Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ

Зверев А.В. 1 Росляков Е.М. 2 Некрасов И.Н. 2
1 Филиал АО «Корпорация «СПУ-ЦКБ ТМ» «Специальное конструкторское бюро Титан»
2 ФГКВОУ ВО «Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского»
В статье исследуется вопрос обоснования возможности применения концепции управления жизненным циклом c целью повышения эффективности этапа технической эксплуатации инженерных систем сложных объектов. Представлен анализ программных средств, которые используются при реализации концепции управления жизненным циклом, приведены примеры использования концепции в различных отраслях техники. Выявлены особенности инженерных систем, которые необходимо учитывать при формировании модели процессов жизненного цикла исследуемых в статье инженерных систем. Предложена обобщенная модель жизненного цикла инженерных систем, отражающая их особенности и служащая основой для формирования состава и содержания программных средств интегрированной информационной среды. Данная модель позволяет осуществлять постоянное взаимодействие, обмен информацией между участниками процессов создания и эксплуатации инженерных систем. Приведены оценки эффективности применения управления жизненным циклом в различных областях промышленности.
концепция управления жизненным циклом
инженерные системы
модель жизненного цикла
информационная поддержка изделий
1. Авсюкевич Д.А. Управление эксплуатацией теплоэнергетических объектов сложных технических комплексов в нештатных ситуациях: монография. – СПб.: ВКА, 2003. – 145 с.
2. Бром А.Е. Разработка концепции и методологических основ создания организационной системы логистической поддержки ЖЦ наукоемкой продукции: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. – М.: МГТУ имени Н.Э Баумана, 2009. – 34 с.
3. Вольщенко Е., Зверев С. Управление жизненным циклом основных производственных фондов как инструмент повышения рентабельности предприятий инфраструктурных отраслей // Секрет фирмы. – 2006. – № 43(178).
4. Гаврилина О.А., Толстоба Н.Д. Компьютерные технологии в оптотехнике. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010. – 131 с.
5. Гольц Э.В. Информационные системы интегрированной логистической поддержки авиационной техники // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – Вып. № 4–2. – Т. 1. – 2012.
6. Киселев Ю.В., Киселев Д.Ю. Текущие представления об организации взаимодействия в системе технической эксплуатации авиационной техники // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2014. – Вып. № 1–5. – Т. 16. – С. 1407–1413.
7. Пеньков М.М., Петров Г.Д., Птушкин А.И. Состояние исследований проблем управления жизненным циклом сложных объектов // Современные проблемы создания и эксплуатации ВВСТ: Вторая ВНПК: сборник статей. – 17–18 декабря 2014. – С. 70–72.
8. Садовская Т.Г., Чернышева Т.Н. Системы управления жизненным циклом изделий и возможности их применения в отрасли энергетики // Аудит и финансовый анализ. – 2010. – № 6.
9. Шалумов А.С., Никимкин С.И., Носков В.Н. Введение в CALS-технологии: учебн. пособие, – Ковров: КГТА, 2002. – 137 с.
10. Юсупов Р.М., Соколов Б.В., Птушкин А.И., Иконникова А.В., Потрясаев С.А., Цивирко Е.Г. Анализ состояния исследований проблем управления жизненным циклом искусственно созданных объектов // Труды СПИРАН. – 2011. – Вып. 1(16). – С. 37–109.
11. Концепции управления ТОиР. ЗАО «МКД Партнер». Код доступа: http://www.mcdpartner.ru.

Крупные объекты хозяйственного, военного и специального назначения, такие как предприятия промышленности и энергетики, жилищно-коммунального хозяйства, комплексы вооружения и военной техники, для своего нормального функционирования требуют развитой инженерно-технической инфраструктуры.

Последняя включает в свой состав инженерные системы (ИС), предназначенные для обеспечения обслуживаемых объектов водой, теплом, энергией, газом, а также для удаления промышленных и бытовых отходов. ИС характеризуются сложностью, протяженностью коммуникаций, разнообразием оборудования, длительными сроками эксплуатации, высоким энергопотреблением. Они должны отвечать высоким требованиям к надежности, безопасности и энергоэффективности.

В последние три десятилетия проблемам создания и эксплуатации ИС уделялось недостаточно внимания, что привело к серьезной деградации инженерных систем в масштабах всей страны.

Разрешение проблемы эффективного обеспечения требуемого состояния ИС представляется на основе использования концепции управления жизненным циклом.

Цель исследования состоит в проведении анализа возможности использования инструментов повышения эффективности технической эксплуатации ИС сложных объектов на основе использования концепции управления жизненным циклом.

