Интегрированные системы визуального управления производством, диагностика и планирование ремонта технологического оборудования в химической промышленности: эффект синергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ВИЗУАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ, ДИАГНОСТИКИ И ПЛАНИРОВАНИЯ РЕМОНТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ: ЭФФЕКТ СИНЕРГИИ

В.А. Мизюн, канд. техн. наук, доцент

Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти

С.А. Похлебкин, инженер, эксперт корпоративного проекта «Внедрение производственной системы предприятий ОАО «СИБУР Холдинг»»

Служба технологии и обеспечения производства ООО «СИБУР»

В статье рассматривается инновационная концепция ТОиР по техническому состоянию, основанная на использовании интегрированных систем диагностики и планировании ремонтов оборудования на химических предприятиях, обеспечивающих непрерывный мониторинг за его состоянием, визуальное взаимодействие производственных участков, ремонтных подразделений и сервисных центров компаний-поставщиков оборудования путем непрерывного обмена релевантной информацией между ними в режиме online по сетям телекоммуникаций. Применение интегрированных систем ТОиР позволяет: повысить оперативность и точность планирования ТОиР в увязке с производственным планом, оперативно (в реальном времени) реагировать на экстренную информацию, возникающую при отказах оборудования, и сократить его простои; снизить расходы на высококвалифицированный персонал, значительно улучшив при этом техническую поддержку производства; сфокусировать усилия на наиболее слабых/ненадежных звеньях производственно-технологической цепочки, которые оказывают существенное влияние на формирование добавленной стоимости продукции; и, в конечном итоге, вывести работу компании на новый уровень эффективности за счет появления мультикативных и синергетических эффектов производственной кооперации и концентрации профессиональных компетенций всех участников производственного процесса

управление производством техническое обслуживание ремонт

Химическая промышленность - одна из четырех основных составляющих экспорта российской экономики, наряду с металлургией, машиностроением и добывающими отраслями промышленности. По объемам производства в мире, российская химическая промышленность является одной из крупнейших, ей принадлежит более 1,1% мирового объема химической продукции. После длительного периода спада производства в 1990-х гг. наметился постепенный подъем химической отрасли. Тем не менее, имея такое конкурентное преимущество как дешевые ресурсы, она проигрывает иностранным компаниям на мировом рынке из-за низкого уровня технологического развития.

В современном мире промышленные технологии не стоят на месте. Идет активное техническое переоснащение предприятий химической отрасли, их постепенный переход на технологические установки большой единичной мощности, позволяющие существенно снизить удельные капитальные вложения, эксплуатационные расходы и себестоимость продукции при значительном увеличении производительности труда. При этом существенно возрастают требования к надежности оборудования, так как его внезапные остановки вызывают незапланированные простои и, соответственно, огромные потери крупнотоннажного непрерывно работающего химического и нефтехимического производства. В этих условиях особая роль и большая ответственность отводится качеству технического обслуживания и ремонта химических установок и оборудования, которое во многом определяется не только совершенствованием технологии ремонта и квалификацией слесарей-ремонтников, но и эффективным диагностированием и планированием/организацией ремонтных работ.

Современные подходы к организации планирования ремонтов

Характерной особенностью ремонта на предприятиях химической отрасли является непрерывность работы технологического оборудования, которое связано в единую технологическую цепочку непрерывно-поточного нефтехимического производства. Выход из строя одного из агрегатов приводит к остановке всего производства. В этой связи вопросы обеспечения надежности работы оборудования приобретают первостепенное значение, поскольку создание технологического резерва для аппаратов высокой мощности экономически нецелесообразно. Другой специфической особенностью предприятий химии является то, что большая часть оборудования входящего в технологическую цепочку не может быть отремонтирована/заменена в процессе непрерывной работы химического производства путем последовательного распределенного в течение года ремонта отдельных машин и установок (установки и аппараты большой мощности, оборудование колонного типа, цеховые трубопроводы, газовые коллекторы, сети вентиляции и отопления и т.д.). В этом случае применяется так называемый ежегодный плановый остановочный ремонт, сосредоточенный на определенный период года, основная проблема которого заключается в проведении большого объема ремонтных работ в сжатые сроки, что в условиях ограниченных возможностей ремонтной службы предприятия требует тщательной подготовки/организации и материального обеспечения ремонтаПеред остановочным ремонтом должны быть проведены подготовительные работы, к числу которых относятся: подготовка лесов и подмостей, изготовление необходимого крепежа и фланцев и т.п.; запасные узлы изготавливаемые на специализированных машиностроительных предприятиях (например, роторы компрессоров, трубные пучки, насадки реакционных колонных аппаратов) должны быть получены заранее.. Ключевым фактором в этом случае является точная информация о состоянии оборудования, которая формируется службой главного механика предприятия, осуществляющего непосредственное руководство эксплуатацией и ремонтом технологического оборудования. Основным недостатком/проблемой в традиционной системе ремонта на отечественных химических предприятиях является нехватка информационных технологий, что приводит к необходимости ведения вручную большого объема документации, объективная невозможность непрерывного отслеживания «пробега» каждой единицы оборудования, поскольку это требует содержания большого штата инженерно-технического персонала [1]. Последнее не позволяет осуществлять качественное планирование ремонтов, которое необходимо для равномерной загрузки ремонтных бригад, повышения качества ремонтов и снижения их стоимости.

