9 Характерные неисправности гидросистем и способы их устранения

В гидравлических системах, как и в любых других устройствах, встречаются два вида неисправностей, или, как их принято называть в теории надежности, два типа отказов: внезапные и постепенные.

Внезапные отказы - характеризуются скачкообразным изменением значений одного или нескольких основных параметров устройства (например, заклинивание подвижных

частей, разрушение или деформация деталей гидрооборудования). При внезапных отказах гидросистема теряет работоспособность.

Постепенные отказы — медленное (постепенное) изменение значений одного или нескольких основных параметров устройства (например, снижение мощности двигателя ниже установленной), являющееся следствием естественного износа деталей, нарушения герметичности или неправильной установки гидроаппаратов. Постепенные отказы ведут к постепенной потере работоспособности, когда гидросистема может еще работать, но все менее эффективно, с меньшей производительностью, с нерациональными затратами энергии, с загрязнением окружающей среды и ухудшением условий труда обслуживающего персонала.

Отказ отдельного элемента гидропривода, не обусловленный повреждениями других элементов, называется независимым отказом (например, поломка пружины гидрораспределителя).  Отказ,  возникший в результате повреждения или выхода из строя других элементов — зависимым отказом (например, заклинивание золотника распределителя вследствие выхода из строя напорного фильтра).

Причины неисправностей в гидравлических приводах и виды их проявления столь разнообразны, что свести их в единый перечень не представляется возможным. Хотя эксплуатация гидравлических приводов и систем обычно сопровождается статистическим сбором и учетом информации о возникающих неполадках и характерных отказах, в технических описаниях и инструкциях по эксплуатации конкретных гидроаппаратов, как правило, приводятся признаки и описание лишь наиболее типичных неисправностей.

Основываясь на данных такого статистического учета отказов гидроаппаратов,  ниже приведем примерный перечень наиболее характерных неисправностей и рекомендуемых способах их устранения.

Наиболее характерные неисправности и способы их устранения.

9 Система планово-предупредительных ремонтов оборудования

В целях обеспечения надежной работы оборудования и предупреждения неисправностей и износа на предприятиях периодически проводят планово-предупредительный ремонт оборудования (ППР). Он позволяет провести ряд работ, направленных на восстановление оборудования, замену деталей. Это обеспечивает экономичную и непрерывную работу оборудования.

