Содержание к диссертации
Введение
1. Электрохимическая защита от коррозии с помощью эластомерных электродов анодного заземления 6
1.1. Конструкция протяженных эластомерных электродов анодного заземления и защитных модулей на их основе 6
1.2. Характеристики катодной защиты с протяженными гибкими анодами 11
1.3. Система менеджмента качества производства гибких электродов и модулей на их основе 14
1.4. Применение методологии системного анализа для описания функционирования организационных и производственных систем 15
1.4.1. Нотация ГОЕБО 18
1.4.2. Нотация ГОЕР1 20
1.4.3. Диаграммы потоков данных 21
1.4.4. Применение методов системного анализа при создании систем менеджмента качества 23
1.4.5. Обзор практики внедрения систем менеджмента качества 25
2. Формализованное описание производства защитных модулей серии ЭР 28
2.1. Формализованное описание структуры защитного модуля серии ЭР..28
2.2. Функционально-технологическая модель производства защитных модулей серии ЭР 30
3. Формализованная модель документооборота при производстве электродов и модулей серии ЭР 64
3.1. Модель потоков данных 64
3.2. Концептуальная модель данных 80
3.3. Логическая модель данных 81
4. Применение гибких электродов и модулей для электрохимической защиты металлических конструкций от коррозии 83
4.1. Применение гибких электродов и модулей для электрохимической защиты стальных резервуаров 83
4.2. Эластомерные электроды рукавного типа 87
Заключение 92
Список использованных источников 93
- Конструкция протяженных эластомерных электродов анодного заземления и защитных модулей на их основе
- Функционально-технологическая модель производства защитных модулей серии ЭР
- Модель потоков данных
- Применение гибких электродов и модулей для электрохимической защиты стальных резервуаров
Введение к работе
з
Актуальность темы Одной из актуальнейших проблем сбережения
материальных ресурсов, повышения эффективности и качества продукции,
улучшения экологической ситуации является борьба с коррозией. Коррозия
металлов наносит огромный ущерб народному хозяйству. Сохранность
металлических сооружений, надежность их эксплуатации зависит от
эффективной противокоррозионной защиты и является актуальной
хозяйственной задачей. Одним из способов защиты от коррозии является
электрохимическая защита. Основным элементом системы
электрохимической защиты является анодное заземление, состоящее из жертвенных электродов анодного заземления, последовательно/параллельно соединенных между собой. В конце прошлого века российскими учеными были разработаны протяженные гибкие анодные заземлители из электропроводной резины. Применение таких заземлителей позволяет значительно повысить надежность и долговечность работы металлоконструкций, исключить землеотвод для строительства анодного заземления, закисление почвы, повысить пожаро- и взрывобезопасность, в несколько раз снизить расход электроэнергии на катодную защиту. В настоящее время гибкие анодные заземлители широко применяются для защиты от коррозии инженерных сетей газо- и нефтеперекачивающих станций, оборудования энергетики и химических производств; объектов жилищно-коммунального хозяйства (теплотрасс, водозаборов, коллекторов), объектов мелиорации, морских и причальных сооружений
При производстве электродов и модулей анодного заземления выдвигаются высокие требования к качеству продукции. Достижение целей и решение задач в области качества осуществляется путем разработки и внедрения системы менеджмента качества в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 9001-2001 (ИСО 9001:2000). Обеспечение информационной поддержки системы менеджмента качества гибких электродов и модулей на их основе является актуальной задачей.
4 Целью работы является создание средств информационной поддержки системы менеджмента качества электродов и модулей анодного заземления. В связи с этим ставятся и решаются следующие задачи:
системный анализ производства эластомерных электродов и модулей анодного заземления;
построение функционально-технологической модели производства защитных электродов и модулей;
построение процессной модели управления производством защитных электродов и модулей;
разработка концептуальной и логической модели данных, обеспечивающих функционирование системы менеджмента качества производства;
разработка регламентирующих документов, обеспечивающих управление качеством защитных электродов и модулей.
Научная новизна
В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:
разработана функционально-технологическая модель производства электродов и модулей электрохимической защиты в нотации IDEF0;
построена процессная модель управления производством защитных электродов и модулей в нотации диаграмм потоков данных;
разработаны концептуальная и логическая модели данных, обеспечивающие функционирование системы менеджмента качества производства.
