автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка методики управления структурой эксплуатируемого оборудования для повышения эффективности электроремонта

о ОЛ ц &ЕК

На правах рукописи

РИСБЕРГ Юрий Рафаилович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОРЕМОНТА

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена на кафедре Электроснабжения промышленных предприятий Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель

- кандидат технических наук, доцент ЦЫРУК С.А.

Официальные оппоненты

• доктор технических наук, профессор КУВАЛДИН А.Б.

• кандидат технических наук, БАРЫШНИКОВ О.П.

Ведущее предприятие

Акционерное общество «Воскресенские Минеральные удобрения»

Защита состоится /Д 1999 г. в /Г " час. в аудито-

рии М-214 на заседании диссертационного Совета К 053.16.06 Московского энергетического института (Технического университета) по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 13.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ). Антореферат разослан " -/О" с\/}1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета К 053.16.06

кандидат технических наук, доцент АнчароваТ. В.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Актуальность темы. Химическая промышленность является одной из важнейших отраслей экономики России, в основе которой лежат не только технологические, но также крупные энергетические комплексы и системы, нормальное функционирование которых без научно-обоснованного подхода к созданию, обеспечению функционирования и развития электроремонта. В химической промышленности эксплуатируется более 20 тысяч силовых трансформаторов, свыше 1 млн. электрических двигателей, около 300 тысяч электроаппаратов (в том числе электролизеры, электроплавильные печи и т.п.). Около 20% общего числа электродвигателей составляют двигатели взрывозащищенного исполнения, большая доля приходится на двигатели иностранных фирм. Как показывает статистика годовые затраты па ремонт и обслуживание электрической машины и среднем и 2,5 3 раза меньше стоимости приобретения нового электродвигателя, однако, очевидно, что за срок эксплуатации 15-20 лет суммарные затраты на ремонт и обслуживание в несколько раз превышает первоначальную стоимость электродвигателя. И лих условиях очевидно, что необходимо использование и повышение эффективности самых разнообразных форм организации ремонта элеюрооборудова-

11ИЯ.

1) условиях низкой эффективности электроремонтного производства актуальны вопросы анализа разнообразия парка установленных и ремонтируемых электродвигателей с целью формирования оптимальных ремонтных потоков и определение оптимальных объемов децентрализованного и централизованного ремонта электрических машин, что позволит также определить наиболее выгодные показатели ТО и Р.

Нелыо работы является создание системы электроремонта в рамках химического предприятия, позволяющей минимизировать затраты на ремонт и обслуживание за счет унификации электрооборудования.

В соответствии с поставленной целью решены следующие задачи:

Проведен структурный анализ ремонтируемых электрических машин по электрохозяйству химического предприятия;

Выявлены особенности видового разнообразия электродвигателей основных и вспомогательных цехов;

Определены параметры потоков ремонтируемых электродвигателей по отделениям и участкам электорсмонгного цеха;

Предложен алгоритм оптимизации графика ремонтов на основе показателя снижения трудоемкости и с учетом критериев унификации;

Обоснованы рациональные структура и объемы электроремонта на основе параметров видового разнообразия;

Создана информационная база данных по установленному и отремонтированному электрооборудованию;

Разработана методика определения оптимальной производительности электроремонтного цеха на основе теории массового обслуживания.

Методы исследований опирались на положения теории множеств, теории систем, теории вероятностей, теории случайных функций, теории математической статистики. Теоретические исследования сопровождались разработкой математических моделей, в том числе разработанных в программных средствах на ЭВМ.

Выводы и предложения основываются на анализе Солее 400 выборок электротехнического оборудования структурных подразделений химического предприятия.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. 11оказано, что перечень определяющих критериев эффективности ремонта может быть расширен за счет комплексного использования электрических и экономических показателей;

2. Доказана возможность использования в качестве дополнительного признака вида удельной трудоемкости ремонта;

3. Предложена классификация множеств электродвигателей цехов по степени оптимальности их структуры;

4. Обоснована возможность использования признака вида - удельная трудоемкость ремонта для управления структурой множества установленного оборудования;

5. Разработаны модели систем массового обслуживания применительно к участкам и отделениям ЭРУ Новомосковской акционерной компании "Азот".

6. Предложен метод оценки внутрицехового электроремонта с помощью основных и дополнительных критериев эффективности.

Практическая ценность и реализация полученных результатов заключается в возможности использования полученных моделей, методик в службах главного энергетика промышленных предприятий. Замена профессионально-логических методов принятия решений в условиях неполноты статической информации формализованными математическими процедурами позволяет повысить качество проектных и плановых решений по совершенствованию электроремонта. Более высокая достоверность полученных при этом результатов позволяет проводить более обоснованное финансирование ремонтов электрооборудования. Заложены основы для создания системы учета в рамках предприятия за обслуживанием и электроремонтом оборудования.

Апробация работы. Материал диссертации в целом и отдельные ее положения докладывались автором и обсуждались на научно-технической конференции «Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование» г. Новомосковск, 1996 г., 19 сессии семинара Академии наук России «Кибернетика электрических систем», г. Новочеркасск, 1997 г., XV международной межвузовской школе-семинаре «Методы и средства технической диагностики» г. Йошкар-Ола, 1998 г., на научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий Московского энергетического института.