Техническое обслуживание по фактическому состоянию смазочного материала

Целью ТОиР по фактическому состоянию является повышение надежности и снижение эксплуатационных расходов, при этом назначают необходимые работы по ТО в зависимости от фактического технического состояния конкретного объекта и предполагаемого изменения его состояния в процессе эксплуатации. Значительный опыт применения ТО по фактическому состоянию позволяет дать  оченку получаемому эффекту : Снижение затрат на обслуживание на 75%, Снижение количества обслуживаний на 50%, Снижение числа отказов на 70% за первый год работы. Основой такого вида ТО является техническое диагностирование (ТД) и прогнозирование состояния объекта. С помощью средств ТД проводят непрерывный или периодический контроль параметров состояния. Прогнозирование выполняют при непрерывном контроле для определения времени, в течении которого сохранится работоспособное состояние, а при периодическом контроле – для определения момента времени следующего контроля. Результаты диагностирования и контроля – основа для принятия решений о необходимости ТО, времени его проведения и объеме, а также о времени проведения очередного контроля технического состояния. Схема взаимодействия показана на рисунке: Реализация ТО по состоянию связана с затратами на диагностирование и прогнозирование, поэтому применять такой вид ТО целесообразно, когда экономические затраты не являются определяющими (оборудование первой группы надежности) или когда этот метод экономически более выгоден. Одним из условий применения метода является также преобладание у данного вида оборудования постепенных и предупреждаемых отказов над внезапными и непредупреждаемыми отказами. Необходимые условия применения ТО по состоянию: экономическая целесообразность; наличие приборной базы; методика определения ТС и его прогнозирования; обученный персонал; контролепригодность оборудования; В практике применяют следующие системы технической диагностики (СТД): Измерение ударных импульсов подшипников качения; Измерение вибрации роторных машин, редукторов – виброскорости, виброускорения, спектра огибающей высокочастотной вибрации; Измерение температуры – контактное и бесконтактное; Визуальный контроль; Определение состояния смазочного масла, содержания в нем воды и механических примесей; Определение толщин стенок сосудов и труб, корпусных конструкций; Измерение сопротивления изоляции кабелей и обмоток электрических машин, трансформаторов; Анализ состава газов; Ключевым вопросом эффективности применения ТО по состоянию является задача выбора стратегии диагностирования и назначении допустимых уровней параметров. Существуют несколько вариантов стратегии, зависящие от особенностей поведения параметров оборудования, возможности прогнозирования и применяемой СТД. Важным элементом системы ТО по состоянию является служба технической диагностики. В ее задачи входит выполнение плановых обследований оборудования, заявок на внеплановое диагностирование, участие в приемке оборудования из ремонта, а также выдача рекомендаций по предотвращению отказов. Необходимо обеспечить достаточный статус службы, весомость ее рекомендаций для руководства цехов. Сотрудники службы должны быть обучены применению средств диагностики и результатов. Прогнозирование технического состояния (ТС) является наиболее эффективным методом повышения эксплуатационной надежности судового оборудования путем своевременного проведения мероприятий по ТОиР. Прогнозирование позволяет предупреждать как постепенные отказы, так и внезапные. Обычно в практических применениях прогнозирования ТС некоторого объекта выполняют одновременно два прогноза. На короткий интервал времени в оперативных целях планирования использования по назначению, до нескольких дней. А также на интервал от недели до нескольких месяцев с целью планирования технического обслуживания и ремонта. Прогнозирование технического состояния представляет собой процесс определения технического состояния объекта на предстоящий интервал времени. Прогнозирование технического состояния основано на применении методов экстраполяции явлений на будущее время по известным результатам наблюдений за соответствующими явлениями в предшествующий период. Прогнозирующими параметрами могут быть: эксплуатационные параметры, измеряемые штатными приборами автоматической системы управления технологическим процессом (АСУТП), при этом применяется функциональная диагностика без вывода оборудования из эксплуатации; параметры технического состояния, измеряемые переносными приборами с остановкой оборудования и/или частичной или полной разборкой. В зависимости от используемого математического аппарата различают следующие основные направления прогнозирования: экспертные оценки, когда мнения экспертов о будущем состоянии оборудования собирают путем опроса или анкетирования, обрабатывают и получают прогноз. аналитическое, когда в результате прогнозирования определяется величина контролируемого параметра (параметров), характеризующего ТС объекта во времени; вероятностное, когда в результате прогнозирования определяется вероятность выхода (невыхода) параметра (параметров) ТС за допустимые пределы; статистическая классификация (распознавание образов), когда в результате прогнозирования определяется класс диагностируемого объекта по критерию работоспособности. На практике исходными данными для проведения прогнозирования по любому из методов является история измерения параметров во времени. Если интервалы между измерениями в сериях равны, то такой ряд измерений называют временнЫм. Некоторые методы прогнозирования требуют, чтобы ряд был именно временным – без пропусков значений с одинаковыми интервалами времени. Большинство факторов, влияющих на надежность объекта, являются случайными, поэтому измерители надежности носят вероятностный характер и для их определения используется математический аппарат теории вероятностей и математической статистики. Выполняемые работы: Сбор данных по имеющейся инфраструктуре СТД (средств технической диагностики), состоянии нормативной базы, культуры предприятия; Анализ экономической целесообразности применения метода для групп оборудования А, В; Рекомендации по выбору параметров ТОиР по состоянию: Номенклатура обследуемого оборудования; Периодичность контроля; Организационное обеспечение, создание или реорганизация службы диагностики; Выбор СТД, метода прогнозирования техсостояния; Реализация технологии ТО по состоянию с применением СТД в АСУ; Анализ результатов применения рекомендаций, корректировка (6-12 месяцев).