Практическая значимость
На базе построенных в диссертации моделей
Разработаны документы, регламентирующие производство эластомерных
электродов и защитных модулей на их основе:
Базовый технологический регламент производства эластомерных электродов анодного заземления ЭР-6 и защитных модулей на их основе ЭР-7,
Технические условия ТУ 3555-001-00217053-2006 «Провода токоотдающие для систем электрохимической защиты»,
Технические условия ТУ 3435-001-72981239-2009 «Электроды протяженные гибкие серии ЭР для систем электрохимической защиты»,
Технические условия ТУ 3435-002-72981239-2009 «Модули серии ЭР на основе протяженных гибких электродов для защиты металлических сооружений от коррозии»,
Программа и методика испытаний ПМ 3435-001-72981239-2009 «Программа-методика приемосдаточных испытаний электродов и модулей серии ЭР для систем электрохимической защиты»
Разработана и внедрена система менеджмента качества производства эластомерных электродов и модулей, получены сертификаты соответствия требованиям ISO 9001:2008
Методы исследования
Для построения комплекса информационных моделей производства гибких электродов и защитных модулей на их основе использованы современные методы системного анализа, в частности, методология функционального моделирования.
Структура работы
Диссертация состоит из введения. 4-х глав и заключения.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались на 4-й международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве» (Серпухов, 2010), а также на международных семинарах, в том числе «Организация и проведение работ по международной стандартизации в Российской Федерации», «ВНИИНМАШ-ЭКСПЕРТ», Москва, 2009; «Стандартизация», «Академия стандартизации, метрологии и сертификации», Москва, 2010.
Публикации
Полученные в работе результаты изложены в 4 опубликованных работах, в том числе 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ. По результатам работы получен патент.
Конструкция протяженных эластомерных электродов анодного заземления и защитных модулей на их основе
Центральным понятием системного анализа является понятие системы, т.е. объекта, взаимодействующего с внешней средой и обладающего сложным внутренним строением, большим числом составных частей [7]. Определяющей предпосылкой выделения из внешней среды некоторой совокупности объектов как системы является возникновение у нее свойств, которых не имеют составляющие ее элементы. Важнейшими характеристиками системы являются ее структура и функции. Под структурой системы понимают устойчивую во времени совокупность взаимосвязей между ее компонентами. Структура системы может отражать различные взаимосвязи, в том числе и вложенность компонентов одной системы в другую (в этом случае принято называть более крупную систему метасистемой, а вложенную - подсистемой). Расчленение системы на подсистемы позволяет вскрыть иерархию структуры и рассматривать систему на разных уровнях ее детализации. Сложность системы определяется сложностью ее структуры, количеством элементов и связей, числом уровней иерархии, объемом информации, циркулирующей в системе. Процесс функционирования системы отражает изменение ее свойств с течением времени. В.В. Кафаров подчеркивал, что процесс функционирования системы всегда направлен на достижение определенной цели [8]. Методология системного анализа служит концептуальной основой системно-ориентированной декомпозиции предметной области. Исходными компонентами концептуализации являются объекты предметной области и взаимосвязи между ними. Результатом является построение формального описания предметной области. Основными методами системного анализа, применяемыми в настоящее время при разработке информационных систем, являются [9]: Декомпозиция — разделение проблемы на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения; Иерархическое упорядочение - организация подзадач в иерархические структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне иерархии; Абстрагирование - выделение существенных аспектов задачи и отвлечение от несущественных; Формализация — использование строгого математического подхода к решению проблемы; Непротиворечивость - обоснованность и согласованность задач. Для реализации системного анализа структуры и процессов, функционирования производственно-технических и организационно- экономических систем в настоящее время используется функциональное моделирование [10]. Методы функционального моделирования предназначены для формального описания функций сложных объектов как иерархических, многоуровневых модульных систем с помощью относительно небольшого набора типовых элементов. Описание предметной области строится в виде иерархической структуры, которая отражает различные уровни абстракции с ограниченным числом компонентов на каждом из уровней [11].
Наиболее часто используют 2 группы функциональных моделей: функциональные модели в нотации 1DEF0 и модели потоков данных DFD [12].
