Эксплуатационная эффективность бумагоделательных машин и вариативность системы их ремонта

Выпуск кондиционной продукции при снижении общего уровня затрат всегда является актуальной задачей (проблемой) производства, в т. ч. и целлюлозно-бумажного. Эффективность использования бумагоделательных машин, особенно современных, имеющих высокие технические характеристики, зависит от многих факторов. В числе этих факторов важное место занимают достигнутый уровень надежности, организация технического обслуживания и ремонта, а также объем затрат времени и средств на их проведение.

Характеризуя объект исследования, следует отметить, что современные бумагои картоноделательные машины являются автоматизированными механическими технологическими линиями непрерывного действия большой единичной мощности. В конструкциях вновь проектируемых бумагоделательных машин учитываются и объединяются современные достижения науки и техники, в частности, в технологии бумаги, методах проектирования, конструкциях составных частей, методах эксплуатации и т. п. В этой связи каждая машина является уникальным изделием, отличается от других параметрами производительности, имеет конструктивные особенности, эксплуатируется при различных режимах и условиях окружающей среды.

Современный парк бумагои картоноделательных машин в России насчитывает около 400 единиц. За период с 1975 по 1990 г., было введено в эксплуатацию 16 современных машин отечественного и зарубежного производства, что существенно укрепило технический потенциал целлю-лознобумажной промышленности (ЦБП).

В настоящей работе все исследования эксплуатационной эффективности бумагои картоноделательных машин проведены применительно к машинам с обрезной шириной полотна свыше 4200 мм. Под эксплуатационной эффективностью будем понимать свойство реальной технической системы производить наибольшее количество продукции во время эксплуатации с оптимальными затратами средств и времени на поддержание функциональной работоспособности. Фактические данные об их работоспособности были получены из отчетов ЦСУ РФ, а также от служб главного механика Архангельского, Балахнинского, Соликамского, Пермского и других целлюлозно — бумажных комбинатов.

Важнейшими факторами увеличения выпуска бумаги и эффективности использования технологического оборудования остается освоение и превышение проектной производительности путем интенсификации работы машин на основе совершенствования технологии бумаги и конструкций отдельных составных частей, сокращение неплановых простоев [2]. Передовые предприятия ЦБП успешно решают практические задачи, связанные с повышением эффективности использования оборудования. Например, Кондопожский и Балахнинский ЦБК на машинах с обрезной шириной бумажного полотна 6720 мм достигли рабочей скорости 830 м/мин (при 750 м/мин по проекту).

Повышению эффективности использования бумагоделательных машин способствовало введение в действие с января 1981 года «Системы технического обслуживания и ремонта оборудования технологических линий по производству целлюлозы, бумаги и картона» (Система ТО и Р"), подготовленной Центральным научно-исследовательским и проектным институтом по проектированию оборудования для целлюлозно-бумажной промышленности (ЦНИИБуммашем) совместно с другими организациями [117].

Система ТО и Р" отличается от предыдущего «Положения. «[102] использованием блочных методов замены узлов и агрегатов, прогрессивными нормами расхода запасных частей и их неснижаемого уровня. В ней намечен переход к организации структуры ремонтного цикла по оценке технического состояния. Несмотря на свою прогрессивность, «Система ТО и Р» имеет фиксированную нормативную основу, не учитывающую конструктивные особенности, качество изготовления и условия эксплуатации уникальных систем.

По заданию Министерства лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности СССР (Минлеспром СССР) в период с 1986. 1990 г. г. под руководством Отраслевой лаборатории проблем надежности бумагоделательного оборудования при Ижевском механическом институте была разработана «Система технического обслуживания и ремонта технологического оборудования по производству целлюлозы, бумаги и картона» (СТО и Р). Новая СТО и Р содержит следующие элементы новизны: разработаны гибкие модели и структуры ремонтного цикла бумагоделательного и целлюлозного оборудования, позволяющие учитывать изменение его технического состояния при эксплуатацииразработаны методы эффективного использования результатов технического диагностирования при определении продолжительности ремонтов и их объемов и др. При оценке деятельности ремонтной службы принято направление на то, что на предприятии у производственного и ремонтного персонала одна цель — обеспечение выпуска кондиционной продукции. Поэтому результат деятельности ремонтной службы — не объем ремонтных работ, а только готовая продукция предприятия по номенклатуре, объему и качеству, произведенная с наименьшими затратами [10, 104]. Разработанная СТО и Р рекомендована к использованию (применению) в отрасли секцией «Техническое обслуживание и ремонт оборудования ЦБП» научно-технического совета Минлеспрома СССР в января 1990 года.