Ремонт по техническому состоянию по ГОСТ 18322-78 Ремонт, при котором контроль технического состояния выполняется с периодичностью и в объеме, установленными в нормативнотехнической документации, а объем и момент начала ремонта определяется техническим состоянием изделия [из п. 42 ГОСТ 18322-78] Техническое состояние - Состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект [из п. 2 Таблицы 1 ГОСТ 20911-89]

Об изменении технического состояния объекта судят по значениям диагностических (контролируемых) параметров, позволяющих определить техническое состояние объекта без его разборки [из п. 1 Приложения 1 ГОСТ 20911-89]

4 Формирование оптимальной программы обслуживания оборудования

Обеспечение надежной работы технологического оборудования является актуальной задачей любого предприятия. На первый взгляд существует простое решение – планово-предупредительное обслуживание и плановые восстановительные ремонты (ППР), направленные на предупреждение отказов. Существуют регламенты, разработанные производителями оборудования, исполнение которых должно вести нас к цели. Однако на этом пути мы сталкиваемся с препятствиями.

Во-первых, это бюджетные ограничения, которые диктуют нам пределы реализации ППР. Тотальный ППР стоит очень дорого, а затраты на его проведение включаются в себестоимость продукции. Во-вторых, показатели надежности, которые мы фиксируем постфактум, возбуждают сомнения, что затраты на ППР дали эффект. А если эффект и достигнут, то возникает вопрос насколько оправданы затраты на его достижение.

Таким образом, в рыночных условиях обеспечение надежности неразрывно связано с контролем и оптимизацией связанных с ней затрат. Неоправданно дорогостоящая надежность так же неприемлема, как и потери из-за недостаточной надежности.

Поиск путей решения данной проблемы привел нас к методологии RCM (Reliability-Centered Maintenance). В нашем случае стояла задача применения RCM на давно работающем предприятии, на котором полностью определен состав и технические характеристики оборудования, и где уже существуют устоявшиеся программы обслуживания. Надо было применить RCM на таком предприятии для анализа и пересмотра этих программ с целью повышения надежности. Уверен, в такой постановке эта задача актуальна для очень многих российских предприятий.

Кратко о «классической» RCM

Классическая методология RCM известна достаточно давно, и хорошо описана в литературе. Приоритет отдается работам американских разработчиков [1, 2]. Однако принципы, которые были положены в ее основу, мы находим в более ранних работах отечественных корифеев теории надежности [3]. Краткий обзор методологии RCM дан в работе [4].

Понятию RCM соответствует термин «надежностно-ориентированное техническое обслуживание» из ГОСТ Р 27.606-2013 – это процесс выработки и принятия решений, направленных на выявление подходящих и эффективных требований к системе и операциям предупредительного ТО, отвечающих последствиям выявляемых отказов в части их влияния на безопасность, техническую эффективность и экономичность эксплуатации изделия и вызывающих указанные отказы механизмов. 

Рис. 1. Упрощенная диаграмма принятия решений согласно RCM 

Методология RCM основана на нескольких принципах:

1) Ранжирование оборудования. Критерии для ранжирования – влияние на безопасность, роль в технологическом процессе, затраты на устранение отказов и ликвидацию последствий аварий. Таким образом, выделяется критичное оборудование.

2) Ранжирование отказов критичного оборудования. Инструмент ранжирования – анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО).

3) Выбор эффективной работы по предупреждению каждого отказа. При этом работа является эффективной, если она соответствует механизму отказа, ее выполнение приводит к снижению вероятности отказа, а затраты на нее оправданы последствиями, к которым может привести отказ.

В числе таких работ выделяют:

а) периодические воздействия:

• работы по состоянию,
• плановая замена элементов оборудования,
• плановое восстановление характеристик оборудования,
• проверки на скрытый отказ;

б) непериодические воздействия:

• изменения конструкции оборудования,
• изменения правил обслуживания и ремонта,
• улучшение условий эксплуатации,
• повышение квалификации персонала,
• работы по устранению отказа.

4) Формирование программы работ как совокупности работ по предупреждению каждого отказа.

Наглядно классическая методология RCM иллюстрируется диаграммой принятия решений (рис. 1).

