygaszania wahań tych

obciążeń często trwa znacznie dłużej niż czynności je wywołujące.

Praktycznie we wszystkich przypadkach obracające się elementy maszyn są źródłem

okresowych wymuszeń (oddziaływań dynamicznych) o częstotliwościach wynikających z

krotności prędkości obrotowej. Oczywiście, zwiększanie się tych drgań (narastanie amplitud

drgań mechanicznych czy poziomu hałasu) będzie zależeć od właściwości całego układu

dynamicznego maszyny. Wystąpienie zgodności częstotliwości tych wymuszeń z

częstościami własnymi maszyny może prowadzić do znaczącego narastania drgań. Wywołane

nimi stany obciążeń dynamicznych są często przyczyną uszkodzenia lub zniszczenia

elementów.

W systemach automatycznej regulacji oraz układach mechanicznych pracujących w

obecności znacznych sił tarcia suchego, mogą pojawić się drgania samowzbudne. Są one

niekiedy ważną przyczyną wysokich obciążeń dynamicznych w układach napędowych np. ze

sprzęgłami ciernymi. Drgania giętno-skrętne obracających się wałków, zwykle związane z

hydrodynamicznymi procesami w łożyskowaniach, często są głównym powodem znacznego

ograniczenia prędkości obrotowych elementów napędowych maszyn roboczych.

Jednym z istotnych czynników dynamicznego oddziaływania na maszynę jest praca

silnika spalinowego. Oddziaływania te wynikają z nierównomierności przebiegu momentu

obrotowego silnika, a także procesów jego rozruchu i zatrzymywania. Wzajemne

oddziaływanie pomiędzy poruszającą się maszyną a podłożem wpływa nie tylko na drgania

układu jezdnego, ale także układu napędowego i nadwozia. Widoczny jest wpływ zmiany

nachylenia i rodzaju podłoża oraz jego stanu na ogólny poziom obciążeń dynamicznych

maszyny. Z najbardziej uznanych przedsięwzięć, prowadzonych w celu zmniejszenia

obciążeń dynamicznych (wynikających z nich naprężeń dynamicznych), warto wymienić

następujące:

1) modyfikacja parametrów i charakterystyk konstrukcyjnych, prowadząca do ograniczenia

możliwości wzbudzania drgań rezonansowych lub przesunięcia częstotliwości tych drgań

poza obszary normalnych warunków pracy maszyny (przedział prędkości jazdy,

prędkości obrotowej silnika itp.);

2) wprowadzanie do układów napędowych elastycznych sprzęgieł przeciążeniowych i

odpowiednio dobranych tłumików, których zadaniem jest zmniejszenie amplitud drgań

oraz rozproszenie ich energii.

Warto tu podkreślić, że zmniejszenie obciążeń dynamicznych i poziomu drgań oraz

hałasu w układach napędowych i sterowania maszyn, a tym samym zwiększenie ich trwałości

oraz niezawodności można osiągnąć dzięki zastosowaniu hydraulicznych zespołów

napędowych, wprowadzeniu amortyzatorów hydraulicznych, tłumików drgań oraz

dynamicznych eliminatorów drgań. Dobór ich charakterystyk najczęściej jest oparty na

wynikach analizy dynamiki maszyny oraz zachodzących w niej procesów.

Podczas wyznaczania obciążeń dynamicznych mogą być stosowane metody

fizycznego i matematycznego modelowania. Metody modelowania fizycznego są

wykorzystywane podczas badań prototypów maszyn i ich zespołów na stanowiskach

laboratoryjnych oraz podczas specjalnie przygotowanych testów poligonowych. Badania

laboratoryjne pozwalają na znaczne skrócenie czasu w stosunku do badań poligonowych.

Łatwiej też wówczas zachować powtarzalność warunków badań. Jednak każda z tych metod

jest bardzo kosztowna i czasochłonna.

Wszystkie wyżej opisane przedsięwzięcia należy wykonać na etapie prac

projektowych i budowy prototypów. Jeśli nie doprowadzą one do znaczącego obniżenia

poziomu drgań maszyny, to wówczas należy brać pod uwagę konieczność zasadniczych

zmian w jej układzie konstrukcyjnym. Dogodnym narzędziem do analizy opisanych stanów

obciążeń dynamicznych są systemy programów komputerowych, których podstawę stanowią

modele dynamiki maszyn roboczych lub wydzielonych z nich zespołów. Wykorzystanie

współczesnych metod modelowania matematycznego i cyfrowej symulacji pracy maszyny

daje możliwość analizy wielu wariantów konstrukcji i wybór na tej podstawie rozwiązań

optymalnych.

Podczas konstruowania obiektu technicznego określane są główne cechy elementów

poprzez ustalenie ich kształtów i wymiarów, a także materiałów potrzebnych do ich

wykonania. Wraz z upływem czasu wymagania dotyczące dokumentacji technicznej

wzrastają, a co za tym idzie musi wzrastać odporność elementów maszyn na destrukcyjne

działanie czynników fizycznych i chemicznych. Można to osiągnąć poprzez zastosowanie

lepszych materiałów oraz zwiększenie odporności warstwy wierzchniej.

Na etapie projektowania maszyn należy uwzględnić zminimalizowanie

niebezpieczeństwa wywołania uszkodzeń przez obsługujących dany obiekt techniczny.

Maszyna powinna być prosta w obsłudze. Upraszczanie takie prowadzi do uzyskania większej

niezawodności, a także znacznie obniża koszty.

W czasie wytwarzania nadawane są maszynom własności użytkowe. Producent jednak

nie może dokładnie przewidzieć wszystkich warunków użytkowania maszyny, dlatego też

nadaje jej tylko określoną jakość technologiczną określającą potencjalną przydatność

użytkową.

Eksploatacyjne przeciwdziałanie uszkodzeniom maszyn może przejawiać się w

następujący sposób:

- racjonalną eksploatację w określonych warunkach i z określonym przeznaczeniem,

- monitorowanie stanu rozwijających się uszkodzeń,

- przestrzeganie zaleceń określonych w dokumentacji technicznej.

Własności maszyny podczas eksploatacji mogą pogarszać się poprzez :

■ przekroczenia wartości optymalnych, na które maszyna była zaprojektowana,

■ niedotrzymania własności początkowych obiektu,

■ przekroczenia stanów granicznych wskutek procesów starzenia i zużycia.

Nieprawidłowa eksploatacja prowadzi do przedwczesnych uszkodzeń poprzez

intensywne działanie procesów zużyciowych.

5.4.4. Kres eksploatacji maszyny

Dokonujący się w ostatnich latach w Polsce szybki wzrost liczby maszyn, urządzeń

technicznych i pojazdów, pociąga za sobą konieczność wprowadzenia racjonalnej gospodarki

w zakresie wycofywania z eksploatacji, ich likwidacji i utylizacji. Wycofywane z eksploatacji

pojazdy, urządzenia i maszyny stanowią z jednej strony duże zagrożenie dla środowiska

naturalnego, z drugiej natomiast strony stanowić mogą istotne źródło ponownego

wykorzystania elementów, podzespołów, zespołów, a także materiałów uzyskiwanych ze

złomowanych obiektów [58,59,74,82,84.89].

Od momentu wstąpienia do Unii Europejskiej obowiązują w kraju przepisy unijne w

omawianym zagadnieniu, w tym dyrektywa 2000/53/EC z dnia 18 września 2000 roku w

sprawie pojazdów, maszyn i urządzeń wycofywanych z eksploatacji (Dz.U.WEL 269 z 21

października 2000r.). Stanowią one o zasadach postępowania, wskazując także na podstawy

wycofania obiektu z eksploatacji, którymi mogą być:

zużycie naturalne lub zniszczenie obiektu,

nieopłacalność naprawy (regeneracji),

udokumentowane zaginięcie (kradzież itp.),

zagrożenie bezpieczeństwa eksploatacji,

zmiana technologii.

Wycofywanie obiektu technicznego odbywa się na wniosek właściciela

(użytkownika) danego obiektu. Wniosek ten składa do upoważnionej w organizacji komórki

organizacyjnej, która przeprowadzi cały proces wycofywania i kasacji obiektu. Może to być

Dział Utrzymania Ruchu, Dział Zaopatrzenia, Dział Transportu lub inna wskazana przez

kierownictwo komórka organizacyjna. Proces wycofywania maszyn z eksploatacji winien być

przeprowadzony według opracowanej procedury, co ilustruje rys.5.18.

START

Wypełnienie

Protokołu kasacji

Protokół

kasacji

Protokół

kasacji

Wniosek

właściciela

Powołanie komisji

do oceny obiektu Skład komisji

Kierownik

DUR

Kierownik

jednostki

Ocena obiektów skierowanych do

wycofania

Protokół kasacji

Decyzja komisji Wpis do

protokołu kasacji

Komisja

Ostateczna decyzja

Protokół kasacji

Decyzja Wpis z datą w

protokole kasacji

Kierownik

jednostki

Wycofanie obiektu ze stanu jednostki

Wpisy w

kartotekach

Dział

księgowości

Protokół kasacji z decyzją

Zlecenie demontażu obiektu

Pisemne

zlecenie

DUR Protokół kasacji

Demontaż obiektu Protokół

demontażu

Jednostka

demontująca

Zlecenie demontażu

Instrukcje demontażu

KONIEC

Rys.5.18. Schemat blokowy procesu wycofywania obiektów z eksploatacji

Wycofywane z eksploatacji maszyny, urządzenia i pojazdy winny zostać poddane

recyklingowi. Pod pojęciem recyklingu tych obiektów rozumie się na ogół działania

odnoszące się do wycofywanych z eksploatacji obiektów i polegające na bezpiecznym dla

środowiska ich demontażu oraz gospodarczym wykorzystaniu pochodzących z nich

elementów i materiałów, jak również na unieszkodliwieniu tych elementów i materiałów,

które nie nadają się do wykorzystania. Ogólnie recyklingowi podlegać powinny także główne

grupy materiałów i elementów, jak: złom metalowy (metale żelazne i nieżelazne), płyny

eksploatacyjne (oleje, płyny chłodnicze, hydrauliczne itp.), opony i inne elementy gumowe,

elementy z tworzyw sztucznych, zespoły elektryczne i elektroniczne, w tym akumulatory,

elementy ze szkła, materiały tekstylne oraz inne elementy. Generalnie zasady gospodarowania

odpadami ująć można w następujący sposób (rys.5.19).

ZAPOBIEGANIE POWSTAWANIA ODPADÓW

WYKORZYSTANIE ODPADÓW, KTÓRYCH

POWSTAWNIA NIE DAŁO SIĘ UNIKNĄĆ

UNIESZKODLIWIANIE ODPADÓW, KTÓRYCH

POWSTANIU NIE DAŁO SIĘ ZAPOBIEC ORAZ

KTÓRYCH NIE UDAŁO SIĘ WYKORZYSTAĆ

Rys.5.19. Podstawowe zasady gospodarowania odpadami

Z powyższych informacji wynika, że w przypadku wycofanych z eksploatacji

maszyn, urządzeń i pojazdów, wykorzystanie gospodarcze odpadów sprowadza się do trzech

wariantów (metod recyklingu):

ponownego użycia zespołów i podzespołów (po naprawie) oraz elementów (po

regeneracji) w innych obiektach, spełniając te same funkcje (jest to najbardziej

pożądana metoda recyklingu (recykling produktowy),

wykorzystanie różnych przydatnych gospodarczo materiałów po ich przetworzeniu,

np. elementów metalowych, z niektórych tworzyw sztucznych, płynów

eksploatacyjnych itp. (recykling materiałowy),

odzyskanie energii w drodze wykorzystania odpadów jako paliwa, np. odpadów

gumowych w tym szczególnie opon (recykling energetycznych).

Kierując się wymienionymi ogólnymi zasadami, oraz wykorzystując przepisy

prawne kierownictwo organizacji winno opracować procedurę dotyczącą zasad wycofywania

maszyn, urządzeń i pojazdów z eksploatacji.

Modele odnowy, zajmujące się ustaleniem zasad optymalnej eksploatacji obiektów

technicznych, uwzględniają następujące zagadnienia:

model jednorodnej odnowy prostej, tzn. takiej przy których liczność zbioru obiektów

jest stała we wszystkich chwilach czasu. Nowy obiekt o zerowym czasie eksploatacji

jest włączany do zbioru obiektów tylko w następstwie wycofania obiektu

uszkodzonego. Model umożliwia prognozowanie liczby obiektów jaka będzie

potrzebna w przyszłości do odnowy ich zbioru, aby utrzymać stałą liczbę obiektów w

eksploatacji, tym samym efektywnie realizować postawione zadania.

ogólny model odnowy jednorodnej tzn. taki, w którym odnowa zbioru obiektów może

być dokonywana w sposób rozszerzony (liczba obiektów wprowadzonych do systemu

eksploatacji jest większa od liczby obiektów wycofanych), zawężony (liczba obiektów

wprowadzonych do systemu eksploatacji jest mniejsza od liczby obiektów

wycofanych) i mieszany (w pewnej chwili czasu odnowę obiektów prowadzi się w

sposób prosty, w innych zaś w sposób rozszerzony lub zawężony);

model jednorodnej odnowy z obiektami częściowo zużytymi lecz jednorodnymi z

obiektami wycofanymi, inaczej obiektami których czas eksploatacji nie jest zerowy

(np. obiekty po naprawie głównej);

model niejednorodny odnowy prostej dotyczy obiektów, które różnią się między sobą

niektórymi parametrami techniczno - eksploatacyjnymi, chociaż wszystkie mają

jednakowe przeznaczenie;

ogólny model odnowy niejednorodnej dotyczy obiektów niejednorodnych, technicznie

realizowanej sposobem rozszerzonym, zawężonym lub mieszanym.

Istotnym zagadnieniem modeli odnowy jest ustalenie czasu racjonalnego użytkowania

obiektów technicznych. Utrzymanie tych obiektów w stanie zdatności wymaga nakładów na

ich obsługiwanie, naprawy bieżące, naprawy średnie i główne oraz konserwację. Między

innymi można wyróżnić następujące modele optymalizacji:

1) model Holdena, który służy do ustalenia optymalnego czasu eksploatacji (wieku)

obiektów technicznych. Całkowite koszty poniesione na eksploatację obiektu

technicznego w czasie (0, t) wynoszą:

t

dttgcttC0 (2.24)

Koszty przypadające na jednostkę czasu wynoszą:

t

dttgt

ctq0

1

(5.25)

gdzie: C(t) – całkowite koszty poniesione na eksploatację obiektu technicznego;

c – koszt stały przypadający na jednostkę czasu;

g(t) – koszt zmienny jako ciągła niemalejącą funkcja czasu.

Szukamy takiej wartości t=T*, aby:

tqTq min* (5.26)

Interpretacja przedstawionej metody jest następującą: „oczekiwany średni koszt

eksploatacji obiektu w okresie (0, T*) jest minimalny, jeżeli urządzenie jest wycofywane w

chwili T*, w którym bieżące koszty jego eksploatacji są równie przeciętnym kosztom

eksploatacji za cały okres (0, T*)”.

2) Model Jardine’a, gdzie w modelu rozróżnia się koszty: stałe, amortyzacji oraz odnowy

urządzenia. Przyjmuje się, że koszt odnowienia jest niezależny od jego czasu

eksploatacji (byłby zależny, gdyby odnowieniem była naprawa główna), a łączny

jednostkowy koszt eksploatacji użytkowanego obiektu w okresie (0, t) wynosi:

T

Cdttgt

tq0

01

1

(5.27)

Optymalny czas eksploatacji urządzenia t=T* znajdujemy minimalizując funkcję q1(t).

W modelu tym, łączny koszt eksploatacji i odnowy urządzenia przypadający na jednostkę

czasu jest minimalny, jeżeli jego odnowa odbywa się w chwili, w której ten koszt jest równy

bieżącemu kosztowi eksploatacji.

3) Model Howarda może być wykorzystany do optymalizacji jednorodnej odnowy prostej

obiektów technicznych.

Modele niezawodności - podstawową charakterystyką obiektu o czasie życia

będącym zmienną losową typu ciągłego jest jego niezawodność. Proces wymiany obiektu

uszkodzonego na obiekt zdatny nazywa się jego odnową. Jeżeli czas wymiany jest krótki w

porównaniu z czasem życia obiektu to można go pominąć i traktować, że odnowa jest

natychmiastowa. Niżej scharakteryzowano niektóre modele procesu uszkodzeń i odnowy

obiektów technicznych.

proces użytkowania o natychmiastowej odnowie. Jest to proces użytkowania

kolejnych obiektów o losowym czasie życia, z których każdy jest wprowadzany do

eksploatacji w chwili uszkodzenia poprzedniego obiektu.

proces życia i odnowy „n” obiektów, które wykonując określona usługę zużywają się i

po wystąpieniu uszkodzeń są odnawialne. Stan systemu określamy jako liczbę

uszkodzonych obiektów i traktujemy jako proces stochastyczny o ciągłym parametrze

czasowym i skończonej liczbie stanów.

proces życia, odnowy obiektu wielostanowego, gdzie stan obiektu traktuje się jako

poszczególne etapy jego życia.

Racjonalne zarządzanie procesem eksploatacji obiektów wymaga ich wymiany w

optymalnym czasie (wieku). Niektóre modele odnowy obiektów przedstawiono niżej:

1) odnowa prewencyjna w ustalonym wieku. Istota tej polityki polega na tym, że w

celu uniknięcia niepożądanego uszkodzenia (awarii) obiektu wycofuje się go z użytkowania i

odnawia się prewencyjnie (wyprzedzająco) w chwili osiągnięcia ustalonego wieku bez

względu na jego stan techniczny. Optymalny jest wiek obiektu t = T*, dla którego jest

spełniony warunek:

,0;min* 22 ttqTq (5.28)

gdzie:

t

dr

dttP

tFCtPCtq

0

2

(5.29) q2(t) – oczekiwany przypadający na jednostkę czasu życia obiektu, koszt odnowy;

Cr – koszt prewencyjnej (uprzedzającej) odnowy obiektu;

Cd > Cr – koszt odnowy obiektu, który uległ awarii;

P(t) – prawdopodobieństwo nieuszkodzenia obiektu przed osiągnięciem wieku t;

F(t) = 1– P(t) – prawdopodobieństwo uszkodzenia obiektu w wieku mniejszym od t.

Po rozwiązaniu równania (5.29) otrzymuje się:

rd CCTTq **2

(5.30)

Zależność ta oznacza, że obiekt należy odnawiać prewencyjnie w takim wieku T*, w którym

oczekiwany jednostkowy koszt odnowy q2(T*) będzie równy iloczynowi intensywności

awarii (T*) przez różnicę kosztów odnowy awarii Cd i kosztów odnowy prewencyjnej Cr.

2) polityka odnowy okresowej, tzn. takiej w której obiekt odnawiamy prewencyjnie w

równych odstępach czasu oraz dodatkowo, jeżeli ulegnie awarii. Optymalny jest taki okres t =

T*, w którym przeciętny jednostkowy koszt odnowy jest minimalny:

tqTq 33 min*

(5.31)

gdzie:

t

CtHCtq rd 3

t

xdFxtHtH0

1

- funkcja odnowienia;

F(t) – dystrybuanta zmiennej losowej , którą jest czas życia obiektu.

Przedstawione modele postępowania wskazują precyzyjnie chwile czasowe koniecznej

interwencji użytkownika w proces wykorzystywania obiektu i wycofanie go z eksploatacji.

5.4.5. Projektowanie zaplecza obsługowo-naprawczego

Współczesny rozwój techniki charakteryzuje gwałtowne nasycenie gospodarki w

nowoczesne wysokowydajne maszyny i urządzenia służące do mechanizowania,

automatyzowania oraz robotyzacji czynności wykonywanych przez człowieka. Następuje

zatem szybka instrumentalizacja działań ludzkich, a procesowi temu towarzyszyć musi

również szybki wzrost umiejętności człowieka do racjonalnego wykorzystywania,

użytkowania oraz obsługiwania coraz to bardziej złożonych i skomplikowanych, a zarazem

drogich obiektów technicznych.

Nowym zadaniom sprostać musi dobrze zorganizowane i funkcjonujące zaplecze

techniczne. Proces realizacji budowy lub modernizacji obiektów obsługowego zaplecza

technicznego przebiegać musi w ustalonej kolejności. Jednym z podstawowych etapów tego

procesu jest opracowanie projektu technologiczno – organizacyjnego nowego lub

modernizowanego obiektu. Tylko głęboka, profesjonalna wiedza oraz bogate doświadczenie

projektanta – technologa, wsparte dobra znajomością aktualnej literatury technicznej, norm i

przepisów prawnych, zapewnić może powstanie rozwiązań najlepszych pod względem

technicznym, ekonomicznym i środowiskowym.