Методология IDEF была разработана в США для описания структуры, параметров и характеристик производственно-технических и организационно-экономических систем. Аббревиатура IDEF расшифровывается как ICAM Definition (описание ICAM) и содержит в себе другую аббревиатуру ICAM (Integrated Computer Aided Manufacturing - интегрированная компьютеризация производства). В рамках методологии IDEF были разработаны различные группы моделей, среди которых наибольшее распространение получили нотация функционального моделирования IDEF0 и нотация описания реляционных структур данных IDEF IX; другие группы моделей в настоящее время практически не используются [13].
В России нотация IDEF0 изложена в Рекомендациях по стандартизации Р 50.1.028-2001 [14]. Эти рекомендации содержат описание синтаксиса графического языка, используемого в нотации функционального моделирования IDEF0.
Диаграммы потоков данных (Data Flow Diagram, DFD) описывают взаимодействие исследуемого процесса с внешней средой, при этом исследуемый процесс понимается как последовательное преобразование данных или материальных объектов от исходного состояния к требуемому. Моделируемый процесс представляется в DFD как набор процессов, связанных между собой информационными потоками. Ни в России, ни за рубежом эта нотация не стандартизована, однако она широко используется для описания управления документацией.
Функционально-технологическая модель производства защитных модулей серии ЭР
В настоящее время на крупных российских предприятиях ведутся работы по созданию интегрированных систем управления, внедрение которых позволит качественно улучшить процесс управленческого планирования и контроля за деятельностью предприятия со стороны высшего и среднего руководства; обеспечит должное представление о результатах деятельности предприятия западным партнерам; окажет положительный эффект в сфере расширения сотрудничества с зарубежными предприятиями и организациями [37].
В результате обзора научного материала российских и зарубежных изданий; интернет-сайтов крупных предприятий и консалтинговых компаний можно сделать вывод о том, что на предприятиях России ведется определенная работа по созданию интегрированных систем управления:
ОАО "Архангельский ЦБК" предпринимает активные действия по созданию системы современного менеджмента с учетом требований мировых стандартов и международных принципов устойчивого лесоуправления, основываясь на устойчивой взаимосвязи тесно интегрированных подсистем: Система менеджмента качества (ISO 9000), Система экологического менеджмента (ISO 14000), Система устойчивого лесоуправления (FSC/PEFC).
Компания РУСАЛ (алюминиевые заводы БрАЗ, КрАЗ, НкАЗ и САЗ) обладают сертификатами соответствия международным стандартам качества, а три из четырех алюминиевых предприятий компании (БрАЗ, КрАЗ и САЗ) - сертификатами соответствия международным экологическим стандартам [38].
Передовые российские деревообрабатывающие и мебельные предприятия, которые внедрили и сертифицировали свои системы менеджмента качества, приступают к созданию системы экологического менеджмента, лесной сертификации на территориях лесозаготовок и решению других проблем, связанных с обеспечением устойчивого развития предприятий: ОАО «Фанплит» (Костромской фанерный комбинат»); ООО «Сыктывкарский фанерный комбинат», ООО «Пермский фанерный комбинат», ЗАО «Жешартский фанерный комбинат», ОАО «Юг» (Краснодарский край) и др. Это объясняется тем, что эти предприятия являются комплексными, т.е. обеспечивают практически безотходное производство продукции из древесины, включая изготовление мебели, фанеры, древесностружечных плит. При этом древесностружечные плиты и организация их производства подлежат обязательному подтверждению экологического соответствия [39].
