Spis treści
1. Wprowadzenie 2
2. Cel i zakres pracy. Uzasadnienie podjęcia tematu 3
3. Rola i znaczenie informacji eksploatacyjnej na etapach projektowania, wytwarzania i eksploatacji obiektu technicznego 5
3.1. Sprzężenia informacyjne pomiędzy procesami projektowania, wytwarzania i eksploatacji 5
3.2. Znaczenie informacji eksploatacyjnej w fazie projektowania obiektu 6
3.3. Rola informacji eksploatacyjnej na etapie wytwarzania 9
3.4. Znaczenie informacji eksploatacyjnej dla procesu eksploatacji 11
3.5. Znaczenie informacji w kosztach eksploatacji obiektów technicznych 14
4. Teoretyczne podstawy modelowania systemów informacji eksploatacyjnej (SIE) 15
4.1. Modelowanie w ujęciu systemowym 19
4.2. Rodzaje transformacji danych w modelowanym SIE 25
4.3. Procedura modelowania SIE w odniesieniu do przedmiotu badań 27
5. Matematyczne modelowanie decyzyjne 31
5.1. Ogólna koncepcja modelowania rzeczywistości eksploatacyjnej 31
5.2. Identyfikacja poznawczo - ocenowa 35
5.3. Decyzyjne modelowanie matematyczne systemu eksploatacji 41
6. Modelowanie SIE dla urządzeń pracujących w cyklach okresowo-ciągłych 45
6.1. Schemat metodyki badań 45
6.2. Charakterystyka przedmiotu badań 46
6.3. Zasady suboptymalnej strategii odnowy 52
6.4. Identyfikacja ocenowa 55
6.5. Model sterowania eksploatacją urządzeń pracujących w cyklach okresowo-ciągłych 58
6.6. Model decyzyjny 61
7. Nowa „generacja SIE” – systemy ekspertowe 68
7.1. Elementy składowe systemu ekspertowego 69
7.2. Sposoby rozwiązywania problemów w systemach ekspertowych 73
7.3. Pozyskiwanie wiedzy do baz wiedzy 76
7.4. Reprezentacja wiedzy faktograficznej 77
7.5. Reprezentacja wiedzy inferencyjnej 79
8. Wnioski końcowe 81
Bibliografia 82
Przyczyną wielu problemów eksploatacyjnych jest niewystarczająca efektywność działania obiektów technicznych, stosunkowo wysokiej jakości, spowodowana specyficznymi cechami sposobu ich eksploatacji. Jakość charakteryzuje bowiem „potencjalne możliwości działania urządzenia”, efektywność działania traktowana jest zaś, w literaturze przedmiotu jako miara przydatności obiektu do przeznaczonych mu zadań w konkretnych warunkach eksploatacji. W takim ujęciu, specyfika eksploatacji obiektu, stanowi obok jego jakości, czynnik zasadniczy, decydujący o efektywności działania obiektu.
Możliwości podwyższania efektywności działania leżą więc zarówno w sferach projektowania i wytwarzania, jak i eksploatacji obiektu.
Warunkiem prawidłowej realizacji tych procesów, zapewniającym uzyskiwanie wymaganej efektywności działania obiektu, jest występowanie informacyjnych sprzężeń zwrotnych pomiędzy tymi procesami. Ogólnie przyjętą formą realizacji tych sprzężeń są systemy informacji eksploatacyjnej (SIE), modelowane dla wybranych obiektów technicznych lub określonych klas obiektów z uwzględnieniem specjalnych cech, realizowanych przez nie procesów eksploatacji.
Celem funkcjonowania SIE jest zapewnienie okresowo ciągłego dopływu informacji eksploatacyjnych, stanowiących podstawę dla iteracyjnych, optymalizujących ingerencji w procesy projektowania, wytwarzania i eksploatacji, które realizowane są w systemie, nazywanym w literaturze przedmiotu, systemem zaspokajania potrzeb społeczeństwa (SZPS).
Celem pracy jest przedstawienie metodyki modelowania systemu informacji eksploatacyjnej, dla obiektów reprezentujących specyficzną klasę, urządzeń pracujących w cyklach okresowo-ciągłych, z zamiarem podkreślenia znaczenia funkcjonowania takiego systemu dla zminimalizowania strat ekonomicznych spowodowanych przestojami w produkcji. Modelowanie SIE jest przedstawione na przykładzie pomp wirowych pracujących w cukrowniach. Charakterystyczne dla obiektów tego typu są długie zdeterminowane cykle remontowe oraz gotowość do pracy w sezonie i wymagany resurs użytkowy. Każda przerwa w pracy spowodowana awariami pociąga za sobą duże straty wynikające m.in. z niewykonania określonych zadań produkcyjnych w terminie oraz ze strat surowcowych.