Punktem wyjścia do rozpoczęcia procesu projektowania stanowi zlecenie inwestora na

wykonanie określonego zadania projektowego. Zlecenie to winno jednoznacznie ustalać

zakres, zadania oraz zawierać niezbędne informacje potrzebne projektantowi – technologowi

do opracowania projektu technologiczno – organizacyjnego. Niestety na ogół tak się nie

dzieje i niezbędne staje się uściślenie tematu z inwestorem. Jest to bardzo istotne aby przed

zawarciem umowy na opracowanie projektu wyjaśnić z inwestorem (zleceniodawcą) wszelkie

niejasności i zebrać niezbędne dane do realizacji zadania. Im wnikliwiej i dokładniej zostaną

opracowane te dane, tym dokładniej ustalony zostanie zakres i koszt opracowania projektu,

tym mniej będzie problemów z jego rozliczeniem i przyjęciem przez zleceniodawcę.

W ramach wstępnych ustaleń ze zleceniodawcą projektu (inwestorem) należy

dokładnie odpowiedzieć na następujące pytania dotyczące zadania projektowego:

1. Jakie obiekty (maszyny, urządzenia, pojazdy) – typ i marka – będą przedmiotem

działalności obsługowo – naprawczej?

2. Z jakiego obszaru (terytorium) dostarczane będą te obiekty?

3. Jaki planuje się zakres usług obsługowo – naprawczych dla projektowanej stacji

(przeglądy, naprawy, regeneracja, usługi specjalistyczne – jakiego rodzaj)?

4. Czy planuje się prowadzenie innej działalności usługowej, np.: sprzedaż części,

wypożyczanie pojazdów, mycie i konserwacje obiektów, recycling, sprzedaż materiałów

eksploatacyjnych (paliw, olejów, smarów) itp.?

5. Czy zleceniodawca (inwestor) przewiduje działalność jedno, dwu czy trzyzmianową?

6. Jaki program roczny usług zakłada zleceniodawca – liczba planowanych przeglądów,

napraw i innych usług?

Zaakceptowanie przez zleceniodawcę proponowanego zakresu prac, terminu oraz

kosztu opracowania projektu stanowić będzie podstawę zawarcia umowy. W przypadku

odstąpienia zleceniodawcy od realizacji zlecenia, następuje na tym etapie zakończenie

podjętych prac i obciążenie zleceniodawcy poniesionymi kosztami.

Uzyskane od zleceniodawcy informacje co do przewidywanej działalności usługowej

projektowanego zakładu obsługowo – naprawczego stanowią podstawę do opracowania

danych dotyczących planowanego rocznego obciążenia warsztatu. Na tym etapie należy

wpierw jak najdokładniej obliczyć ilość maszyn, urządzeń czy pojazdów która w ciągu roku

kierowane będą do warsztatu, a następnie na tej podstawie obliczyć roczny plan działalności

obsługowo – naprawczej. Efektem końcowym będzie zestawienie, w odniesieniu do różnych

obiektów, liczby planowanych w ciągu roku przeglądów technicznych, napraw oraz innych

form działalności obsługowej (np. konserwacji, usług lakierniczych itp.) [69,73].

Od wnikliwości i staranności opracowania tych danych, zależeć będzie poprawność

dalszych faz projektowania. Warto podkreślić że ta część pracy należy do jednego z

trudniejszych i żmudnych etapów projektowania. Dokładne ustalenie liczby maszyn, urządzeń

czy pojazdów, które będą obsługiwane, jest na ogól trudne, a czasami wręcz niemożliwe do

ustalenia. Wskazane jest aby na tym etapie przeprowadzić badania ankietowe lub wywiad

techniczny u potencjalnych klientów. Warto też, w przypadku pojazdów, uzyskać dane z

Wydziałów Komunikacji, co do liczby pojazdów użytkowanych na danym terenie.

Mając zbilansowaną liczbę obiektów które obsługiwane będą przez projektowany

zakład obsługowo – naprawczy można przystąpić do obliczenia planowanej rocznej liczby

przeglądów i napraw oraz innych usług (np. konserwacyjnych, regeneracji, produkcji).

Dla obliczenia rocznego obciążenia warsztatu, czyli planowanej liczy obsług i napraw,

niezbędna będzie znajomość następujących informacji:

cykli obsługowo – naprawczych dla poszczególnych obsługiwanych obiektów,

okresów (przebiegów) między przeglądowych i między naprawczych tych obiektów,

średnich rocznych obciążeń dla poszczególnych grup maszyn, urządzeń czy pojazdów.

Charakterystyki cykli obsługowo – naprawczych, a także wartości okresów

(przebiegów) między przeglądowych i między naprawczych, winny być podawane przez

producentów w dokumentacji techniczno – ruchowej (DT-R) lub w instrukcji obsługi i

naprawy dla poszczególnych maszyn, urządzeń, pojazdów.

Aby obliczyć roczna pracochłonność prac obsługowo – naprawczych niezbędna jest

znajomość pracochłonności jednostkowej poszczególnych przeglądów i napraw dla

rozpatrywanych maszyn, urządzeń czy pojazdów. Dane te znaleźć można w instrukcjach

obsługi i napraw tych obiektów, literaturze technicznej itp.

W sytuacji, gdy nie można uzyskać szczegółowych danych potrzebnych do obliczenia

rocznej pracochłonności planowanych usług, pracochłonności tę należy wyznaczyć

szacunkowo, posługując się odpowiednimi wskaźnikami, np. pracochłonnością (godz.)

odnoszoną do godzin pracy maszyny czy ustalonego (np. 1000km) przebiegu pojazdu. W

każdym przypadku niezbędna jest znajomość rocznej ilości obsługiwanych obiektów oraz ich

rocznego obciążenia pracą.

Znając pracochłonność prac na poszczególnych stanowiskach obsługowo –

naprawczych lub obrabiarek można wyliczyć wymagana liczbę pracowników dla

poszczególnych stanowisk.

Przy obliczeniu liczby pracowników bezpośrednio – produkcyjnych warto oszacować

liczbę pracowników wg wymaganej specjalności. Orientacyjnie, wstępnie, można tego

dokonać na podstawie znajomości udziału pracochłonności poszczególnych prac w ogólnej

pracochłonności naprawy obiektu.

Dla dalszych potrzeb projektowania potrzebna będzie znajomość liczby stanowisk

obsługowo – naprawczych. Jest to zadanie które tylko po części można rozwiązać przy

pomocy obliczeń. Część stanowisk wyznaczyć będzie trzeba nie tyle na podstawie obliczeń,

ile na podstawie wnikliwych analiz procesu technologicznego planowanej działalności

obsługowo – naprawczej. Tak należy postępować szczególnie przy projektowaniu mniejszych

zakładów obsługowo – naprawczych.

Kolejne zadanie, które staje przed projektantem technologiem opracowującym projekt

technologiczno – organizacyjny zakładu obsługowo – naprawczego, to wyliczanie wymaganej

powierzchni stanowisk obsługowo – naprawczych oraz powierzchni pomocniczej. I w tym

przypadku nie wszystko da się jednoznacznie obliczyć. Powierzchnię wielu stanowisk i

pomieszczeń będzie trzeba wyznaczyć wykorzystując w tym celu różnorodne przepisy,

normy, zalecenia. Należy także każdorazowo uwzględnić wymiary obsługiwanych obiektów,

a także wymiary zastosowanych maszyn i urządzeń obsługowo – naprawczych (obrabiarek,

myjni do elementów, kabin lakierniczych, podnośników itp.)

Przystępując do obliczenia i zbilansowania wymaganej powierzchni stanowisk

obsługowo – naprawczych oraz powierzchni pomieszczeń pomocniczych warto opracować

odręczny szkic planowanego zakładu usługowego.

Już na etapie opracowywania wstępnego szkicu planowanego zakładu usługowego

należy zadbać o jego poprawne rozwiązanie funkcjonalne. Budynek zakładu obsługowo –

naprawczego będzie poprawnie zaprojektowany, gdy jego rozwiązanie funkcjonalne

dostosowane będzie do przewidywanego zakresu prac oraz procesu technologicznego napraw

i przeglądów oraz gdy powierzchnia poszczególnych stanowisk będzie wystarczająca do

wykonywania planowanych prac z uwzględnieniem gabarytów obsługiwanych obiektów oraz

gabarytów wymaganego wyposażenia.

Po obliczeniu powierzchni stanowisk obsługowo – naprawczych należy ustalić

niezbędną powierzchnie dróg transportowych w zakładzie usługowym. Zwykle przyjmuje się,

że powierzchnia na tzw. ciągi komunikacyjne wynosi około 30% podstawowej powierzchni

technologicznej (usługowej).

Całkowita powierzchnia zakładu obsługowo – naprawczego musi ujmować także

powierzchnie pomocniczą, obejmującą:

- powierzchnie magazynową,

- powierzchnie administracyjną,

- powierzchnie socjalną,

- pomocniczą wynikającą z zadań zakładu.

Powierzchnię administracyjną i socjalną (biura, szatnie, poczekalnie, łazienki) oblicza

się według obowiązujących przepisów w projektowaniu architektonicznym. Wystarczy, zatem

w projekcie technologicznym ustalić funkcje tych pomieszczeń, proponowany układ w

budynku oraz liczbę pracowników wykorzystujących te pomieszczenia.

Powierzchnię pomocniczą obejmującą na przykład powierzchnię: portierni, korytarzu,

hydroforni, stacji sprężarek, garaże na własne środki transportowe, itp. (wynikające z

realizowanych przez zakład zadań i wymagań) wyznacza się indywidualnie z uwzględnieniem

obowiązujących przepisów i wymagań.

Znając rodzaj planowanych do obsługi obiektów, zakres działalności obsługowo –

naprawczej projektowanego zakładu, planowany proces technologiczny i organizacje prac

obsługowo – naprawczych praz program produkcyjny i planowane obciążenie roczne zakładu

projektant – technolog zobowiązany jest do dokonania wyboru podstawowego wyposażenia.

Wyposażenie to dzieli się na: uniwersalne, specjalistyczne.

Wyposażenie uniwersalnie obejmuje takie maszyny i urządzenia, które występują

powszechnie jak na przykład: podnośniki różnego rodzaju, myjnie do mycia zespołów i

elementów, wyważarki statyczne, stoły ślusarskie jedno i dwu stanowiskowe, regały czy tez

uniwersalne urządzenia pomiarowo – kontrolne.

Wyposażenie specjalistyczne charakterystyczne dla danego zakładu zależeć będzie

przede wszystkim od zakresu prowadzonej działalności obsługowo – naprawczej oraz rodzaju

obsługiwanych maszyn, urządzeń czy pojazdów.

Obecnie projektant technolog dobierając wyposażenie dla projektowanego zakładu

zaplecza technicznego ma do dyspozycji bogatą ofertę maszyn, urządzeń i narzędzi

proponowaną przez licznych producentów, tak krajowych jak i zagranicznych. W takiej

sytuacji projektant musi zapatrzeć się w katalogi, prospekty, ulotki, oferty, cenniki różnych

producentów w formie drukowanych nośników papierowych jak i elektronicznych. Warto tez

skorzystać z literatury fachowej (książki, czasopisma), z licznie organizowanych wystaw i

targów specjalistycznych, a także z doświadczenia użytkowników dobieranego sprzętu.

Zaplecze techniczne obejmuje wszystkie budynki, pomieszczenia pomocnicze, garaże,

parkingi, place, narzędzia, urządzenia, aparaturę, itp., związane bezpośrednio lub pośrednio z

obsługą, naprawą, przechowywaniem oraz zasilaniem obiektów w środki eksploatacyjne

(paliwa, smary, różne media, itp.). Wszystkie te obiekty muszą spełnić ustalone wymagania i

przepisy dotyczące technologii obsługi, bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony środowiska

– odnoszące się do samych pomieszczeń, wyposażenia oraz ich otoczenia. Wymagania te

mają na celu zapewnić pracownikom bezpieczną i jak najmniej uciążliwą pracę, a także

chronić same obiekty przed ewentualnymi zagrożeniami np. pożarowymi, szkodliwym

oddziaływaniem otoczenia oraz samych obiektów na otoczenie itp.

Wymagania te zawarte są w różnorodnych zarządzeniach i przepisach: branżowych,

ogólnobudowlanych, przeciwpożarowych, ochrony pracy, sanitarnych, ochrony środowiska

itp. Projektant, który opracowuje projekt obsługowego zaplecza technicznego musi posiadać

znajomość tych przepisów i spełnić w projekcie wszystkie obowiązujące wymagania.

Lokalizacja zakładu usługowego zaplecza technicznego powinna spełnić trzy

podstawowe warunki: minimalną uciążliwość dla środowiska, funkcjonalność oraz

technologiczność prowadzonych prac i minimalną uciążliwość dla ruchu kołowego.

Zakłady obsługowo – naprawcze winny być lokalizowane poza miejscami

zamieszkania i miejscami o gęstej zabudowie, najlepiej na obrzeżach miast, w strefach

zmniejszonego ruchu drogowego. Budynki zaplecza technicznego powinny być położone od

strony zawietrznej budynków, w których znajdują się pomieszczenia przeznaczone na stały

pobyt ludzi. Nie wolno sytuować tych zakładów w bezpośrednim sąsiedztwie budynków

mieszkalnych, szpitali, szkół, żłobków, ośrodków sportowych itp. Bardzo ważne jest także

takie usytuowanie budynków w stosunku do stron świata oraz wiejących wiatrów, aby jak

najlepiej zapewnić naturalne oświetlenie oraz czystość powietrza (przewietrzenie).

Place manewrowe oraz parkingi powinny zapewnić swobody ruch i parkowanie

pojazdów o największych rozmiarach. Place te oraz drogi dojazdowe powinny mieć

nawierzchnie twardą i równą, z zapewnieniem odprowadzenia wody z opadów. Teren

nieutwardzony i nieużytkowany należy obsadzić drzewami i krzewami oraz obsiać trawą.

Cały teren zakładu winien być ogrodzony i odpowiednio oświetlony światłem elektrycznym.

Dysponując przedstawionymi powyżej informacjami projektant technolog może

przystąpić do opracowania projektów technologiczno - organizacyjnych obiektów

obsługowego zaplecza technicznego – rys.5.20.

Rys.5.20. Przykład projektu technologiczno – organizacyjnego małej stacji obsługowo –

naprawczej połączonej z salonem sprzedaży

Niezbędnym uzupełnieniem części rysunkowej projektu technologiczno –

organizacyjnego jest opis techniczny. W tej części projektu zamieszczane są wszelkie

niezbędne informacje potrzebne do dalszych faz projektowania.

W zwięzłej formie w opisie technicznym należy zamieścić charakterystykę i

przeznaczenie projektowanego obiektu, niezbędne wyliczenia wykorzystywane w toku

projektowania, oraz wszelkie inne informacje i wymagania, które nie zaznaczono na

rysunkach, a które są niezbędne do opracowania projektów branżowych.

Przy projektach większych i złożonych obiektów zaplecza obsługowo – naprawczego

może zaistnieć potrzeba opracowania szczegółowych rysunków oraz opisu technicznego dla

niektórych specjalistycznych pomieszczeń np.: galwanizerni, wulkanizatorni, itp.

W takich przypadkach rysunki pomieszczeń wykonuje się w skali 1:100, 1:25 lub

1:50, nanosząc na nich szczegółowe rozmieszczenie wyposażenia, wymiary pomieszczenia,

wymiary wejść, wymagania co do wykładzin podłogowych, ścian i stropów, charakterystykę

powiązaną z innymi pomieszczeniami itp. Zaznacza się też wszelkie wymagania co do

parametrów i miejsca doprowadzania potrzebnych mediów technologicznych (prąd, sprężone

powietrze, zimna i ciepła woda, odprowadzanie ścieków, ogrzewanie, wentylacja). W opisie

tych pomieszczeń należy zamieścić charakterystykę szkodliwych oddziaływań procesów

naprawczych (hałas, wibracje, spaliny, wyziewy, agresywne i toksyczne płyny itp..), a także

wymagania w zakresie bhp i ochrony przeciwpożarowej.

W opisie technicznym projektowanych obiektów należy zamieścić szczegółowe

zestawienie wymaganego wyposażenia. Zestawienie to winno zawierać takie dane jak:

nazwę i typ maszyny lub urządzenia,

oznaczenie katalogowe,

wymiary gabarytowe oraz masę,

ilość potrzebnych maszyn lub urządzeń tego typu,

nazwę i dane adresów dostawcy.

Jeżeli inwestor przewiduje realizacje projektu w kilku etapach, to projektant technolog

winien opracować zakresy prac w poszczególnych etapach.

Opracowany projekt technologiczno – organizacyjny winien stanowić niezbędny

materiał do dyskusji co do celowości realizacji inwestycji, dokonania wyboru proponowanych

koncepcji oraz podjęcia ostatecznej decyzji co do zakresu budowy lub modernizowania

zakładu zaplecza obsługowo – naprawczego.

Przyjęty przez zleceniodawce (inwestora) projekt po wprowadzeniu ewentualnych

poprawek i uzupełnień, winien umożliwić podjęcie dalszych działań jak:

- zlecenie opracowania projektu budowlanego oraz projektów branżowych,

- opracowanie wniosku o wydanie warunków zabudowy i zagospodarowania terenu,

- wskaźnikowego obliczenia kosztów,

- opracowanie biznes – planu, jeżeli taki jest wymagany,

- opracowania wniosku o kredyt (jeżeli inwestor przewiduje taka potrzebę),

- opracowanie harmonogramu realizacji inwestycji i rozłożenia kosztów.

Niezależnie od rzetelnie opracowanego projektu wskazanym jest aby projektant

technolog sprawował nadzór autorski w całym procesie realizacji przedsięwzięcia.

5.5. METODYKA KSZTAŁTOWANIA ZDATNOŚCI MASZYNY

Narzędzia pozwalające dokładnie określić stan techniczny obiektów stwarzają szansę

osiągnięcia znacznych oszczędności materiałowych i finansowych, zwolnienia na inne cele

części zdolności obsługowych warsztatów i zakładów naprawczych. Docelowo, umożliwiają

także opracowywanie nowych strategii eksploatacji maszyn, prowadzenie wysoce

ekonomicznych technologii napraw i racjonalnej gospodarki częściami zamiennymi.

Do wyróżnienia, oceny i podtrzymywania tak określonych cech użytkowych

wykorzystuje się:

- możliwości diagnostyki technicznej, w tym konstruowanie diagnostyczne, ocenę jakości

wytworów, diagnostykę eksploatacyjną, metody i środki diagnostyki technicznej, wspomaga-

nie badań diagnostycznych techniką komputerową;

- badania niezawodności maszyn w fazach: przedprodukcyjnej, produkcyjnej i

poprodukcyjnej przy wykorzystaniu programowanych badań stanowiskowych, modelowania

stanów, badania czynników wymuszających oraz wspomagania komputerowego badań

niezawodności;

- metodologię kształtowania „jakości” maszyn przez „jakościowy system sterowania

przedsiębiorstwem” z uwzględnieniem kryteriów norm jakości EN serii 29 000;

- możliwości regeneracji części maszyn, w tym regenerację wielokrotną, badania

zmęczeniowe i modelowanie obciążeń części regenerowanych, nowe techniki i technologie

odtwarzania jakości części maszyn;

- badania technologiczności obsługowej maszyn, kształtowanie intensywności starzenia i

zużywania się elementów maszyn, kształtowanie podatności eksploatacyjnej maszyn oraz

ocenę efektywności ich eksploatacji.

Projektowanie systemu utrzymania ruchu

W systemie utrzymania ruchu maszyn zachodzą procesy obsługiwania określone jako

zbiór czynności profilaktyczno-zapobiegawczych, których zadaniem jest podtrzymanie

własności użytkowych obiektów technicznych [58,75,110].

W procesie obsługiwania obiektów technicznych można wyróżnić trzy grupy operacji

obsługowych. Do pierwszej grupy są zaliczane operacje, które mają na celu zapobieganie

starzeniu elementów obiektu, są to: diagnozowanie, prognozowanie stanu, regulacja,

wzmacnianie połączeń, smarowanie. Do drugiej grupy należą operacje, które mają na celu

usunięcie skutków starzenia i uzyskanie stanu zdatności obiektu, są to: lokalizacja uszkodzeń,

naprawa elementów. W czasie naprawy są wykonane prace demontażowo-montażowe,

ślusarskie, kowalskie, spawalnicze, blacharskie, lakiernicze itp. Trzecia grupa zawiera

operacje zapewniające utrzymanie czystości obiektów i ich gotowości do użytkowania.

