автореферат диссертации по строительству, 05.23.10, диссертация на тему:Разработка и внедрение методов оптимальной организации эксплуатации сложных систем теплотехнического оборудования зданий

ГЛАВА I. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ И СИСТЕМ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ.

1.1. Надежность элементов теплотехнического оборудования

1.2. Исследование существующей стратегии планово-предупредительных ремонтов и ее сопоставление со стратегией восстановления по наработке

1.3. Скорость старения элементов теплотехнического оборудования и время восстановления после отказа

1.4. Исследование надежности сложных систем теплотехнического оборудования и вычисление среднего времени простоя из-за отказов

ГЛАВА 2. ОЦЕНКА СРЕДНЕГО ОЖИДАЕМОГО УЩЕРБА ОТ ОТКАЗОВ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ.

2.1. Исследование зависимости ущерба от влияющих на него факторов

2.2. Метод оценки среднего ожидаемого ущерба от отказов систем теплотехнического оборудования и обоснование его применения.

ГЛАВА 3. СТРАТЕГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ РЕМОНТОВ СИСТЕМ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ, МИНИМИЗИРУЩАЯ СРЕДНИЙ ОЖИДАЕМЫЙ УЩЕРБ ОТ ИХ ОТКАЗОВ.

3.1. Исследование зависимости ожидаемого ущерба от объемов и сроков проведения ремонтов.

3.2. Вычисление оптимальных объемов и сроков проведения ремонтов.

3.3 Проверка разработанной методики на реальных объектах

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ В

АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ПЛАНИРОВАНИЯ

РЕМОНТОВ . IOI

4.1. Функциональная структура автоматизированной системы планирования ремонтов сложных систем теплотехнического оборудования зданий.

4.2. Состав и структура информации, хранимой в информационной базе и обеспечение ее достоверности . ПО

4.3. Технические средства, необходимые для реализации системы планирования и ее экономическая эффективность

ОБЩИЕ ВЫВОДУ.

Одной из важнейших народнохозяйственных задач в настоящее время является повышение эффективности производства без привлечения дополнительных материальных и трудовых ресурсов, путем совершенствования управления, улучшения организации работы. Это в полной мере относится к процессу эксплуатации жилых и коммунальных зданий, в особенности, к системе планово-предупредительных ремонтов (ППР) этих объектов, так как именно система ППР позволяет, обеспечивая необходимый уровень комфорта, сохранить здания, т.е. значительно снизить в будущем затраты на их реконструкцию или строительство новых.

Система ППР зданий и их инженерного оборудования состоит из трех звеньев: система нормативов, в которую входят цикличности ППР для отдельных элементов и систем в целом, а также перечень ремонтных работ с расценками и нормативными объемами выполнения каждой работы для всех видов ремонтов, входящих в цикл; организация проведения ППР (стратегия), опирающаяся на систему нормативов, и включающая методы распределения фактически выделенных средств между ремонтируемыми объектами (зданиями, системами инженерного оборудования и т.д.); тактика проведения ППР, представляющая из себя методы определения фактического перечня ремонтируемого оборудования (своего для каждого объекта), а также видов и фактических объемов работ, с учетом тех средств, которые выделены для каждого объекта при распределении ресурсов.

Верхнее звено системы ППР (нормативы) в настоящее время можно считать в достаточной степени сложившимся. Вопросы тактики могут быть эффективно решены только при рациональном распределении средств, выделенных на ППР - в противном случае даже лучшие тактические решения не дадут нужного эффекта. Таким образом, центральным вопросом создания рациональной системы ППР зданий является в настоящее время вопрос организации проведения ППР, так как практически организационные решения по планированию ППР зданий в настоящее время не имеют научного обоснования и неизбежно субъективны. В то же время, именно это звено системы ППР нуждается в оптимизации, так как именно при распределении фактически выделенных ресурсов, появляется возможность экономии без привлечения дополнительных средств.

