Разработка теории и обоснование стратегий эксплуатации горно-обогатительного оборудования

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Экономические науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

----------------------------------------- © А. Г. Темченко, Н. В. Кияновский,
В. М. Темченко, 2011
УДК 658. 581:622. 002. 5:622. 7
А. Г. Темченко, Н. В. Кияновский, В.М. Темченко
РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ И ОБОСНОВАНИЕ СТРАТЕГИЙ ЭКСПЛУА ТАЦИИ ГОРНО-ОБОГА ТИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Проведены исследования по внедрению параметрического контроля и мониторингу технического состояния горно-обогатительного оборудования, предложена теория эксплуатации и ее внедрения для обоснования средств повышения производительности технологических систем, снижения эксплуатационных расходов и достижения максимально возможного использования ресурса оборудования.
Ключевые слова: закон Пуассона, линейное программирование, окомкование, эксплуатация оборудования, марковские свойства.
ш ж остановка проблемы. В про-
А. А. цессах эксплуатации горнообогатительного оборудования уменьшается научное влияние на принятие стратегических решений организации и планирования технического обслуживания и ремонта (ТОиР). Это состояние объясняется отсутствием теории эксплуатации и опыта эффективного использования возможностей научного обоснования вопросов организации эксплуатации обору-дова-ния обогатительных технологических систем.
Анализ последних исследований и публикаций приводит к выводу, что технологические факторы и условия эксплуатации горно-обогатительного оборудования обусловливают следующие его эксплуатационные свойства:
• модели надежности большинства систем технологического оборудования базируются на экспоненциальном законе-
• поток отказов технологической системы имеет свойства простейшего потока случайных явлений-
• количество отказов технологической системы на промежутке времени определяется по закону Пуассона-
• пребывание оборудования технологических систем в состояниях эксплуатации создает случайный процесс с марковскими свойствами-
• возобновление работоспособного состояния системы технологического оборудования образует во времени поток случайных событий с полумарков-скими свойствами-
• оборудование обогатительных технологических систем имеет модели надежности, которые отвечают нормальному, логарифмическо-нормальному, Гамма и Вейбула распределениям его наработоки на отказ. Кратность среднего времени наработок для оборудования технологических систем достигает 80, что свидетельствует о существенной неравнонадежность технологического оборудования, которое составляет технологическую систему и создает большие осложнения в построении регламентов технического обслуживания «по наработке» и делает его неэффективным.
Однако при этом для всего обогатительного оборудования характерны высокие значения Кг и Кио, что является обязательным условием непрерывности производственных процессов. Так, например, для оборудования агломерации и фабрик окомкования Кг = 0. 99, мельниц Кг = 0. 96, классификаторов Кг = 0. 8−0. 9, конических дробилок Кг = 0. 83−0. 94, магнитных сепараторов 0. 780. 99, но достигаются они не за счет высокой надежности оборудования, как элементов технологических систем, где минимальные наработки на отказ для фабрик окомкования Ттт = 12 ч., мельниц Ттт = 20 ч., дробилок Ттт= 122 ч., классификаторов Тmin = 63.3 ч., магнитных сепараторов Ттт = 75 ч., а за счет многократного резервирования технологических схем, и содержания большой инфраструктуры ремонтных организаций для обеспечения высокого значения Кг методом минимизации Тв (среднего времени восстановления работоспособности оборудования), что увеличивает расходы на восстановление работоспособности оборудования в структуре себестоимости до 30%. При этом системы эксплуатации не ориентированы на активизацию факторов снижения интенсивности срабатывания ресурса, то есть увеличения Т. е. И это направление остается неиспользованным резервом в практике повышения эффективности использования оборудования.