Необходимость планирования ремонтов возникла в период индустриального развития экономики, когда на смену кустарному производству пришли поточные методы изготовления продукции массового потребления. Необходимость обеспечения непрерывной работы дорогостоящих поточных линий требовала пересмотра широко применявшейся в доиндустриальном (кустарном) производстве концепции пассивных ремонтов, в соответствии с которой неисправности /отказы в работе оборудования устранялись по факту их обнаружения. Такой подход, даже при наличии на складе необходимых для устранения неисправности запасный частей, приводили к сбоям, длительным остановам и неритмичной работе поточных линий, повышению уровня непроизводительных затрат в себестоимости продукции и снижению эффективности ее производства.

По этой причине в эпоху расцвета массового производства сформировалась и стала преобладать новая концепция планово-предупредительного ремонта (ППР) в соответствии с которой ремонты осуществлялись через определенные календарные периоды, нормативно задаваемые заводами-изготовителями оборудования и отраслевыми НИИ на основе многолетних статистических наблюдений и специальных математических методов расчета надежности работы оборудования [2]. Данный подход был очень эффективен в условиях массового поточного производства товаров, так как позволял свести до минимума простои однопредметных поточных линий при ремонтах, поскольку позволял заблаговременно определить наиболее проблемные зоны ремонта и сконцентрировать необходимые для устранения возможных неисправностей ресурсы с учетом режима/графика загрузки оборудования в соответствии с производственным планом [3].

Однако насыщение товарных рынков и усиление конкуренции в 1990-х гг. потребовало обеспечения гибкости производственных систем, что привело к их усложнению, а также неравномерной загрузке производственных мощностей на различных участках производственно-технологического цикла. Метод ППР исходя из своей сущности не мог охватить/учесть все разнообразие конкретных условий эксплуатации различных единиц/групп оборудования, поэтому в классической системе ППР ремонты проводились часто без учета фактического состояния оборудования в условиях ограниченных ресурсов и высокой трудоемкости ремонтов. Такой подход не мог обеспечить оперативное выявление дефектов и предельного износа деталей и узлов, что приводило к частым отказам/простоям оборудования и необходимости проведения аварийного/пассивного ремонта.

В этой связи дальнейшее развитие организации ремонта получила в новой концепции планирования ремонтных работ по фактическому состоянию оборудования. Основу данной концепции по-прежнему составляла теория планирования ремонтов, использующая нормативы и методы составления календарного расписания работ аналогично системе ППР, но при этом с целью повышения надежности работы оборудования и сокращения непредвиденных аварийных ремонтов, в системе планирования/учета стали фиксировать и накапливать информацию о фактическом износе оборудования, а также широко использовать неразрушающие методы и инструменты диагностики его технического состояния [4, 5]. Это позволяло наиболее точно планировать виды и объемы ремонтных работ в зависимости от условий эксплуатации и фактического состояния оборудования, а также рационально распределять ограниченные возможности и ресурсы ремонтных служб предприятий, своевременно предупреждая возможные/наиболее вероятные отказы оборудования. Большие объемы информации о фактических параметрах работы и состоянии оборудования потребовали широкого применения ЭВМ и информационных технологий, позволяющих в реальном режиме осуществлять слежение/мониторинг за состоянием оборудования и определять на его основе какое именно оборудование и когда требует того или иного вида ремонта.