Отличительной особенностью разработанной СТО и Р [104] от аналогичных документов смежных отраслей промышленности [118, 127] в ее большей ориентации на проведение технического обслуживания и ремонта с учетом технического состояния оборудования и его составных частей.

В работе [2] показано, что выпуск продукции обусловлен двумя важнейшими свойствами бумагоделательных машин: производительностью и надежностью. Взаимосвязь этих свойств проявляется при эксплуатации. С приведенных позиций можно утверждать, что конкретные машины обладают разной эксплуатационной эффективностью, обусловленной производительностью, надежностью и затратами средств на поддержание работоспособности. Разработанные основы теории эксплуатационной эффективности бумагоделательных машин, раскрывающие взаимосвязь их основных свойств, создают научную основу для управления производительностью и надежностью с целью получения наибольшего количества продукции при оптимальных затратах на поддержание функциональной работоспособности.

Появление в отрасли широкоформатных высокоскоростных машин и опыт их эксплуатации выдвинули на первый план проблему обеспечения их надежности. Основными причинами этого являются значительные потери в выпуске продукции от ненадежности машин, особенно высокопроизводительных, а также значительных затрат средств и времени на поддержание работоспособности, так как увеличение рабочих скоростей и обрезной ширины полотна обусловливает рост нагрузок, интенсификацию процессов изнашивания, накопление повреждений и разрушение деталей и узлов. Ввиду особо важного места широкоформатных скоростных машин в техническом перевооружении предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, актуальной задачей целлюлозно-бумажного машиностроения является их исследование с целью разработки методов обеспечения высокой надежности и эффективности использования, выявление причин потери работоспособности деталей и узлов и способов устранения неисправностей. Полученные результаты могут быть полностью перенесены на другое оборудование.

Эффективное время работы машины и выпуск кондиционной продукции снижаются из-за недостаточной надежности различных составных частей, что приводит к значительным потерям производительности и материальным затратам, снижение которых актуально для повышения эксплуатационной эффективности машин, выпускаемых заводами целлюлозно-бумажного машиностроения. Решение этой проблемы позволяет также решать задачи освоения проектных мощностей в более короткие сроки и построения рациональной системы технического обслуживания и ремонта.

Эксплуатационная эффективность оборудования во многом зависит от качества диагностирования технического состояния деталей и узлов. Наиболее широко применение в целлюлозно-бумажной промышленности получила вибродиагностика подшипников качения. Для этих целей широко применяются переносные приборы. В последние годы стали применять и стационарные диагностические системы на основе ЭВМ. Эти системы весьма дорогостоящие, и, как следствие, они находят весьма ограниченное применение. Использование тех или иных средств диагностирования технического. состояния должно обосновываться в каждом конкретном случае технико-экономическим анализом. Практика эксплуатации бума-гои картоноделательных машин показывает эффективность их применение на современных высокопроизводительных машинах.

В настоящее время при эксплуатации машин широко используется параметрическая диагностика, т. е. оценка параметров технологии производства и основных характеристик продукта, и функционирующие на ее основе системы управления технологическим процессом производства бумаги и картона. Однако ее результаты еще недостаточно широко используются для оценки технического состояния оборудования и организации его технического обслуживания и ремонта. Более полное использование результатов диагностирования, уточнение на их основе сроков проведения и объемов ТО и Р является важнейшей проблемой эксплуатационной эффективности.

Анализ конструкций и процесса эксплуатации показывает, что бу-магои картоноделательные машины — это ремонтируемые, восстанавливаемые системы, функционирование которых после отказа возобновляется в результате проведения ремонтно-восстановительных и регламентных работ. Часть ремонтно — восстановительных работ проводится при устранении последствий отказов, возникающих между плановыми остановами на текущий ремонт. Другая часть входит в систему планово — предупредительного ремонта (ППР), предусматривающую определенную цикличность его проведения.