Zasadnicze operacje obsługowe to mycie, sprzątanie, uzupełniane paliwa, oleju, cieczy

chłodzącej itp. Operacje te mogą być wykonywane niezależnie lub łącznie z operacjami grupy

pierwszej. Każdemu rodzajowi obiektów technicznych mnożna podporządkować zbiór

charakterystycznych operacji obsługowych (rodzajów obsługiwań), które są uwarunkowane

przyjętą metodą obsługiwania obiektów. Kryteria klasyfikacji obsługiwań obiektów

technicznych mogą być następujące [59,86]: krotność występowania obsług, okresowość

obsługiwania, cel obsługiwania, zakres prac obsługowych.

Na ogół można wyróżnić następujące rodzaje obsługiwania systemów technicznych:

obsługiwanie codzienne, obsługiwanie w okresie gwarancji, obsługiwanie okresowe,

obsługiwanie konserwacyjno-smarownicze, obsługiwanie sezonowe, obsługiwanie

diagnostyczne, przechowywanie systemu technicznego, transportowanie systemu

technicznego, naprawy bieżące, okresowe, kapitalne (główne), zasilanie w płyny

eksploatacyjne i części wymienne.

Projektując system utrzymania ruchu dla każdej grupy obiektów technicznych, można

wymienione rodzaje obsługiwania grupować w zbiory obsług. Obiekt obsługi generuje wiele

różnych procesów obsługowych (obsług). Są to zarówno obsługi jednokrotne takie, jak

wprowadzanie i wycofywanie urządzenia z eksploatacji, jak również obsługi wielokrotne

takie, jak przygotowanie do użytkowania, konserwowanie, naprawa, transportowanie i

przechowywanie obiektu (tablica 1). Każdy z powyższych rodzajów obsług można jeszcze

podzielić, np. naprawy dzielimy na naprawę bieżącą, średnią i kapitalną (główną), prace

okresowe (konserwacje) dzielimy na codzienne, tygodniowe (dekadowe), miesięczne,

kwartalne, półroczne, roczne, dwuletnie itp.

Tablica 1. Procesy obsługowe (obsługiwania) [8] Proces obsługowy

(obsługa)

Czynności procesu

(podstawowe)

Obsługiwania

jednokrotne

Obsługiwania

techniczne

wprowadzanie do eksploatacji ustawienie

przyłączenie

sprawdzenie

rozruch

wycofywanie z eksploatacji

(eksploatacja docelowa)

odłączenie

usunięcie

demontaż

przekazanie

Obsługiwania

wielokrotne

konserwowanie

(praca okresowa)

(obsługa techniczna)

kontrola stanu

ochrona

zapewnienie współpracy elementów

naprawa

(bieżąca, średnia, główna)

rozbiórka

weryfikacja

renowacja

przygotowanie do użytkowania

(zasilanie, przegląd)

kontrola stanu

oprzyrządowanie

zasilanie

przegląd przed użyciem

Obsługiwania

organizacyjne

transportowanie

(przewożenie)

opakowanie

ładowanie

transport

wyładowanie

przechowywanie

(magazynowanie, składowanie, postój)

odbiór i przyjęcie

ulokowanie

zabezpieczenie

wydanie

Wśród zbioru obsług danego obiektu wyróżnimy jeszcze tzw. obsługi techniczne, gdy

urządzenie staje się obiektem obsługi ze względu na jego stan techniczny mierzony

odpowiednią miarą (są to: przygotowanie do użytkowania, konserwowanie, naprawianie) oraz

tzw. obsługi organizacyjne (są to: przechowywanie i przewożenie obiektu). Potrzeba tego

ostatniego rodzaju obsług wynika ze względów organizacyjnych, bo albo obiekt w danej

chwili nie jest użytkownikowi potrzebny (należy go więc przechowywać do chwili

późniejszej), albo też obiekt nie jest użytkownikowi potrzebny w danym miejscu (należy go

więc przewieźć do innego miejsca). W metodzie utrzymania ruchu maszyn według stanu

technicznego można wyróżnić następujące rodzaje obsługiwań [13, 14]:

OD – obsługiwanie diagnostyczne, a w tym: diagnozowanie, czyli ustalenie stanu pojazdu w

chwili t, prognozowanie, czyli ustalenie stanu pojazdu w chwili t + t, genezowanie, czyli

ustalenie stanu pojazdu w chwili t - t.

Diagnozowanie pojazdu obejmuje dwie fazy: kontrolę stanu oraz lokalizację

uszkodzeń w przypadku stwierdzenia niezdatności obiektu.

DiOW – diagnozowanie i obsługiwanie przed wykonaniem zadań operacyjnych (np. przed

przewozem ładunków);

DiOD – diagnozowanie i obsługiwanie w czasie wykonywania zadań operacyjnych;

DiOC – diagnozowanie i obsługiwanie po wykonaniu zadań operacyjnych;

DiOK – diagnozowanie i obsługiwanie kompleksowe. Ten rodzaj obsługiwania realizuje się

w zależności od potrzeb, tzn. jego wykonanie jest uwarunkowane aktualnym systemem

technicznym obiektu;

DiOG – diagnozowanie i obsługiwanie gwarancyjne. Jest to zbiór operacji wykonywanych w

czasie eksploatacji obiektu objętego gwarancją producenta. Celem jest kontrola przebiegu

początkowego okresu starzenia urządzenia oraz ujawnienie i usunięcie wad;

DiOD – diagnozowanie i obsługiwanie w okresie docierania. Jest to obsługiwanie polegające

na wymianie materiałów eksploatacyjnych oraz wykonanie operacji kontrolnych i

mocujących. Celem jest zapewnienie właściwego przebiegu procesu docierania, a tym samym

zwiększenie trwałości obiektu;

DiOK – diagnozowanie i obsługiwanie konserwacyjne, polegające na wykonaniu zbioru

operacji, których celem jest zmniejszenie intensywności procesów starzenia obiektów

przechowywanych, nie eksploatowanych, stanowiących zapasy lub rezerwy;

P – przechowywanie (magazynowanie), czyli zespół przedsięwzięć związanych z

zabezpieczeniem odpowiednich miejsc postojowych oraz właściwych warunków starzenia

obiektów użytku bieżącego lub oczekujących na nabywców;

T – transportowanie, czyli zespół przedsięwzięć organizacyjnych i technicznych, których

celem jest przemieszczanie (ewakuacja) pojazdów. Obsługiwanie to jest wykonywane, gdy

poruszanie obiektu za pomocą własnego napędu jest nieopłacalne lub niemożliwe;

DiOS – diagnozowanie i obsługiwanie specjalne (np. przed zbiorem zbóż);

NB – naprawa bieżąca to obsługiwanie o zmiennym zakresie i okresowości, które są ustalone

indywidualnie na podstawie kontroli stanu technicznego obiektu przez wymianę lub naprawę

części, podzespołów lub zespołów;

NS – naprawa średnia to obsługiwanie, które wykonuje się według potrzeb, na podstawie

badań i oceny stanu technicznego obiektu. Najczęściej polega na wymianie kilku

zasadniczych ogniw, będących słabymi punktami urządzenia (np. silnika);

NG – naprawa główna to obsługiwanie, które wykonuje się według potrzeb, na podstawie

badań i oceny stanu technicznego obiektu. Najczęściej polega na pełnym demontażu

urządzenia na zespoły, podzespoły i części, weryfikacji ich stanu, naprawie lub wymianie i

ponownym montażu obiektu.

Z przeprowadzonych rozważań wynika, że dla każdego obiektu technicznego można

wyróżnić zbiór rodzajów obsługiwania:

O = {op}; p = 1, 2, …, P (5.32)

Harmonogram obsługiwania

Dany rodzaj obsługiwania jest wykonywany po normatywnym lub losowym resursie

między obsługowym. Dla obsługiwań cyklicznych planuje się wartości resursów między

obsługowych. Resurs użytkowania określa długość cyklu mierzonego w jednostkach pracy

obiektu, po zrealizowaniu którego wykonana jest obsługa danego rodzaju. Jeżeli zbiór

obsługiwań uporządkować wg resursów rosnących

Lp+1>Lp (5.33)

to na ogół obowiązuje zasada, że resurs między obsługowy dla obsługi wyższego rzędu jest

wielokrotnością resursu między obsługowego niższego rzędu, czyli:

nL

L

p

p

1

(5.34)

n = 1, 2, …, a zakres obsługi o numerze p + 1 obejmuje także zakres obsługi o numerze p.

Stosowanie tej zasady ułatwia realizację i kierowanie obsługiwaniem.

Na podstawie rozkładu wartości resursu w zbiorze rodzajów obsługiwań można opracować

ich harmonogram, wyznaczając zbiór wartości jednostek wykonanej pracy (Lp), aby następnie

wykonać kolejne obsługiwanie rodzaju p. Rozkład obsługiwań w czasie nazywamy

harmonogramem obsługiwań [33,59,105] co oznacza, że każdemu elementowi zbioru

obsługiwań O jest przyporządkowany ciąg chwil czasowych tp takich, w których dany obiekt

zostaje przekazany na stanowisko wykonujące dany typ obsługiwania (tablica 2). W praktyce

harmonogram obsługiwań sporządza się w postaci graficznej (rys.5.21).

Tablica 2. Harmonogram obsługiwania obiektu technicznego [58].

Nr obsługi Harmonogram obsługi

1

2

…

p

…

P

t1

t2

…

tp

…

tP

Rys.5.21. Harmonogram obsługiwań obiektów technicznych

W takim harmonogramie istotną rolę odgrywa porządek obsługiwań. Harmonogram

można przedstawić w postaci ciągu przedziałów czasowych {p} między kolejnymi

obsługami typu p. W klasycznej planowo - zapobiegawczej metodzie obsługiwania obiektów

technicznych, przedziały te są stałe dla obsługi danego typu, w ciągu całego czasu

eksploatacji. Długość tych przedziałów jest wyznaczana w mierze czasu użytkowania (np.

godzinach, km, mtg). Podkreślić należy, że w dynamicznej metodzie obsługiwania obiektów

technicznych, okresy obsługiwania są zmienne i uwarunkowane ich stanem technicznym.

W obsługiwaniu obiektów technicznych ważne znaczenie ma rozkład terytorialny

obsługiwań (rys.5.22) [59,101]. Oznacza to, że aby dokonać obsługiwania obiektu

technicznego danego typu, należy go przemieścić ze stanowiska użytkowania na odpowiednie

stanowisko obsługiwania (np. naprawa główna urządzeń, tankowania paliwa samolotów w

powietrzu itp.). Do pełnego opisu rozkładu terytorialnego obsług należy podać: relację w

postaci odległości, czasu, kosztu i przepustowości między dowolnym stanowiskiem

użytkowania i dowolnym stanowiskiem obsługiwania obiektu, a także między stanowiskami

obsługiwania i preferencjami stanowisk obsługiwania, na których może być realizowana dana

obsługa obiektu.

1

1

2

2

n

k

Rys.5.22. Rozkład terytorialny obsług obiektów technicznych: 1, 2, …, n – stanowiska

użytkowania, 1, 2, …, k – stanowiska obsługiwania

Rozpatrzone rodzaje obsługiwania obiektów technicznych realizowane są w ich

systemie utrzymania ruchu różnymi metodami.

Miaraeksploatacjigodz, km, mtg

1

2

3

Nrobsługi

Rodzaje metod obsługiwania

W czasie użytkowania obiektu jego stan w(t) pogarsza się (rys.5.11), w związku z tym

terminy td1, td2, ..., tdk obsługiwania, w tym diagnozowania obiektu nie mogą być stałe, lecz

zmienne i dostosowane do rzeczywistego, pogarszającego się jego stanu technicznego.

Operacje obsługiwania wykonuje się w miarę potrzeb, tj. w zależności od chwilowego stanu

maszyn w(t) i intensywności zmian tego stanu.

Metoda, która ustala chwilowy stan obiektu, a więc stan rzeczywisty i intensywność

zmian tego stanu, czyli ustala optymalne terminy jego diagnozowania, nazywana jest

dynamiczną metodą obsługiwania (utrzymania ruchu) lub metodą obsługiwania

(utrzymania ruchu) według stanu technicznego (rys.5.23). W metodzie tej ponosi się

minimalne straty (koszty) związane z utrzymaniem obiektu w stanie zdatności.

1

2

3

Stanobiektu

w(t)

wb

wd

t0 t1t2 tn

tS

tD

tn+1 tn+2 Miaraeksploatacji

Rys.5.23. Ilustracja graficzna zmian stanu obiektu technicznego w czasie jego eksploatacji: 1

– teoretyczna krzywa zmiany stanu technicznego w metodzie statycznej; 2 – teoretyczna krzywa zmian stanu

technicznego w metodzie dynamicznej; 3 – rzeczywista krzywa zmian stany technicznego; wo – stan początkowy

obiektu; wd – stan dopuszczalny obiektu; t0 – okres diagnozowania obiektu po jego wprowadzeniu do

eksploatacji; t1<t2<tn – okresy diagnozowania obiektu; tS – okres do naprawy głównej obiektu w metodzie

statycznej; tD – okres czasu do naprawy głównej obiektu w metodzie dynamicznej

Podstawowym działaniem w podsystemie utrzymania ruchu opartego na metodzie

obsługiwania (utrzymania) obiektów według stanu technicznego są badania i ocena stanu

obiektu (diagnozowanie). Jeżeli obiekt jest zdatny następuje przewidywanie rozwoju stanu,

czyli prognozowanie stanu. W praktyce sprowadza się to do ustalenia terminu następnego

diagnozowania obiektu, po czym wykonuje się niezbędne czynności obsługiwania (np.

smarowanie). W przypadku niezdatności obiektu są ustalone przyczyny stanu niezdatności

(np. uszkodzenia), dalej przyczyny te są usuwane i kontrolowane (powtórne diagnozowanie).

Następny krok to prognozowanie stanu i w wykonanie niezbędnych czynności obsługiwania.

Algorytm sterowania utrzymaniem stanu zdatności

Termin kolejnego (następnego) diagnozowania nie jest stały, gdyż jest on

uwarunkowany stanem obiektu w chwili poprzedniej. Zatem istota zagadnienia sprowadza się

nie do wykrywania uszkodzeń, a do zapobiegania ich występowania. Przykładowo do

sterowania utrzymaniem ruchu pojazdów i maszyn w stanie zdatności funkcjonalnej i

zadaniowej, w tym z uwzględnieniem zasad ochrony środowiska są nieodzowne algorytmy.

Algorytm (rys.5.24) zawiera trzy zasadnicze elementy badań obiektów (tu pojazdów):

- badania i ocenę stanów;

- przewidywanie rozwoju zmian stanów;

- ustalenie przyczyn zaistniałych stanów.

W algorytmie (rys.5.24) sterowania utrzymaniem ruchu pojazdów mechanicznych w

stanie zdatności funkcjonalnej i zadaniowej w aspekcie ochrony środowiska, kryterium

klasyfikacji obiektów był ich stan techniczny. W algorytmie (rys.5.25) wprowadzono

dodatkowo drugie kryterium – koszty. START

DANE:Pojazdy mechaniczneMetody diagnozowaniaMetody prognozowaniaUrządzenia diagnostyczneDiagności

Wybór przebiegu (km)jako miary następnegodiagnozowania pojazdu

Wybór przebiegu (km) dowymiany oleju silnikowego jako

miary następnego diagnozowania pojazdu

Ustalenie terminu następnego diagnozowania pojazdów za pomocą metod i środków

diagnostyki technicznej

Czy wybranomiarę ?

Czy wybranomiarę ?

Czy wybranomiarę ?

Wybór ilości zużytegopaliwa jako miary następnego

diagnozowania

Wybór optymalnego zbioru parametrów diagnostycznych

Czywybrano zbiórparametrów ?

Wybór optymalnej metodyprognozowania stanów

pojazdów mechanicznych

Czy metodasymptomowa ?

Czymetoda parametru

uogólnionego ?

Czy metoda wyrównania

wykładniczego ?

Czy metodaregresyjna ?

Czy inne metody ?

Termin następnego diagnozowaniapojazdów mechanicznych

Wykonanie koniecznych operacjiobsługiwania pojazdów mechanicznych

KONIEC

4

3

2

1

5

6

7

1,2,3,4,5,6,7

T

T

T

T

T

T

T

T

T

N

N

N

N

N

N

N

N

N

A 2.1

A 2.2

A 2.3

A 2.4. 1, 2..., k

Rys.5.24. Algorytm ustalania terminu diagnozowania i obsługiwania pojazdów: A 2.1 A 2.4 –

szczegółowe algorytmy ustalania terminu następnego diagnozowania obiektu

W algorytmie tym przewidziano jedno kompleksowe diagnozowanie i obsługiwanie

pojazdu (KDiOP), wykonywane zgodnie z oddzielnym algorytmem A1. W przypadku

zdatności pojazdu jest ustalany termin następnego diagnozowania i obsługiwania według

algorytmu A2. Po ustaleniu tego terminu wykonuje się konieczne operacje obsługiwania

(algorytm B1). Po ich wykonaniu w zależności od potrzeb pojazd może trafić do podsystemu

użytkowania, lub do podsystemu przechowywania, gdzie będzie poddany konserwacji

krótkoterminowej lub długoterminowej, realizowanych według oddzielnych algorytmów

diagnozowania A8 i A9 oraz obsługiwania B8 i B9.

Jak już powiedziano do oceny efektywności użytkowania pojazdów jest

wykorzystywany algorytm C1 (rys.5.25).

START

Dane:Pojazdy mechaniczneRachunek kosztów eksploatacjiDochody z eksploatacji

Obliczenie kosztów eksploatacji pojazduC = c +c +c +c +c +c +c +c +c

m g r p d a w n o

Czyobliczono

koszty eksploatacjiC

Obliczenie dochodu Dz eksploatacji pojazdu

Czyobliczono

dochód D zeksploatacji

Obliczenie zyskuZ = D - C

CzyZ > 0

Użytkowaniepojazdu

SprzedażPrzekazanieLikwidacja

KONIEC

EP

EP

EP

T

T

T

N

N

N

Rys.5.25. Schemat algorytmu C1 oceny efektywności użytkowania pojazdów mechanicznych; Cm, Cg, Cr, Cd, Ca, Cw, Cn, Co – odpowiednio koszty: materiałów pędnych i olejów, ogumienia, obsługiwań, płac

bezpośrednich i narzutów na płace, delegacji kierowców i pomocników, amortyzacji, wyposażenia, inne

organizacyjne (wydziałowe)

Równanie kosztów CEP eksploatacji pojazdów mechanicznych opisuje wzór:

CEP = Cm + Cg + Cr + Cp + Cd + Ca + Cw + Cn + Co (5.35)

gdzie: Cm – koszty materiałów pędnych i olejów;

Cg – koszty ogumienia;

Cr – koszty obsługiwań;

Cp – koszty płac bezpośrednich i narzutów na płace;

Cd – koszty delegacji kierowców i pomocników;

Ca – koszty amorytzacji pojazdów;

Cw – koszty wyposażenia pojazdów;

Cn – inne koszty bezpośrednie;

Co – koszty organizacyjne (wydziałowe).

Podstawowym miernikiem oceny działalności systemu działania eksploatującego

pojazdy mechaniczne jest zysk. Zysk „Z” jest różnicą między łącznym przychodem „D”

uzyskiwanym z użytkowania pojazdów, a kosztami CEP ich eksploatacji.

Z = D – CEP > 0 (5.36)

Dodatni wynik finansowy wskazuje, że eksploatacja pojazdu jest uzasadniona, zaś

wynik ujemny (Z < 0) oznacza, że jego funkcjonowanie nie przynosi korzyści, zatem

użytkownik musi podjąć decyzję dotyczącą dalszej jego eksploatacji, sprzedaży, likwidacji

lub przekazania innemu użytkownikowi. Stwierdzenie opłacalności użytkowania pojazdu

powoduje, że jest on kierowany do wykonania przewozów ładunków lub/i ludzi.

W niektórych sytuacjach koszt usunięcia uszkodzeń może być znaczny. Dotyczy to w

szczególności powypadkowych uszkodzeń pojazdów mechanicznych. Kryterium likwidacji

pojazdu ma postać:

CN 0,75 CNP. (5.37)

gdzie: CN – koszty naprawy pojazdu obliczone według wyrażenia (3.4);

CNP. – koszt nowego pojazdu mechanicznego.

Jeżeli pojazd wyczerpał resurs do naprawy głównej, istnieje konieczność ustalenia

opłacalności jej przeprowadzania według algorytmu C2 (rys.5.26).