Актуальность интеграции систем управления производством, диагностики и планирования ремонтных работ

Сегодня в связи с повсеместным внедрением на производстве автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) теоретические разработки в области организации и планирования ремонта сместились в сторону поиска способов и информационных технологий, позволяющих достигать нулевой уровень аварийных ремонтов/отказов оборудования. Предполагается, что на основе постоянно/оперативно обновляемой информационной базы о фактическом времени работы оборудования, результатов технической диагностики и репрезентативной статистической выборке можно определить/предсказать с высокой степенью вероятности время возникновения тех или иных дефектов/неисправностей в деталях и узлах конкретных единиц оборудования. Теоретически данный подход позволяет не допускать (предупреждать) возникновение неисправностей и отказов оборудования в принципе, так как наличие полной и точной (релевантной) информации о возможных отказах установок и агрегатов позволяет спланировать и выполнить ремонт до того как возникнет неисправность. Автоматизация задачи слежения за межремонтным пробегом/остаточным ресурсом оборудования исключает необходимость в составлении и корректировке детализированных графиков ППР, поскольку система автоматически заблаговременно выдает визуальные/звуковые сигналы предремонтного (предаварийного) состояния и необходимости вывода оборудования в ремонт.^. Это также позволяет в автоматизированном режиме вести статистику фактического времени работы и простоя в ремонте с учетом применения современных технологий ремонта, износостойких материалов и защитных покрытий, увеличивающих межремонтный «пробег» оборудования, что требует постоянного пересмотра нормативов ППРОднако несмотря на очевидную потребность в мощных, современных и разнообразных ИТ-технологий химическая отрасль на сегодняшний день является одной из наименее автоматизированных. По данным различных исследований только на 15-25% химических предприятий внедрены корпоративные интегрированные системы управления предприятием и примерно на 20% предприятий они находятся в стадии внедрения. Поэтому перспективы развития ИТ-технологий в химической промышленности, можно расценивать как весьма оптимистические [1]..

Тем не менее, большинство крупных российских химических предприятий традиционно используют концепцию планового ТОиР с ориентацией на внедрение соответствующие ей компьютеризированных систем управления ремонтами оборудования класса CMMS (Computerized Maintenance Management Systems), которые появились более 20 лет назад в крупных мировых компаниях и поддерживают следующие функции: структуру и иерархию базы данных оборудования (основных фондов), данные о необходимых запчастях, данные о ремонтном персонале, составление заявок на закупку запасных частей, календарное планирование технического обслуживания и ремонтов, сбор и хранение данных о затратах, сбор и хранение данных о случившихся событиях (поломках, авариях), стандартные и расширенные отчеты о ремонтах и обслуживании. Дальнейшим развитием данного класса систем планирования ТОиР являются системы управления основными фондами предприятия - EAM (EnterpriseAssetManagement), поддерживающие все основные функции CMMS-систем и обладающие дополнительными возможностями обработки данных о полном жизненном цикле работы оборудования и анализа причин аварий и поломок Аббревиатура. EAM была введена аналитической компанией GartnerGroup в конце 1990-х годов. Деление на CMMS и ЕАМ-системы не является строгим. CMMS-системы могут расширяться до функциональности близкой к ЕАМ за счет дополнительных модулей, например финансов и расширения функций HR-менеджмента (управление персоналом). В целом ЕАМ-системы рассчитаны на большее количество пользователей и работу с центральной базой предприятия, на обмен информацией с другими системами АСУП и АСУ ТП, т.е. рассчитаны на комплексную автоматизацию ТОиР крупного предприятия.. Такие системы отличаются большим количеством громоздкого стационарного оборудования, длительностью внедрения и высокой стоимостью, что ограничивает их применение только крупными предприятиями, входящими в состав отраслевых холдингов [6] Примером является система вибродиагностики ТМК «Инновация» внедренная на одном из Российских химических предприятий, оборудование которой занимает отдельное помещение. При этом выполняется лишь функция контроля вибрации подшипников компрессорного оборудования, одного технологического цеха. Стационарные системы диагностики являются одной из самых дорогих и сложных частей АСУТОиР[7]..

Напротив, анализ зарубежного опыта в сфере ТОиР на предприятиях химической и нефтехимической отраслей выявил тенденцию постепенного отказа от планового ТОиР и переход на концепцию ТОиР по техническому состоянию. По нашему мнению, данная концепция может быть успешно усовершенствована на основе установки цифровых датчиков на всех элементах оборудования (в том числе на базе локальных управляющих систем) и их компьютерной интеграции с мобильными системами мониторинга/визуализации состояния оборудования и оперативного планирования ремонтов. Это позволяет в режиме реального времени собирать и передавать информацию в соответствующие внутрифирменные или внешние сервисные центры технического обслуживания и ремонта, которые на основании собранных эмпирических данных получают возможность корректировать модели прогнозирования износа оборудования (совместно с его поставщиками) и предоставлять уточненный регламент ТОиР в виде гарантийного «цифрового» сервиса.