Все, сказанное выше относительно зданий в целом, в еще большей степени относится к эксплуатации важного элемента зданий - сложных систем теплотехнического оборудования (ТТО), к которым относятся центральные тепловые пункты (ДТП), индивидуальные тепловые пункты (ИТП), элеваторные узлы и др. Для этих систем правильная, научно обоснованная организация ППР приводит, кроме того, к снижению потерь тепла, а следовательно, к более рациональному использованию топливно*-энергетических ресурсов. Система нормативов для этих объектов [25, 31, 32, 50] в настоящее время достаточно проверена практикой. Планирование ремонтов систем ТТО ведется самостоятельно, так как в крупных городах страны имеются или создаются организации, эксплуатирующие эти системы. Поэтому для сложных систем ТТО зданий может и должна быть поставлена задача разработки и внедрения стратегии планово-предупредительных ремонтов, которая, учитывая реальные экономические ограничения, позволила бы обеспечить максимальную надежность их функционирования, т.е. использовать имеющиеся ресурсы с максимальной эффективностью.

Внедрение такой стратегии позволит: с максимальной отдачей использовать имеющиеся материальные и трудовые ресурсы путем их рационального распределения; повысить комфортность проживания в домах, снизив количество и длительность простоев оборудования систем ТТО; уменьшить непроизводительные потери тепла за счет улучшения эксплуатационных режимов работы оборудования этих систем.

Особая актуальность исследования указанных вопросов подтверждается Постановлением Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР от 30 июня 1981 г. № 612, в котором сформулирована задача более полного и эффективного использования имеющихся ресурсов при проектировании и эксплуатации систем, связанных с отпуском тепла населению.

Работа имеет целью создание научно обоснованных и практически применимых методов, позволяющих совершенствовать организацию эксплуатации сложных систем ТТО зданий, обеспечивая при имеющихся ограничениях материальных и ззрудовых ресурсов максимальную надежность этих систем.

В диссертации разработана методика организации капитальных ремонтов сложных систем ТТО зданий, ориентированная на комплексный учет надежностных требований к этим объектам и экономических ограничений. При этом минимизируется средний ожидаемый ущерб от их отказов, т.е. при имеющихся материальных и трудовых ресурсах появляется возможность достигнуть максимально возможной надежности теплоснабжения подключенных зданий. Для решения этой задачи были статистически исследованы надежностные свойства элементов сложных систем ТТО, изучен закон их старения, и разработан метод расчета скорости старения элементов. Были построены математическая и имитационная надежностные модели систем ТТО. Разработан метод оценки ожидаемого ущерба от отказов этих систем и исследована зависимость ущерба от объемов и сроков проведения ремонтов. Использование разработанных методов позволило свести задачу поиска оптимальной организации ППР к задаче выпуклого программирования и получить ее приближенное решение (оптимальную стратегию ППР).

Применение разработанной методики позволяет принимать оптимальные организационно-технические решения при планировании ремонтов систем ТТО в больших городах. При этом достигается снижение не-доотпуска тепла населению из-за простоев систем ТТО и уменьшаются непроизводительные потери тепла только путем рациональной организации ремонтных работ. Основные результаты работы, такие как метод расчета скорости старения элементов, метод оценки ожидаемого ущерба от отказов и др., могут быть также использованы при решении аналогичных задач для самих зданий и других, входящих в них систем, например, лифтов. Наконец, стареющая модель системы может быть использована для определения текущего состояния системы при обосновании тактики замен элементов, т.е. для объективного составления смет на ремонт.

На защиту выносятся: результаты исследования процесса старения элементов сложных систем ТТО зданий и метод оценки параметров старения по эксплуатационным данным об отказах; стареющая модель сложной системы ТТО и метод вычисления среднего ожидаемого времени простоя с использованием этой модели; метод расчета среднего ожидаемого ущерба от отказов сложных систем ТТО и результаты исследования зависимости ущерба от объема и срока проведения ремонта; методика определения объемов и сроков проведения капитальных ремонтов сложных систем ТТО зданий, обеспечивающая максимальную надежность функционирования этих систем с учетом имеющихся ограничений (оптимальная стратегия ППР).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Показано, что одним из важных путей повышения эффективности использования материальных и трудовых ресурсов при эксплуатации жилых и коммунальных зданий и их инженерного оборудования является оптимизация организации планово-предупредительных ремонтов сложных систем теплотехнического оборудования зданий.

2. Проведено сравнение существующих методов организации (стратегии) ППР систем ТТО с теоретическими моделями стратегий и сформулирована задача построения оптимальной стратегии ППР для этих систем.