START

Dane:Pojazdy mechaniczneRachunek kosztów

Obliczenie kosztów Cnaprawy pojazdu

Czyobliczonokoszt C

Ustalenie opłacalnościnaprawy pojazdu

Czy

C 0,75 C

Likwidacjapojazdu

KONIEC

N

N

N NP

Naprawa pojazdu

T

T

N

N

Rys.5.26. Algorytm C2 oceny efektywności wykonania naprawy pojazdu: CN – koszt naprawy;

CNP – koszt nowego pojazdu

5.6. ROZPOZNAWANIE STANU MASZYNY

Zastosowanie w procesie eksploatacji metod oceny stanu technicznego maszyn,

wymaga określenia zbioru parametrów diagnostycznych, wyznaczenia testów

diagnostycznych oraz optymalizacji metod genezowania i metod prognozowania. W tym celu

dokonano identyfikacji metod rozpoznawania stanu maszyn, opracowano procedury możliwe

do wykorzystania w procesie rozpoznawania stanu maszyn oraz określono reguły

wnioskowania systemu rozpoznawania stanu maszyny [73,74,75].

Rozpoznawanie stanu maszyny jest to proces, który powinien umożliwić:

określenie stanu technicznego maszyny w czasie bieżącym na podstawie wyników badań

poprzez kontrolę stanu i lokalizację uszkodzeń w przypadku stanu niezdatności maszyny;

przewidywanie stanu maszyny w czasie przeszłym na podstawie niepełnej historii

wyników badań diagnostycznych, co umożliwia oszacowanie stanu maszyny lub wartości

wykonanej przez nią w przeszłości pracy.

przewidywanie stanu maszyny w czasie przyszłym na podstawie niepełnej historii

wyników badań diagnostycznych, co umożliwia oszacowanie czasu niezawodnego

użytkowania maszyny lub wartości wykonanej przez nią w przyszłości pracy.

Problematyka oceny stanu, genezy i prognozy stanu maszyny istotna jest zarówno na

etapie opracowywania konstrukcji, produkcji i eksploatacji, przy czym głównymi problemami

pojawiającymi się przy rozwiązaniu zadania rozpoznawania stanu maszyn są:

a) sformułowanie celu diagnozowania, genezowania i prognozowania stanu maszyny;

b) ocena zmian stanu maszyny w czasie eksploatacji;

c) opis stanu za pomocą relacji pomiędzy cechami stanu i parametrami diagnostycznymi;

d) rozwiązanie zadania diagnozowania, genezowania i prognozowania stanu.

Głównymi problemami pojawiającymi się przy rozwiązaniu tak ujętych zadań jest:

a) wybór parametrów diagnostycznych opisujących aktualny stan i ich zmianę w czasie

eksploatacji maszyny;

b) wyznaczenie testu diagnostycznego;

c) wyznaczenie wartości prognozowanej parametru dla horyzontu prognozy 1, yjp(b+1) i

wyznaczenie terminu kolejnego diagnozowania i obsługiwania d;

d) wyznaczenie wartości genezowanej parametru diagnostycznego dla horyzontu genezy 2,

yjp(b-2) i oszacowanie wartości wykonanej przez nią w przeszłości pracy oraz

określenie przyczyny wystąpienia zlokalizowanego podczas badania uszkodzenia.

Procedura wyznaczania zbioru parametrów diagnostycznych

Zbiór parametrów diagnostycznych wyróżnia się ze zbioru parametrów procesów

wyjściowych. Na podstawie wyników badań i ustaleń prac dotyczących redukcji informacji

diagnostycznej uważa się, że wyznaczanie zbioru parametrów diagnostycznych w procesie

diagnozowania, genezowania i prognozowania stanu maszyn powinno uwzględniać:

a) zdolność odwzorowania zmian stanu maszyny w czasie eksploatacji;

b) ilość informacji o stanie maszyny;

c) zmienność wartości parametrów diagnostycznych w czasie eksploatacji maszyny.

Zbiór parametrów sygnałów Y wyróżnia się ze zbioru parametrów wyjściowych YWY,

które opisują przebieg sygnałów wyjściowych (procesy robocze i towarzyszące), zależnych

od stanu technicznego obiektu:

Y Y WWY WY , (5.38)

Wzajemny związek cech stanu W i parametrów wyjściowych pozwala przy spełnianiu

podanych poniżej warunków, parametry wyjściowe y YWYJ WY wstępnie traktować jako

parametry diagnostyczne oraz określić punkty pomiarowe w obiekcie technicznym.

Warunkami tymi są :

1. warunek jednoznaczności - każdej wartości parametru stanu W Wi odpowiada tylko

jedna zdeterminowana wartość parametru wyjściowego y YWYJ WY ;

2. warunek szerokości pola zmian - największa względna zmiana wartości parametru

wyjściowego y YWYJ WY dla zadanej wartości parametru stanu W Wi ;

3. warunek dostępności pomiaru parametru wyjściowego - charakteryzuje się poprzez

wskaźnik kosztu pomiaru cj lub czasu pomiaru tj, przy czym narzuca się minimalizację

tych wskaźników;

4. warunek mierzalności formułuje się dla funkcji Y Y WWY WY , . Twierdzi się wówczas, że

funkcja Y W( )1 jest mierzalna, jeżeli dla każdego k mierzalny jest zbiór:

{ : ( ) }W Y W Kj1 1 (5.39)

Spełnienie warunków 1 2 3 4 wyróżnia wstępnie ze zbioru YWY zbiór parametrów

diagnostycznych Y.

Na podstawie przeprowadzonych badań uważa się, że wyznaczanie zbioru parametrów

powinno uwzględniać:

a) zdolność odwzorowania zmian stanu maszyny w czasie eksploatacji;

b) ilość informacji o stanie maszyny;

c) zmienność wartości parametrów diagnostycznych w czasie eksploatacji maszyny.

Odpowiednie algorytmy uwzględniające te postulaty zostały przestawione poniżej

jako metody.

Metoda maksymalnej względnej zmiany parametru diagnostycznego W metodzie tej wybiera się ten parametr diagnostyczny, który posiada największą

wartość wskaźnika kj. Uwzględnia on średnią prędkość zmiany parametrów w przedziale

czasu (1, b). Określa się go według zależności:

kj =b

b

j

j

j

m

=1

,

bj =

K

i gjjii

ijij

yy

yy

K 1= ,11

1+

)()(

)()(1 (5.40)

gdzie: K - liczebność elementów szeregu czasowego w przedziale (1, b).

Metoda korelacji wartości parametrów diagnostycznych ze stanem maszyny Metoda polega na badaniu korelacji wartości parametrów diagnostycznych ze stanem

maszyny rj=r(W, yj) (ewentualnie z czasem eksploatacji, (rj = r((, yj)):

rj =

K

k

K

k

jkjk

K

k

jkjk

yy

yy

1 1

2

,

2

1

,

)()(

))((

(5.41)

K

k

kK 1

1,

K

k

kjj yK

y1

,

1 (5.42)

gdzie: rj = r(W, yj); j = 1,..., m - współczynnik korelacji między zmiennymi W (stan maszyny) i yj,

rjn = r(yj, yn); j,n = 1,..., m; jn – współczynnik korelacji między zmiennymi yj i yn.

W przypadku braku danych ze zbioru W zastępowane są one, przy założeniu że

wyznaczenie procedur rozpoznawania stanu maszyny jest realizowane w przedziale zużycia

normalnego, czasem eksploatacji maszyny. Wówczas rj = r(, yj); j=1...m; k=1...K (rj -

współczynnik korelacji między k(1, b) i yj).

Metoda maksymalnej pojemności informacyjnej parametru diagnostycznego Istota metody polega na wyborze parametru dostarczającego największą ilość

informacji o stanie maszyny. Parametr diagnostyczny ma tym większe znaczenie w określeniu

zmiany stanu, im silniej jest z nim skorelowany i im słabiej jest skorelowany z innymi

parametrami diagnostycznymi.

Zależność tę przedstawia się w postaci wskaźnika pojemności informacyjnej

parametru diagnostycznego hj, który jest modyfikacją wskaźnika odnoszącego się do zbioru

zmiennych objaśniających model ekonometryczny:

hj =

m

njnj

nj

j

r

r

,1,

,

2

1

(5.43)

rj,n =

K

k

K

k

nknjkj

K

k

nknjkj

yyyy

yyyy

1 1

2

,

2

,

1

,,

)()(

))(( (5.44)

K

k

kjj yK

y1

,

1 ;

K

k

knn yK

y1

,

1 (5.45)

gdzie: rj = r(W, yj); j = 1,..., m - współczynnik korelacji między zmiennymi W (stan maszyny) i yj,

rjn = r(yj, yn); j, n = 1,..., m; jn – współczynnik korelacji między zmiennymi yj i yn.

W przypadku braku danych ze zbioru W zastępowane są one, przy założeniu że

wyznaczenie procedur rozpoznawania stanu maszyny jest realizowane w przedziale zużycia

normalnego, czasem eksploatacji maszyny.

Algorytm wyznaczania zbioru parametrów diagnostycznych maszyn

Przedstawione powyżej rozważania, sformułowane w postaci algorytmu wyznaczania

zbioru parametrów diagnostycznych odnoszą się do schematu rozpoznawania stanu maszyn.

Algorytm wyznaczania optymalnego zbioru parametrów diagnostycznych maszyn zawiera

następujące etapy:

1. Akwizycja danych:

a) zbiór wartości parametrów w funkcji czasu eksploatacji maszyny {yj(k)},

uzyskanych w czasie realizacji eksperymentu bierno – czynnego, gdzie k(1, b);

b) zbiór wartości parametrów:{yj(1)} – wartości nominalne,{yjg} - wartości graniczne,

j=1,…, m;

c) zbiór stanów maszyny{k: {si}, k=1, …, K; i=1,…, I}określonych w czasie realizacji

eksperymentu bierno – czynnego, gdzie k(1, b);

d) koszt parametrów diagnostycznych c(yj) = const.

2. Optymalizacja zbioru wartości parametrów diagnostycznych (tylko w przypadku dużej

liczebności zbioru Y, np. m>5). Zbiór parametrów diagnostycznych wyznacza się za pomocą:

a) metody korelacji wartości parametrów diagnostycznych ze stanem maszyny (z czasem

eksploatacji, rj = r(W, yj), (rj = r((, yj));

b) metody ilości informacji parametrów diagnostycznych o stanie maszyny hj.

W celu wyboru zbioru parametrów diagnostycznych wykorzystuje się wartości wag:

a) standaryzowane wagi obliczeniowe w1j:

w1j =

m

j

j

j

w

w

1

(5.46)

wj = jd

1, dj = 2*2* )1()1( jj hr (5.47)

j

j

jr

rr

max

* , j

j

jh

hh

max

* (5.48)

b) jako kryterium wyboru parametru diagnostycznego przyjęto maksymalizację wartości

wag w1j i wybór parametrów diagnostycznych według powyższego kryterium.

c) w celu uwzględnienia preferencji użytkownika powinno być możliwe wprowadzenie

przez niego wag w2j (wartości standaryzowane) z przedziału (0,1) i wybór parametrów

diagnostycznych według powyższego kryterium.

Wyznaczanie oceny stanu maszyn wiąże się z badaniem relacji parametr diagnostyczny –

stan maszyny. Na podstawie wyników badań i ustaleń, uważa się że wykorzystanie

odpowiednich procedur powinno uwzględniać:

a) potrzebę uzyskania informacji diagnostycznej na odpowiednim poziomie

dekompozycji maszyny;

b) potrzebę uzyskania informacji w odpowiednim zakresie oceny stanu maszyny

(kontrola stanu, lokalizacja uszkodzenia maszyny);

c) ilość informacji o relacji: parametr diagnostyczny – stan maszyny, parametr

diagnostyczny – czas eksploatacji maszyny;

d) odpowiednią zmienność wartości parametrów diagnostycznych w czasie eksploatacji

maszyny.

Algorytm procesu rozpoznawania stanu maszyn

Schemat wyznaczania procedur składowych systemu rozpoznawania stanu maszyny

przedstawiono na rys.5.27, natomiast algorytm rozpoznawania stanu maszyny przedstawiono

na rys.5.28.

Rys.5.27. Schemat wyznaczania procedur składowych systemu rozpoznawania stanu maszyn

Rys.5.28. Schemat realizacji rozpoznawania stanu maszyn

Algorytm procesu rozpoznawania stanu maszyny zawiera następujące etapy:

1. Akwizycja danych i optymalizacja parametrów diagnostycznych

1. Akwizycja danych:

a) zbiór wartości parametrów diagnostycznych w funkcji czasu eksploatacji maszyny

{yj(k)}, uzyskanych w czasie realizacji eksperymentu bierno – czynnego, gdzie

k(1, b);

b) zbiór wartości parametrów diagnostycznych:{yj(1)} – wartości nominalne,{yjg}-

wartości graniczne, j=1, …, m;

c) zbiór cech stanu maszyny{k: {si}, k=1, …, K; i=1,…, I} uzyskanych w czasie

realizacji eksperymentu biernego, gdzie k(1, b);

d) koszt parametrów diagnostycznych c(yj) = const.

2. Optymalizacja zbioru wartości parametrów diagnostycznych (tylko w przypadku dużej

liczebności zbioru Y, np. m>5).

2. Ocena stanu maszyny w chwili k(1, b)

1. Porządkowanie zbioru danych poprzez określenie zbioru {si (k), i=1,…, 1; k=1, …, K}.

2. Badanie istotności zmian wartości parametrów diagnostycznych {yj(k)}w zależności od

cech stanu {si = f(k); k(1, b)}, tzn. który z parametrów diagnostycznych „najlepiej”

opisuje stan si:

a) za pomocą metody badania odległości pomiędzy przedziałami ufności średnich

wartości parametrów diagnostycznych w przypadku badania grupy maszyn (liczba

obiektów większa od 10). Odpowiednio przyjmuje się wartości: 1 – gdy test wykaże,

że przedziały ufności średnich parametrów {{yjl}(1)} i {{yjl}(k)}nie maja punktów

wspólnych oraz 0, gdy test odległości wykaże że przedziały ufności średnich

parametrów {{yjl}(1)} i {{yjl}(k)}mają punkty wspólne;

b) za pomocą metody badania odległości pomiędzy wartościami średnich parametrów

diagnostycznych w przypadku badania pojedynczego obiektu maszyny. Odpowiednio

przyjmuje się wartości macierzy binarnej: 1 – gdy test wykaże, że „przedziały

ufności” wartości parametrów {yj(1)} i {yj(k)}nie mają punktów wspólnych (są

istotnie zależne od stanu si) oraz 0, gdy gdy test odległości wykaże że „przedziały

ufności” parametrów {yj(1)} i {yjl(k)}mają punkty wspólne (nie są istotnie zależne

od stanu si);

c) w przypadku, gdy zbiór {si = f(k)} jest zbiorem wieloelementowym badanie

istotności zmian wartości parametrów diagnostycznych {yj(k)}w zależności od stanu

{si = f(k); k(1, b)} należy przeprowadzić dla wszystkich stanów {si = f(k)}.

3. Wyznaczenie macierzy boolowskiej:

1 – gdy zmiana stanu si powoduje istotne zmiany wartości parametru diagnostycznego yj;

0 – gdy zmiana stanu si nie powoduje istotnych zmian wartości parametru

diagnostycznego yj;

4. Wyznaczenie testu kontroli stanu TKS na podstawie macierzy boolowskiej – test TKS jako

wektor wartości logicznych (0, 1) parametrów diagnostycznych i tożsamy jemu wektor

stanów: {(y1, …, yn, …, yN )} S 0 S

1 = {(s1, …, sn, …, sN ) dla stanu zdatności S

0 i stanu

niezdatności maszyny S 1

.

5. Wyznaczenie testu lokalizacji uszkodzeń TLU na podstawie macierzy boolowskiej – test

TLU jako wektor wartości logicznych (0, 1) parametrów diagnostycznych i tożsamy jemu

wektor stanów: {(y1, …, yn, …, yN )} S 1

= {(s1, …, sn, …, sN ), przy czym:

a) jeżeli wartość logiczna wektora sprawdzeń parametru diagnostycznego przyjmuje

wartość „1” – wartość parametru jest w przedziale wartości granicznej;

b) jeżeli wartość logiczna wektora sprawdzeń parametru diagnostycznego przyjmuje

wartość „0” – wartość parametru jest poza przedziałem wartości granicznych.

6. Interpretacja wyników testów:

a) TKS = {y1, …, yn, …, yN}:

- { 0, …, 0, …, 0 } - maszyna zdatna ( „0” oznacza, że wartość yn yng),

- { 1, …, 0, …, 0 } - maszyna niezdatna ( „1” oznacza, że wartość y1 = y1g),

- { 1, …, 1, …, 1 } - maszyna niezdatna ( „1” oznacza, że wartość yN = yNg),

b) TLU = { y1, …, yn, …, yN }:

- { 1, …, 0, …, 0 } - maszyna niezdatna, lokalizacja uszkodzenia – stan si

( „1” oznacza, że wartość y1 = y1g),

- { 1, …, 1, …, 0 } - maszyna niezdatna, lokalizacja uszkodzenia – stan si+1

( „1” oznacza, że wartość yn = yng),

- { 1, …, 1, …, 1 } - maszyna niezdatna, lokalizacja uszkodzenia– stan si+n

( „1” oznacza, że wartość yN = yNg),

7. Jeśli maszyna zdatna (S = S0) przejdź do punktu 4 algorytmu;

8. Jeśli maszyna niezdatna (S = S1) realizuj TLU, TLU = { y1, …, yn, …, yN }.

3. Geneza stanu – ustalenie przyczyny wystąpienia uszkodzenia (TLU)

1. Genezowanie wartości zbioru parametrów diagnostycznych {yj*}:

a) za pomocą metody aproksymacji wartości parametru diagnostycznego yj* w przedziale

czasu (1,b) wraz z promieniem błędu aproksymacji „kanału błędowego” rj,a

metodami (metoda średniokwadratowa, metoda trygonometryczna);

b) za pomocą interpolacji wartości parametru diagnostycznego yj* w przedziale czasu

(1,b) wraz z promieniem błędu interpolacji „kanału błędowego” rj,int metodami

(metoda funkcji sklejanych, metoda liniowa);

c) wybór metody według minimalnej lub maksymalnej wartości promienia błędu

aproksymacji lub interpolacji (błąd dopasowania).

2. Analiza przyczyny wystąpienia stanu si(TLU):

a) prezentacja zbioru {si (k), i=1,…, 1; k=1, …, K};

b) określenie punktu wspólnego „kanału błędowego” wyznaczonego przez promień

błędu r*= max (rj,a, rj,int ) i wartość graniczną parametru diagnostycznego yj

*w chwili

S(1,b), co oznacza że przyczyną wystąpienia zlokalizowanego stanu si było

„chwilowe pojawienie” się tego stanu w czasie (1,b);

c) określenie większej liczby punktów wspólnych „kanału błędowego” wyznaczonego

przez promień błędu r*=max(rj,a,rj,int) i wartości granicznej parametru diagnostycznego

yj*

w chwilach s (1,b) oznacza, że przyczyną wystąpienia zlokalizowanego stanu

si był „narastający rozwój” stanu si w czasie (1,b);

d) w przypadku braku punktów wspólnych określenie minimalnej odległości „kanału

błędowego” od wartości granicznej w chwili S(1,b), co oznacza że

prawdopodobną przyczyną wystąpienia zlokalizowanego stanu si było „chwilowe

niepełne pojawienie się ” się tego stanu w czasie (1,b);

e) analiza tożsamości zbioru stanów {si (k), k=1, …, K}i zlokalizowanego przez TLU

stanu si w celu określenia przyczyny jego wystąpienia w kontekście otrzymanych

ewentualnych „punktów wspólnych” lub minimalnej odległości „zbliżeń”.

4. Prognozowanie stanu maszyny

1. Prognozowanie wartości parametru diagnostycznego yj*:

a) za pomocą metody adaptacyjnej Browna – Mayera rzędu 1 (B-M1) z

współczynnikiem =(0,1-0,9) dla horyzontu prognozy =3 wyznaczonej dla

przedziału czasu (1,b);

b) za pomocą metody adaptacyjnej Holta z współczynnikiem = (0,05-0,3) i =(0,4-0,9)

dla horyzontu prognozy =3 wyznaczonej dla przedziału czasu (1,b);

c) za pomocą metod analitycznych (liniowa, wykładnicza, potęgowa drugiego i trzeciego

rzędu dla horyzontu prognozy =3 wyznaczonej dla przedziału czasu (1,b);

d) wyznaczenie terminu następnego obsługiwania i diagnozowania maszyny d:

- d1 za pomocą metody poziomowania błędu prognozy dla promienia błędu

prognozy r (dla poziomu istotności 1=0,05; 2=0,1),

- d2 za pomocą metody poziomowania wartości granicznej parametru

diagnostycznego (yjg1= yjg; yjg1= yjg +(yjn – yjg) dla yjn > yjg oraz yjg1= yjg; yjg1= yjg –

(yjg – yjn) dla yjg > yjn), np. dla =0,1,

b) wyznaczenie terminu następnego obsługiwania i diagnozowania maszyny: d*= min

(d1, d2).