Punktem wyjścia do rozważań w niniejszej pracy jest rola informacji eksploatacyjnej na etapach projektowania, wytwarzania i eksploatacji. Pokazana jest konieczność istnienia sprzężeń informacyjnych dla prawidłowości przebiegu tych procesów, a także rola informacji eksploatacyjnej dla kosztów eksploatacyjnych.
W dalszej części omówione są teoretyczne podstawy modelowania SIE, przedstawiona jest struktura eksploatyki jako nauki pozwalającej sformalizować rzeczywistość eksploatacyjną i opisać ją matematycznie posługując się w tym celu „wypróbowaną metodą nauk abstrakcyjnych”, metodą modelowania. Dalsze rozważania dotyczą podejścia systemowego do modelowania SIE a wynikiem ich jest przyjęcie jako zasadniczego etapu modelowania, dokładnego zamodelowania badanego fragmentu rzeczywistości eksploatacyjnej poprzez stworzenie dwóch modeli: badawczego (model poznawczy, model ocenowy, model decyzyjny) i pragmatycznego.
Część dotycząca matematycznego modelowania decyzyjnego przedstawia sposób budowania matematycznego modelu decyzyjnego poprzez opis identyfikacyjny i formalny rzeczywistości eksploatacyjnej aż do stworzenia opisu w języku matematyki poszczególnych elementów modelu.
Następnie przedstawiona jest procedura modelowania SIE dla pomp wirowych, pracujących w cukrowniach, stanowiących przykład obiektów pracujących w cyklach okresowo- ciągłych. Opisany jest proces identyfikacji poznawczej przedmiotu badań i wskaźniki wykorzystywane na etapie modelowania ocenowego, sformułowane jest kryterium decyzyjne i przedstawiony jest model decyzyjny sterowania eksploatacją.
W rozdziale siódmym przedstawione są możliwości wykorzystania nowoczesnych metod reprezentacji wiedzy eksploatacyjnej poprzez zastosowanie systemów ekspertowych w eksploatacji maszyn.
W zakończeniu pracy sformułowano wnioski, wynikające z przedstawionych rozważań i opracowanego modelu systemu informacji eksploatacyjnej dla obiektów pracujących w cyklach okresowo-ciągłych.
Uzasadnienie podjęcia tematu stanowi rozdział 3 niniejszej pracy, w którym omówiono znaczenie systemów informacji eksploatacyjnej (SIE) dla prawidłowej realizacji wszystkich etapów „życia” obiektu technicznego.
Każde urządzenie przechodzi następujące fazy: projektowanie, wytwarzanie i eksploatacja.
Eksploatacja jest to proces, który przebiega od chwili wytworzenia urządzenia do chwili jego likwidacji (złomowania). Pomiędzy poszczególnymi fazami istnienia urządzenia powinny występować następujące sprzężenia informacyjne:
Funkcjonujące w rzeczywistości sprzężenia nazwano „mocnymi”. Występują one pomiędzy projektantem a wytwórcą w postaci przekazywanej dokumentacji konstrukcyjnej i technologicznej urządzenia.
Następnie sprzężenia te występują pomiędzy projektantem a użytkownikiem (eksploatatorem urządzenia) często za pośrednictwem wytwórcy, w postaci:
- wytycznych eksploatacyjnych,
- danych i zaleceń zawartych w dokumentacji techniczno- ruchowej DTR.
Przepływ informacji w kierunku przeciwnym, nazwany sprzężeniem „słabym”, występuje najczęściej w okresie gwarancyjnym urządzenia pomiędzy użytkownikiem a wytwórcą.
Tworzenie SIE ma na celu wzmocnienie „słabych” sprzężeń informacyjnych.
Organizacja systemów informacji eksploatacyjnej (SIE) ma na celu zapewnienie okresowo ciągłego dopływu informacji eksploatacyjnej dla potrzeb doskonalenia procesów projektowania, wytwarzania i eksploatacji maszyn poprzez realizację informacyjnych sprzężeń zwrotnych między tymi procesami.