3. Установлено, что элементы ТТО зданий в процессе эксплуатации стареют по закону Вейбулла второго порядка, и на этой основе разработан метод оценки скорости старения элементов с использованием обычной эксплуатационной статистики отказов, без проведения стендовых испытаний.

4. Составлены математическая (для стационарного случая) и имитационная (для нестационарного случая) модели сложных систем ТТО, которые позволили при анализе надежности этих систем отказаться от предположения о простейшем (пуассоновском) потоке отказов элементов и исследовать поведение системы с учетом старения. С помощью разработанных моделей вычислен важный надежностный показатель - среднее время простоя системы из-за отказов для стационарного и нестационарного случаев.

5. Разработан и обоснован косвенный метод оценки ожидаемого ущерба от отказов систем ТТО зданий и показано, что ущерб может служить характеристикой эффективности стратегии ППР, так как в нем сочетаются надежностные и организационно-экономические факторы, влияющие на результаты ремонта.

6. Исследована зависимость ожидаемого ущерба от объемов и сроков проведения ремонтов и показано, что использование этого показателя в качестве критерия эффективности стратегии ППР сводит отыскание оптимальной организации ППР к решению задачи выпуклого программирования с линейными ограничениями на объем ремонтов и с ограничениями типа календарного планирования на сроки проведения ремонтов.

7. Разработана методика оптимизации организационных решений при планировании ремонтов сложных систем ТТО (оптимальная стратегия ремонтов) на основе приближенного решения указанной выпуклой задачи'.

8., Показано, что разработанные методы могут применяться не только для систем ТТО, но и для самих зданий и для других систем оборудования зданий в том случае, если известны законы старения элементов и имеется представительная эксплуатационная статистика отказов.

9. Разработанные методы проверены на примере работы одной бригады объединения "Мосинжремонт", которая обслуживает 20 ЦТП Ленинградского района г.Москвы, и показано, что в результате оптимизации ущерб от отказов ЦТП снижается не менее, чем на Ъ% в год.

10* Показано, что внедрение оптимальной стратегии ППР систем ТТО в больших городах требует применения ЭВМ и разработана функциональная структура автоматизированной системы планирования ремонтов, реализующая эту стратегию.

II. Разработанные методы внедрены в следующих организациях: в городском специализированном объединении "Мосинжремонт" созданы технический и рабочий проекты автоматизированной системы планирования ремонтов ЦТП г.Москвы; система находится в опытной эксплуатации;

Министерством жилищно-коммунального хозяйства РСФСР утверждены "Временные рекомендации по управлению технической эксплуатацией тепловых пунктов систем теплоснабжения"',разрабо-танные АКХ им.К.Д.Памфилова на основе результатовпомещенных в диссертацииу в ПКБ ACJ г.Свердловска разработанные методы будут использованы в проектах подсистем "Техническая эксплуатация основных фондов" систем организации управления теплоснабжением г.г.Свердловска' и Челябинска;.

1. Барздел Е.В. Фогельсон Ю.Б. Справочно-информационный фонд "Тепловые пункты". В кн.:Автоматизация управления городом: Тез. докладов семинара. М., 1979, с. 90 - 93.

2. Барзилович Е.Ю. Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М.: Сов. радио, 1971. -271 е., с черт.

3. Барлоу Р. Прошан Ф. Математическая теория надежности. М.:. Сов. радио, 1969. - 488 е., с черт.

4. Бирман И.Я. Оптимальное программирование. М.: Экономика, 1968. - 232 е., с граф.

5. Богуславский Л.Д. Экономика теплогазоснабжения и вентиляции: Учеб. для вузов по спец. "Теплогазоснабжение и вентиляция". -2-е изд. перераб. и доп. М. - М.: Стройиздат, 1977. - 280 е., ил.

6. Виноградов Ю.И. Векштейн Л.М. Соболь И.Д. Промышленное теп- ' лоснабжение. Киев: Техника, 1975. - 255 е., ил.

7. Витальев В.П. Сельдин Н.Н. Эксплуатационная надежность оборудования тепловых пунктов. Водоснабжение и санитарная техника, 1980, № 5, с. 14 - 16.