Dedykowane reguły wnioskowania w rozpoznawaniu stanu maszyn

Z analizy wymagań działaniowych i konfiguracji systemu rozpoznawania stanu

maszyny wynika, że system w obszarze rozpoznawania stanu, powinien zapewnić:

a) konfigurowanie systemu w zakresie wyznaczonych uprzednio potrzeb, w tym

obejmujących wprowadzenie odpowiedniej liczby parametrów diagnostycznych, ich

wartości granicznych i wartości nominalnych parametrów diagnostycznych, stanów

maszyny i czasu pracy maszyny;

b) wnioskowanie diagnostyczne w oparciu o analizę relacji między wartościami

wzorcowymi a mierzonymi na podstawie analizy reguł wnioskowania

diagnostycznego;

c) wizualizację stanu maszyny, w tym generowanie decyzji eksploatacyjnych w zakresie

rozpoznawania stanu (zdatny, niezdatny, lokalizacja uszkodzenia, określenie

przyczyny stanu niezdatności w chwili b, prognozowanie stanu).

Wynika z tego, że konieczne staje się utworzenie bazy danych, w której obok zbiorów

wartości granicznych i nominalnych oraz zbioru wartości parametrów diagnostycznych

rejestrowanych podczas eksploatacji są reguły wnioskowania diagnostycznego.

Analiza opracowanych reguł wnioskowania [ ] wskazuje na duże ich podobieństwo z

wyjątkiem reguł optymalizacji zbioru parametrów diagnostycznych Yo, co wskazuje na

uniwersalność metodyki rozpoznawania stanu maszyn.

Pokładowy system rozpoznawania stanu maszyny

Na podstawie przeprowadzonych badań procesu rozpoznawania stanu sformułowano,

założenia pokładowego systemu rozpoznawania stanu maszyn oraz zasady jego

projektowania. Główne założenia pokładowego systemu rozpoznawania stanu maszyny są

następujące [74,75,89]:

1. Pokładowy system rozpoznawania stanu maszyny powinien umożliwiać:

a) kontrolę stanu;

b) lokalizację uszkodzeń w przypadku niezdatności maszyny;

c) genezowanie stanu i określenie prawdopodobnej przyczyny wystąpienia

uszkodzenia;

d) prognozowanie stanu w przypadku zdatności maszyny, co w praktyce sprowadza się

do ustalenia terminu jego następnego diagnozowania.

2. Pokładowy system rozpoznawania stanu maszyny powinien charakteryzować się:

a) prostym, możliwie optymalnym algorytmem funkcjonowania;

b) uniwersalnością, tzn. możliwościami rozpoznawania stanu maszyn różnych typów;

c) możliwościami rozpoznawania stanu maszyn o małym i dużym stopniu złożoności;

d) automatycznym generowaniem diagnoz;

e) jednoznacznością i czytelnością przedstawiania diagnoz;

f) prostotą obsługiwania.

3. System rozpoznawania stanu maszyny powinien spełniać wymagania dotyczące jakości

wyrobów zgodnie z obowiązującymi normami.

Koncepcja pokładowego systemu rozpoznawania stanu maszyny powinna obejmować

(rys.5.29) następujące zagadnienia z obszaru projektowania, wytwarzania i eksploatacji:

a) cechy funkcjonalne;

b) cechy konstrukcyjne;

c) warunki użytkowania i obsługiwania;

d) potencjał zaplecza obsługowego;

e) rachunek ekonomiczny.

Rys.5.29. Schemat konfiguracji pokładowego systemu rozpoznawania stanu maszyny

Uwzględniając wyniki badań uznano, że:

a) system rozpoznawania stanu maszyny powinien wykorzystywać zbiory parametrów

diagnostycznych na podstawie analizy wartości wag parametrów diagnostycznych

maszyny;

b) uzupełnieniem powyższego powinno być uwzględnienie parametrów diagnostycznych

preferowanych przez użytkownika maszyny, np. w aspekcie bezpieczeństwa maszyny;

c) system rozpoznawania stanu powinien zapewnić kontrolę stanu i lokalizację

uszkodzeń maszyny;

d) w przypadku zdatności maszyny (pozytywny wynik realizacji testu kontroli stanu)

system powinien zapewnić prognozowanie stanu maszyny, co przekłada się na

wyznaczeniu terminu obsługiwania maszyny;

e) w przypadku niezdatności maszyny (negatywny wynik realizacji testu kontroli stanu)

realizacja testu lokalizacji uszkodzeń) system powinien zapewnić genezowanie stanu

maszyny, co przekłada się na określeniu prawdopodobnej przyczyny zlokalizowanego,

w czasie realizacji testu, uszkodzenia maszyny.

Uwzględniając powyższe ustalenia, warunki eksploatacji maszyn oraz analizy

wyników badań metodyki rozpoznawania stanu maszyn etapy opracowania pokładowego

systemu rozpoznawania stanu obejmują:

1. Analizę przedsięwzięcia – dotyczy analizy potrzeb i możliwych rozwiązań problemu,

analizy rachunku ekonomicznego obejmującego budowę systemu, a także analizy

wymagań funkcjonalnych, technicznych, informatycznych i ekonomicznych

obejmujących relację kosztów wytworzenia i eksploatacji systemu a uzyskanych korzyści

w wyniku jego zastosowania;

2. Projektowanie systemu – dotyczy określenia architektury mikroprocesora, modułów,

interfejsów i innych części składowych oraz oprogramowania w aspekcie spełniania cech

użytkowych systemu obejmujących:

a) projekt logiczny – dotyczy logicznych aspektów organizacji systemu oraz procesów

i przepływu informacji,

b) projekt funkcjonalny – dotyczy opisu funkcji elementów składowych systemu oraz ich

współdziałania,

c) projekt konstrukcyjny – dotyczy opisu struktury elementów systemu (np.: procesora,

pamięci, komunikacji, wejść i wyjść, zegara, zasilania);

3. Budowę symulatora pracy systemu (komputerowego) – jego celem jest zapewnienie

wstępnej oceny pracy systemu przy symulowanych stanach maszyny;

4. Implementację systemu – celem jest opracowanie i budowa modelu fizycznego

spełniające założone funkcje systemu;

5. Zapewnienie jakości systemu – dotyczy testowania programów i badań eksploatacyjnych;

6. Wykonanie dokumentacji systemu – obejmujących budowę, wymagania i ograniczenia,

funkcjonowanie i procedury obsługowe.

Reasumując pokładowy system rozpoznawania stanu maszyny powinien spełniać

oddzielnie lub łącznie funkcje określone na podstawie, dedykowanych dla różnych typów i

rodzajów maszyn, reguł wnioskowania diagnostycznego w obszarach:

a) optymalizacji zbioru parametrów diagnostycznych;

b) kontroli stanu i lokalizacji uszkodzenia;

c) prognozowania stanu;

d) genezowania stanu.

Spełnianie wymienionych funkcji jest możliwe następującymi sposobami:

1. Realizacja algorytmu kontroli stanu, algorytmu prognozowania stanu maszyny, a w

przypadku jego niezdatności algorytmu lokalizacji uszkodzeń i genezowania stanu odbywa

się za pomocą oddzielnych modułów pokładowego systemu rozpoznawania stanu.

Diagnosta na podstawie zbioru wyników sprawdzeń podejmuje decyzje o stanie maszyny.

W tym przypadku koszt badań diagnostycznych maszyny jest wysoki.

2. Pokładowy system rozpoznawania stanu realizuje algorytm kontroli stanu, a w

przypadkach koniecznych również algorytm lokalizacji uszkodzeń. Diagnosta bierze

również udział w podejmowaniu decyzji o stanie maszyny. Istotnie skraca się czas i koszty

diagnozowania obiektu. Jednak jest wyższy koszt urządzenia diagnostycznego;

3. Pokładowy system rozpoznawania stanu realizuje łącznie uprzednio wymienione cztery

funkcje. Zatem do funkcji kontroli stanu i lokalizacji uszkodzeń dochodzi funkcja

prognozowania stanu oraz genezowania stanu. Z racji spełnionych funkcji system można

nazwać systemem uniwersalnym. Rola diagnosty sprowadza się do podjęcia ostatecznej

decyzji o stanie maszyny i wykonaniu pewnych operacji pomocniczych. Zwiększa się

wiarygodność diagnozy, zmniejsza się czas i koszt badań diagnostycznych maszyny, oraz

niestety rosną koszty systemu.

Idealny system rozpoznawania stanu to pokładowy system rozpoznawania stanu

spełniający funkcje kontroli stanu, prognozowania stanu, lokalizacji uszkodzeń obiektu oraz

genezowania stanu. W tym przypadku wzrasta koszt maszyny, jednak efektywność

eksploatacji maszyny staje się wyższa, bowiem realizowane są wszystkie funkcje

rozpoznawania stanu maszyny. Takie rozwiązanie systemu rozpoznawania stanu może być

odpowiednie dla maszyn krytycznych lub innych maszyn specjalnych.

Innym rozwiązaniem jest zewnętrzny systemu rozpoznawania stanu dołączany, na

czas badań, do gniazda diagnostycznego maszyny z możliwością oceny stanu,

prognozowania stanu i genezowania stanu. Może to być system uniwersalny lub

specjalizowany wyłącznie do rozpoznawania stanu określonych maszyn.

System rozpoznawania stanu maszyn o konfiguracji jak na rys.5.26, można umownie

opisać zależnością [75]:

SS = < OT, SP, SR, SM, SZ, RTZ > (5.49)

gdzie: OT – obiekt diagnozy;

SP – podsystem pomiarowy;

SR – podsystem rozpoznawania stanu;

SM – podsystem magistrali (adresy, dane, sterowanie);

SZ – podsystem zobrazowania informacji;

RTZ – relacje.

Podsystem pomiarowy obejmuje (rys.5.30) zestaw czujników, przetworników A/C,

wzmacniaczy, złącz układów dopasowujących w aspekcie zgodności informatycznej,

metrologicznej i eksploatacyjnej sygnału, a także procesor sygnałów.

Obiektdiagnozowania

Zestawczujników

Układydopasowania

Procesorsygnałów

Podsystem pomiarowy

Układ podejmowaniadecyzji

Układ gromadzeniainformacji

Podsystem rozpoznawania stanów

Podsystemmagistrali:

adresowa, danych, sterowania

Klawiatura Monitor Drukarka

Stacja dyskówFDD, CD-ROM,

DVD-ROM, HDD

Wskaźnikicyfrowe

analogowe

Podsystem zobrazowania informacji

System rozpoznawania stanu maszyny

Rys. 5.30. System rozpoznawania stanów maszyn w aspekcie funkcjonalnym [75]

Procesor sygnałów – służy do przetwarzania sygnałów według określonych

algorytmów celem uzyskania ich miar w dziedzinie amplitud czasu i częstotliwości.

Podsystem rozpoznawania stanu obejmuje układ podejmowania decyzji, która służy

do ustalenia diagnozy, prognozy, genezy, czyli określenie stanu obiektu w chwili b, b+1,

b-2, a także podsystem gromadzenia informacji.

Podsystem gromadzenia informacji zbiera dane dotyczące: miar sygnałów, wartości

granicznych parametrów diagnostycznych i wzorów stanów i inne.

Podsystem magistrali obejmuje szynę: adresową danych i sterowania.

Podsystem zobrazowania informacji może zawierać elementy: klawiaturę, monitor,

drukarkę, wskaźniki analogowe i cyfrowe.

Ogólną budowę systemu pokładowego rozpoznawania stanu maszyn jako systemu

mikroprocesorowego przedstawiono na rys.5.31.

Obiektdiagnozy

Podsystempomiarowy

Podsystemmikroprocesorowy

Podsystemmagistrali

Podsystemzobrazowania

informacji

Mikroprocesorowy system rozpoznawania stanu maszyn

Rys. 5.31. System rozpoznawania stanu maszyny jako system mikroprocesorowy [75]

W systemie tym rolę układu rozpoznawania stanów, gromadzenia informacji a także

układu dopasowania sygnałów i złącz wyjściowych jest system mikroprocesorowy,

obejmujący: pamięć RAM, EEPROM, Flash EEPROM, procesor, magistralę danych,

adresową, sterującą a także oprogramowanie.

Zastosowane w pokładowym systemie rozpoznawania stanu maszyny

oprogramowanie powinno zapewnić realizację jego zadań. W tym celu powinno wykorzystać

się przedstawione powyżej procedury do opracowania algorytmów wnioskowania

diagnostycznego na podstawie: testu kontroli stanu, testu lokalizacji uszkodzeń oraz

szacowania terminu obsługiwania maszyny (procedura prognozowania stanu) i szacowania

przyczyny zlokalizowanego uszkodzenia (procedura genezowania stanu) np. za pomocą reguł

wnioskowania diagnostycznego typu „IF – THEN”.

Z analizy wymagań działaniowych i konfiguracji pokładowego systemu

rozpoznawania stanu maszyny wynika, że architektura systemu (rys.5.1) powinna zapewnić

[74,75,89]:

d) konfigurowanie systemu w zakresie wyznaczonych uprzednio potrzeb, w tym

obejmujących wprowadzenie odpowiedniej liczby parametrów diagnostycznych, ich

wartości granicznych i wartości nominalnych parametrów diagnostycznych, stany

maszyny, czas pracy maszyny;

e) pomiar i rejestrację wartości mierzonych sygnałów diagnostycznych według

wyznaczonych warunków (początek i koniec pomiaru, które wielkości i kiedy

podlegają rejestracji);

f) wnioskowanie diagnostyczne w oparciu o analizę relacji między wartościami

wzorcowymi a mierzonymi na podstawie analizy reguł wnioskowania

diagnostycznego;

g) wizualizację stanu maszyny, w tym generowanie decyzji eksploatacyjnych (zdatny,

niezdatny, lokalizacja uszkodzenia, inne).

Wynika z tego, że konieczne staje się utworzenie bazy danych, w której obok zbiorów

wartości granicznych i nominalnych oraz zbioru wartości parametrów diagnostycznych

rejestrowanych podczas eksploatacji, niezbędne są reguły wnioskowania diagnostycznego.

5.7. TECHNIKI INFORMACYJNE W ŻYCIU MASZYNY

Wspomagania informacyjne zarządzania utrzymaniem ruchu

Przedstawiony na rys.5.3 zbiór etapów można traktować jako swoisty cykl "życia"

obiektu, który pozwala na wyodrębnienie najważniejszych obszarów i zadań informatycznego

wspomagania inżynierskiego. W takim ujęciu można przyjąć trzy podstawowe obszary

wspomagania:

wspomaganie projektowania i konstruowania systemów technicznych, związane z jednej

strony z definiowaniem podstawowych założeń budowy i funkcjonowania przyszłego

systemu technicznego (w oparciu m.in. o istniejące zasoby danych i wiedzy, narzędzia

obliczeniowe oraz narzędzia wspomagające prowadzenie badań w technice), z drugiej zaś z

doborem cech konstrukcyjnych ich weryfikacją oraz przygotowaniem dokumentacji

stanowiącej podstawę do dalszych etapów procesu zaspokojenia potrzeb (m.in. narzędzia

CAD - Computer Aided Design, czy CAMD - Computer Aided Material Design);

wspomaganie wytwarzania systemów technicznych, związane z przygotowaniem i

realizacją procesów wytwórczych zgodnie z wcześniej opracowaną dokumentacją techniczną

(m. in. systemy CAM – Computer Aided Manufacturing);

wspomaganie eksploatacji systemów technicznych (etap EP), związane z planowaniem i

nadzorowaniem prawidłowego przebiegu procesów eksploatacyjnych wynikających zarówno

z użytkowania, jak również prowadzenia prac obsługowo-naprawczych (m. in. systemy

CMMs/EAM – Computerized Maintenance Management Systems/Enterprise Asset

Management).

Rozpoznanie, którego celem jest identyfikacja i ocena wybranych sposobów i środków

wspomagania zadań z obszaru utrzymania ruchu w odniesieniu do działań zarządczych

wymaga zdefiniowania i jednocześnie uwzględnienia podstawowych aspektów

umożliwiających rozwiązanie zagadnienia. W badaniach nad zarządzaniem utrzymaniem

ruchu systemów technicznych wyodrębnione zostały główne obszary zadaniowe, których

wspomaganie wydaje się możliwe, a są to:

1. zarządzanie obiektami eksploatacji i infrastrukturą przedsiębiorstwa, obejmujące przede

wszystkim identyfikację aspektów technicznych tych obiektów,

2. zarządzanie zadaniami eksploatacyjnymi (użytkowo-obsługowymi), obejmujące czasowo-

zadaniowe, organizacyjno-ekonomiczne i prawne aspekty realizowanych prac obsługowo-

naprawczych,

3. zarządzanie zasobami, obejmujące głównie zagadnienia zarządzania podstawowymi

składnikami realizacji procesów eksploatacji, w szczególności zarządzanie częściami

zamiennymi, zarządzanie personelem użytkowo obsługowym, zarządzanie sprzętem

specjalistycznym i aparaturą pomiarową,

4. zarządzanie bezpieczeństwem, obejmujące identyfikację prawidłowych procedur realizacji

prac obsługowo-naprawczych z jednoczesną szczegółową rejestracją wszelkich

występujących zdarzeń,

5. zarządzanie kosztami utrzymania ruchu, realizowane w zakresie określania kosztów z

podziałem na różne rodzaje prac oraz ich identyfikacji ze względu na poszczególne składniki

procesów eksploatacji,

6. dokumentowanie prac obsługowo - naprawczych, umożliwiające zestawianie i

przedstawianie wyników realizowanych zadań.

Wszystkie systemy eksploatacji i ich podsystemy, jak też nawet najmniejsze ogniwa

tych systemów w czasie spełniania swoich funkcji muszą dysponować dostatecznym zbiorem

informacji przy podejmowaniu właściwych decyzji eksploatacyjnych. Dotyczy to:

- systemu ewidencji dla potrzeb kierowania,

- systemu obiegu informacji w eksploatacji,

- systemu przetwarzania informacji.

Spełnienie tych wymagań jest możliwe przy użyciu nowoczesnej techniki

obliczeniowej, poprzez racjonalne projektowanie i wdrażanie systemów informatycznych dla

potrzeb kierowania eksploatacją.

Konceptualny model procesów zarządzania, budowanych w oparciu o system

informacyjny, powinien zawierać takie elementy jak:

- określenie modelu otoczenia,

- określenie strategii przedsiębiorstwa,

- określenie modelu realizacji funkcji zarządczych,

- określenie modelu jednostek wewnętrznych i ich zadań,

- określenie modelu obiektów, procesów i ich związków ze strukturami danych,

- określenie modelu przetwarzania danych.

System informacyjny przedsiębiorstwa powinien więc zawierać takie elementy jak:

- regulamin organizacyjny jednostki (struktura organizacyjna i kompetencyjna),

- procedury realizacji funkcji zarządczych (w zakresie realizowanych zadań),

- konceptualny model procesów zarządzania,

- metody gromadzenia, przetwarzania i przesyłania danych,

- bazę danych jednostki organizacyjnej,

- profile użytkowników systemu informatycznego,

- informatyczny system wspomagania funkcji zarządczych.

Podstawowe problemy projektowe systemów informacyjnych to:

- projektowanie systemu informacyjnego jest złożonym przedsięwzięciem, w trakcie

którego, rozwija się nowa rzeczywistość nazywana systemem informacyjnym,

- proces tworzenia systemu informacyjnego trwa tak długo jak długo istnieje obszar

przedmiotowy,

- w systemie informacyjnym można wyróżnić podsystem przetwarzania danych i

podsystem interpretacji; oba te podsystemy mogą mieć różne lub wspólną warstwę

organizacyjno-techniczną oraz różne lub wspólną warstwę proceduralno- metodyczną.

Aspekty metodyczne projektowania systemu informacyjnego to:

- projektując system informacyjny wydzielamy i tworzymy "układ nerwowy" obszaru

przedmiotowego,

- system informacyjny może być zrealizowany na wiele różnych sposobów, za pomocą

różnych rozwiązań technologicznych,

- proces projektowania systemu informacyjnego zmierza do dokonania możliwie

najpełniejszej specyfikacji dwóch podsystemów: podsystemu przetwarzania danych i

podsystemu interpretacji,

- podsystem przetwarzania danych jest odpowiedzialny za procesy zbierania, obróbki i

przechowywania danych na dopuszczalnych nośnikach danych,

- podsystem interpretacji danych jest odpowiedzialny za procesy wnioskowania i

przetwarzania danych na określonym poziomie informacji.