Публикация. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 5 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 56 страницах и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 100 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и формулируются цели работы.

В первой главе приведены проблемы организации обслуживания и ремонта электрооборудования, рассмотрено состояние электроремонта на современных отечественных и зарубежных предприятиях. Показано что при правильной организации обслуживания и ремонта можно получить эффект

(>

но сравнению с предупредиIельными заменами оборудования. Статистика по электроремонту в Новомосковском ЛК «Лют» показывает что, денежные затраты на замену вышедших из строя электродвигателей в 2,5 - 3 раза превышают затраты на ремонт такого же количества электрических двигателей.

Приведены параметры системы электроремонта на основе статистики по установленным и ремонтируемым электрическим машинам.

И существующих системах ПНР применяются жесткие нормативы периодичности ТО и Р, не учитывающие особенности видового разнообразия электрооборудования, что приводит к неоправданным дополнительным материальным, финансовым и трудовым затратам. Большое значение для снижения затрат на ремонт имеет выбор оптимального соотношения между объемами внутрицехового децентрализованного и внутризаводского централизованного ремонтов. В этой связи для определения периодичности и объемов ТО и Р электрических машин электрослужбами технологических цехов необходимо применение статистических методов исследования структуры потоков электрических машин и методов управления структурой множества установленных электродвигателей с целью формирования ремонтных потоков.

Изменение во времени основных показателей функционирования электрохозяйства определяет необходимость повторения процесса обновления при получении новых данных. Поэтому в банке данных необходимо хранить информацию о предыстории изменений показателей за ряд лет.

В главе проведен анализ статистики по аварийности основного электрооборудования в том числе электродвигателей на примере Новомосковской Акционерной компании «Азот», в технологических цехах которой установлено около 15000 двигателей, причем более 1000 двигателей ежегодно ремонтируется в электроремонтном цехе.

Важным вопросом является разработка дополнительных критериев эффективности, позволяющих дать количественную оценку состояния ремонта в каждом структурном подразделении (цехе, производстве), то есть по территориальному признаку.

В главе проведен анализ функционирования отраслевых систем электроремонтного производства, выделены основные проблемы развития межведомственных ремонтных предприятий. Концепция региональной системы электроремонтных предприятий должна основываться на объективных структурных закономерностях множества эксплуатируемого на предприятиях электрооборудования и подкрепляется соответствующей материалыюй базой.

Вторая глава посвящена разработке и анализу математических моделей электроремонта на основе теории массового обслуживания, а также применение моделей на основе Н - распределения для планирования ремонтных мероприятий. Была использована методика сбора и обработки системной информации, которая содержит семь основных этапов статистического исследования зависимостей: постановочный, информационный, этап корреляционного анализа, этап определения класса допустимых решений (выбор вида математической модели), этап мультикллиниарности, оценочный этап, этап анализа точности полученных уравнений связи.

Оценка эффективности функционирования электроремонтного цеха в целом и его отделений, в частности возможно с помощью применения традиционных методов расчета трудоемкости в соответствии с ведомостью распределения трудозатрат по видам работ для принятых технологических схем ремонта. Однако полученная таким образом статистическая модель не дает возможности установить зависимость между характером поступающих в ремонт различных типоразмеров электродвигателей, производительностью отдельного рабочего места, число единиц установленного электрооборудования и эффективностью обслуживания. В итоге и точность оценки эффективности получается невысокой. Отсутствие хорошо разработанных методов оценки эффективности работы электроремонтных цехов приводит в конечном итоге к снижению объемов централизованного ремонта.

Применение моделей систем массового обслуживания позволяет определить среднее число занятых (М,) и свободных от обслуживания (Мо) рабочих мест; вероятность отказа в обслуживании (Рот,); среднее число электродвигателей, находящихся в ремонте и т. д. Задача исследования системы массового обслуживания сводится к необходимости определения оптимального потока ремонтируемого оборудования для обеспечения необходимого качества обслуживания. Задача ставится следующим образом: при известных параметрах потока электрооборудовании, поступающего в ремонт, дать анализ ее функционирования.

Система массового обслуживания характеризуется структурой, которая определяется составом и функциональными связями и состоит в общем случае из следующих элементов: входящего потока требований (поток ремонтируемого электрооборудования), приборов (каналов) обслуживания, и выходящего потока требований.

Рассматриваемый входящий поток требований считается простейшим (или стационарным Пуассоновым), в котором вероятность поступления в промежуток времени I равно к требований задается формулой Пуассона:

Р|Д0=-*е~ ', где X > 0 - плотность потока требований (параметр по-

к!

тока).

Для практического применения теории массового обслуживания были составлены схемы системы массового обслуживания применительно к отделениям электроремонтного цеха. В целом, применительно к электроремонтному цеху химического завода система массового обслуживания характеризуется как многофазная, многоканальная смешанного типа из разнотипных приборов, которые начинают обслуживание в порядке их освобождения, и в которую поступает неограниченный поток требований, обслуживаемый в порядке очередности поступления с приоритетом части требований.

При рассмотрении схемы системы массового обслуживания ЭРУ было показано, что наряду с многочисленными системами имеют место однока-нальные многофазные системы (пропиточно-сушильное отделение), а также системы с групповым поступлением требований.