Наравне с этим предупредительный эффект существующих систем обслуживания, как показывают данные исследований, не достигается, поскольку интенсивность аварийных отказов для оборудования фабрик окатышей Хмах =0.1 -0,5 [1/час], фабрик агломерации Хмах =0,13[1/час], мельниц Хмах
=0. 65[1/сутки], магнитных сепараторовмах =7. 5[1/мес], классификаторов Хмах =3.8 [1/мес]. Кроме того существующие
методики формирования периодичности и содержания ремонтных циклов оборудования обогатительных производств нацелены на поиск эффективной кратности параметров моделей его надежности. Однако реализация этого условия без серьезных уступок точности, как свидетельствуют данные исследований, затруднительна, а часто и невозможна, поскольку наработки на отказ оборудования технологических схем не кратные и отличаются для оборудования агломерации в 80 раз, окомкования в 62 раза, обогатительных фабрик в 20 раз, дробильного оборудования в 30 раз.
Таким образом доказано, что объективно невозможно достичь высокой эффективности использования оборудования применяя стратегии ТОиР «по наработке» на принципах ППР при существующем состоянии надежности горнообогатительного оборудования и его технологических систем, что обусловливает необходимость поиска альтернативных стратегий ТОиР и средств их научного обоснования.
В первую очередь интерпретация показателей эксплуатационных свойств приводит к потребности пересмотра математической модели процесса эксплуатации. В основе существующей теории лежит концепция, что поток отказов технологической системы — это следствие действия закона суперпозиции потоков отказов «п» элементов технологической системы.
При этом установлено, что потоки отказов сложных обогатительных технологических систем — это потоки случайных событий со свойствами стационарности, ординарности, отсутствия последействия, что относит их к потокам случайных событий Ерланга 1-го порядка. В таком потоке случайная величина наработки на отказ отвечает экспоненциальному закону распределения. Это
Таблица 1
Вероятность пребывания оборудования в состоянии эксплуатации K (j=1)
№ Наименование оборудования K (j=1)
1 Экскаваторы 0,31
2 Буровые станки СБШ-250 0,47
3 Оборудование дробильных систем (дробилки ККД, КРД, КСД, КМД) 0,56
4 Оборудование обогатительных технологических систем 0,56
5 Оборудование технологических систем агломераций 0,65
свойство характерное для определения величины наработки на отказ основных обогатительных производств. На этом основании процессы эксплуатации горно-обогатительного оборудования моделируются на основе марковских случайных процессов. Вследствие этого эффективность технологической системы определяется на основании теории А. А. Маркова для сложных систем, где утверждается, что существуют предельные (стационарные) вероятности состояний системы и вероятность работоспособного состояния рассматривается как критерий эффективности технологической системы. Выводы теории А. А. Маркова утвердили в отрасли стационарную вероятность работоспособного состояния, то есть стационарный коэффициент готовности, как показатель эффективности технологической системы и основной показатель ее эксплуатационных свойств.
Принятие такой математической модели открыло путь для использования теории массового обслуживания, линейного программирования, сетевого планирования для разработки регламентов технического обслуживания и ремонта. Опираясь на эти теоретические инструменты, была разработана, внедренная и постоянно совершенствуется, а также получила статус нормативной, стратегия эксплуатации «по наработке» на принципах ППР.
Для исследования эффективности указанной стратегии эксплуатации введены дополнительные показатели эффективности оборудования технологических систем обогатительных производств, для которого по результатам предыдущих исследований характерны экспоненциальные модели наработок и восстановлений. В этом случае механизм обеспечения эффективности использования оборудования можно исследовать определяя средние удельные потери времени, которые зависят от стратегии эксплуатации.
Для проведенных исследований на примере НКГЗК характерные следующие значения эффективности эксплуатации для стратегии эксплуатации «по наработке» на принципах ППР, выраженные через вероятность пребывания оборудования в состоянии эксплуатации
ко=1)
Механизм образования потерь объясняется при исследовании величины Яу — вероятности перехода оборудования к работоспособному состоянию в произвольный момент времени Ящ=Р1 Р_^ где Р1 — безусловная вероятность работоспособного состояния оборудования, PJ — условная вероятность перехода оборудования к состоянию эксплуатации. Значение Яу достигает не более 0,3 для оборудования всех технологических переделов. Величина Яу в текущем времени в обогатительном производстве регулируется отношениями между про-
цессом эксплуатации и технического обслуживания на основе статистических моделей надежности, которые определяют эксплуатационные свойства статистического множества одноименного оборудования и такое взаимодействие при использовании классических систем ППР является достаточно слабым для конкретной машины. Наиболее слабой цепью в системе этих отношений является управление скоростью срабатывания и возобновления ресурса по разомкнутой схеме, что осуществляется в условиях стратегии технического обслуживания «по наработке». То есть параметром следующего ремонтнопрофилактического действия относительно конкретного оборудования является не его действительное техническое состояние, а параметр величины наработки Х (^)=Ъ. Из этого вывода следует, что внедрение замкнутых схем управления процессом эксплуатации, адекватных техническому состоянию оборудования, то есть стратегий эксплуатации «по состоянию», позволяет значительно повысить эффективность использования оборудования за счет учета взаимодействия процесса эксплуатации и изменения технического состояния оборудования и максимального использования его индивидуальных ресурсных возможностей.