Wykorzystanie danych eksploatacyjnych na etapie projektowania jest warunkiem koniecznym prawidłowej realizacji tego procesu. Wśród kryteriów optymalizacji w projektowaniu, powinny być bowiem stosowane, równorzędnie z innymi, kryteria eksploatacyjne. Kryteria te występować mogą w postaci różnego rodzaju wskaźników, których podstawą szacowania jest prognozowanie oczekiwanych wartości parametrów obiektu, w oparciu o pełną informację eksploatacyjną. W wielu pracach jako nadrzędne kryterium eksploatacyjne w projektowaniu, przyjmowana jest niezawodność obiektów złożonych. Przyjęcie tego założenia jest uzasadnione tym, że „... niezawodność jest własnością uwarunkowaną logicznymi powiązaniami między wielkościami fizycznymi ..... całego układu mechanicznego: czynnikami wymuszającymi zewnętrznymi i wewnętrznymi, otoczeniem, środowiskiem i obciążeniami” [22].
Omówienie szeregu problemów, związanych z zapewnieniem wymaganej niezawodności na etapie projektowania zawieraja m.in. praca [27].Najistotniejszym warunkiem zapewnienia wysokiego poziomu niezawodności obiektu na etapie projektowania jest posiadanie informacji o zachowaniu się podobnych obiektów na etapie eksploatacji [27] .Bardziej szczegółowe omówienie problemu wzajemnych relacji pomiędzy projektowaniem a eksploatacją, przedstawione jest w publikacji [10]. Zaproponowany w [10] zapis graficzny zwrotnych sprzężeń informacyjnych pomiędzy omawianymi procesami przedstawiono na rys 1.3 [17]. Jako bazę przeprowadzonych w [10] rozważań przyjęto metodę projektowania "Lemach 2" [17] z uwagi na jej duży stopień ogólności. Metoda ta stanowi sekwencyjno-iteracyjny układ czynności projektowo-konstrukcyjnych, w którym wyróżnić można 5 etapów zawierających 27 działań oraz 55 kroków roboczych.
Etapy projektowania oznaczono cyframi rzymskimi, zaś spośród kroków roboczych wyodrębniono na rys.3.2. te, które stanowią ogniwa sprzężeń pomiędzy projektowaniem i eksploatacją obiektu. Kroki robocze przedstawione są jako punkty w „układzie współrzędnych”: etap projektowania - funkcja projektowa. Skierowane linie łamane ciągłe obrazują kierunek i zwrot sprzężeń zewnętrznych pomiędzy blokami projektowania i eksploatacji. Linie przerywane przedstawiają sprzężenia „wewnątrzprojektowe”, implikowane przez sprzężenia zewnętrzne. Zaproponowany zapis graficzny daje informację na jakim etapie projektu i w jakim celu (funkcja projektowa), wykorzystywane są informacje eksploatacyjne, a także w których etapach projektowania powstają ustalenia odnośnie eksploatacji obiektu. Należy zwrócić uwagę na fakt, że informacje eksploatacyjne tej samej grupy (np. wskaźniki niezawodności, trwałości) mogą być wykorzystywane kilkakrotnie w celu korygowania projektu na poszczególnych jego etapach.
Rys. 3.2. Informacyjne sprzężenia zwrotne pomiędzy procesami projektowania (wg metody „Lemach 2”) i eksploatacji.[17]
Informacja eksploatacyjna wykorzystywana na etapie wytwarzania obiektu, obejmuje głównie dane o uszkodzeniach spowodowanych tzw. przyczynami produkcyjnymi, tzn. np. wadami materiałowymi, niedociągnięciami obróbki mechanicznej i cieplnochemicznej oraz montażu.
W zbiorze informacji eksploatacyjnych, interesujących wytwórcę, wyróżnić można w sensie ogólnym:
- grupę zagadnień dotyczących niezawodności elementów obiektu w aspekcie technologii wytwarzania,
- grupę zagadnień dotyczących warunków eksploatacji obiektu.
Informacje tego rodzaju wykorzystywane są na etapie wytwarzania, do następujących celów:
- zarządzania produkcją,
- doskonalenia procesu wytwarzania (optymalizacji technologii),
- organizowania kontroli jakości produkcji,
- sterowania jakością produkcji,
- doskonalenia systemu obsługi posprzedażnej (obsługi serwisowej),
- opracowywania programów produkcji części zamiennych w ujęciu asortymentowym i ilościowym.
Na rysunku 3.3. przedstawiony jest schemat przepływu informacji pomiędzy producentem i użytkownikiem zaprezentowany w pracy [5] funkcjonujący w zakładach IBM Werk Sindelfingen.
a_ziomek