Идея оптимизации программы обслуживания

Оптимизацию программы обслуживания мы проводили в целях:

• повышения надежности оборудования,
• сокращения внеплановых простоев оборудования,
• снижения трудозатрат на содержание оборудования.

Оптимизация программы предупредительного обслуживания проводилась нами поэтапно:

1) сформировали полную базу данных по эксплуатируемому оборудованию, с паспортными характеристиками, данными наработки, техническими параметрами, находящимися под контролем, каталогами запчастей, ремонтной и эксплуатационной документацией,

2) сформировали список плановых предупредительных работ, проводимых на оборудовании, с указанием исполнителей, периодичности, требуемых запчастей, поставщиков запчастей, трудоемкости, затрат на их выполнение,

3) собрали статистику по зарегистрированным дефектам (отказам) и работам по их устранению, включая затраты и время на выполнение этих работ,

4) по принципу Парето выделили часть оборудования, на котором будет проводиться оптимизация программы обслуживания,

5) удалили из программы дублирующие работы, направленные на предупреждение одного и того же дефекта, а также удалили работы, проведение которых не влияет на предупреждение каких-либо дефектов (отказов), даже если эти работы рекомендует поставщик оборудования; дополнили программу предупредительными работами, соответствующими вновь зарегистрированным дефектам,

6) выявили работы, которые оказались неэффективными (не приводили к снижению вероятности отказа), по ним выполнили углубленный анализ корневых причин дефектов (отказов), и на этой основе провели разовые изменения: заменили работу на эффективную, изменили характеристики работы.

TRIM – инструмент для проведения оптимизации

Описанный выше алгоритм было бы невозможно реализовать без достоверных и полных данных по оборудованию, выполняемым работам, возникающим дефектам. При этом источники данных находятся непосредственно у оборудования, а группа анализа и принятия решений была организована на уровне менеджмента предприятия с привлечением сотрудников, непосредственном выполняющих работы на оборудовании. Кроме того, критически важной в данном случае является надежная информационная связь «единица оборудования – работа – дефект». Обеспечить эту связь, при децентрализованном сборе данных и централизованном анализе, и при условии большого количества оборудования, возможно только в информационной системе.

В этой связи у нас на предприятии был развернут проект внедрения информационной системы управления техническим обслуживанием и ремонтами оборудования (ИСУ ТОиР). Эта система была создана на основе специализированного программного обеспечения TRIM разработки НПП СпецТек [5, 6]. Специалисты НПП СпецТек выполнили работы по внедрению ИСУ ТОиР под ключ, система введена в эксплуатацию с мая 2011 года.

Помимо возможности реализовать указанный выше алгоритм оптимизации программы работ, с внедрением ИСУ ТОиР мы получили ряд других полезных возможностей:

• единая кодировка оборудования в базе данных,
• автоматизированное ведение паспортов и формуляров, с выводом на печать,
• автоматизированное объемно-календарное планирование работ,
• удаленный контроль статуса выполнения работ через индикацию в электронном плане-графике,
• электронный каталог запчастей,
• автоматизированное формирование заявок на запчасти и материалы на основе единых наименований ТМЦ,
• единые нормативы на выполнение работ,
• единые шаблоны работ на обслуживание однотипного оборудования и отчетов об их выполнении,
• доступность ремонтной и эксплуатационной документации в электронном виде непосредственно в местах ее использования,
• электронные журналы работ, дефектов, технических параметров,
• автоматическое ведение остатков склада, благодаря чему любой сотрудник может легко определить их наличие на складе и найти их по коду местоположения,
• автоматизированная инвентаризация склада, с формированием ведомости по местам хранения,
• определение в один клик необходимого перечня ТМЦ для закупки,
• определение в один клик времени простоя единицы оборудования,
• выявление в один клик неустраненных дефектов,
• быстрое определение 20% оборудования, дающего 80% дефектов (анализ Парето),
• быстрое определение 20% оборудования, дающего 80% затрат на ТОиР,
• хранение 100% истории работ на оборудовании,
• и многие другие.