Для определения показателей эффективности обслуживания системы проектами, но достаточно точными методами, она была сведена к частным, более простым системам. Даже для частной системы находятся показатели эффективности по выражениям:

1 X

де р = — приведенная плотность потока

1+1рк+рпЁгрт * ' 1,1 „I

к! п! „_Лп

5=1

требовании.

Рк к!

Ь к! п! £1.1

где 5 - число требований находящихся в

очереди и т.д.

После расчета показателей эффективности было определено оптимальное количество оборудованных рабочих мест, размеры отделений и участков ЭРУ.

Во второй части этой главы производилось исследование закона распределения установленных и ремонтируемых централизованно электрических двигателей. Значение этого закона позволяет: во-первых, найти параметры входящего потока требований (необходимого элемента системы массового обслуживания); во-вторых, точнее рассчитать ожидаемую трудоемкость ремонтных работ для правильного распределения ресурсов; в-третьих, наметить мероприятия по упорядочению графиков ремонтов с целью снижения трудозатрат; в-четвертых, более точно определить объемы централизованного ремонта; в-пятых, закончить основы для управления видовым составом ремонтируемых электродвигателей; в-шестых, решить вопрос о размере и номенклатуре обменного фонда электрических машин.

Было предложено ввести дополнительный видообразующий признак -среднегодовая трудоемкость ремонт электродвигатель данного типоразмера (мощность, число оборотов, марка). Переход к систематизации электродвигателей с учетом различия в трудоемкости их ремонта позволил снизить видовое разнообразие тат как основным видообразующим параметром стал показатель уровня затрат на ремонт и обслуживание. Таким образом, была принята следующая схема отбора: (трудоемкость ремонта —► мощность —► число оборотов —► марки). Полученная таким образом новая совокупность видов приобретает не только новые количественные, но и качественные характери-егики. Построенные для такой совокупности ранговые и видовые распределения лучше описываются известными математическими зависимостями: так, например, для ранговых распределений хорошо подходит выражение Д. Мандельброта:

к к

Р,= 7-—, ¡=1,2,..., или распределение Парето Р, =--—- +а,

(в+0т (В+0Т

1 = 1,2,... . Ранговые распределения совокупностей, полученных с учетом дополнительного видообразующего признака, имеют более короткие «хвосты», чем обычные распределения совокупностей по типоразмерам.

Вычислены параметры моделей зависимостей суммарной трудоемкости ремонтов электродвигателей от номера ранга на примере ряда цехов.

Использование в качестве дополнительного признака вида - трудоемкость ремонта позволяет расширить возможности формирования ремонтных партий, поступающих в электроремонтный цех. Известно, что в случае организации ремонта партиями справедливо выражение: Т(1) = Тср*Г^ , где Тф -трудоемкость обслуживания электродвигателя средне мощности с учетом

процентного содержания на предприятиях электрических двигаюлей различных категорий сложности, чел.-час, 1 - численность партии, р - коэффициент характеризующий возможную интенсивность технологического процес-са(принимается экспертно в зависимости от степени ремонтного производства: Р =0,01 -5-0,4). С учетом снижения трудоемкости в каждой касте видового распределения, суммарная трудоемкость совокупности электродвигателей определяется по формуле: к

Тс=Тср-™0-£х-'Ч\ где и а - параметры видового Н-

распределения или в ранговой форме: Тс = Х^ч* ••г'"'1 • Показано, что

IV Г^р зависят не только от р и а, а также от параметра Я, который характе-ришрусч размер ценоза (К \1н I , и чнслсшюсм. выборки). Огмсчсно, чго и результате перераспределения видов внуфи ценоза по принципу выделения нового признака - трудоемкость ремонта имел место эффект снижения трудоемкости.

Таблица 1

Зависимость Т/Гср от параметров видового Н-распределения установленных электродвигателей и показателя р

11сч (шифр) ! 1ок;гц|ТСЛИ 203 204 205 210 253 402 937 940 947

Т/Гт Р-0 05 164.8 162.5 297.8 265.2 124.5 122.8 248 3 242.2 144.7 142.1 488.9 473.7 158.7 149.3 66.3 63.5 517,1 508.7

(1-0.1 156.9 149.8 284 245.2 116.6 114 4 2Ш 223.6 135.9 132.5 456.2 433.9 151 138.2 63 3 58.8 499.1 472.5

3-0.15 149.3 138.3 272 2 227.7 109.4 106.7 221 207.2 12Т? 123.7 429.4 398.6 143.7 128.5 60.5 54.6 487.9 439.9

13.8 13.8 20.2 20.2 13.5 13.5 15.9 15.9 13.6 13.6 20.7 20.7 Ш 13.9 Ш 8.7 21 21

у = 1 + а 1.83 0.96 1.75 1.02 0.98 0.625 1.17 0.86 1.29 0.9 1.72 1.1 1.42 0.89 1.79 0.92 1А 0.83

Ту а 00276 0.0694 0.0412 0.0662 0.0573 0.0662 0.0465 0.0675 0.0552 0.0609 0.0575 0.0735 00451 0.0653 0.0424 0.0655 0.0276 0.0632

Значения Тс/Тср, приведенные в таблице 1, свидетельствуют о том, что это отношение практически линейно зависит от величины р при неизменных Я и у(а). При малых значениях Я влияние а и р на изменение Т/Г^, примерно одинаково, при а < 0 влияние Р на изменение системного трудоемкости становится более существенным, чем влияние от изменения а. В области больших значений Я появляется некоторая линия перегиба плоскости, когда процесс увеличения разнообразия начинает играть большую роль, чем совершенствование технологии элекгроремонтного производтва. Таким образом, эффект от управления структурой множества может быть увеличен за счет ограничения диапазона управления в определенных пределах или за счет увеличения размеров выборок.