На Ачинском глиноземном комбинате сертифицированы система экологического менеджмента и неразрывно связанная с ней система менеджмента качества [40]. ООО «Металлическая упаковка» (г. Калининград) выпускает продукцию в соответствии с европейскими гигиеническими требованиями и стандартами. Компания владеет международными сертификатами независимой компании по сертификации BVQI в соответствии с требованиями Международных стандартов ISO 9001:2000 (Система Менеджмента Качества) и ISO 14001:1996 (Система Экологического Менеджмента). Создана интегрированная система менеджмента ОАО «Нойзидлер Сыктывкар» в соответствии с требованиями стандартов ISO 9001 и ISO 14001 [41]. На ОАО «Завод «Автоприбор»» г.Владимир СМК сертифицирована на соответствие требованиям ИСО/ТУ 19649:2002, ведется работа" по интеграции системы экологического менеджмента в действующую систему менеджмента качества. Ярославская компания "Русские краски": сертифицированы система менеджмента качества и система экологического менеджмента; с использованием программного комплекса TRIM-QM автоматизирована система менеджмента качества, ведется работа по разработке системы управления промышленной безопасностью и охраной труда в соответствии с OHSAS 18001:1999 [42]. Калужская компания ОАО "Автоэлектроника" внедрила систему менеджмента качества в соответствии с требованиями международного стандарта ISO 9001:2000. Руководство компании решает задачу интеграции системы менеджмента качества, системы стратегического управления и системы мотивирования топ-менеджеров. Разработана интегрированная система менеджмента в ЗАО «Пронова» г.Новочебоксарск (химическая промышленность) на соответствие требованиям МС ИСО 9001:2000, МС ИСО 14001:1996, OHSAS 18001:1999. Внедрена ИСМ в ОАО «Газаппарат» г.Саратов (приборостроение) в соответствии с ГОСТ Р 9001-2001 и ГОСТ Р 14001-1998. Практика показывает, что подходы к внедрению систем управления выбираются каждой организацией индивидуально в зависимости от сложности ее структуры, готовности персонала, достаточности ресурсов. В настоящее время на предприятиях по производству продукции для электрохимической защиты системы менеджмента качества продукции не внедрены.
Модель потоков данных
На диаграмме потоков данных верхнего уровня изображается единственный, основной процесс. Основным процессом является управление производством гибких электродов и модулей серии ЭР. Реализация этого процесса происходит во взаимодействии с 4-мя организациями, представляющими собой внешние но отношению к описываемому процессу сущности (см. рис. 34)
Заказчик формирует заказ на создание системы электрохимической защиты объекта, состоящей из набора гибких электродов и модулей электрохимической защиты. После выполнения заказа заказчику предоставляются произведенные электроды и модули и сопроводительная документация к ним. Организация-заказчик описывается с помощью внешней сущности. Стрелка с меткой «информация о заказе» описывает передачу заказа производителю. Стрелка с меткой «модули ЭР, сопроводительные документы» описывает передачу заказчику произведенной продукции. Более детально процессы взаимодействия производителя с заказчиком будут рассмотрены на дочерней диаграмме.
В зависимости от количества и параметров требуемых электродов и модулей производитель формирует заказы на поставку материалов, которые направляются изготовителям-поставщикам материалов. Изготовленные материалы передаются производителю вместе с сопроводительной документацией. Как и при описании взаимодействия с заказчиком, на диаграмме верхнего уровня изображается только внешняя сущность «изготовитель-поставщик» и фиксируются 2 основных потока данных: «заказ на поставку материалов» от производителя к изготовителю-поставщику и «материалы, сопроводительные документы» от изготовителя поставщика к производителю. Эти потоки будут детализированы далее при. декомпозиции основного процесса.
Информация о заказе и необходимые материалы направляются изготовителю-сборщику. Изготовленные электроды и модули передаются производителю вместе с сопроводительной документацией. На диаграмме потоков данных «изготовитель-сборщик» представляет собой внешнюю сущность, которая связана с основным процессом 2-мя потоками данных: «заказ и материалы» от производителя к изготовителю-сборщику и «модули ЭР, сопроводительная документация» от изготовителя-сборщика к производителю.
Для организации сертификации продукции производитель передает органу по сертификации образцы продукции и необходимые для сертификации документы и получает от органа по сертификации сертификаты соответствия продукции установленным требованиям. Орган по сертификации изображается на диаграмме в виде внешней сущности, связанной с основным процессом 2-мя потоками данных: «образцы продукции, документы для сертификации» и «сертификаты соответствия».
На дочерней диаграмме, представленной на рис. 35, процесс управления производством модулей ЭР декомпозируется на 5 составляющих процессов. На этой же диаграмме более детально представлены процессы передачи информации и материальных объектов между этими процессами и внешними сущностями, выделенными на диаграмме верхнего уровня.
Так, взаимодействие с заказчиком разделено на 2 отдельных процесса, один из которых, «оформление заказа», начинает производственный цикл, а другой, «управление поставкой», - заканчивает. Детализированы потоки данных, связывающие эти процессы с внешней сущностью «заказчик».