8. Громов Н.К. Основные мероприятия по повышению надежности действующих тепловых сетей. В кн.-.Повышение эффективности И надежности теплоснабжения и вентиляции: Научные труды АКХ им. К.Д.Памфилова. Вып. 148. М., 1977, с.З - 12.

9. Громов Н.К. Абонентские устройства водяных тепловых сетей: Проектирование и эксплуатация. 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Энергия, 1979. - 248 е., ил.

10. Громова Н.Н. Состояние и пути улучшения эксплуатации тепловых пунктов. В кн.: Повышение эффективности и надежности теплоснабжения и вентиляции: Научные труды АКХ им. К.Д.Памфилова. Вып. 148. М., 1977, с. 43 51.

11. Дженкинс Г. Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения: Вып. I. М.: Мир, 1971. - 316 е., с черт.

12. Каганович Б.М. Сеннова Б.В. Методика оценки надежности при анализе оптимальных проектных вариантов развития теплофикационных систем. В кн.: Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып. 3. Иркутск, 1975, с. 84 - 89.

13. Капур К. Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. -М.: Мир, 1980. 604 с. ил.

14. Карлинская М.И. Фогельсон Ю.Б. Методы планирования капитальных ремонтов тепловых пунктов на основе единой информационной базы. В кн.: Совершенствование методов создания АСУ жилищно-коммунальным хозяйством. М., 1982, с. 47,- 53.

15. Ковылянский Я.А. Проектирование тепловых сетей при помощи ЭВМ с учетом надежности. Труды Теплоэлектропроекта, 1972, вып.12, с. 43 - 48.

16. Кокс Д.Р. Смит BJI. Теория восстановления. М.: Сов. радио, 1967. - 299 е., с черт.

17. Козлов Б.А. Ушаков И.А. Справячник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. Изд. перераб. и расшир. - М.: Сов.радио, 1975. - 471 е., с черт.

18. Крамер Г. Математические методы статистики. 2-е изд. стереотип. - М.: Мир, 1975. - 648 е., ил.

19. Лейцина К.Б. Снижение потерь в народном хозяйстве важный резерв повышения эффективности. - М.: Наука, 1980. - 135 с.

20. Материалы ХХ1У съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981. - 223 с.

21. Методические рекомендации по проектированию комплекса задач "Управление технической эксплуатацией тепловых пунктов". -М.: ОНТИ АКХ, 1982. 205 с.

22. Методические указания по определению эксплуатационных показателей тепловых пунктов в закрытых системах теплоснабжения. -М.: ОНТИ АКХ, 1977. 28 с.

23. Об улучшении организации теплоснабжения городов и других населенных пунктов: Постановление Совета Министров РСФСР163 от 17 февраля 1866 г. Собрание постановлений Правительства РСФСР, 1966, № 5, с. 85 - 87.

24. Подколзин В.В. Фогельсон Ю.Б. Планирование ремонтов тепловых пунктов в АСУ "Мосинжремонт". В кн.: Прогрессивные методы и формы эксплуатации теплового хозяйства города: Материалысеминара. М., 1981, с. 95-102.

25. Половко A.M. Гурович Б.И. Метод расчета надежности восстанавливаемых устройств. Изв. АН СССР. Техн. кибернетика, 1971, № 4, с. 78 - 83.

26. Положение о планово-предупредительном ремонте и наладке инженерных систем и оборудования тепловых пунктов, элеваторных узлов, водоподкачек /Утв. решением Исполкома Моссовета1296 от 5 мая 1980 г. М.: Б.И., 1980. - 6 с.

27. Порывай Г.А. Совершенствование эксплуатационных процессов. -Городское хозяйство Москвы, 1981, № 2. с. 17 18.

28. Решения бюро секции кибернетики и математического моделирования научного совета по комплексным проблемам энергетики АН СССР. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1969, № 4,с. 158 160.

29. Решин. JI.E. Николаев В.Б. Принципы организации телеконтроля за работой систем инженерного оборудования жилых домов. В кн.: Прогрессивные методы и формы эксплуатации теплового хозяйства города: Материалы семинара. М., 1981, с. 107 - 114.