Управление структурой множества установленных электродвигателей наиболее эффективно при больших значениях К и при изменении ае[0;1]. На практике это означает, что для цехов предприятия, объединенных общими технологическими и территориальными рамками целесообразно использовать совместное планирование ремонтов электрооборудования, увеличивая тем самым размеры выборок. Указанные положения могут быть проиллюстрированы на диаграмме изменения системного показателя трудоемкости ремонта электродвигателей при управлении структурами выборок ряда технологических цехов, которая приведена ниже.

21

Рис. I. Диаграмма изменения системного показателя трудоемкости ремонта электродвигателей при управлении структурой множества

Исследование показало, что наилучшим образом описывают структуру видового разнообразия установленных и ремонтируемых электродвигателей математические модели на основе Н-распредсления. Варирование понятия «вид» позволяет расширить область применения основных теоретических положений об управлении структурой множества ремонтируемого.

Третья глава посвящена системному анализу множества эксплуатируемых электрических машин, выявлению особенностей видового распределения электрооборудования основных и вспомогательных цехов, а также определению параметров систем массового обслуживания и оценки показателей эффективности отделений и участков электроремонтного цеха.

Для нахождения закона распределения видов ремонтируемых электродвигателей использованы статистические данные по НАК «Азот» за 19911997 гг., когда ежегодно в среднем было отремонтировано 1060 электродвигателей. Вся совокупность ежегодно ремонтируемых электродвигателей была разбита на 16 условных групп в порядке возрастания мощности, каждая из этих групп в свою очередь была разбита на три подгруппы в зависимости от частоты вращения вала двигателя, подсчитаны основные частоты, попадания П1

видов в ремонт: иг, = .

Для проверки соответствия распределения за месяц, за два, за квартал годовому распределению поступающих в ремонт электродвигателей был ис-

- 2 л 2 (п. ~птГ

пользован критерии у Пирсона в виде: х = -> где пт- математи-

пт

ческое ожидание числа типоразмеров в группе при пуассоновском распределении. Выборка за квартал с вероятностью не менее 0,98 оказалась распределенной по закону годового распределения. Таким образом, с достаточной для практики точностью закон распределения типоразмеров ремонтируемых электродвигателей может быть найден на основании статистических данных за три месяца, причем точность его воспроизведения может быть повышена, если конкретизировать понятие вида по отличию в угловой скорости вращения двигателя.

Использовать статистику по трудоемкостям текущего и капитального ремонтов электродвигателей за 1997 год получили годовые распределения трудозатрат по ремонту потокам, а затем были найдены относительные час-

тоты проведения ремонтов с данной трудоемкостью. Расчеты показали, что закон распределения групп, трудоемкость которых находится в заданных пределах, достаточно точно описывает формула Эрланга:

Ф^ьИ-е^'при^О

Ч\(0 = О "Ри I > 0, где Г(к) — гамма функция.

Квартальные распределения трудоемкостей с точностью 0,95 соответствует годовому (х2 — 4,78). Задавая параметру I необходимое значение (например, среднее значение трудоемкости в данном интервале) можно получить вероятность, а затем годовые частоты попадания групп в ремонт. Этот прогноз можно использовать-для определения необходимого количества основных материалов и эмаль провода.

В определенной степени об особенностях разнообразия установленного в цехах электрооборудования можно судить по параметрам и форме кривых видового и рангового распределений.

5

цехи цехи

Рис.2. Классификация цехов НАК "Азот" но оптимальности параметров видового разнообразия при управлении структурой множества электродвигателей

. Для вспомогательных цехов, содержащих в основном станочное оборудование, параметр а принимает значения от 0,8 до 1,7, в то время как для большинства основных цехов значения а лежат в пределах 0,2 + 0,9. Кривые видового распределения, описывающие состояние «норма», как правило, имеют гладкую форму и высокую крутизну; наоборот кривые описывающие состояние структуры «ниже нормы», имеют четко выраженные перегибы и малую крутизну.

Таким образом, оценка эффективности планирования и проведения мероприятий по управлению структурой множества установленного электрооборудования может быть проведена на основе индивидуального анализа параметров видового разнообразия -для каждого структурного подразделения завода, отдельно дня основных и вспомогательных цехов.

Во второй части третьей главы были вычислены параметры входящих потоков электродвигателей для отделений и участков электроремонтного цеха, и дана оценка эффективности обслуживающих устройств электроремонтного цеха, свидетельствующая о низком (0,4-0,5) коэффициенте загрузки ремонтного оборудования отделений и участков и одновременно значительной величины очереди на складе ремонтного фонда, определяемой неритмичным поступлением изделий в ремонт по причине отсутствия управления ремонтными потоками.