Анализ методов эксплуатации и ремонта показывает, что поддержание машины в работоспособном состоянии — трудоемкий процесс, связанный со значительными затратами времени и материальных средств. Кроме того, простои машины в ремонте вызывают существенные потери в выпуске бумаги и картона. Очевидно, что величина этих потерь во многом обуславливается качеством изготовления и ремонта бумагои картоноделательных машин. В этой связи повышение эксплуатационной эффективности является комплексной научной, технической и экономической проблемой.

Целью диссертационной работы является повышение эксплуатационной эффективности на основе системного (теоретического) анализа этапов создания и эксплуатации, разработки математических моделей и прикладных методов решения задач управления процессами жизненного цикла бумагоделательных машин. Полученные выводы и результаты базируются на многолетних исследованиях закономерностей развития и эксплуатации бумагои картоноделательных машин.

Методические основы диссертационной работы базируются на: развитии прикладной теории эксплуатационной эффективности бумагоделательных машинстатистическом исследовании эксплуатационной эффективности действующих машинпревентивном методе организации технического обслуживания и ремонта по техническому состоянию составных частей системы на основе широкого использования диагностирования узлов на ходу машиныпроектировании и применении высоконадежных и ремонтопригодных конструкций составных частей и средств механизации ремонтавероятностных методах расчета на долговечность, диагностировании технического состояния определяющих деталей и узлов с целью вычисления их остаточного ресурсаапробации рекомендаций, разработанных с учетом основных положений диссертации, при промышленной эксплуатации бумагои картоно-делательных машин.

При достижении поставленной цели были решены следующие задачи: развитие научных и технических методов увеличения времени эффективной работы бумагоделательных машин и обеспечения требуемого уровня эксплуатационной эффективности на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатацииразработаны модели эксплуатации и надежности бумагоделательных машин как сложных механических систем непрерывного действия, характеризующие основные этапы их функционированияразработана и исследована стратегия организации технического обслуживания и ремонта применительно к бумагоделательным машинамтеоретически обоснована возможность и целесообразность организации ТОиР бумагоделательных машин по состоянию на основе статистического анализа эксплуатационной информации, оценки остаточного ресурса по результатам диагностирования и реализации гибкой (адаптивной) стратегии планирования ТОиРпроведены статистические исследования эксплуатации бумагоделательных машин, подтверждающие возможности прогнозирования, обеспечения и управления эксплуатационной эффективности систем и ее отдельных показателейопределен круг задач, подлежащих решению в автоматизированной системе управления ремонтом оборудования, базирующейся на создании и функционировании автоматизированного рабочего места (АРМ) механика цеха как основной ячейки АСУ — ремонтрезультаты работы апробированы в промышленности путем разработки и применения в отрасли ЦБП нормативно-технических документов.

Научной новизной работы являются: логико-вероятностные модели эксплуатации и надежности бумагоделательных машин и методы их формирования, обеспечивающие повышение их эксплуатационной эффективностистратегии технического обслуживания и ремонтатеоретические основы построения адаптивной структуры ремонтного цикла бумагоделательных машин, основанные на современных методах оценки технического состояния составных частей (статистический анализ, техническая диагностика, оценка остаточного ресурса элементов системы и т. д.).

Практическая ценность работы заключается в применении ее основных положений в качестве научных и технических методов управления эксплуатационной эффективностью сложных механических систем. Результаты работы внедрены в ЦБП посредством реализации в нормативнотехнических документах (СТОиР обойнопечатного и грунтовального оборудования, СТОиР технологического оборудования по производству целлюлозы, бумаги и картона).

Апробация работы проводилась на Международной школе «Расчет и управление по надежности больших механических систем» (Ташкент-1988, Геленджик-1992), Всесоюзных научно-практических конференциях и технических советах Минлеспрома СССР (Москва, Архангельск, Сыктывкар, Светлогорск 1980.90), научно-технических конференциях Удмуртской республики и ИжГТУ (Ижевск, 1978.96 г. г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы системного обеспечения качества продукции промышленности «(Ижевск, 1997 г.).