Предлагаемая нами концепция интегрированной системы визуального управления производства, диагностики и планирования ремонтов технологического оборудования подразумевает охват операторных комнат на всех участках химического производства. Которые могут осуществлять совместно с центром технической поддержки непрерывный мониторинг нагрузки, температуры и вибрации оборудования, и, соответственно, существенно уменьшить число отказов, увеличить ресурс и интервалы сервисного обслуживания техники. Такая интегрированная информационная среда взаимодействия производственных и ремонтных подразделений позволяет: повысить оперативность и точность планирования ТОиР в увязке с производственным планом, оперативно (в реальном времени) реагировать на экстренную информацию, возникающую при изменении текущей ситуации и отказах оборудования, что позволит сократить его простои; снизить расходы на высококвалифицированный персонал, значительно улучшив при этом техническую поддержку производства; сфокусировать усилия на наиболее слабых/ненадежных звеньях производственно-технологической цепочки, которые оказывают существенное влияние на формирование добавленной стоимости продукции; и, в конечном итоге, вывести работу компании на новый уровень эффективности за счет появления мультикативных и синергетических эффектов производственной кооперации и концентрации профессиональных компетенций всех участников производственного процесса Как показывает опыт зарубежных нефтегазовых компаний, работающих на Норвежском шельфе, последовательная реализация концепции интеграции производства, диагностики и ремонта приводит к следующему распределению эффекта от его внедрения: 80% эффекта связано с ускорением темпа производства и увеличением резервов, 20% -- с сокращением расходов. По ключевым процессам эффект распределяется так: оптимизация разработки месторождений -- 43%, оптимизация производства -- 35%, бурение --7% и техническая поддержка -- 15% (Нефтегазовая Вертикаль». 2008. № 6. - С.62-64)..

В основе практической реализации концепции интегрированной системы визуального управления производством, диагностики и планирования ремонтов оборудования лежит широкое использование телекоммуникационной инфраструктуры предприятия, обеспечивающей эффективное визуальное взаимодействие и непрерывный обмен релевантной информацией в режиме реального времени между производственными площадками и центрами технической поддержки, как в рамках одной компании, так и между несколькими организациями в составе холдинга: партнерами, поставщиками, сервисными компаниями, подрядчиками, клиентами и пр., работающими на территориально разрозненных объектах Визуализация состояния оборудования при ведении технологического процесса осуществляется с целью: повышение надежности работы оборудования посредством обеспечения оперативного контроля над ним, что особенно важно при удаленности отслеживаемых объектах; снижение рисков аварии из-за влияния человеческого фактора, сбор достоверной информации и достижение на ее основе оптимальной численности оперативного дежурного персонала. .

На основе информационно-телекоммуникацион-ных технологий и соответствующего цифрового оборудования можно создать крупную коммуникационную систему, важными элементами которой являются терминалы многоточечной видео конференцсвязи (ВКС) и используемые для их оснащения интерактивные электронные доски - информационные таблоиды. С их помощью участники сеанса ВКС могут выносить всю необходимую информацию со своими пометками на таблоиды. При этом изменения, сделанные любым участником, сразу отображаются у других пользователей. Такое объединение видеосети и интерактивных многопользовательских программ формирует высокоэффективную среду производственной кооперации, которая позволяет инженерам центров технической поддержки, не покидая своих рабочих мест, участвовать в мониторинге всех единиц оборудования и сооружений компании, немедленно подключаться к решению любой технической проблемы, быстро достигая взаимопонимания с работающими на них операторами. В своей работе инженеры по ТОиР получают возможность опираться на самые современные информационные ресурсы и средства планирования ремонтов, а также при необходимости мгновенно запрашивать помощь у консультантов по специфическим вопросам, при необходимости демонстрируя им результаты своих расчетов, обеспечивая, таким образом, поддержку групповой работы. В результате, процессы принятия решений, растягивавшиеся на дни и недели, могут сократиться до не скольких часов Такую возможность им дает закрытая отраслевая видеосеть, провайдером услуг которой может являться частная компания. Идентификаторы абонентов этой сети, напоминающие адреса электронной почты, объединены в единый сводный каталог, доступный всем компаниям, подключенным к ней. Используя эти идентификаторы, можно легко подключать к сеансу ВКС как собственных сотрудников, таки специалистов других организаций. Для организации внутрикорпоративной системы видеосвязи, интеграции ПО и онлайнового доступа к информационным ресурсам используется широкополосная мультисервисная сеть связи, объединяющая распределенные объекты. В последнее время наметилась тенденция к прямому связыванию внутренних телекоммуникационных инфраструктур разных компаний, позволяющему снизить расходы на подключение новых пользователей системы и повысить живучесть сети в целом за счет появления альтернативных маршрутов передачи данных. Основу телекоммуникационной инфраструктуры составляют волоконные оптические локальные сети (ВОЛС). В нефтедобывающей сфере реализуются пилотные проекты, позволяющие подключать к сети подвижные объекты (танкеры и плавучие буровые платформы) за счет использования радиотехнологийWiMAX. Кроме того, радиосеть может использоваться как резервная система связи существующих ВОЛС, и как средство оперативного подключения к сети новых объектов управления -- до момента, пока они не будут переведены на ВОЛС..