Показатели эффективности слесарно-механического отделения были найдены по формулам Эрланга для каждой из двух стадий (стадия разборки и стадия сборки). Аналогично найдены показатели эффективности для изоляционно-обмоточного отделения, которое является наиболее загруженным: коэффициент загрузки К3=0,473. Показатели эффективности пропиточно-сушильного отделения получены при помощи рекурентных зависимостей:

-X* Ро+Ц *Р}=0; -(Х + ц)-Р, +2-Ц-Р2 = 0

-[А. + т • ц]- Рт + (т +-Рш+, +Х-Рп=0 и т.д.

Коэффициент загрузки печи составляет К, 0,277. Определены коэффициенты загрузка отделений цеха для случая увеличенного в 2 раза (аварийного) потока поступающих двигателей. В этих случаях не наступает чрезмерной перегрузки ремонтного оборудования (К^р= 0,91).

Таким образом, существующие мощности электроремонтного цеха 1 ¡АК «Азот» позволяют обеспечить вдвое большие объемы ремонта электродвигателей, дав возможность электроперсоналу технических цехов увеличить объемы технологического обслуживания.

В четвертой главе на базе устойчивости видовой структуры множества эксплуатируемых электрических машин созданы методы управления этой структурой на основе системного показателя снижения трудоемкости ремонта.

Показано, чтобы наибольшего эффекта управления можно достичь при

I 1

соблюдении условия: игм,1+а, = м» 1ю2 . При этом эффект может быть най-

^ ли-лиИ1

ден из выражения: ^ --—-,

( I «| ^ ^ (

где Д11 = —уу,,,!*., -1 -------"-- [ -I .где а,, а2, Wo. - па-

1-аД ; 1-аД )

раметры видового Н-распределения.

Предложен метод гибкого планирования сроков ремонтов, учитывающий потенциальную возможность ущерба из-за несвоевременного проведения ремонта электродвигателя. Полученные выражения позволяют провести корреляцию длительности периодов между текущим ремонтом и техническим обслуживанием. Так, например, при количестве однотипных двигателей в группе, равном б, причем любой из них составляет ненагруженный резерв, плановый межремонтный период может быть увеличен в 1,5 раза, а при количестве двигателей равном 10- в два раза. Таким образом, комплексное использование результатов вычисления параметров видового разнообразия позволяет снизить интенсивность графиков ППР без снижения надежности технологического процесса.

Разработан метод оценки эффективности внутрицехового электроремонта с помощью критериев унификации. Предложен для проведения текущего анализа состояния ремонта, оценки его фактической реализации ввести дополнительные показатели: коэффициент напряженности ремонта Кцр и коэффициент тяжести повреждений Ктл Наряду с основными критериями: п, Рср , Тс. - указанные коэффициенты позволяют дать количественную оценку состояния электроремонта в каждом структурном подразделении.

Разработана методика определения оптимальной производительности электроремонтного цеха на основе теории массового обслуживания экономическая сущность внедрения данной методики состоит в снижении затрат при проведении централизованных ремонтов за счет упорядочения ремонтных потоков электрооборудования, определение оптимального количества рабочих мест и управление потоками на различных стадиях ремонтного процесса. Внедрение данной методы в электроремонтном цехе ПЛК «Азот» позволит снизить суммарную трудоемкость ремонта электрических машин на 15-20 %. Одновременное применение метода оптимизации графика ремонтов электрооборудования позволит снизить затраты живого труда дополнительно на 1012 % в целом по предприятию.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Показана необходимость и эффективность сочетания децентрализованной и централизованной форм организации электроремонта на промышленном предприятии. Предложены основы оргструктуры менеджмента внутризаводского электроремонта.

2. Сформулированы и определены статистические основные и вспомогательные показатели качественной и количественной оценки состояния системы ремонта и обслуживания электрооборудования.

3. Разработана математическая модель системы массового обслуживания для оценки эффективности системы электроремонта и для определения оптимального количества оборудованных рабочих мест, размеров отделений, участков и в целом, электроремонтного цеха.

4. Доказана принадлежность законов распределения структур множества установленных и ремонтируемых электрических двигателей в цехах НАК АЗОТ к Н-распределениям, уточняющим параметры входящего потока требований в систему массового обслуживания.

5. Разработаны и проанализированы модели Н-распределения эксплуатируемых электрических двигателей при новом определении понятия «вид», учитывающее нормативы трудоемкости элекгроремонта и доказывающие структурную устойчивость ремонтируемых партий, существенно увеличивающую эффект от управления структурой.

6. Получена и проанализирована сравнительная оценка трудоемкости электроремонта при учете фактора серийности и параметров разнообразия, позволяющая оценить экономический эффект от управления структурой множества эксплуатируемых электрических двигателей.

7. Структурный анализ ремонтируемых электрических машин позволил выделить особенности видового разнообразия электрических двигателей основных и вспомогательных цехов, дать классификацию цехов с точки зрения функционирования электроремонта, проанализировать унификацию видов электрических двигателей при планировании и проведении мероприятия по управлению структурой установленного электрооборудования во взаимосвязи с технологическим оборудованием.

8. Проведена оценка показателей эффективности отделений электроремонтного цеха как системы массового обслуживания с учетом управления видовой структурой потоков электрических двигателей с целью увеличения коэффициента загрузки ремонтируемого оборудования и снижения очереди на складах ремонтного фонда.

9. Показано, что оптимизация план-графика планово-предупредлительных ремонтов по разработанной процедуре управления видовым разнообразием ремонтируемых электрических двигателей на базе системного показателя снижения трудоемкости дает порядка 12 % снижения трудозатрат в электроремонтном производстве НАК АЗОТ.