Данные о дефектах, используемые при оптимизации программы работ, должны быть унифицированными, иметь одинаковую структуру. Порядок действий всех специалистов, задействованных в регистрации дефектов, должен быть организованным и систематизированным для возможности получения достоверных результатов анализа. Такая систематическая процедура была нами реализована в ИСУ ТОиР.

Для надежной и однозначной привязки дефекта к оборудованию используется уникальный идентификатор единицы оборудования. Удобство и наглядность выбора оборудования, к которому привязывается дефект, обеспечивается благодаря древовидному представлению состава оборудования.

Для классификации обнаруженного дефекта используются унифицированные справочники видов и причин дефектов, выбор варианта классификации из выпадающего списка. Все поля реквизитов регистрируемого дефекта единообразны и заранее определены:

• код оборудования (берется автоматически из базы данных),
• дата обнаружения дефекта (выбирается из календаря),
• категория дефекта (выбирается из справочника),
• метод обнаружения (выбирается из справочника),
• текстовое описание дефекта (вводится вручную в специальное поле),
• вид дефекта (выбирается из справочника),
• группа дефектов (выбирается из справочника),
• последствия дефекта (выбирается из справочника).

Зарегистрированный дефект получает уникальный идентификатор, благодаря чему становится возможной систематизация и поиск дефектов по коду оборудования или отказавшего узла, виду дефекта. После регистрации дефекта соответствующий специалист производит проверку и анализ информации о дефекте и планирует мероприятия и сроки его устранения.

Пример Результатов оптимизации программы обслуживания MC-Bauchemie

Благодаря регистрации в TRIM всех отказов и дефектов, а также учету работ по их устранению, включая затраты на выполнение этих работ, им удалось выделить 20% оборудования, дающего 80% количества отказов, и 20% оборудования, дающего 80% затрат на ремонт. По отношению к этому оборудованию мы провели оптимизацию программы работ.

Прежде всего, MC-Bauchemie исключили ненужные работы, выполнение которых никак не влияло на появление дефектов, и конкретизировали нужные работы.

Таблица 1

Такие изменения программы работ позволили снизить занятость персонала отдела главного инженера (рис. 2). Благодаря этому они безболезненно прошли 15% сокращение сотрудников рабочих профессий отдела главного инженера. Также удалось заменить одного рабочего, ранее занятого на выполнении работ, на инженера. То есть, мы стали больше времени тратить на анализ и управление, и меньше на сами работы. Ожидаем, что такая замена даст соответствующий эффект в будущем. 

Рис. 2. Снижение занятости в результате оптимизации программы работ

Анализ количества дефектов позволил нам выявить неэффективные предупредительные работы. По каждому такому случаю мы провели анализ корневых причин дефектов, и выработали соответствующие меры. В каких-то случаях изменили дизайн технического обслуживания (например, уменьшили интервал смазки или добавили новую работу «замена болта крепления редуктора»). В других случаях заменили поставщика запасных частей (например, стали закупать более качественные ролики или дисковые затворы). Примеры изменений программы работ приведены в табл. 1. 

Рис. 3. Снижение количества дефектов в результате оптимизации программы работ

В тех случаях, когда дефекты по-другому никак не снизить, провели модернизацию оборудования (например, вынос подшипников барабана элеватора за пределы шахты или установка дополнительных уплотнений), или его замену (например, замена винтового насоса на мембранный, замена приводного редуктора барабанной сушки песка).

В итоге эти меры позволили существенно снизить количество дефектов (рис. 3). Таким образом, если в цифрах, внедрение TRIM и проведенная с его использованием оптимизация программы предупредительного обслуживания, позволили MC-Bauchemie сократить количество дефектов на 18%, и уменьшить занятость персонала отдела главного инженера на 16%. Количество отказов также снизилось, MC-Bauchemie даже изменили ключевой КПИ отдела главного инженера – уменьшили коэффициент простоя оборудования с 1.5 до 1.25.

Подобный подход – сочетание методологии RCM, направленной на обеспечение надежности оборудования, и информационной системы управления техническим обслуживанием и ремонтами, – позволяет реально управлять надежностью и будет полезен многим предприятиям