Использование информационно-коммуникацион-ных технологий обеспечивает беспрепятственный информационный обмен между операторами установок, специалистами службы ТОиР предприятия и сервисными компаниями, участвующими в совместной работе по ремонту и гарантийному обслуживанию оборудования. При этом каких-либо не преодолимых технических ограничений для внедрения концепции интегрированных систем в российских нефтехимических компаниях нет. Телекоммуникационная инфраструктура, отсутствие или несовершенство которой сдерживало до недавнего времени внедрение новых технологий, сегодня в ряде случаев уже создана и продолжает интенсивно развиваться. Более того, крупнейшие отечественные нефтегазовые, нефтехимические и химические компании располагают такой инфраструктурой и активно используют информационно-коммуникационные технологии в управлении.

В дополнение ко всему компании, специализирующиеся на разработке инструментов для диагностики технологического оборудования, сделали значительные шаги в развитии своей продукции, обеспечив мобильность портативных (переносных) приборов диагностики технологического оборудования, быстрый сбор данных и широкий спектр выполняемых ими функций (продвинутый виброанализ, кросс-анализ по двум каналам, анализ переходных процессов, динамическая балансировка, лазерная выверка соосности, мониторинг электроприборов и т.д). Сокращение времени, затраченного на рутинный сбор данных, позволяет не только проводить мониторинг большего количества машин, но и посвятить больше рабочего времени более важной задаче - анализу состояния машин.Результаты сбора данных могут выгружаться в компьютер, для дальнейшей обработки в специальной программе. В отличие от традиционных инструментов диагностики, современные мобильные приборы является анализаторами данных, способными автоматически формировать заключения о состоянии машины, которые являются прямыми указаниями механической службе для действий по техническому обслуживанию оборудования. При необходимости, данные приборы можно использовать как временно установленная система непрерывного мониторинга, сроком до одного месяца, на время пуска и доводки нового оборудования и другой необходимости. Данные приборы превосходят некоторые стационарные системы диагностики, как по техническим характеристикам, так и по простоте использования.

Однако необходимо учитывать, что интеграция задач диагностики и планирования ТОиР на уровне систем информационных коммуникаций требует не столько оптимального выбора приборов диагностики и технологий визуализации собранных ими данных, сколько автоматизации планирования ремонтных работ и анализа отклонения от графиков ремонта оборудования с помощью несложных и недорогих программных продуктов. Одной из таких программ, является разработанный нами для ряда предприятий нефтехимического холдинга «Сибур» программный комплекс планирования ТОиР на базе MicrosoftAccess, способный выполнять функции планирования выполнения ремонтных работ в локальной сети предприятия, для визуализации и контроля выполнения операций по ремонту оборудования для всех уровней управления на предприятии. Данная программа является базой данных о проведении ремонтных работ в организации. Программа позволяет сохранять всю информацию о проведённых ремонтных работах с описанием всех проблем, возникших на этапе проведения ремонтов, а также информацию о сроках выполнения работ. Визуализация состояния выполняемых работ онлайн и анализ причин отклонения фактических результатов работ от плана, значительно облегчает взаимодействие заказчиков и исполнителей работ, позволяет оперативно реагировать при изменении ситуации, а также позволяет вести мониторинг за состоянием всех проводимых работ. Визуализация статуса выполнения работ производится с помощью цветовых сигналов (красный не выполнено, желтый в работе, зеленый выполнено), что облегчает восприятие информации. Данная программа позволит планировать ремонтные работы с учетом необходимых материальных и человеческих ресурсов, выявлять причины отставания от плана работ, оптимально распределять нагрузку на ремонтный персонал, выявлять эффект от внедрения современных методов ремонта и исходя из этого корректировать плановое время ремонта. Основным достоинством данной программы является простота использования: достаточно лишь установить программу на персональные компьютеры специалистов предприятия, соединенные внутренней локальной сетью. Это дает большое преимущество при внедрении и использовании программы в условиях реального производства.

На наш взгляд интегрированная система визуального управления производством, диагностики и планирования ремонтных работ (мониторинга надежности оборудования) является на данный момент наиболее перспективным направлением технологического развития сферы АСУТП и АСУТОиР.

Литература