10. На основе анализа видового разнообразия предложен метод гибкого планирования сроков ремонта, учитывающий возможность ущерба от несвоевременного ремонта, позволяющий повысить надежность, изменить межремонтные периоды, снизить интенсивность графиков ППР без снижения надежности производственного процесса.

11. Обоснован отказ от средних ремонтов электрических двигателей в НАК АЗОТ в пользу расширения текущих ремонтов, что не привело к повышению уровня аварийности, но упростило структуру ремонтного цикла.

12. Разработаны практические методики для определения оптимальной производительности электроремонтного цеха и необходимой величины складского резерва электродвигателей на предприятии.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: 1. Рисберг Ю.Р.Основные направления оптимизации ремонта в Новомосковской акционерной компании "Азот" // Электросбережение, электроснаб-

женис, электрооборудование: Те», докл. Научн.-техн. и метод, конф.21-23 ноября 1996 г - Новомосковск.Тульский, 1996 . - С. 137.

2. Цырук С.А.,Рисберг Ю.Р. Оптимизация электроремонта предприятий на основе критериев унификации.// Методы и средства технической диагностики: Тез.докл. XV Междунар. межвуз. конф. 25-27 мая 1998 г.- Йошкар-Ола, 1998 г.-С.178-181.

3. Рисберг Ю.Р.Метод оценки эффективности внутрицехового ремонта электродвигателей промышленного предприятия // Электросбереженис, электроснабжение, электрооборудование: Тез. докл. Научн.-техн. и метод, конф.18-20 ноября 1998 г. - Новомосковск.Тульский, 1998 . - С. 44.

4. Рисберг Ю.Р.Влияние технологических факторов на видовое разнообразие электродвигателей промышленных предприятий. // Электросбережение, электроснабжение, электрооборудование: Тез. Докл. Научн.-техн. и метод. конф. 18-20 ноября 1998 г. - Новомосковск.Тульский, 1998 С. 78.

5. Цырук С.А., Рисберг Ю.Р. Основные направления оптимизации электроремонта на Новомосковской АК «Азот». // Известия выс. уч. зав-ний. Электромеханика. - 1998,- № 2-3, С. 106-107.

Печ. л. % о"_Тираж /¿¡С_Заказ.^¿р

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.

• / ,, О ■'? • / У «

и'/ - / , -

/

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОРЕМОНТА.

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук доцент Цырук С.А.

Москва 1998

СОДЕРЖАНИЕ Стр. ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 4

1. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ЭЛЕКТРОРЕМОНТА

НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ................................ 10

1.1. Состояние ремонта и обслуживания электрооборудования

в промышленности........................................................... 10

1.2. Параметры системы электроремонта на основе статистики по установленным и ремонтируемым электрическим

машинам....................................................................... 19

1.3. Организация централизованного и децентрализованного

ремонта на промпредприятиях............................................. 27

1.3.1. Оценка централизации, как метода повышения эффективности ремонта электрооборудования.................. 27

1.3.2. Организация и управление системой обслуживания

и ремонта электрооборудования.................................... 31

1.3.3. Основные проблемы ремонта и обслуживания электрических машин................................................. 34

1.3.4. Организация ремонта электротехнического

оборудования в HAK "Азот"......................................... 35

1.3.5. Организация ремонта электрооборудования подстанций

и сетей.................................................................... 38

1.4. Организация ремонта электрических машин.......................... 40

1.5. Выводы........................................................................ 44

2. СИСТЕМНЫЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОРЕМОНТА........................... 46

2.1. Методика сбора и обработки системной информации............... 46

2.2. Математические модели систем массового обслуживания......... 56

2.3. Примечание моделей на основе Н-распределения для планирования ремонтных мероприятий................................ 65

2.4. Сравнительная оценка трудоемкости электроремонта................ 77

3. СОЗДАНИЕ, ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО РЕМОНТА........................ 89

3.1. Структурный анализ ремонтируемых электрических машин по электрохозяйству HAK "Азот"............................................. 89

3.2. Особенности видового разнообразия электродвигателей основных и вспомогательных цехов...................................... 97

3.3. Определение параметров входящих потоков электродвигателей отделений и участков электроремонтного цеха.........................106

3.4. Оценка показателей эффективности обслуживающих устройств электроремонтного цеха на основе теории массового обслуживания..................................................................119

3.5.Вывод ы............................................................................130

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА К РЕШЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ВОПРОСОВ РЕМОНТА И ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.........................................................132

4.1. Оптимизация графика ремонтов на основе системного показателя снижения трудоемкости......................................................132

4.2. Обоснование структуры и объемов электроремонта на основе параметров видового разнообразия........................................142

4.3. Метод оценки внутрицехового электроремонта

с помощью критериев эффективности.................................... 151

4.4. Системное обоснование отказа от планирования средних ремонтов электродвигателей................................................158

4.5. Методика определения оптимальной производительности ЭРЦ

на основе теории массового обслуживания.............................. 160

4.6. Выводы...........................................................................168

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ....................................................... 169