Объектом данного исследования являются ИС сложных и ответственных объектов. Типовой состав ИС включает в себя системы теплоснабжения, водоснабжения, водоотведения и канализации, вентиляции и кондиционирования воздуха, холодоснабжения.

Основу элементной базы ИС составляет энергосиловое оборудование: насосы, компрессоры, вентиляторы, теплообменные аппараты, резервуары, трубопроводы, запорно-регулирующая арматура. Оно характеризуется большим разнообразием типоразмеров, широким диапазоном значений параметров и характеристик, количеством производителей. Эти особенности следует учитывать на всем протяжении жизненного цикла инженерных систем, в частности при планировании процессов технической эксплуатации.

Большая часть оборудования ИС выработала свой ресурс, а его износ составляет 60–80 %. Особо тяжелая ситуация сложилась в теплоснабжении объектов: половина объектов теплоснабжения и тепловых сетей требуют замены, более 15 % находятся в аварийном состоянии. На каждые 100 км тепловых сетей ежегодно регистрируется в среднем 70 повреждений. Потери тепла в сетях достигают 30 %, капитального ремонта или полной замены требуют 80 % общей протяженности сетей.

Действующие в настоящее время подходы к организации технической эксплуатации не позволяют разрешить проблему надежного и безопасного обеспечения объектов ресурсами, поставляемыми инженерными системами.

Исходные предположения и допущения метода исследования

Поддержание требуемого состояния ИС осуществляется в ходе технической эксплуатации. Ее организация, в силу ряда особенностей, сталкивается с разнообразными проблемами, такими как обеспечение полноты и достоверности контроля состояния оборудования, снабжение запасными частями и комплектующими, планирование сроков и объемов ремонтных работ и реконструкции, подготовка персонала и др. Естественно, все проблемы требуется разрешать в условиях ограничения выделяемых ресурсов и минимизации их объемов.

Следует отметить, что ИС существенно отличаются от технологического оборудования обслуживаемых объектов рядом особенностей, к которым можно отнести следующие:

– ИС постоянно функционируют в течение всего срока службы, независимо от режима применения обеспечиваемого объекта;

– эксплуатация как в режиме применения, так и в рамках технической эксплуатации ИС осуществляется силами эксплуатирующего персонала, слабо владеющего ремонтными компетенциями;

– ИС комплектуются общепромышленным оборудованием, как правило, отечественного производства;

– эксплуатационная документация, как правило, неукомплектована, а показатели эксплуатации и состояния оборудования не анализируются;

– отсутствует авторский надзор за состоянием оборудования в ходе эксплуатации со стороны проектировщиков, конструкторов, производственных организаций.

Одной из наиболее существенных особенностей ИС является порядок их создания и эксплуатации. Система взаимосвязи этапов жизненного цикла исследуемых систем отражена на схеме (рис. 1).

Существующая система проектирования предполагает разработку схемных решений ИС и использование производимой на момент проектирования номенклатуры оборудования. Ранее производство жестко диктовало свой взгляд на параметры выпускаемого оборудования, применяемого в проектируемых системах. Эта последовательность создания ИС была для своего времени вполне приемлемой и обеспечивала достаточно высокий уровень их качества, отличалась экономичностью, т.к. используемое оборудование выпускалось серийно. Требуемый уровень надежности обеспечивался в основном методами структурного резервирования. Функциональные характеристики, массогабаритные параметры и эксплуатационные показатели, как правило, существенно отличались от требуемых расчетных. Такой подход был оправдан возможностями промышленности и государства в период создания сложных объектов, существовавшими в середине прошлого века, когда шло строительство большинства объектов, эксплуатируемых в настоящее время.

В настоящее время связь эксплуатирующих органов с производственными, проектными и строительными организациями носит эпизодический характер. Информация о состоянии эксплуатируемых ИС за пределы органа управления эксплуатацией не выходит. Такое положение приводит к тому, что организации, участвующие в создании ИС, не имеют полного представления о требованиях заказчика и состоянии поставляемого оборудования.

pic_26.wmf

Рис. 1. Существующая схема взаимосвязи этапов жизненного цикла объектов инженерной инфраструктуры

Сроки эксплуатации ИС составляют 30–40 и более лет. Как правило, за такой промежуток времени происходит смена не одного поколения выпускаемого оборудования. Со стороны же эксплуатанта информация о потребных типах оборудования не поступает. Этот аспект также важно учитывать, поскольку на современном этапе развития производственной базы промышленности возможен учет особых требований заказчика и выпуск оборудования ограниченными партиями и даже в единственном экземпляре.

Приведенные аргументы диктуют необходимость пересмотра взглядов не только на эксплуатацию ИС, но и на другие этапы их жизненного цикла.

В настоящее время в различных областях экономики активно внедряется концепция управления жизненным циклом (ЖЦ) изделий.