30. Решин Л.Е. Порывай Г.А. Районные диспетчерксие службы в жилищном хозяйстве Москвы.- М.:Стройиздат, 1981. 107 с, ил.

31. Светлов К.С. Братенков А.Н. Показатели надежности тепловых сетей. В кн.: Повышение эффективности и надежности теплоснабжения и вентиляции: Научные труды АКХ им. К.Д. Памфилова. Вып. 148. М., 1977, с. 35 - 42.

32. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. 3-е изд. доп. -М.: Наука, 1978. - 62 е., ил.

33. Соколов В.Б. Основные направления совершенствования эксплуатации и ремонта инженерных систем теплового хозяйства города. В кн.: Прогрессивные методы и формы эксплуатации теплового хозяйства города: Материалы семинара. М., 1981,с. 19 25.

34. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами /Под ред. М.Абрамовитц и И.Стиган.-М.: Наука, 1979, 820 е., ил.

35. Стражников A.M. Совершенствование методов организации технической эксплуатации жилых зданий на базе объединенных диспетчерских служб. Дисс. . канд. техн. наук. - М., 1980, -208 с.

36. Строительные нормы и правила (СНиП) П-Г. 8-62. Горячее водоснабжение. М.: Госстройиздат, 1963. - 12 с.

37. Ушаков И.А. 0 вычислении среднего стационарного времени пребывания полумарковского процесса в подмножестве состояний. -Изв. АН СССР. Техн. кибернетика, 1969, № 4, с. 62 65.

38. Федосеенко Р.Я. Перспективное планирование ремонтов и надежности сетевого оборудования и линий электропередач. В кн.: Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып. 21. Иркутск, 1980, с. 46 - 54.

39. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. -2-е изд. стереотип. М.: Мир, 1967, т.2, - 752 с, с черт.

40. Фогельсон Ю.Б. Повышение эффективности эксплуатации инженерных систем в условиях АСУ. В кн.Экономика планирования и расчеты в жилищном хозяйстве: Материалы семинара. М., 1978, с. 86 - 93.

41. Фогельсон Ю.Б. Распределение средств на ремонт тепловых пунктов в условиях большого города. В кн.: Проблемы управлениябольшим городом:Тез.докладов семинара.М.,1980,с.54 55.

42. Фогельсон Ю.Б. Организация планирования капитальных ремонтов теплотехнического оборудования жилых зданий. В кн.Совершенствование управления жилищным хозяйством в условиях функционирования АСУ ЖХ:Материалы семинара.М.,1982,с.129 - 134.

43. Фогельсон Ю.Б. Сокращение перебора при построении разделяющих признаков. В кн.:0писание и распознавание объектов в системах искусственного интеллекта. - М.:Наука,1980.

44. Хасилев В.Я. и др. Эффективность нагруженного резервирования в тепловых сетях. Теплоэнергетика,1974,№ 7,с.66 - 71.

45. Хасилев В.Я. Такайшвили М.К. Об основах методики расчёта надёжности и резервирования тепловых сетей. Теплоэнергетика, 1972,№ 4,с.14 - 19.

46. Barlow R, Proschan P. Mathematical Theory of Reliability:Probabilistic Models. New York:John Wiley & Sons Inc.,1975. - 265 p.

47. Iamberson L.R. An Avaluation and Comparison of Some Tests for The Validity of Assumption that Underlying Distribution of Life is Exponential. А ГШ Transactions,1974,v.6,N 12,p.327 - 337.

48. Mann N.R. Estimators and BXeet Confidence Bounds for Weibull Rtrameters В ased on a Pew Ordered Observations, Technometries, 1970,v.32,N 2,; , . j p.103 - 132.

49. Mann N.R. Best Linear Invariant Estimation for Weibull E&rameters under Progressive Censoring. Technometrics,I97I,v.X3,N 3,p.2I5 - 230.

50. Maejima M. A Note on Renewal Reward Process. Keio Engineering reports, - I973,v.26,N 8,p.85 - 89.о

51. Smirnoff N. Sur la distribution de w . Comptes Rendus de l'Academie des Sciences.Paris,1936,N 202,p.449 - 458.

52. Tin Htun L. Reliability Prediction Techniques for Complex Systems. -IEEE Transactions,1966,v.R-I5,N 2,p.58 69.