ЛИТЕРАТУРА.......................................................................... 170

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................... 179

ВВЕДЕНИЕ

Химическая промышленность является одной из важнейших отраслей экономики России, в основе которой лежат не только технологические, но также крупные энергетические комплексы и системы, нормальное функционирование которых невозможно без научно обоснованного подхода к созданию, обеспечению функционирования и развитию электроремонта. В химической промышленности эксплуатируется более 20 тысяч силовых трансформаторов, свыше 1 млн. электрических двигателей, около 300 тысяч электротехнологических аппаратов (в том числе электролизеры, электроплавильные печи и т.п.). Около 20 % общего числа электродвигателей составляют двигатели во взрывозащищенном исполнении, большая доля приходится на двигатели иностранных фирм. Ежегодный прирост парка установленного электрооборудования достигает 6 - 7 %, соответственно увеличивется и парк ремонтируемого электрооборудования [15]. Средний темп ежегодного роста потребности в капитальном ремонте асинхронных двигателей составлет около 8 % [13]. Проблема ремонта электрооборудования в промышленности была и остается актуальной для повышения эффективности работы электротехнических комплексов и систем, обеспечивающих надежность и безопасность ведения технологических процессов.

Переход экономики России к рынку вызвал изменения темпов роста выпуска продукции, электропотребления и количества установленного электрооборудования практически во всех отраслях, в том числе и в химической промышленности. В концепции энергетической политики в новых экономических условиях намечено прекращение спада производства и последующий его устойчивый рост, например, по выработке электроэнергии до 1,15 - 1, 2 трлн. кВт' ч к 2000 г. и 1,4-1,6 трлн. кВт'ч к 2010 г. Однако прошедший 1998 г. показал не прекращающийся пока спад производства в России. На многих предприятиях продолжали сокращаться объемы выпускаемой продукции, происходило снижение электропотребления,численности ремонтно-

го и обслуживающего персонала,в том числе электротехнического. Вместе с тем потребность в электроремонте, не только не снизилась, а наоборот,выросла, причем весьма заметно. Причиной такого роста является нарушение ритмичности работы технологического и энергетического оборудования, частые остановки производств по причине отсутствия сбыта продукции или, наоборот, по причине отсутствия сырья.

Наиболее значимые постановления правительства, направленные на усиление ремонтной базы промышленных предприятий, были приняты еще при Советском Союзе и в настоящее время потеряли свою силу из-за отсутствия финансирования, одновременно снизились масштабы исследований, проводимых в этой области. Исследования по оптимизации электроремонтного производства проводились на уровне отдельных элементов, типопред-ставителей, условных единиц ремонта и сводились, прежде всего, к вопросам технологии и нормирования. Необходимость продолжения данных исследований диктуется дальнейшим обострением дефицита материальных и трудовых ресурсов в промышленности.

Действующие в настоящее время на промышленных предприятиях системы планово-предупредительных ремонтов основаны на принципе жесткого планирования, который подразумевал надежное финансирование и отсутствие дефицита трудовых ресурсов. В результате не стала в полной мере удовлетворяться потребность в ремонте части электрооборудования и, как следствие, стала расти его аварийность [5, 7].

Не нашла достаточно широкого развития вневедомственная форма организации централизованного ремонта на предприятиях ВПО Союзэлектроре-монт, доля ремонта электрических машин, выполненного на этих предприятиях не превышала 5 % от общей потребности промышленности в этом виде ремонта [16]. Несмотря на очевидные преимущества межведомственной формы централизованного ремонта и опыт его внедрения [2,3,6,8,13,15,27]

промышленные предприятия предпочитали ремонтировать электрооборудование собственными силами.

В конце 70-х годов в теоретических разработках появилось направление развития ремонта электрооборудования на основе планирования графиков по техническому состоянию этого оборудования [11,20,22], однако из-за отсутствия необходимого оборудования и отработанных методик, адаптированных к условиям конкретных промышленных предприятий, принцип жесткого планирования остался незыблемым.

Таким образом, в настоящее время в области электроремонта сложилась ситуация, когда при отсутствии качественно новых подходов к функционированию электроремонта, старая система планирования ремонта и обслуживания электрооборудования становится неэффективной.

Выходом из сложившейся ситуации может быть подход, основанный на системном описании электрического хозяйства для целей электроремонта, осуществляемом с использованием основных и вспомогательных критериев [24] и на принципах унификации электрооборудования [31]. Для этого необходимо соблюдение следующего основного условия: каждый элемент, входящий в множество, может заменить любой другой элемент и быть им замененным таким образом, чтобы снизилось разнообразие установленного электрооборудования. Уменьшение разнообразия оборудования ведет к увеличению серийности, а следовательно, к повышению производительности труда при монтаже, эксплуатации и ремонте (в среднем на 10 - 12 %).

Одним из важных направлений оптимизации ремонта должно стать моделирование входящего потока электрооборудования, поступающего на обслуживание и ремонт в электроремонтный цех, управление этим потоком на основе упорядочения структуры множества установленного электрооборудования, а также оценка эффективности централизованного ремонта с применением теории массового обслуживания.

Целью работы является создание методики для управления процессами электроремонта в рамках химического предприятия, позволяющей минимизировать затраты на ремонт и обслуживание за счет уменьшения видового разнообразия электрооборудования.

Поставленная цель предопределила необходимость решения следующих задач.

1. Проведение структурного анализа ремонтируемых электрических машин по электрохозяйству химического предприятия.

2. Выявление особенностей видового разнообразия электродвигателей основных и вспомогательных цехов.