Основу управления ЖЦ изделия составляют так называемые CALS-технологии. Аббревиатура CALS в настоящее время значит: Continuous acquisition and lifecycle support – непрерывная поддержка жизненного цикла продукта [3]. Более часто употребляется термин PLM (Product lifecycle management – управление жизненным циклом изделия), который является аналогом термина CALS. В российской научно-технической литературе нашел применение термин «информационная поддержка изделий» (ИПИ), который также является аналогом понятия CALS.

Управление ЖЦ предполагает оптимизацию процессов взаимодействия заказчика и поставщика в ходе проектирования, производства и эксплуатации продукции, характеризующейся длительным (несколько десятков лет) сроком последнего этапа жизненного цикла, что обеспечивает минимизацию стоимости владения изделия в течение всего жизненного цикла. Концепция управления ЖЦ особенно актуальна для создания и эксплуатации сложных объектов с длительными сроками эксплуатации, поскольку затраты на его поддержание в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации, как правило, превышают затраты на его приобретение в несколько раз.

Применение концепции УЖЦ способствует решению ряда задач, подробно описанных в [2, 10]. Данная концепция, доказав свою эффективность, активно применяется в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях экономики, расширяясь и охватывая все этапы ЖЦ изделия [2]. CALS-технология предполагает не только переход на безбумажную технологию работы, но и повышение эффективности всех процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта, за счет информационной интеграции и совместного использования информации на всех его этапах [3]. Можно привести примеры использования информационных технологий управления ЖЦ в самых различных отраслях [5, 6, 2, 5, 9]. Активно ведутся теоретические исследования в области совершенствования собственно методологии управления ЖЦ [3, 4, 8], решения частных задач и разработки отдельных методик.

Внедрение концепции УЖЦ позволяет повысить [11] производительность работ по ТОиР на 29 %, коэффициент готовности на 17 %, долю плановых ремонтов на 78 %, сокращение затрат на эксплуатацию на 10–40 %.

Разработка модели

Учитывая важность и сложность ИС крупных объектов, с одной стороны, а также возможности концепции управления ЖЦ, с другой стороны, полагаем обоснованной попытку внедрения методологии УЖЦ в целях совершенствования процессов создания и эксплуатации инженерных систем.

Основываясь на рассмотренной в [2] концептуальной модели УЖЦ, представим в обобщенном виде модель УЖЦ инженерных систем (рис. 2). Она отражает подход к управлению ЖЦ инженерными системами, который позволит существенно повысить эффективность процессов их создания и эксплуатации в частности:

– осуществлять постоянное взаимодействие, обмен информацией между участниками процессов создания и эксплуатации инженерных систем;

– организовывать свою деятельность с учетом требований и условий, формируемых заказчиком;

– своевременно и в полном объеме разрабатывать эксплуатационно-техническую документацию на оборудование и системы после их модернизации;

– осуществлять гибкое планирование ремонтно-восстановительных мероприятий, исходя из фактического состояния оборудования и возможностей поставщиков;

– перейти к электронному документообороту на всех этапах жизненного цикла инженерных систем.

pic_27.wmf

Рис. 2. Концептуальная модель ЖЦ инженерных систем

Для реализации концепции УЖЦ на основе предложенной модели следует построить 3D-модель ИС объекта, сформировать требования к системе мониторинга состояния ИС, выполнить анализ возможности использования инструментария планирования ТО и Р на основе программного комплекса EAM.

Реализация концепции УЖЦ ИС потребует привлечения значительных материальных, финансовых и временных ресурсов. Однако зарубежный и отечественный опыт свидетельствует об оправданности и эффективности этих вложений.

Результаты исследования и их обсуждение

Принятая концепция управления жизненным циклом сложных изделий позволяет организовать взаимодействие всех участников процессов создания и эксплуатации сложных изделий, к числу которых могут быть отнесены инженерные системы.

Предложенная модель ЖЦ ИС отражает процессы обмена информацией и предпринимаемых воздействий на различных этапах ЖЦ, что позволяет формировать задания на проектирование оборудования ИС с учетом их состояния и характеристик, получаемых на этапе эксплуатации.

Выводы

Наиболее эффективным инструментом разрешения множества проблем, возникающих при планировании технической эксплуатации и модернизации ИС, являются методы и программные продукты, сформированные в рамках концепции УЖЦ сложных изделий. Предложена модель ЖЦ ИС, в рамках которой предполагается осуществить разработку системы мониторинга состояния ИС и методик планирования технической эксплуатации.


Библиографическая ссылка

Зверев А.В., Росляков Е.М., Некрасов И.Н. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 3-3. – С. 483-487;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40083 (дата обращения: 27.05.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074