При оформлении заказа потоки данных представляют собой документы, которыми обмениваются заказчик и производитель. Как видно из диаграммы, заказчик направляет производителю заявку-спецификацию, описывающую состав и характеристики требуемых электродов и модулей; в ответ производитель передает заказчику коммерческое предложение, в- котором оговариваются условия поставки. Далее между заказчиком и производителем заключается договор. Отметим, что на диаграмме стрелка «договор» является двунаправленной. Информация о заказе используется на дальнейших этапах производственного цикла, что описано на диаграмме стрелкой с соответствующей меткой.
Для того, чтобы передать продукцию заказчику, производителю необходимо не только изготовить ее, но и получить на нее сертификаты соответствия. Стрелки с соответствующими метками описывают входные потоки для процесса «управление поставкой». В рамках этого процесса продукция и сопроводительные документы передаются заказчику, причем заказчик подтверждает получение заказанных модулей.
На этой же дочерней диаграмме рассматриваются последовательно процессы изготовления материалов и сборки из них электродов и модулей. Как видно из диаграммы, как с изготовителями материалов, так и с изготовителем-сборщиком заключаются договоры. Потоки данных от внешних сущностей к рассматриваемым процессам на этой диаграмме не детализируются, но описаны взаимосвязи между этапами изготовления материалов и сборки модуля. Организация работ с органом по сертификации также выделена на дочерней диаграмме как отдельный процесс, однако его взаимосвязи не детализируются по сравнению с родительской диаграммой.
Применение гибких электродов и модулей для электрохимической защиты стальных резервуаров
Одной из основных причин разгерметизации стальных резервуаров для хранения углеводородного сырья является подземная коррозия днищ. Вследствие этого антикоррозионная защита днищ резервуаров хранения нефти, газа, нефтепродуктов и технологических жидкостей остается актуальной задачей как при проектировании новых, так и при капитальном ремонте старых резервуаров [29].
Следует отметить, что антикоррозионная защита днищ резервуаров имеет ряд особенностей [30]: 1. Технология изготовления резервуаров исключает возможность нанесения изоляционного антикоррозионного покрытия на внешнюю сторону стального днища резервуаров. 2. Большая площадь поверхности защищаемого сооружения требует больших токовых нагрузок на элементы электрохимической защиты и равномерного распределения плотности защитного тока по внешней поверхности днища резервуара.
Эти особенности в совокупности с конструкционно-технологическими особенностями строительства и эксплуатации резервуарных парков стимулировали разработку оригинальной схемы «локальной» электрохимической защиты днищ резервуаров с использованием протяженных гибких электродов и модулей серии ЭР (электроды резиновые), размещенных непосредственно под днищем резервуаров.
Электроды и модули серии ЭР укладываются под днищем резервуаров на песчаную подушку внутри железобетонного кольца фундамента между верхним гидрофобным асфальтобетонным покрытием, на которое укладывается днище, и нижней гидроизолирующей полимерной пленкой. Тем самым создается необходимая электролитическая среда для работы анодного заземления [31]. Схема защиты днища топливного резервуара объемом 20000 м3 приведена на рис. 44.
С целью обеспечения равномерности защитной плотности тока по наружной поверхности днища резервуара электроды анодного заземления располагаются равномерно в виде отрезков - хорд, представленных на рис. 45.
Для исключения концевых эффектов (т.е. увеличения значений плотности тока по мере приближения к оконечности электрода) и повышения надежности подвода тока к модулю-заземлителю, концы электродов замыкаются в контур - «единичный модуль».
Совокупность таких модулей заданной длины, а именно, изготовленное в заводских условиях и готовое к укладке и подключению анодное заземление для защиты днищ резервуаров получило название составной модуль типа ЭР-7 и выпускается Российскими производителями по ТУ 3435002-72981239.
Отличительной особенностью такого анодного заземления является то, что соединительные и дренажные кабели единичных модулей адаптированы для работы в анодном пространстве, а электроды и соединительные муфты изготовлены из маслобензостойких негорючих полимерных материалов. Анодное заземление «составной модуль» типа ЭР-7 поставляется в готовом к монтажу виде и его укладка и подключение составляет считанные часы.