W projektowaniu systemów informacyjnych istotną rolę odgrywają programy

komputerowe (programy narzędziowe) wspomagające proces specyfikacji i konstruowania

systemu. W procesie tym powinno się zapewnić adekwatne odwzorowanie związków

funkcjonalno-strukturalnych charakterystycznych dla projektowanego systemu. Związki te

powinny być wyrażone w sposób zapewniający poprawną interpretację projektu systemu

przez ludzi i programy w trakcie jego modyfikacji lub rozbudowy. Opracowanie

metodologicznie skutecznego sposobu modelowania systemu informacyjnego jest zadaniem

trudnym ze względu na wielowymiarowość zjawisk i uniwersalność oczekiwań.

Informatyczny system wspomagania funkcji zarządczych przedsiębiorstwa powinien

w wersji idealnej:

- być zorientowanym na procesy obsługi obiektów systemu informacyjnego,

- tworzyć strukturę sieci lokalnych koherentnych z siecią internetową,

- wykorzystywać nowoczesną platformę sprzętową i operacyjną,

- być zrealizowanym w oparciu o profesjonalne oprogramowanie narzędziowe przy

projektowaniu rozległych aplikacji systemów czasu rzeczywistego.

Strategia informatyzacji powinna być konstruowana w oparciu o strategię działania

przedsiębiorstwa, gdzie będzie funkcjonować projektowany system informatyczny.

Przykłady przedsięwzięć techniczno-organizacyjnych, które powinny zostać

uwzględnione w strategii informatyzacji:

- budowa i rozwój zintegrowanego systemu informacyjnego,

- systematyczna identyfikacja potrzeb informacyjnych jednostek organizacyjnych,

- budowa i rozwój zintegrowanego systemu informatycznego.

Za istotne zasady, należące do strategii informatyzacji należy uznać:

- nieuchronność wprowadzenia nowego systemu,

- zbudowanie modeli informacyjnych opisujących potrzeby informacyjne, produkty i procesy

realizacji na wszystkich poziomach struktury organizacyjnej,

- planowanie i systematyczne rozliczanie prac informatyzacyjnych na wszystkich poziomach

struktury organizacyjnej,

- wprowadzenie we wszystkich jednostkach organizacyjnych przedsiębiorstwa szkoleń

poświęconych, strategii rozwoju (wspomaganej narzędziami informatycznymi).

Problemy projektowe dużych systemów informacyjnych i informatycznych występują

we wszystkich fazach cyklu projektowego. Ich rozwiązanie leży w tworzeniu i realizacji

metod zarządzania projektami, a także w stosowaniu zaawansowanych narzędzi

prototypowania systemów.

Współczesne systemy informatyczne są systemami zintegrowanymi, co przynosi

następujące korzyści: optymalizacja eksploatacji, znaczne ograniczenie kosztów

modelowania, zbierania i utrzymania danych, wyraźne zmniejszenie kosztów eksploatacji

systemu w całym okresie jego życia, wzrost bezpieczeństwa danych, wspólne użytkowanie

interfejsów użytkownika dla wspomagania różnych funkcji, wspólne wykorzystanie sprzętu.

W rozwoju systemów informatycznych zarysowują się następujące tendencje:

wdrażanie otwartych, rozproszonych systemów, rozwój systemów na platformie PC w małych

przedsiębiorstwach dystrybucyjnych, rozwój specjalizowanego oprogramowania

ułatwiającego operatorom korzystanie z systemu, wzrastająca rola Internetu, tworzenie

kompatybilnych systemów wspólnych dla grup, sektorów itd.

Wdrażanie tych tendencji w istotny sposób zmniejsza nakłady na tworzenie i rozwój

systemów tego typu, niestety, są one w ograniczony sposób wprowadzane w naszym kraju.

Zintegrowane narzędzia eksploatacyjne

Narzędzia przyporządkowane do tej grupy obejmują swym zasięgiem pełny zakres

zadań eksploatacyjnych realizowanych przez służby techniczne przedsiębiorstwa. Systemy

takie wspomagają procesy eksploatacji w zakresie zapewnienia utrzymania obiektów,

objętych ich działaniem, w stanie zdatności poprzez szeroko zakrojone prace o charakterze

technicznym, organizacyjnym i ekonomicznym. Umożliwiają one sygnalizowanie

konieczności dokonywania czynności obsługowo - naprawczych, ilościowe i terminowe

zabezpieczenie zasobów eksploatacyjnych (narzędzia, części zamienne oraz wykonawcy),

szybkie zgłaszanie i podejmowanie działań związanych z występowaniem sytuacji

awaryjnych, optymalizację i minimalizację czasu potrzebnego na obsługę lub naprawę,

zarządzanie dokumentacją realizowanych prac.

W tym obszarze wyróżnia się dwie grupy systemów:

1. systemy klasy CMMs (Computerized Maintenance Management systems),

2. systemy klasy EAM (Enterprise Asset Management).

Różnica pomiędzy tymi grupami, w odniesieniu ściśle do zadań eksploatacyjnych, ma

raczej charakter umowny, co wynika z faktu, że najpierw przez wiele lat funkcjonowały

systemy klasy CMMs. W wyniku rozszerzenia zakresu zadań (najczęściej w obszarze

organizacyjno-ekonomicznym) wykraczającego poza typowy obszar eksploatacyjny przyjęto

określenie EAM. Obecnie przyjmuje się, że systemy klasy CMMs obejmują:

zapewnienie utrzymania zdatności obiektów technicznych,

planowanie i realizacja prac obsługowo-naprawczych,

dysponowanie zasobami remontowymi,

raportowanie prac obsługowo-naprawczych.

Enterprise Asset Management (EAM) jest filozofią integrującą planowanie

strategiczne z działaniami operacyjnymi i kompleksowym podejmowaniem decyzji w

odniesieniu do zasobów przedsiębiorstwa. Systemy klasy EAM obejmują:

pełny zakres systemów klasy CMMs,

zarządzanie gospodarką magazynową,

zarządzanie personelem technicznym,

zarządzanie bezpieczeństwem prac obsługowo-naprawczych,

zarządzanie dokumentacją eksploatacyjną,

zarządzanie finansami organizacji utrzymania ruchu.

Narzędzia tej grupy, w opinii specjalistów eksploatatorów oraz użytkowników, uważa

się za najbardziej odpowiadające potrzebom i możliwościom służb technicznych

przedsiębiorstw przemysłowych.

Narzędzia należące także do tej grupy określane są skrótem ERP (Enterprise Resource

Planning - planowanie zasobów na potrzeby przedsięwzięć) i stanowią zintegrowane systemy,

wspomagające zarządzanie przedsiębiorstwem. Systemy tego typu mają najczęściej budowę

modułową. Składają się one z odrębnych aplikacji powiązanych ze sobą na poziomie danych i

informacji. Zakres działania systemów klasy ERP obejmuje:

a. planowanie i sterowanie produkcją (wytwarzaniem),

b. zarządzanie zasobami i zapasami przedsiębiorstwa

c. zarządzanie inwestycjami i projektami,

d. zarządzanie gospodarką naprawczą,

e. zaopatrzenie i sprzedaż,

f. finanse i księgowość,

g. administrację i kadry,

h. zarządzanie kontaktami z klientami.

Głównym celem systemów klasy ERP jest możliwie najpełniejsza integracja

wszystkich szczebli zarządzania przedsiębiorstwem. Działania techniczne są najczęściej w

systemach klasy ERP ukierunkowane na zarządzanie produkcją z silnym uwzględnieniem

dostępności zasobów magazynowych. Zadania eksploatacyjne, reprezentowane najczęściej

przez tzw. moduł naprawczy, mają w tym przypadku charakter uzupełniający. Do zalet

wykorzystania systemów klasy ERP w obszarze wspomagania prac eksploatacyjnych należą:

możliwość pełnej integracji danych i informacji dotyczących eksploatowania obiektów

technicznych z wszystkimi elementami działalności przedsiębiorstwa,

możliwość pełnej centralizacji i koordynacji działań służb technicznych w ujęciu

korporacyjnym, wynikiem czego możliwe jest jednolite prowadzenie polityki eksploatacyjnej

we wszystkich oddziałach przedsiębiorstwa.

Do wad narzędzi tej grupy należą:

systemy klasy ERP często ustępują możliwościom systemom klasy CMMs/EAM w zakresie

zarządzania utrzymaniem ruchu, co wynika z marginalnego charakteru informacji

eksploatacyjnej w filozofii tej klasy systemów,

pełne wspomaganie realizacji procesów eksploatacyjnych wymaga uwzględnienia wielu

aspektów rozproszonych w różnych obszarach użytkowych systemu klasy ERP, co dla

efektywności wspomagania skutkuje koniecznością jednoczesnego pełnego wdrożenia

systemu w różnych działach przedsiębiorstwa,

bardzo wysoki koszt wdrożenia i funkcjonowania w przedsiębiorstwie systemu klasy ERP,

w porównaniu z systemami przedstawionymi wcześniej.

Prace nad sposobem efektywnego eksploatowania obiektów oraz skutecznego

zarządzania w tym obszarze, wkomponowane w pętlę jakości (rys.5.32) obejmują:

badania modeli procesów eksploatacji zmierzających do doskonalenie cyklu obsługowo –

naprawczego i gospodarowania zasobami eksploatacyjnymi (materiałowymi i ludzkimi) w

oparciu o istniejące potrzeby eksploatowanych systemów (np. informację eksploatacyjną);

badania nad metodologią rozwiązywania problemów w odniesieniu do eksploatowanych

systemów technicznych, z uwzględnieniem istniejących uwarunkowań.

Rys.5.32. Cykl życia maszyny w pętli jakości

Prace nad metodologią wspomagania w zarządzaniu utrzymaniem ruchu oraz

sposobem wykorzystania odpowiednich narzędzi do wspomagania działań organizacji

utrzymania ruchu, obejmują:

opracowanie skutecznych procedur pozyskiwania informacji dla potrzeb systemów

wspomagania zarządzania eksploatacją i utrzymaniem ruchu,

opracowanie procedur pozwalających na efektywne wykorzystanie, istniejących w

przedsiębiorstwach, źródeł informacji i wiedzy, a także możliwych do zastosowania narzędzi

informatycznych dla potrzeb wspomagania zarządzania utrzymaniem ruchu.

System techniczny (obiekty badań) charakteryzuje się ilością zawartego w nim

potencjału użytkowego. W procesie użytkowania istniejące procesy degradacji sprawiają, że

potencjał ten jest przetwarzany w efekt działania systemu eksploatacyjnego. Powoduje to

zmniejszenie ilości potencjału użytkowego na skutek oddziaływania czynników

wymuszających. Z tego powodu system techniczny po okresie użytkowania poddawany jest

procesom zapewnienia zdatności, odnawiającym ilość potencjału użytkowego systemu.

Przebieg tych procesów jest często nadzorowany różnymi dostępnymi programami

komercyjnymi. Jeżeli na koniec procesu użytkowania ilość potencjału użytkowego zawartego

w systemie jest większa niż ilość potencjału użytkowego odpowiadająca stanowi granicznemu

to ilość ta jest tracona, zmniejszając jakość realizowanych procesów eksploatacyjnych.

W ostatnich dziesięcioleciach nastąpił wyraźny wzrost liczby nowych koncepcji i metod

zarządzania. Zaliczyć należy do nich również Zarządzanie Cyklem Życia – Life Cycle

Management (LCM). Po wprowadzeniu go do stosowania w wielu koncernach Europy

Zachodniej i Stanów Zjednoczonych, zaczęło ono znajdować się w polu zainteresowania

rozwiniętych organizacji z Polski i innych krajów Europy Środkowo-Wschodniej, jako narzędzie

wspomagające doskonalenie produktów oraz poprawę wizerunku środowiskowego i wyników

ekonomicznych.

Założenia LCM mówią, że ramy tej koncepcji bazują na istniejących strukturach,

systemach, narzędziach i dostępnych zasobach informacji. Stosowanie LCM nie polega na

zastępowaniu tych rozwiązań, które już istnieją i są stosowane przez organizacje, ale zmierza do

ich powiązania ze sobą oraz uzupełnienia o nowe elementy. Wykorzystywane w LCM środki

prezentuje rys.5.33.

Rys.5.33. Cele, strategie, systemy i narzędzia LCM [110]

Przegląd znanych definicji LCM wskazuje, że większość z nich za najważniejszy cel tej

koncepcji stawia zapewnienie zrównoważonego rozwoju zarówno w odniesieniu do produktów,

funkcjonowania organizacji, jak i rynku.

Relatywnie stare koncepcje zarządzania charakteryzuje statyczne, wręcz biurokratyczne

podejście do praktyki biznesowej, gdzie każda komórka organizacji ma precyzyjnie

zdefiniowaną funkcję i może być analizowana i optymalizowana w sposób niezależny od innych

składowych struktury organizacyjnej. Nowe koncepcje zarządzania cechuje znacznie bardziej

dynamiczne podejście do biznesu, postrzeganego jako relacje pomiędzy powiązanymi ze sobą

wartościami złożonego łańcucha.

Mimo, że poszczególne metody i teorie mają często wspólne założenia to różni je też

zakres aspektów, do których się odnoszą. Na przykładach pokazano to na rys.5.34, gdzie

dostrzec można, że niektóre spośród koncepcji i metod, jak Just-in-Time koncentrują się na

jednym elemencie zarządzania (w tym przypadku na optymalizacji), podczas gdy inne (np. Total

Quality Management) obejmują kompleksowo wszystkie.

Rys.5.34. Zakres oddziaływania wybranych nowoczesnych koncepcji zarządzania [65]

Z drugiej strony omawiane narzędzia i teorie w założeniach swoich koncentrują się na

różnych obszarach funkcjonowania organizacji. Przykładowo Activity-Based Costing

zorientowane jest na koszty, Total Quality Management na jakość, Supply-Chain

Management i Just-in-Time ukierunkowane są na logistykę, zaś Concurrent Engineering za

cel stawia rozwój produktu, a Learning Organisation zakłada rozwój personelu.

Dzięki swojej specyfice LCM jest wykorzystywane przez przedsiębiorstwa

przemysłowe i inne organizacje, które wymagają rozwiązań metodycznych, pomocnych w

rozszerzeniu stosowanych systemów zarządzania o ideę zrównoważonego rozwoju.

Jednocześnie LCM pomaga również przedsiębiorstwom przemysłowym w dostosowaniu się

do wymagań, które są lub będą formułowane przez politykę zorientowaną na produkt, np.

zintegrowaną politykę produktową i rozszerzoną odpowiedzialność producenta.

LCM jako koncepcja zarządzania zorientowanego nie tylko na aspekty

funkcjonowania organizacji, ale przede wszystkim na wytwarzane przez nią produkty staje się

narzędziem coraz powszechniej stosowanym przez przedsiębiorstwa. Wdrażanie jej

następować może w sposób wieloetapowy, co wynika z możliwości stopniowego

wykorzystywania funkcjonujących mechanizmów, np. opartych na systemach zarządzania

jakością, środowiskiem czy wręcz bardziej ogólnych koncepcjach jak TQM.

Zarządzanie utrzymaniem stanu zdatności maszyn

Utrzymanie maszyn w ruchu jest w przedsiębiorstwie produkcyjnym sprawą kluczową a

właściwie przyjęta strategia eksploatacji rozumiana jako sposób użytkowania i obsługiwania

maszyn oraz relacje między nimi może decydować o konkurencyjności przedsiębiorstwa na

rynku. Wybór ten jest często nieuświadomiony i sprowadza się najczęściej do przyjęcia

jednego z poniższych modeli lub ich kombinacji:

strategia wynikająca z procedur ISO;

outsourcing usług związanych z utrzymaniem maszyn;

wg instrukcji obsługi, DTR i wymagań prawnych (głównie UDT);

strategie o podejściu filozoficznym (5S, Kazein, TPM ii);

strategia ukierunkowana na produkcję (do uszkodzenia).

Strategia wynikająca z procedur ISO

Rosnąca konkurencja, wymagania klientów, globalizacja gospodarki wymuszają na

przedsiębiorstwach konieczność wdrażania systemów zarządzania jakością (SZJ). Podstawą

do certyfikacji takich systemów jest na ogół norma ISO9001. Jest to standard

międzynarodowy, który odnosi się do procesów decydujących o wytworzeniu produktu albo

usługi, jakich dostarcza swoim klientom przedsiębiorstwo.

Podejście procesowe narzucone przez normę powoduje, że firmy utrzymujące SZJ

identyfikując procesy funkcjonujące w firmie i przedstawiając je w postaci tzw. mapy

procesów, dostrzegają – oprócz głównych procesów tzw. realizacji wyrobu – proces

utrzymania maszyn i urządzeń w ruchu, jako wspomagający proces realizacji wyrobu.

Przykład mapy procesów ze zidentyfikowanym procesem utrzymania maszyn

przykładowego MŚP przedstawiono na rys.5.35.

Norma nakłada na przedsiębiorstwo obowiązek zapewnienia kompetentnego personelu

do zapewnienia skutecznego funkcjonowania każdego procesu, w tym również procesu

utrzymania maszyn w ruchu.

Rys.5.35. Mapa procesów przedsiębiorstwa z utrzymania maszyn w ruchu

Przedsiębiorstwo powinno zidentyfikować potrzeby kompetencyjne personelu

odpowiedzialnego za utrzymanie maszyn (wykształcenie, doświadczenie, szkolenia itd.),

zaspokoić te potrzeby (np. poprzez zapewnienie odpowiednich szkoleń) i dodatkowo – ocenić

skuteczność podjętych działań (tablica 3).

Tablica 3. Opis procesu utrzymania maszyn w ruchu w Księdze Jakości przedsiębiorstwa.

1. Cel procesu:

Uzyskanie optymalnej gotowości posiadanego wyposażenia

technicznego do realizacji postawionych zadań oraz zapewnienie

ciągłości procesu realizacji zlecenia

2. Właściciel procesu: właściciel firmy

3. Wejście procesu:

- wymagania obsługi i serwisu (wynikające z DTR)

- wymagania bieżące (wynikające z aktualnego stanu

technicznego)

- umiejętności i uprawnienia pracowników wymagania BHP i

UDT

- plan i zakres remontów i przeglądów,

- zakres remontu/ przeglądu

- zgłoszona awaria

- nowa maszyna/ urządzenie

4. Wyjście procesu:

- sprawne maszyny i urządzenia

- wykaz maszyn i urządzeń

- zapisy z usunięcia awarii

- potrzeby w zakresie planowania remontów/ przeglądów

- potrzeby w zakresie nowych maszyn i urządzeń

- faktura za wykonanie usługi serwisowej

5. Uczestnicy procesu: - pracownicy firmy – mechanicy oraz operatorzy maszyn i

urządzeń

6. Wskaźniki

- liczba godzin przestoju wynikająca z awarii maszyn/urządzeń,

- awaryjność - ilość awarii w danym roku kalendarzowym

POZYSKANIE

KLIENTA

PRZYGOTOWANIE

I REALIZACJA ZLECENIA

UTRZYMANIE

RUCHU MASZYN

KLI

ENT 1 2

3

PLANOWANIE I DOSKONALENIE SYSTEMU ZARZĄDZANIA JAKOŚCIĄ

6

PROJEKTOWANIE

4

USŁUGI INNE

5

KLI

ENT

Wymagania normy w zakresie infrastruktury i środowiska pracy obejmują takie

zasoby jak zakład, przestrzeń robocza, narzędzia, maszyny, urządzenie, techniki

informatyczne, komunikacyjne itp. Z punktu widzenia procesu utrzymania maszyn w ruchu

ważna jest ocena w tym punkcie celu procesu, jego parametrów, kosztów, bezpieczeństwa.

Przedsiębiorstwo powinno rozwijać metody utrzymania tej infrastruktury oraz jej oceny.

Outsourcing utrzymania maszyn i urządzeń w ruchu

Outsourcing jest strategią zarządzania, która polega na oddaniu na zewnątrz

(partnerowi zewnętrznemu - outsourcerowi) zadań nie związanych bezpośrednio z

podstawową działalnością firmy. Dzięki temu firma może skupić swoje zasoby i środki

finansowe na tych obszarach stanowiących podstawę jej działań, w których osiąga przewagę

konkurencyjną. Firma zleca na zewnątrz obsługę tych procesów, które traktowane są jako

pomocnicze, np. IT, transport, księgowość czy utrzymanie maszyn.