По результатам исследований опубликовано 30 работ, в том числе 16 в центральных изданиях, один справочник (в соавторстве), результаты исследований использованы при разработке системы технического обслуживания и ремонта обойнопечатного и грунтовального оборудования, СТО иРтехнологического оборудования по производству целлюлозы, бумаги и картона, разработанных отраслевой лабораторией проблем надежности бумагоделательного оборудования.

Теоретические и экспериментальные исследования, представленные в диссертационной работе, проведены в отраслевой лаборатории проблем надежности бумагоделательного оборудования при кафедре «Основы машиноведения и робототехника» Ижевского государственного технического университета.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, библиографии из 154 наименований, приложения. Объем работы 289 страниц машинописного текста, включая 52 иллюстраций и 20 таблиц. Приложение состоит из 4 документов, отражающих реализацию результатов работы.

Общие выводы.

1. Разработаны теоретические основы построения гибкой (адаптивной) структуры ремонтного цикла бумагоделательных машин на основе оценки уровня надежности составных частей, результатов диагностирования технического состояния и прогноза остаточного ресурса, составляющие методологическую платформу для разработки вариативных систем технического обслуживания и ремонта по состоянию.

2. Разработаны логико-вероятностные математические модели эксплуатации и надежности бумагоделательных машин и их составных частей. Разработка моделей для уникального оборудования позволяет прогнозировать пребывание системы в том или ином состоянии на заданном интервале времени, оценить вклад отдельных составных частей в общий уровень надежности бумагоделательной машины и индивидуальные системы технического обслуживания и ремонта.

3. Разработаны стратегии технического обслуживания и ремонта бу-маго — и картоноделательных машин, учитывающих уровень организации и механизации ремонтно-восстановительных работ, культуры производства на конкретном предприятии и степень готовности к проведению ремонтно-восстановительных мероприятий в случайный момент времени. Предложенный комплекс показателей (коэффициент готовности, удельные и суммарные потери, удельная прибыль, критерий эксплуатационной эффективности, целевая функция эффективности) позволяет формировать рациональную стратегию эксплуатации, в том числе и технического обслуживания и ремонта, приводящую к минимуму потерь и обеспечивающую высший уровень эксплуатационной эффективности.

4. Впервые получена целевая функция эксплуатационной эффективности для бумагоделательных машин, определяемая как отношение полученной прибыли к количеству произведенного продукта на заданном интервале времени. Реализация целевой функции в виде алгоритма управления эксплуатацией при достижении максимума дает предпочтительный вариант набора управляющих параметров (режимов эксплуатации и технического обслуживания и ремонта) и максимум получаемого эффекта. Так применение адаптивного графика технического обслуживания и ремонта для картоноделательной машины № 2 (К — 09) Архангельского ЦБК позволяет снизить простои в связи с проведением ремонтновосстановительных работ примерно на 20% и увеличить выпуск продукции.

5. Впервые получены статистические оценки процесса эксплуатации, влияния срока эксплуатации бумагоделательных машин на параметры ремонтного цикла, надежности часто отказывающих и основных (в функциональном отношении) составных частей, создающие научную основу для совершенствования системы технического обслуживания и ремонта и ее нормативной базы и подтверждающие адекватность конкретных моделей, построенных на теоретических положениях.

6. Определены главные направления развития и реализации научных и технических методов повышения эксплуатационной эффективности, включающие сбалансированное использование различных стратегий технического обслуживания и ремонта, совершенствование методов расчета деталей БДМ на долговечность, автоматизированное проектирование составных частей и выбор оптимального варианта по параметрам эксплуатационной эффективности и ремонтопригодности, диагностику, автоматизацию управления эксплуатацией машины, механизацию монтажноде-монтажных работ.

7. На основе проведенных исследований получена возможность составлять модели эксплуатации и надежности отдельных бумагоделательных машин, обладающие высокой адекватностью реальным объектам. Прогнозирование развития процесса эксплуатации бумагоделательных машин может выполняться на базе научно обоснованных методов, которые позволяют эксплуатировать сложное уникальное оборудование с наивысшей эксплуатационной эффективностью, а также способствуют развитию и совершенствованию теории эксплуатационной эффективности.

8. Основные положения диссертационной работы апробированы и внедрены на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности и бумагоделательного машиностроения, в виде нормативно-технических документов, методик и рекомендаций направленных на повышение эксплуатационной эффективности бумагои картоноделательных машин на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации.