Введение к работе
/. Актуальность темы исследования. Анализ эволюции автоматизированных систем управления предприятиями (АСУП) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) позволяет установить, что автоматизация практически никогда не касалась процессов управления эксплуатационной надежностью технологического оборудования предприятий в различных отраслях народного хозяйства. Исторически сложилось так, что системы (приборы) контроля технического состояния и надежности (по определению) изначально возникли на подвижных объектах. К таким объектам можно отнести паровозы, пароходы, автомобили, самолеты, подводные лодки, космические аппараты и т.п. Несколько позже, где-то уже в середине 70-х годов прошлого столетия, аппаратура контроля технического состояния стала появляться на объектах, удаленных ох баз ремонта. К таким объектам следует отнести, например, буровые установки, драглайны и т.п. объекты, оборудование которых в силу специфики объекта, могло дублироваться только частично. Появился класс бортовых автоматизированных систем контроля и управления (БАСКУ) техническим состоянием объекта. Появление БАСКУ объяснялось тем, что эксплуатационный персонал таких объектов должен был заблаговременно спланировать потребность ремонтных работ и заказать их у соответствующих служб. Что касается стационарного технологического оборудования, то его техническое состояние как ранее, так и по сей день обеспечивается собственными или централизованными ремонтными службами по системе планово-предупредительных ремонтов (ППР). Достоинства такой стратегии обеспечения эксплуатационной надежности энергетического, металлургического, нефтегазового и т. п. оборудования давно общеизвестны.
Однако стратегия ППР имеет крупный недостаток, заключающийся в том, что она высокозатратна. Сегодня, особенно в условиях рыночной экономики, становится очевидным, что нужно переходить к более прогрессивной стратегии обеспечения эксплуатационной надежности технологического оборудования по его фактическому техническому состоянию. Переход к этой стратегии вызывает необходимость создания специальных информационно-измерительных систем (ИИС) и даже информационно-диагностических сетей (ИДС), если оборудование размещено на большой территории.
Многообразие вариантов реализации различных ИИС и ИДС технологического оборудования и вариантов систем контроля и управления состоянием оборудования по состоянию порождает целый класс нетривиальных научных задач, решение которых в каждом конкретном случае является необходимым. Среди российских ученых, внесших определенный научный вклад в эту область знаний, следует отметить: П.П. Пархоменко, В.В. Клюева, С.А. Тима-шева, В.И. Кузякина, Е.Ю. Барзиловича, Н.А. Северцева, Г.В. Дружинина, А.С. Гольдина, Ю.Н. Руденко, И.А. Ушакова, Б.В. Гнеденко, и др., а также зарубежных ученых Дж. Богданоффа, Ф. Байхельта, П. Франкена, Р. Барлоу, Ф. Прошана, Д. Коллинза, Ф. Козина, Т. Юкобори, Р. Ховарда и др.
">С НАЦИОНАЛЬНАЯ 3
ІИБЛКОТЄКА
Вместе с тем, необходимо отметить, что область проблем создания ИДС изучена все еще достаточно слабо. Хотя средства автоматизации контроля технического состояния оборудования появились достаточно давно (более 30-и лет назад), теоретическая база объективного анализа и эффективного синтеза систем обеспечения эксплуатационной надежности оборудования металлургических заводов все еще недостаточна. Отсутствие научных методов, позволяющих решать задачи выбора ансамбля низконадежного оборудования, диагностических параметров, оптимального синтеза ИИС и синтеза рациональных информационных технологий, объясняют причину того, что в металлургии процент успешных внедрений ИДС очень низкий. Встречаются лишь локальные системы, например, системы вибрационного контроля отдельных видов оборудования.
В этой связи, предлагаемое автором диссертации решение задачи обеспечения эксплуатационной надежности металлургического оборудования Богословского алюминиевого завода (БАЗ) по его фактическому состоянию являются весьма актуальным. Создание информационно-диагностической сети БАЗа позволит управлять процессами восстановлением утраченного ресурса технологического оборудования в реальном масштабе времени, когда вся картина состояния оборудования отображается на компьютерах руководителей соответствующих эксплуатационных и ремонтных служб. Кроме того, такая стратегия позволит планировать виды, сроки и объемы ремонтов оборудования по детерминированным показателям оценки технического состояния.
Диссертационная работа выполнялась в рамках Концепции промышленной' политики Свердловской области и ряда целевых научно-исследовательских программ министерства металлургии при правительстве Свердловской области, в том числе:
-
Программы реализация государственной промышленной политики в металлургической отрасли Свердловской области, включая горнорудные предприятия, предприятия черной и цветной металлургии, огнеупорного производства, предприятия по добыче и переработке драгоценных и редкоземельных металлов, а так же определение стратегических приоритетов её развития как основы реформирования и развития промышленного комплекса;
-
Программы содействия в техническом перевооружении и реконструкции металлургических предприятий, освоению и выпуску конкурентоспособной продукции;
-
Объектом исследования является сфера стратегий и систем управления техническим состоянием (выполнение капитальных и текущих ремонтов и технического обслуживания) основного технологического оборудования металлургических предприятий.