Firmy świadczące usługę utrzymania maszyn przejmują odpowiedzialność za

terminowe wykonanie czynności obsługowych maszyn, dostarczenie części zamiennych

i materiałów eksploatacyjnych, czasami również za diagnostykę i prewencję.

Przedsiębiorstwa decydujące się na taki model utrzymania maszyn, powinny rozważyć

następujące zagadnienia:

kontrakty powinny być długoterminowe, umożliwiające ocenę efektów zleconej usługi,

dostawca usługi powinien być konkurentem dla wewnętrznych służb utrzymania maszyn,

kontrakt powinien skupiać się na uzyskaniu rezultatów a nie dostarczeniu usług. Należy

wziąć pod uwagę nie tylko cenę usługi, ale również:

ocenę proponowanej filozofii utrzymania maszyn,

procesy, które zostaną wprowadzone,

jak będą mierzone rezultaty,

w jaki sposób będą podejmowane decyzje o prewencji, predykcji itd.,

jakie kluczowe mierniki efektywności będą stosowane.

Strategie utrzymania wg instrukcji obsługi, DTR i wg wymagań prawnych

Wiele przedsiębiorstw przyjmuje strategię utrzymania maszyn wynikającą

z dostarczonych wraz z maszynami instrukcji obsługi i dokumentacji techniczno ruchowych

(DTR). W dokumentach tych zawarte są informacje o wymaganych czynnościach

obsługowych zapewniających zdatność zadaniową maszyn. Strategia ta ma zatem charakter

planowo – zapobiegawczy, a w przypadku eksploatacji pewnej grupy maszyn (np. dźwigi,

zbiorniki ciśnieniowe) dodatkowo mają zastosowanie odpowiednie przepisy Urzędu Dozoru

Technicznego dotyczące konieczności dokonywania przeglądów (inspekcji) głównie w

aspekcie bezpieczeństwa. Wszelkiego rodzaju inspekcje wykonywane w ramach kontroli

UDT są wykonywane w ściśle określonych odstępach czasu. Długość tych odstępów

wynika z odpowiednich przepisów co nie zawsze wiąże się z faktycznym ryzykiem, jakie

niesie użytkowanie tych maszyn i urządzeń.

Prawdopodobieństwo awarii (uszkodzenia, zdarzenia niepożądanego) określa się

najczęściej metodą burzy mózgów przeprowadzanej przez zespół ekspertów (pracowników

działu utrzymania maszyn, produkcji itd.), a ustalone prawdopodobieństwa nie mają wartości

liczbowych lecz rozmyte (małe, duże, średnie). Stosowane są też metody ilościowe, bazujące

na danych statystycznych dotyczących awaryjności grup maszyn i urządzeń modyfikowane

przez dane dotyczące konkretnej maszyny (np. jej wiek, stan techniczny).

Rozpatrywanie konsekwencji awarii – w zależności od potrzeb – może dotyczyć

aspektów finansowych, środowiskowych, bezpieczeństwa itd. Również w tym wypadku

kwantyfikacja konsekwencji odbywa się głównie w sposób jakościowy, rozmyty

a konsekwencje mogą być poważne, małe, średnie itd.

Szczególnemu dozorowi powinny podlegać te maszyny, które znajdują się w grupie

podwyższonego ryzyka. RBI jest procesem optymalizującym częstotliwość i zakres inspekcji

w zależności od zaakceptowanego poziomu ryzyka. Efektywna inspekcja zmniejsza ryzyko

ponieważ redukuje prawdopodobieństwo niewykrycia uszkodzenia Inspekcja taka powinna:

• być wykonana w odpowiednim czasie,

• być wykonana w niezbędnym zakresie,

• być pewna, tzn. wykryć istniejące zagrożenie.

Program inspekcji powinien zawierać:

części urządzenia podlegające inspekcji,

poszukiwane rodzaje uszkodzeń,

rodzaje NDT (wizualne, rentgenowskie, ultradźwiękowe ii),

ocenę efektywności, ze względu na zastosowane techniki i pewność wyników,

przyjętą częstotliwość badań.

Podejście pro-produktywnościowe (Total Productive Maintenance – TPM).

Zarządzanie na zasadach programu TPM polega na prewencji powstawania błędów

jakościowych, awarii maszyn oraz ich regulacji. Jest to program ciągłego doskonalenia

opierający się na współpracy pracowników produkcji i obsługi. Model ten jest coraz częściej

przyjmowany w polskich firmach, głównie dużych, światowych przedsiębiorstwach ale

również spotykany coraz częściej w nowocześnie zarządzanych MŚP.

Program TPM oparty jest na metodzie 5S i składa się z siedmiu filarów, jak to

przedstawiono na rys.5.36 [110].

Rys.5.36. Filary pro-produktywnościowej strategi utrzymania maszyn TPM

SEIRI - rozróżnienia przedmiotów potrzebnych od przedmiotów, które nie są potrzebne

i wyeliminowania tych zbędnych. Wartość narzędzia określona jego użytecznością a nie ceną.

Priorytet Częstotliwość użytkowania Jak przechowywać

niski raz na rok i rzadziej w magazynie

średni raz na miesiąc/tydzień i rzadziej poza stanowiskiem

wysoki codziennie na stanowisku

SEITON to określenie sposobu i odpowiedniego miejsca składowania wszystkiego tego, co

potrzebne jest w danej jednostce (np. narzędzia) czyli postępowanie w taki sposób, aby

w razie potrzeby każda rzecz była dostępna łatwo i w ilościach koniecznych w tej chwili;

każde narzędzie na jednym i swoim miejscu.

SEISO - eliminacja brudu, kurzu, wiórów i innych zanieczyszczeń, uczynienie miejsc pracy

i urządzeń doskonale czystymi oraz demonstracja związku pomiędzy stratami produkcji a

brudem.

Autonomiczne utrzymanie maszyn w

ruchu

Ciągłe doskonalenie

Planowanie Utrzymanie ukierunkowane na

jakość

Szkolenia Biuro TPM

BHP i

Środowisko

FILARY TPM

5 S

SEIKETSU – utrzymanie wdrożonych zasad i zachowań; ustanowienie standardów

zrealizowanych trzech "S". stworzenie struktury i metody autokontroli, określenie sposobu

dochodzenia do przyczyn nieprawidłowości; pracownicy dyskutują i ustalają pewne

standardy; gdy zostały ustanowione – są przestrzegane i audytowane.

SHITSUKE ma na celu przestrzegania zasad czterech poprzednich "S" i uczynienie z

porządku i czystości zwyczajowych praktyk.

Autonomiczne utrzymanie maszyn w ruchu

Operator maszyny wykonuje codzienne zadania związane z jej utrzymaniem w ruchu

dzięki czemu następuje wyeliminowanie uszkodzeń spowodowanych brakiem codziennej

obsługi a wyspecjalizowani pracownicy obsługi poświęcają więcej czasu na bardziej

profesjonalne działania. Następuje w ten sposób wyeliminowanie tzw. konfliktu kierowników

systemu eksploatacji; operator maszyny i jej obsługa działają wspólnie i razem są rozliczani z

wyników.

Ciągłe doskonalenie

Jest to wspieranie ciągłej poprawy, doskonalenia i eliminowania strat we wszystkich

systemach i procesach organizacji. To ciągłe stopniowe i uporządkowane doskonalenie

będące przedmiotem troski wszystkich pracowników, angażujące wszystkich członków danej

organizacji do wspólnej pracy; są to małe usprawnienia przy stosunkowo niewielkich

nakładach finansowych. Jest to filozofia w pewien sposób przeciwstawna innowacjom, które

przeważnie są dużymi zmianami, angażującymi jedynie najwyższe szczeble przedsiębiorstwa

i wymagającymi dużych nakładów finansowych; duża liczba małych usprawnień ma często

większą wartość niż jedno wielkie. Może polegać przykładowo na kolejnym eliminowaniu

strat wynikających z:: uszkodzeń, ustawień, kalibracji, rozruchu, biegu jałowego, pracy ze

zbyt wolną prędkością maszyny, wąskich gardeł, poszukiwań narzędzi, itd.

Strategie ukierunkowane na produkcję

Ten rodzaj strategii – niestety używany zbyt często – jest najczęściej brakiem

jakiejkolwiek świadomej strategii utrzymania maszyn. Maszyny i urządzenia użytkowane są

do momentu uszkodzenia lub pierwszych symptomów pojawiającego się uszkodzenia, po

czym następuje ich naprawa i dalsze użytkowanie.

Należy jednak rozróżnić dwa przypadki korzystania z takiej strategii. W przypadku

świadomego wyboru takiego sposobu eksploatacji maszyn, wybór ten został poprzedzony

analizą ekonomiczną (ewentualnie dotyczącą aspektów BHP), z której wynika opłacalność

takiej strategii. Ewentualne inwestycje w przeglądy, diagnostykę są nieopłacalne z punktu

widzenia uzyskanych korzyści, takich jak mniejsza awaryjność, planowanie przestojów itd.

Maszyny, których dotyczy taka strategia są maszynami zdublowanymi, łatwymi do naprawy,

a ich ewentualne awarie i wynikające z nich przestoje nie są krytyczne dla funkcjonowania

przedsiębiorstwa.

W drugim, częstszym przypadku przyjęcie takiego modelu wynika na ogół

z krótkowzrocznej, „rabunkowej” polityki produkcyjnej przedsiębiorstwa. Pewnym

usprawiedliwieniem może być fakt, że nie wszyscy przedsiębiorcy są inżynierami

mechanikami a brak jest powszechnych, prostych i skutecznych metod możliwych do

zastosowania w MŚP, wykazujących bezpośredni związek między strategią utrzymania

maszyn a kosztami funkcjonowania przedsiębiorstwa (związek inżynierii z ekonomią).

Ocena efektywności systemu utrzymania maszyn w ruchu

Utrzymanie maszyn w ruchu jest w przedsiębiorstwie 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 finalnego, bezpieczeństwo ludzi i środowiska. Dodatkowo

jest to proces, którego wyniki można rozpatrywać w wymiernych wartościach, a nakładami

stosunkowo łatwo zarządzać. Wszystko to sprawia, ze w przedsiębiorstwach stosujących tzw.

dobre praktyki inżynierskie utrzymanie maszyn nie jest jedynie kosztem, którego należy

unikać ale również aktywnym działaniem stanowiącym efektywny wkład w rozwój firmy.

Wszelkiego rodzaju działania, w tym również utrzymanie maszyn będą mało

skuteczne, jeśli nie zostanie sprecyzowany jasny cel tych działań oraz mierniki, przy pomocy

których możliwe będzie monitorowanie stopnia osiągania postawionych celów. Generalnie

słuszne są zasady racjonalnego gospodarowania:

- największego efektu, gdzie przy danych nakładach należy maksymalizować stopnie

realizacji celu,

- najmniejszego nakładu, gdzie przy założonym stopniu realizacji minimalizujemy koszty

Z zasad tych jasno wynika, że nie jest możliwe jednoczesne uzyskiwanie coraz

większych wartości współczynników gotowości, niezawodności przy jednoczesnym

obniżaniu nakładów na przeglądy maszyn, inspekcje, naprawy itd. Obiekty techniczne biorą

udział w dwu różnych działaniach: użytkowaniu, zorientowanym przede wszystkim na

produkt i ich obsługiwaniu zorientowanym na ten właśnie obiekt i jego wartość. Tymczasem

oba te działania są ze sobą ściśle powiązane i niezbędne jest zachowanie odpowiednich

proporcji. Podstawą podejmowania decyzji eksploatacyjnych powinien być rachunek kosztów

obejmujących zarówno koszty utrzymania maszyn jak i koszty strat produkcji wynikające z

przestojów tych maszyn. Wzrost nakładów na utrzymanie maszyn ponad podstawowe

działania powoduje zmniejszenie strat wynikających z nieprzewidzianych przestojów i

zmniejszanie rozpatrywanych kosztów. Tendencja ta jest widoczna tylko do pewnej chwili, po

przekroczeniu której zaczynają rosnąc straty produkcji wynikające z nadmiernych przestojów

maszyny w podsystemie obsługiwania. Można zatem stwierdzić, że optymalna strategia

eksploatacji to taka, przy której nakłady na utrzymanie stanu zdatności maszyn powodują

najmniejsze straty produkcji.

Bardzo ważne jest jednak rozpatrywanie wszystkich kosztów związanych z

eksploatacją, zarówno tych bezpośrednich, łatwo mierzalnych, związanych z bezpośredni

nakładami na robociznę i materiały, jak również tych mniej oczywistych, wynikających

przykładowo ze zmniejszenia prędkości roboczych wynikających ze stanu maszyny. Można to

zagadnienie przedstawić w postaci modelu „góry lodowej” (rys.5.37).

Optymalna eksploatacja obiektów technicznych jest jednym z warunków

niezbędnych do zapewnienia efektywności działania maszyn i urządzeń. Optymalizacji

systemu eksploatacji (postęp eksploatacyjny) można dokonać przez:

robocizna, materiały, usługi

nieplanowane przestoje

użytkowanie

jałowe

ograniczenia prędkości

roboczych ze względu na stan

techniczny

wybrakowany

produkt

przezbrojenia maszyny

inne

Rys.5.37. Uogólnione koszty eksploatacji maszyn [60]

koszty widoczne,

łatwo mierzalne

koszty niewidoczne,

trudno mierzalne

- doskonalenie systemu użytkowanie obiektów technicznych,

- doskonalenie systemu obsługiwanie obiektów technicznych,

- doskonalenie systemu eksploatacji obiektów, łącznie ze sterowaniem.

Próby zwiększania produktywności odbywają się głównie poprzez zmniejszanie

nakładów niezbędnych do uzyskania jednostki produkcji oraz zwiększania nominalnej

(teoretycznej) wydajności, gdy tymczasem duża rezerwa tkwi w obszarze różnic między

wydajnościami teoretycznymi a rzeczywistymi.

Wskaźnik wydajności eksploatacyjnej rozumiany jest jako stosunek wydajności

eksploatacyjnej do wydajności teoretycznej. Wartość tego wskaźnika określa ilość aktualnej

produkcji do produkcji wynikającej z teoretycznych możliwości maszyny (linii). Jeśli w danej

jednostce czasu produkowane jest więcej wyrobów, to wskaźnik wydajności eksploatacyjnej

jest większy.

Produktywność maszyny można ocenić poprzez porównanie wskaźnika wydajności

eksploatacji i nakładów niezbędnych do uzyskania jednostkowej (zaplanowanej w danym

okresie) produkcji. Produktywność maszyny jest tym większa, im nakłady są mniejsze lub

wskaźnik wydajności eksploatacyjnej jest większy.

Częstą przyczyną niepowodzeń przedsięwzięć, mających na celu wdrożenie

efektywnych strategii utrzymania maszyn jest brak tej świadomości wśród najwyższego

kierownictwa przedsiębiorstwa. Druga częstą przyczyną jest brak mierników i wskaźników,

które będą w stanie pokazać efekty (lub ich brak) wdrażanych rozwiązań.

Współczynnik efektywności wykorzystania urządzeń (OEE)

W idealnych warunkach maszyny i urządzenia mogłyby pracować przez 100%

założonego czasu pracy, ze 100% wydajnością i z finalnym produktem w 100% zgodnym

z wymaganiami. W warunkach rzeczywistych mamy do czynienia z trzema kategoriami strat,

które zgodnie z ideą TPM tworzą tzw. sześć istotnych strat (tablica 4).

Tablica 4. Sześć istotnych strat wg TPM [59]. Kategoria strat Strata

STRATY GOTOWOŚCI

(wyłączenia maszyny)

Uszkodzenia maszyn

Ustawienia, regulacje, wymiana narzędzia

roboczego itd.

STRATY WYDAJNOŚCI

(straty prędkości roboczych)

Prędkości jałowe, drobne przestoje

Zredukowane prędkości robocze

STRATY JAKOŚCI

(defekty produktów finalnych)

Defekty produktów i ich naprawa

Straty (defekty produktów) podczas rozruchu

maszyny

Nowoczesne maszyny i urządzenia często wyposażone są w mierniki czasu pracy

maszyny, wytworzonych jednostek produktu, liczby wykonanych cykli, itd. Zmierzone

wartości są jednak traktowane jako miary efektywności linii czy działów produkcyjnych

i służą bardziej ekonomicznej ocenie ilości bieżącej produkcji a nie niewykorzystanych lub

straconych możliwości.

W dobie powszechności obowiązywania norm serii ISO 9000 (wskazujących na

konieczność ciągłego usprawniania) i nowoczesnych metod zarządzania wydaje się, że

właściwe będzie przyjęcie współczynnika, który wskazywać będzie potencjalne możliwości

usprawniania procesu utrzymania maszyn i urządzeń w ruchu. Takim współczynnikiem może

być OEE, którego wartość uwzględnia wszystkie kategorie strat mogące wystąpić w trakcie

procesu użytkowania maszyn i urządzeń w stosunku do idealnych warunków. Wskaźnik ten

jest iloczynem trzech składników:

wskaźnika gotowości, będącego procentową wartością wykorzystania ogólnego czasu

zmiany, KG;

wskaźnika wydajności, będącego procentową wartością wydajności maszyny

w jednostce czasu w stosunku do wydajności znamionowej, KW;

wskaźnika jakości, będącego procentową wartością liczby produktów zgodnych

z wymaganiami w stosunku do liczby wszystkich wytworzonych produktów, KJ;

co można przedstawić ogólnym wyrażeniem:

OEE = KG x KW x KJ (5.50) OEE jest zatem ogólnym miernikiem efektywności wykorzystania maszyn i urządzeń

uwzględniającym efektywność działania wszystkich „zainteresowanych” stron:

- dział utrzymania maszyn (straty czasu z tytułu awarii, mniejsza wydajność lub straty

jakościowe wynikająca ze stanu technicznego, itd.)

- dział produkcji (przezbrojenia maszyny, przygotowanie produktu, organizacja pracy w

dziale, dbałość o stanowiska pracy)

- dział planowania, marketingu (ustalenie wielkości i rodzaju asortymentu)

- inne działy odpowiadające za logistykę, zakupy surowców, szkolenia, organizację

przedsiębiorstwa, konstrukcję i dobór maszyn i urządzeń do linii technologicznych, itd.

OEE „mierzy” wszelkie aspekty dotyczące efektywności wykorzystania urządzeń

i maszyn, zarówno jakościowe (wykonywanie pracy poprawnie) jak i ilościowe

(wykonywanie poprawnych prac). Jest to zatem współczynnik globalny, który w

zależności od potrzeb może być poddawany dalszej, szczegółowej analizie w celu

znalezienia obszarów potencjalnych usprawnień. Szczególnie użyteczna do tego celu

wydaje się być metoda (diagram) Ishikawy, aczkolwiek metody Pareto, Why-Why czy

Root Cause Analisis również mogą być użyteczne. Fragment analizy wykorzystującej

diagram Ishikawy przedstawia rysunek 5.38.

Rys.5.38. Analiza przyczynowo - skutkowa wg metody Ishikawy dla znalezienia

potencjalnych przyczyn wpływających na wartość wskaźnika OEE

Zgodnie z ideą tworzenia diagramu Ishikawy, zostały zidentyfikowany główne

przyczyny powodujące problem, w tym przypadku wydajność, gotowość maszyny

i jakość produktu. Każda z głównych przyczyn jest następnie analizowana pod kątem

przyczyn źródłowych np. na niską jakość produktu mogą mieć wpływ pracownicy, którzy

nie potrafią (nie są przeszkoleni), nie chcą (nie są motywowani) lub nie mogą (nie mają

odpowiedniego wyposażenia) realizować prawidłowo procesu produkcji.

OEE wydaje się być prostym i wygodnym narzędziem pozwalającym zarówno na

monitorowanie procesów utrzymania maszyn i produkcji jak również na dokonywanie

porównań efektywności wykorzystania urządzeń.

Kształtowanie i ocena jakości maszyn metodami diagnostyki technicznej wiąże się

ściśle z koniecznością utrzymania na odpowiednim poziomie ich cech użytkowych w

określonych warunkach eksploatacji. Cechy te, spełniające wymogi reprezentatywnych dla

OEE< OEEmin

JAKOŚĆ WYDAJNOŚĆ

GOTOWOŚĆ

materiały

pracownicy

nie potrafią

nie chcą

nie mogą

stan tech.

regulacje

maszyny organizacja

pracy

wąskie

gardła

awaryjność

błędna strategia pracy

stanu obiektu, winny być określone już na etapie konstruowania a weryfikowane podczas

wytwarzania i eksploatacji.