3. Определение параметров потоков ремонтируемых электродвигателей по отделениям и участкам электроремонтного цеха (ЭРЦ).

4. Оптимизация графика ремонтов на основе системного показателя снижения трудоемкости и с учетом управления разнообразием электрооборудования.

5. Обоснование структуры и объемов электроремонта на основе параметров видового разнообразия.

6. Создание информационной базы данных по установленному и отремонтированному электрооборудованию.

7. Разработка методики определения оптимальной производительности электроремонтного цеха на основе теории массового обслуживания.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Показано, что перечень определяющих критериев эффективности может быть расширен за счет комплексного использования электрических и экономических показателей.

2. Показана возможность использования в качестве дополнительного признака вида удельной трудоемкости ремонта.

3. Предложена классификация цехов предприятия по степени оптимальности показателей видового разнообразия для управлении структурой электрооборудования.

4. Показано,что с помощью закона распределения структур множества ремонтируемых электрических двигателей можно уточнять параметры входящего в систему массового обслуживания потока требований.

5. Разработаны модели систем массового обслуживания применительно к участкам и отделениям ЭРЦ Новомосковской акционерной кампании "Азот".

6. Предложен метод оценки эффективности внутрицехового элетроре-монта с помощью основных и дополнительных определяющих критериев .

Практическая ценность работы заключается в возможности использования полученных моделей, методик в службах главного энергетика химических предприятий. Замена профессионально-логических методов принятия решений в условиях неполноты статистической информации формализованными математическими процедурами позволяет повысить качество проектных и плановых решений по совершенствованию электроремонта, проанализировать большое количество возможных вариантов решений, что особенно актуально в условиях нестабильности развития экономики. Более высокая достоверность получаемых при этом результатов позволяет проводить более обоснованное финансирование ремонтов электрооборудования. Заложены основы для создания системы учета в рамках предприятия за обслуживанием и ремонтом оборудования.

Апробация работы. Материал диссертации в целом и отдельные ее положения докладывались автором и обсуждались на 2-х научно-технических конференциях, на научных семинарах кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий" Московского энергетического института в 1996-1998 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 171 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка и 33 таблицы. Список использованной литературы включает 100 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Приложение представлено на 92 страницах.

Во введении обосновывается актуальность и формулируются цели работы.

В первой главе рассмотрено состояние электроремонта на современных отечественных и зарубежных предприятиях. Выделены параметры системы ремонта на основе статистики по установленному и ремонтируемому электрооборудованию. Показана важность комплексного использования преимуществ децентрализованной и централизованной форм организации ремонта.

Во второй главе показана принципиальная возможность использования моделей систем массового обслуживания для оценки эффективности централизованного ремонта. Проанализировано влияние вида математической модели на точность аппроксимации теоретических и статистических кривых Н-распределения. Проведена сравнительная оценка трудоемкости ремонта с учетом влияния параметров видового разнообразия.

В третьей главе проведен структурный анализ ремонтируемых электрических машин, выделены особенности видового разнообразия электродвигателей основных и вспомогательный цехов, дана оценка эффективности функционирования изоляционно-обмоточного и слесарно-механического отделений электроремонтного цеха.

В четвертой главе предложен метод оптимизации графика планово-предупредительных ремонтов, разработан способ определения оптимальной периодичности ремонтов на основе показателей видового разнообразия электрического оборудования. Разработана методика определения оптимальной производительности электроремонтного цеха.

В заключении обобщаются основные результаты работы.

1. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ЭЛЕКТРОРЕМОНТА

НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ 1.1. Состояние ремонта и обслуживания электрооборудования

в промышленности В настоящее время в электроэнергетике накоплены и достаточно широко используются результаты исследований в области электроремонта, проведенные как отечественными специалистами, так и за рубежом. Основной пик этих исследований пришелся на 60-70 годы, о чем свидетельствуют многочисленные публикации в научно-популярных изданиях.

Причиной тому явились негативные явления в экономиках различных развитых стран, сопровождавшиеся экономическим спадом, в том числе и в электротехнических отраслях. С целью повышения эффективности и расширения регламента работ по обслуживанию и ремонту электрооборудования промышленных предприятий нашей страны в различных министерствах были разработаны системы, положения, инструкции и рекомендации по организации технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования. Эти руководящие материалы, в свою очередь, обрастали различными поправками, допущениями. Делались многочисленные попытки широкого внедрения предлагаемых систем в промышленности, на транспорте, однако далеко не всегда удавалось наиболее полно внедрить их или внедрение оказывалось вообще формальным. Разработанные различными НИИ рекомендации по внедрению системы планово-предупредительных ремонтов (ППР) зачастую оседали в архивах предприятий, до практического же использования дело не доходило. В итоге система ППР, основы которой были заложены еще в довоенные годы, действует на отечественных предприятиях по настоящее время. Изменился лишь ряд нормативов, определяющих трудозатраты на основные электроремонтные работы, подход же к жесткому планированию периодичности ремонтов, учет фактических затрат вне зависимости от многообразия установленного и ремонтируемого оборудования не изменился. В

последние годы в связи с переходом промышленных предприятий на работу в условиях рыночной экономики снизились не только загрузка технологического оборудования, но и электротехнического и электротехнологического оборудования. Снижение объемов реализации продукции, и как следс