-
Предметом исследования является основное технологическое оборудование, информационно-диагностическая сеть и информационные технологии управления техническим состоянием оборудования Богословского алюминиевого завода
4. Цель и задачи исследования. Цель исследования заключается в разра
ботке методики постепенного перехода от стратегии ППР к стратегии обес
печения эксплуатационной надежности оборудования БАЗа по его фактиче
скому состоянию.
Эта цель достигается решением следующих исследовательских задач:
-
Системный анализ стратегий и автоматизированных систем управления техническим состоянием оборудования в производственной сфере промышленных предприятий на примере оборудования Богословского алюминиевого завода;
-
Постановка главной и декомпозиция ее на частные задачи рационального выбора низконадежного оборудования, оптимального синтеза ИДС и синтеза информационной технологии управления техническим состоянием оборудования по его фактическому состоянию;
-
Разработка концептуальной и математической моделей задачи анализа и выбора ансамбля низконадежных компонентов (АНК), предназначенного для постановки его на мониторинг;
-
Разработка концептуальной и математической моделей задачи оптимального синтеза ИДС по критерию ресурсной эффективности;
4.5. Разработка концептуальной модели информационной технологии
управления техническим состоянием контролируемого оборудования.
-
Методы исследования базируются на использовании методов системного анализа информационных систем и технологий, теории принятии оптимальных технических решений, теории формализации и моделирования систем и процессов, а также на использовании методов теории шкал.
-
Научная новизна заключается в разработке методики постепенного перехода от стратегии ППР к стратегии управления техническим состоянием оборудования БАЗа по его фактическому состоянию. При этом:
6.1. Выполнен системный анализ современного состояния стратегий и
систем управления техническим состоянием металлургического оборудова
ния. Сформулирована и решена главная задача создания таких систем. Про
ведена декомпозиция главной задачи на частные задачи и сформулированы и
выполнено решение частных задач;
-
Построены концептуальные и математические модели задачи рационального выбора АНК по безотказности, долговечности и ремонтопригодности;
-
Построены концептуальная и математическая модели задачи оптимального синтеза ИДС по критерию ресурсной эффективности;
-
Разработана концептуальная модель информационной технологии управления техническим состоянием контролируемого оборудования.
7. На защиту выносятся:
7.1. Результаты системного анализа современных стратегий и систем управления техническим состоянием технологического оборудования металлургических предприятий;
-
Концептуальные и математические модели задач рационального выбора АНК по безотказности, долговечности и ремонтопригодности и задачи оптимального синтеза ИДС по критерию ресурсной эффективности;
-
Концептуальная модель информационной технологии управления техническим состоянием контролируемого оборудования;
7.4. Методика постепенного перехода от стратегии ППР к стратегии
управления техническим состоянием оборудования БАЗа по его фактическо
му состоянию.
8. Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что применение разработанной автором диссертации методики позволяет повысить эффективность глиноземного и электролизного производства за счет снижения времени простоев оборудования в ремонте, снизить себестоимость продукции за счет снижения затрат на ремонты и послеаварийное восстановление. Кроме того, методика позволяет осуществлять постепенный и выборочный переход от стратегии ППР к стратегии управления техническим состоянием основного контролируемого оборудования, легко и просто встраивается в существующую АСУП Богословского алюминиевого завода и может быть использована на других предприятиях цветной и черной металлургии.
9; Внедрение результатов исследований. Результаты исследований, выполненных автором диссертационной работы, и разработанная им методика были использованы ЗАО «РТСофт» при разработке технического проекта 1-й очереди ИСУ глиноземного производства Богословского алюминиевого завода - филиала ОАО «СУАЛ».
10. Апробация работы. Основные положения и результаты исследований диссертации докладывались автором на следующих международных, всероссийских, отраслевых и региональных конференциях и семинарах:
Международный симпозиум «Автоматизация в алюминиевой промышленности Австралии», г. Сидней, 2002 г.;
4-я Всероссийская научно-практическая конференция "Информационные технологии в России", г. Москва, Софтул, 2003 г.;
6-я, 7-я, 8-я региональные научно-практические конференции «Алюминий Урала» г. Краснотурьинск, БАЗ - филиал ОАО «СУАЛ», 2001, 2002, 2003 гг.;
//. Личный вклад автора заключается в определении целей и задач исследования, выполненных в данной диссертационной работе, в проведении системного анализа стратегий и систем управления техническим состоянием оборудования металлургических предприятий, в построении концептуальных и математических моделей задач рационального выбора АНК по безотказности, долговечности и ремонтопригодности, а также задачи оптимального синтеза ИДС по критерию ресурсной эффективности. Кроме того, автором лично построены концептуальная модель информационной технологии управления техническим состоянием контролируемого оборудования и создана методика постепенного перехода от стратегии ППР к стратегии управления техническим состоянием оборудования БАЗа по его фактическому состоянию.