Таким образом наличие мощного математического аппарата и постоянных попыток оптимизации регламентов ТО-иР на протяжении длительного времени не привели к повышению эффективности использования оборудования при его эксплуатации на принципах действующей стратегии эксплуатации и ТО-иР. Объемы расходов на техническое обслуживание и ремонт постоянно растут и достигают 30−60% эксплуатационных расходов. Эта тенденция характерная для обогатительных производств
ведущих государств (США, Германии, Австралии, Перу, Мексика и др.).
В проведенных исследованиях изучена причина такого явления, которая заключается в том, что объектом ремонтного планирования при разработке регламентов ТОиР является оборудование и технологические подсистемы, для которых процесс эксплуатации имеют другие свойства от ранее установленных для технологической системы. Для потока отказов объектов ремонтного планирования в отрасли, характерны наличие нестационарности, последействия, неэргодичности, а наработки на отказ, как случайная величина, отвечают нормальному, логарифмическо-нормальному, Гамма и Вейбула законам распределения.
На этом основании модели марковских процессов эксплуатации становятся неприемлемыми (теряют адекватность) для разработки регламентов ТОиР. Исходя из такой закономерности целесообразно процессы эксплуатации моделировать на основе теории Смитта для случайных процессов с поглощающими состояниями, где законы распределения наработок на отказ могут быть произвольными, а потоки отказов с характеристиками нестационарности, последействия, неэргодичности.
С ориентацией на базовые положения теории Смитта исследовано влияние стратегии эксплуатации на эффективность использования оборудования путем моделирования процесса эксплуатации с учетом влияния на работоспособность оборудования закономерностей взаимодействия субъективных процессов организации и объективных процессов износа оборудования и использования этой связи для оптимизации процессов эксплуатации. Решим сначала эту задачу аналитически на вероятностномм уровне. Взаимовлияние этих двух про-
цессов было доказано при следующих предположениях.
Припустим, что технологическая система обогатительного производства состоит из п-механических элементов, и имеет конечное счетное множество W технических состояний w1, изменение которых во времени образует стохастический процесс w (t). Предусматривается, что объединения соответствующих состояний w1 образуют
подмножества работоспособных (і=1) и неработоспособных состояний (і=2) оборудования, которое составляет технологическую схему. Процесс
эксплуатации обогатительного
оборудования характеризуется конечным множеством состояний dJ. Считается, что состояния эксплуатации dJ или их возможные объединения образует
подмножества состояний использования объекта: по назначению (?=1), технического обслуживания и ремонта (?=2), ожиданий (?=3). При этом состояние dJ назначается соответственно некоторому состоянию w1. Тогда процесс эксплуатации d (t) образуется за счет последовательного изменения состояний dJ. Технические состояния оборудования w1 определяется с одной стороны от скорости срабатывания ресурса (то есть факторами процесса эксплуатации), с другой стороны скоростью восстановления ресурса (то есть факторами организации техниче-скоТаюбмлуживиния итредувяа) гривается, что w (t) есть некоторое отображение процесса d (t). При принятой классификации событий состояние объекта в течение времени t можно описать матрицами переходов от состояния обслуживания к состоянию эксплуатации и наоборот.
Переходы по состояниям определяются стратегией эксплуатации и
технического обслуживания, образуют «моменты переходов», которые в общем процессе функциони-рования объекта называют вложенным процессом или вложенной цепью.