Dla efektywnego stosowania i wykorzystania omówionych technik w organizacji,

winien być zapewniony odpowiedni klimat i kultura przedsiębiorstwa, sprzyjające postawom

projakościowym. Dla tworzenia tego klimatu i podnoszenia kultury przedsiębiorstwa, można

wykorzystać zalecenia zawarte w ośmiu głównych zasadach (filarach) zarządzania jakością

(PN-ISO 9000). Oto one:

1. Orientacja na klienta – organizacja jest zależna od swoich klientów. Dlatego tak ważne

jest, aby rozpoznać, a następnie spełnić oczekiwania i wymagania klientów, a nawet je

wyprzedzać, gdyż to zapewnia rozwój firmy.

2. Przywództwo – kierownictwo musi opracować misję, strategię oraz jasne cele i kierunki

działania organizacji. Uwzględnić tu należy właściwą atmosferę i klimat, zapewnienie

wymaganych zasobów oraz przykład własny, motywujący pracowników.

3. Zaangażowanie ludzi – pracownicy poprzez możliwość zwiększenia swoich kwalifikacji

i kompetencji, wiedzy i doświadczenia, będą się czuć odpowiedzialni za swoje działania i

rozwój organizacji. Dlatego należy zapewnić ciągłe doskonalenie pracowników oraz

wymianę doświadczeń.

4. Podejście procesowe – zarządzanie przez podejście procesowe pozwala na rozpoznanie

obszarów wzajemnych zależności między procesami, wprowadza jasne zasady

monitorowania i oceny procesów, a to umożliwi skuteczną realizację celów.

5. Podejście systemowe – System składający się z:

jasnej i czytelnej struktury organizacji,

jednoznacznie przypisanej odpowiedzialności,

powiązanych ze sobą procesów, celów i metod oceny (monitorowania),

regularnej oceny poprzez dokonywanie przeglądu skuteczności realizacji celów,

pozwoli na stabilny rozwój i doskonalenie organizacji.

6. Ciągłe doskonalenie – to stały cel organizacji pozwalający na zachowanie

konkurencyjności.

7. Podejmowanie decyzji na podstawie faktów – skuteczne i sprawne decyzje powstają na

podstawie analizy danych z poszczególnych procesów. To pozwala na zmniejszenie

ryzyka podjęcia błędnych decyzji. Sterowanie statystyką, tworzenie banków informacji.

8. Wzajemne korzystne relacje z dostawcami – pozwalają na elastyczną i szybką reakcję

dotyczącą zmian na rynku (wymagań naszych klientów, mody, konkurencyjności)

racjonalizację kosztów i zasobów, a w konsekwencji zwiększenie zadowolenia klientów,

co zapewni stabilizację i powodzenie firmy.

Obiekt techniczny w swoim istnieniu przechodzi fazy: potrzeby (wartościowania),

projektowania i konstruowania, wytwarzania i eksploatacji. Urządzenie techniczne po

wprowadzeniu do eksploatacji staje się narzędziem umożliwiającym działanie, które służy do

zaspokajania potrzeb ludzi. Działanie to powinno być racjonalne, a ponadto wymaga

określonych nakładów. Nie uwzględnienie tego faktu prowadzi do dewastacji urządzeń

technicznych spowodowanych tribologicznymi, erozyjnymi i korozyjnymi procesami zużycia,

tj. do przedwczesnej utraty przez nie skuteczności.

Zużycie obiektów technicznych odzwierciedla się w pogorszeniu ich stanu

technicznego, który jest przyczyną zmian stanów eksploatacyjnych i w efekcie procesu

eksploatacji urządzeń.

W efekcie opanowania i wdrożenia zasad, metod oraz narzędzi zarządzania jakością

eksploatacji maszyn, winna nastąpić poprawa jakości produkcji lub świadczonych usług,

obniżenie kosztów własnych, poprawa efektywności gospodarowania, a także wiele

niewymiernych korzyści.

…słowa ulatują, a pismo zostaje…

LITERATURA

1. Adamkiewicz W.: Wstęp do racjonalnego wykorzystania urządzeń technicznych. WKiŁ, Warszawa. 1982.

2. Ameliańczyk A.: Optymalizacja wielokryterialna w problemach sterowania i zarządzania. Ossolineum,

Wrocław 1984.

3. Baczewski K. ii : Filtracja oleju, paliwa i powietrza w tłokowych silnikach spalinowych. WKiŁ, Warszawa

1977.

4. Batko W.: Metody syntezy diagnoz predykcyjnych w diagnostyce technicznej. AGH, Nr.4, Kraków 1984.

5. Bendat J.S., Piersol A.G.: Metody analizy i pomiaru sygnałów losowych. PWN, Warszawa, 1996.

6. Będkowski L.: Elementy diagnostyki technicznej. Wyd. WAT, Warszawa 1991.

7. Bishop R.D., Gladwell G.M., Michaelson S.: Macierzowa analiza drgań. PWN, Warszawa, 1972.

8. Budka M.: Projektowanie modułowych struktur układów cyfrowych o zadanych właściwościach

diagnostycznych. ZN Pol.Śl. Nr 718, Gliwice. 1982.

9. Borkowski W., Prochowski L.: Dynamika maszyn roboczych. WNT, Warszawa 1996.

10. Bubnicki Z.: Wstęp do systemów ekspertowych. PWN, Warszawa, 1990.

11. Broch J.T.: Mechanical Vibration and Shock Measurements. Brüel & Kjaer, 1980.

12. Cempel C.: Wibroakustyka stosowana. Warszawa, PWN, 1989.

13. Cempel C.: Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn. WNT, Warszawa, 1982.

14. Cempel C.: Multidimensional Condition Monitoring of Mechanical Systems in Operation, Sympozjum

Diagnostyka Maszyn, Węgierska Górka, 2002 s.109-118.

15. Cempel C., Tabaszewski M., Krakowiak M.: Metody Ekstrakcji Wielowymiarowej Informacji

Diagnostycznej, Sympozjum Diagnostyka Maszyn, Węgierska Górka, 2003, s.109-118.

16. Cempel C.: Modele diagnostyki wibroakustycznej. DMRiP, Borówno,1994 (s.25-44).

17. Cempel C.: Niezawodność symptomowa i jej zastosowanie w drganiowej diagnostyce maszyn. Zeszyty

Naukowe, Politechnika Poznańska, Nr 34, 1990 (s.157-169).

18. Chmielniak T.J., Rusin A., Czwiertnia K.: Turbiny gazowe. Maszyny Przepływowe Tom 15. Polska

Akademia Nauk. Instytut Maszyn Przepływowych. Zakład Narodowy im. Ossolińskich. PAN, Wrocław-

Warszawa-Kraków 2001.

19. Cholewa W.: Metoda diagnozowania maszyn z zastosowaniem zbiorów rozmytych. ZN P. Śl. Nr 764,

Gliwice 1983.

20. Cholewa W., Kiciński J.: Diagnostyka techniczna. Odwrotne modele diagnostyczne. Wydawnictwo

Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.

21. Downarowicz O.: Teoretyczne podstawy eksploatacji obiektów. ZN PG, Nr 503, Gdańsk. 1993.

22. Dąbrowski Z.: Rezonans nieliniowy jako symptom diagnostyczny. XXV Ogólnopolskie sympozjum

Diagnostyka Maszyn, Węgierska Górka 1998 s.73-82.

23. Drelichowski L., Bojar W., Żółtowski M.: Elementy zarządzania eksploatacją maszyn. Wyd. UTP,

Bydgoszcz 2012.

24. Eykhoff P. : Identyfikacja w układach dynamicznych. BNInż. Warszawa.1980.

25. Engel Z.: Ochrona środowiska przed drganiami i hałasem. Warszawa, PWN, 1993.

26. Findeisen W.: Analiza systemowa - podstawy i metodologia. PWN, Warszawa.1985.

27. Giergiel J., Uhl T.: Identyfikacja układów mechanicznych. PWN, Warszawa, 1990.

28. Giergiel J. : Drgania mechaniczne. AGH, Kraków 2000.

29. Girtler J.: Energetyczne aspekty zmian potencjału użytkowego maszyn. Opracowanie w projekcie POIG,

WIM UTP, Bydgoszcz – Gdańsk, 2012.

30. Girtler J.: Energetyczny aspekt diagnostyki maszyn. Diagnostyka Nr 1(45)/2008. Wyd. Polskie

Towarzystwo Diagnostyki Technicznej, Warszawa 2008, s. 149-156.

31. Girtler J.: Diagnostyka jako warunek sterowania eksploatacją okrętowych silników spalinowych. Studia Nr

28. WSM, Szczecin 1997.

32. Girtler J.: Model potencjału eksploatacyjnego zbioru silników spalinowych o zapłonie samoczynnym.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, Zeszyt 1(77) 1989. Kwartalnik KBM PAN, Warszawa 1989, s. 81-90.

33. Girtler J.: A method for evaluating the performance of a marine piston internal combustion engine used as

the main engine on a ship during its voyage in different sailing conditions. Polish Maritime Research. Vol.

17, Nr 4(65), 2010, pp. 31-38.

34. Girtler J.: Działanie urządzeń jako symptom zmiany ich stanu technicznego. Materiały II Kongresu

Diagnostyki Technicznej DIAGNOSTYKA 2000.

35. Grifin M.J.: Handbook of human vibration. Academic Press, 1990.

36. Harris C. M.: Shock and Vibration Handbook. Third Edition, McGraw-Hill Book Company, 1988.

37. Jaźwiński J. ii : Bezpieczeństwo systemów. PWN. Warszawa. 1993.

38. Kaczmarek J.: Podstawy teorii drgań i dynamiki maszyn. Wyższa Szkoła Morska, Szczecin 1993.

39. Kałaczyński T., Żółtowski M.: Badania i rozwój innowacyjnej gospodarki. Materiały POIG, WIM – UTP,

Bydgoszcz 2011.

40. Kaźmierczak H.: Analiza dynamiczności konstrukcji metodą eksperymentalnej analizy modalnej. I Szkoła

Analizy Modalnej, AGH Kraków 1995.

41. Kaźmierczak H.: Zadawanie wymuszenia w eksperymentalnej analizie modalnej w aspekcie minimalizacji

błędów modelowania. Szkoła Analizy Modalnej, Szczyrk 1999.

42. Kiciński J., Materny P.: Symulacyjne katalogi relacji diagnostycznych dla bazy wiedzy systemu. KDT.

Warszawa, 2000.

43. Knopik L.: Metoda wyboru efektywnej strategii eksploatacji obiektów technicznych. Rozprawa

habilitacyjna, UTP-WIM, Bydgoszcz 2011.

44. Konieczny J. : Inżynieria systemów działania. WNT, Warszawa. 1983.

45. Korbicz J., Kościelny J.M., Kowalczuk Z., Cholewa W.: Diagnostyka procesów. WNT, Warszawa 2002.

46. Kowalski A.: Okrętowe turbozespoły spalinowe. WM, Gdańsk 1983.

47. Kurowski W.: Modelowanie obiektów technicznych. Rękopis opracowania, Płock 2001.

48. Landowski B.: An attempt of a preliminary assessment of the serviceability assurance process on the basis

of statistical analysis of a chain of damages. Journal of Polish CIMAC, No 2, str.99-106, Gdańsk 2010.

49. Landowski B.: Metoda oceny informatycznych systemów wspomagających służby utrzymania ruchu. Studia

i materiały Polskiego Stowarzyszenia Zarządzania Wiedzą 46, Bydgoszcz 2011.

50. Landowski B., Chabowski Ł.: Analiza wybranych charakterystyk uszkodzeń środków transportu. Studia i

materiały Polskiego Stowarzyszenia Zarządzania Wiedzą 46, Bydgoszcz 2011 s.204-216.

51. Łuczak A., Mazur T.: Fizyczne starzenie elementów maszyn. WNT, Warszawa 1981.

52. Marciniak J.: Diagnostyka techniczna kolejowych pojazdów szynowych. WKiŁ, Warszawa 1982.

53. Michalski R.: Modelowanie gotowości maszyn rolniczych w cyklu eksploatacji. ZN ART, Olsztyn 1987.

54. Młynarski S., Oprzędkiewicz J.: Systemowe rozwiązania zapewnienia bezpieczeństwa i

niezawodności obiektów technicznych. Politechnika Krakowska. 2012. 55. Morel J.: Drgania maszyn i diagnostyka ich stanu technicznego. Polskie Towarzystwo Diagnostyki

Technicznej, Warszawa, 1994.

56. Morrison F.: Sztuka modelowania układów dynamicznych. WNT, Warszawa, 1996.

57. Niziński S.: Diagnostyka obiektów technicznych. Zagadnienie ogólne. Wyd. UWM, Olsztyn 2001.

58. Niziński S.: Elementy eksploatacji obiektów technicznych. UWM, Olsztyn 2000.

59. Niziński S., Żółtowski B.: Informatyczne systemy zarządzania eksploatacją obiektów technicznych. ISBN –

83-916198-0-X, Olsztyn-Bydgoszcz, 2001 s.334.

60. Niziński S., Żółtowski B.: Zarządzanie eksploatacją obiektów technicznych za pomocą rachunku kosztów.

ISBN – 83-916198-0-X, Olsztyn-Bydgoszcz, 2002 s.156.

61. Oprządkiewicz J.: Wspomaganie komputerowe niezawodności maszyn. WNT, Warszawa. 1993.

62. Piasecki S.: Elementy teorii niezawodności i eksploatacji obiektów o elementach wielostanowych. IBS,

PAN, Warszawa 1995.

63. Przybyliński B.: Metoda malowania w polu elektrostatycznym z zamkniętym obiegiem powietrza.

Konferencja - Recyrkulacja w budowie maszyn, ATR, Bydgoszcz, 1999, ss. 19-27.

64. Przybyliński B.: Dobór materiałów konstrukcyjnych sprężarki membranowej specjalnego zastosowania ze

względu na czas jej eksploatacji. Materiały - Regeneracja ’02, Wiktorowo 2002.

65. Przybyliński B.: Natryskiwarka elektrostatyczna jako maszyna przemysłu kablowego. XXIII Sympozjon

Podstaw Konstrukcji Maszyn, WNT, tom II, Bielsko-Biała, 2003, ss.151-156.

66. Przybyliński B.: Technika odzyskiwania masy lepko-plastycznej. Inżynieria i aparatura chemiczna, Nr

3/2005, Vol. 44(36), s. 66-67.

67. Przybyliński B.: Recykling odpadów elektrotechnicznych. Inżynieria i aparatura chemiczna, Nr 3/2005, Vol.

44(36), s. 68-69.

68. Przybyliński B.: Sposób eliminowania błędów osiowania układu przekazywania napędu pojazdu

szynowego. DIAGNOSTYKA, vol. 33/2005, s. 106-110.

69. Przybyliński B.: Wybrane aspekty projektowania maszyny bezpiecznej. Studia i materiały Polskiego

Stowarzyszenia Zarządzania Wiedzą 47, Bydgoszcz 2011 s.231-245.

70. Tadeusiewicz R.: Sieci neuronowe. AOW, Warszawa 1993.

71. Tarełko W.: Metodologia projektowania właściwości eksploatacyjnych złożonych obiektów technicznych.

ITE - PIB, Gdynia - Radom 2011.

72. Tylicki H., Żółtowski B.: Urządzenia elektryczne pojazdów samochodowych. PWSZ, Piła 2011.

73. Tylicki H., Żółtowski B.: Rozpoznawanie stanu maszyn. ITE - PIB, Radom 2010 s.188.

74. Tylicki H., Żółtowski B.: Terra-technologia eksploatacji pojazdów mechanicznych. Wyd. ATR, Bydgoszcz

2005. s.260.

75. Tylicki H., Żółtowski B.: Genezowanie stanu maszyn. ITE-PIB Radom 2012.

76. Uhl T.: Komputerowo wspomagana identyfikacja konstrukcji mechanicznych. WNT, Warszawa 1997.

77. Uhl T., Lisowski W.: Praktyczne problemy analizy modalnej konstrukcji. CATIE, Kraków, 1996.

78. Uhl T., Batko W.: Wybrane problemy diagnostyki maszyn. CCATIE Kraków, 1996.

79. Wojtowicz R.: Modernizacja warunków pracy w przemyśle. KiW, Warszawa 1984.

80. Woropay M.(red): Podstawy racjonalnej eksploatacji maszyn. Radom – Bydgoszcz, 1996.

81. Żółtowski B.: Podstawy diagnostyki maszyn. Wyd. ATR, Bydgoszcz 1996 (s.467).

82. Żółtowski B., Józefik W.: Diagnostyka techniczna elektrycznych urządzeń przemysłowych. Wydawnictwa

ATR. Bydgoszcz. 1996. (s.240).

83. Żółtowski B., Tylicki H.: Osprzęt elektryczny pojazdów mechanicznych. ATR, Bydgoszcz 1999.

84. Żółtowski B., Tylicki H.: Application of modal analysis to diagnosis of machines. 16 International

Conference on CAD/CAM, Robotics and Factories of the Future CARS and FOF ‘2000. Port of Spain,

Trynidad and Tobago 2000 (pp.1071-1079).

85. Żółtowski B.: Modal analysis in diagnostic of vibration machines. Proceedings of VETOMAC-1, October

25-27, 2000, Bangalore, INDIA pp.CP023.

86. Żółtowski B. : Modal analysis in diagnostic of machines. 17 International Conference CARS&FOF, Durban,

South Africa, 2001 pp. 722-732.

87. Żółtowski B.: Badania dynamiki maszyn. ISBN – 83-916198-3-4, Bydgoszcz, 2002 (s.335).

88. Żółtowski B., Cempel C. (red.): Inżynieria diagnostyki maszyn. ITE Radom, 2004 (s.1109).

89. Żółtowski B., Niziński S.: System informatyczny eksploatacji pojazdów. Wyd. PWSZ, Piła 2004 (s.234).

90. Żółtowski B., Tylicki H.: Wybrane problemy eksploatacji maszyn. Wyd. PWSZ, Piła 2004.

91. Żółtowski B., Łukasiewicz M.: Wibroakustyka stosowana w laboratorium. ATR, Bydgoszcz 2004.

92. Żółtowski B., Castaneda L.: Portable diagnostic system for the metro train. Diagnostyka, nr 1(37), Olsztyn

2006, s.39-44.

93. Żółtowski B.: Diagnostic system for the metro train. ICME, Science Press, Chengdu, China, 2006.

94. Żółtowski B., Tylicki H.: Elementy diagnostyki technicznej maszyn. PWSZ, Piła 2008 s.183.

95. Żółtowski B., Castaneda Heredia L.F.: Estudio de explotación de vehículos ferroviarios. EAFIT University,

Colombia, 2009 s.298.

96. Żółtowski B., Castaneda Heredia L.F.: Badania pojazdów szynowych. Transport. Wydawnictwo UTP,

Bydgoszcz, 2009 s.220.

97. Żółtowski B.: Podstawy diagnozowania maszyn. UTP, Bydgoszcz 2011s.200.

98. Żółtowski B., Castaneda Heredia L.F.: Bases del diagnostico tecnico de maquinas. EAFIT University,

Colombia, 2010 s.233.

99. Żółtowski B., Niziński S.: Modelowanie procesów eksploatacji. ITE - PIB, Radom 2010 s.211.

100. Żółtowski M. Komputerowe wspomaganie zarządzania systemem eksploatacji w przedsiębiorstwie

produkcyjnym. Oficyna Wydawnicza Polskiego Towarzystwa Zarządzania Produkcją, Opole t. 2, 2011.

101. Żółtowski M.: Komputerowy system wspomagania zarządzania systemem eksploatacji w przedsiębiorstwie

produkcyjnym, UTP, Bydgoszcz 2010.

102. Żółtowski M.: Informatyczne systemy zarządzania w inżynierii produkcji. ITE- PIB, Radom 2011.

103. Żółtowski M.: Analiza modalna w badaniu materiałów budowlanych. ITE - PIB, Radom 2011.

104. Żółtowski B., Wilczarska J.: Mikroekonomia eksploatacji i diagnostyki maszyn. ITE - PIB, Radom 2010.

105. Żółtowski B., Kwiatkowski K.: Zagrożone środowisko. Wyd. UTP, Bydgoszcz 2012.

106. Żółtowski B., Łukasiewicz M.: Diagnostyka drganiowa maszyn. ITE-PIB, Radom 2012.

107. Żółtowski B., Landowski B., Przybyliński B.: Projektowanie eksploatacji maszyn. UTP, Bydgoszcz 2012.

108. Żółtowski B., Łukasiewicz M., Kałaczyński T.: Techniki informatyczne w badaniach stanu maszyn. Wyd.

UTP, Bydgoszcz 2012.

109. Żółtowski B.: Metody inżynierii wirtualnej w badaniach stanu, zagrożeń bezpieczeństwa i środowiska

eksploatowanych maszyn. Wyd. UTP, Bydgoszcz 2012.