Таким образом для оборудования, что работает в составе технологических систем и может находиться в состояниях эксплуатации j = k, более точно оценить силу взаимосвязи и взаимовлияния процессов износа и восстановления ресурса можно за двумя критериями:
1 — по величине полной вероятности перехода оборудования в состояние i=1
2 — по величине вероятности пребывания оборудования в состоянии эксплуатации j=1.
При принятом моделировании процесса эксплуатации обогатительного оборудования за теоремой Смитта для конечных процессов с соединенными состояниями нужно определить целевую функцию процесса эксплуатации, как max величины вероятности пребывания оборудования в состоянии эксплуатации j=1, что может служить инструментом определения путей повышения эффективности использования оборудования
Таким образом критерий Pj раскрывает механизм влияния стратегии эксплуатации и обслуживания оборудования на эффективность его использования.
Анализируя полученную зависимость, проводя сравнение с опытом анализа расходов в других отраслях, можно определить удельные расходы (часовые или стоимостные) на техническую эксплуатацию, которые характеризуют соответствующую стратегию эксплуатации
Таблица 2
Таблица вероятностей состояний горно-обогатительного оборудования.
№ Наименование оборудования Г|=1 Г|=2 ?і=3 И=1 И=2
1 Экскаваторы 0. 31 0. 64 0. 12 0. 57 0. 49
2 Буровые станки СБШ-250 0,47 0,18 0,35 0,76 0,34
3 Оборудование дробильных систем (дробилки ККД, КРД, КСД, КМД) 0,56 0,1 0,34 0,59 0,41
4 Оборудование обогатительных технологических систем 0,56 0,38 0,05 0,59 0,41
5 Оборудование технологических систем агломераций 0,65 0,27 0,08 0,68 0,32
л N
Е * кК
с =--- - *^(г1)
к * -N
Е* кск
(1)
к *-
где Ск — средняя стоимость пребывания в состоянии К = 1.
При проведенном моделировании финальные вероятности изменения состояний оборудования могут быть представлены, как закономерности переходов под воздействием процессов износа и восстановления оборудования. Для длительных процессов со свойствами эргодичности, что характерно для обогатительных технологических систем, существуют финальные вероятности состояний эксплуатации и состояний оборудования, которые исследованы на примере технологических систем НКГЗК при использованные традиционных стратегий ТОиР «по наработке» на принципах ППР.
В табл. 2 приведена реальная эффективность использования оборудования технологических систем НКГЗК при условиях применения стратегии ППР, что удостоверяет невозможность достижения высокой эффективности на базе такой стратегии.
Таким образом, для максимизации Рj=1 достаточно выполнить минимизацию интенсивности срабатывания ре-
сурса, достичь максимальное его использование и таким образом увеличить Т), внедрить систему эксплуатации и технического обслуживания, которая позволит уменьшить время пребывания в состояниях)^1, уменьшить число состояний — к1, создать условия для повышения вероятности состояния)=1, и соответственно уменьшение вероятности состояния)^1. Аналитически это достигается путем исследования составных) С), которых часто называют коэффициентом средних удельных потерь.
Из выполненного анализа следует, что Р ()=1) может быть многокритериальным параметром необходимым для обоснования путей повышения эффективности использования оборудования технологических систем обогатительных производств. Это дает возможность выполнить исследование для оценки эффективности существующего и альтернативных видов ТОиР: 1 — обслуживание «по наработке" — 2 — обслуживание по факту отказа- 3 — прогнозируемое обслуживание «по результатам мониторинга технического состояния" — 4 — комбинируемое обслуживание, как средств для обеспечения эффективности использования оборудования обогатительного производства.
Технологические системы в горнообогатительной промышленности, как правило, это системы с непрерывным
режимом работы, то есть процесс эксплуатации предусматривается таким, что развивается во времени, и имеет свойство эргодичности, а его отдельные состояния должны иметь случайную длительность и постоянные вероятности. В таком случае, 1-е состояние обогатительного оборудования и)-е состояние эксплуатации характеризуются функциями распределения времени пребывания в соответствующих состояниях Fi и Fj. Экстремумы этих функций и нужно взять как критерий оптимума при выборе и обосновании стратегий эксплуатации, а также при возможности управления процессами износа и возобновления ресурса оборудования.
В этой ситуации обоснование и выбор более эффективных стратегий эксплуатации нужно выполнить с учетом определения за теорией Смитта удельных эксплуатационных потерь и прибыли, какие характерные при применении определенной стратегии. Эти величины определяются за критериями Р)=1, ^=1, 0=1 и могут быть получены только расчетным путем, так как недостает опыта использования альтернативных систем в реальной эксплуатации. Сравнение будет корректным при сопоставлении принятых критериев при оптимальных параметрах стратегий, что исследуются.
В выполненных исследованиях критерием оценки эффективности альтернативной стратегии эксплуатации принята возможность получения при применении соответствующей стратегии оптимального значения прибыли в каждом цикле регенерации Sjj, рассматривая процесс эксплуатации как регенерирующий случайный процесс.
Для регенерирующих случайных процессов возможно планирование каждого очередного цикла эксплуатации (ti+tв, где ti — наработка на отказ, tв —
время восстановления работоспособности) на основе нестационарных характеристик надежности (например, коэффициента оперативной готовности Ког), где возможно максимально использовать ресурсные возможности оборудования, что невозможно при существующей стратегии эксплуатации.
В таком случае средняя прибыль в каждом цикле регенерации Sjj= Sj (Т)) — Ов, где наработка до предотказного состояния Т) =f (Ког). Дополнительно раскрывается механизм образования и определения удельных потерь в зависимости от фактического уровня надежности оборудования.
Процедура определения Sjj позволяет прямое использование этого параметру и для гибкого оперативного управления ресурсами ТОиР в режиме реального времени, для достижения цели оптимизации процессов эксплуатации и восстановления работоспособности оборудования по критерию максимальной эффективности его использования.
Таким образом для обогатительных систем с непрерывным режимом работы эффективность альтернативных систем ТОИР превосходит эффективность существующих планово-пре-
дупредительных систем ТОИР с дискретным периодом профилактики лишь при ограниченных условиях, которые нужны исследовать. Исходя из результатов моделирование установлено, что выбор стратегии технического обслуживания и ремонта оборудования должен определяться не нормативно (что принято в существующей практике ТОиР), а его эксплуатационными свойствами и принятыми критериями эффективности.
Результаты проведенных исследований доказывают, что реальные ресурсы для повышения эффективности
Таблица 3
Эффективность альтернативных стратегий эксплуатации
Стратегии ТОиР Эффективность аль обогатительного обо тернативных стратегий эксплуатации для рудования по отношению к существующей
Техническое обслуживание До срабатывания До предотказного До отказа
ресурса состояния
По наработке 1,0 — 1,1−1,15
По состоянию с контролем па- - 1,3 —
раметров
По состоянию с контролем — - +
уровня надежности
Ремонт
По наработке 1,0 — 1,1−1,15
По техническому состоянию + 1,3 +
использования оборудования отрасли имеют стратегии эксплуатации «по состоянию».
В этой ситуации идея адаптивного управления процессом эксплуатации обогатительного оборудования по результатам мониторинга в реальном времени процессов износа, может быть инструментом разработки альтернативной стратегии повышения эффективности его эксплуатации.
Выводы
Проведенные исследования довели, что внедрение параметрического контро-
ля и мониторинг технического состояния оборудования повышает эффективность использования оборудования при применении ТОИР «по состоянию» до 25−30% и это является весомым доказательством в пользу предложенной теории эксплуатации и ее внедрения для обоснования средств повышения производительности технологических систем, снижения эксплуатационных расходов и достижения максимально возможного использования ресурса оборудования, птш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------
Темченко А. Г. — доктор технических наук, профессор Криворожского технического университета (Украина) —
Кияновский Н. В. — доктор технических наук, профессор Криворожского технического университета (Украина) —
Темченко В. М. — кандидат технических наук, доцент Криворожского технического университета (Украина).
А

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой