projektowanie eksploatacji maszyn

Bogdan ŻÓŁTOWSKI
Bogdan LANDOWSKI
Bolesław PRZYBYLIŃSKI
PROJEKTOWANIE
EKSPLOATACJI MASZYN
RADOM – BYDGOSZCZ, 2012
Bogdan ŻÓŁTOWSKI
Bogdan LANDOWSKI
Bolesław PRZYBYLIŃSKI
PROJEKTOWANIE
EKSPLOATACJI MASZYN
„pamięci naszych Przyjaciół”
Radom – Bydgoszcz, 2012
Prof. dr hab. inż. Bogdan ŻÓŁTOWSKI – UTP Bydgoszcz
Dr inż. Bogdan LANDOWSKI – UTP Bydgoszcz
Dr inż. Bolesław PRZYBYLIŃSKI – UTP Bydgoszcz
PROJEKTOWANIE EKSPLOATACJI MASZYN
W tej książce podjęto próbę opisu i badań racjonalnej eksploatacji maszyn, skupiając się na
zagadnieniach zdatności zadaniowej, oceny stanu degradacji, zagrożenia bezpieczeństwa eksploatacji i
środowiska. Przedstawiona problematyka omawia zagadnienia stanowiące o efektywności eksploatacji zdatnych
maszyn, wspomaganej technikami informacyjnymi oraz metodami diagnostyki technicznej. Metody i środki
diagnostyki technicznej dostarczają na bieżąco aktualnej informacji o stanie badanych maszyn, dla potrzeb
racjonalnej organizacji, zarządzania i strategii ich eksploatacji.
Systemy działaniowe, traktowane jako celowo zaprojektowane obiekty dla wykonania określonej misji,
cechują się dużą złożonością konstrukcyjną i funkcjonalną oraz dużą dywersyfikacją celów. Ich struktura i
procesy w nich zachodzące mają niejednokrotnie cechy fraktalne (powtarzające się) i hierarchiczne (złożone z
różnych podsystemów antropotechnicznych). Diagnozowanie takich systemów jest niezwykle potrzebne, ale i
trudne. Rozwój diagnostyki idzie w kierunku informacyjnego ujęcia samego procesu diagnozowania, jak i
przestrzeni uszkodzeń systemów i maszyn. Pozyskiwanie zaś informacji diagnostycznej wymaga
zaprojektowania specjalnego eksperymentu diagnostycznego, zorientowanego obiektowo, zgodnie ze specyfiką
jego zużywania.
Procesy starzenia i zużycia są źródłem (przyczyną) generowania różnych procesów, a następnie
sygnałów diagnostycznych, które coraz częściej wykorzystuje się do sterowania systemem eksploatacji maszyn.
Nieodłączne istnieniu maszyn procesy destrukcyjne (starzenie i zużycia) wymagają prowadzenia badań
degradacji stanu, z których wynika zakres i częstotliwość czynności obsługowych, regulacyjnych i naprawczych
przywracających ich zdatność użytkową.
Wiele ze wskazanych zagadnień zostało szczegółowe omówione w wielu opracowaniach wybitnych
eksploatatorów i diagnostyków, a niektóre ważne - w tej książce. Wiele jednak pozostaje jeszcze do zrobienia.
Książka przeznaczona jest dla szerokiego grona odbiorców, użytkowników maszyn, studentów wydziałów
mechanicznych, inżynierów mechaników, młodych pracowników naukowych oraz pracowników zaplecza
technicznego zakładów pracy.
Recenzenci opracowania:
prof. dr hab. inż. Jerzy GIRTLER – PG Gdańsk
prof. dr hab. inż. Wiesław PIEKARSKI – UP Lublin
Monograficzna seria wydawnicza Biblioteka Problemów Eksploatacji
Redaktor naukowy: prof. dr hab. inż. Adam MAZURKIEWICZ
© Copyright by Bogdan Żółtowski, Bogdan LANDOWSKI, Bolesław PRZYBYLIŃSKI - 2012
Wydawnictwo: Instytut Technologii Eksploatacji - PIB w Radomiu
Wydawnictwo dofinansowane z środków projektu nr WND-POIG.01.03.01-00-212/09 „Techniki wirtualne w
badaniach stanu, zagrożeń bezpieczeństwa i środowiska eksploatowanych maszyn” współfinansowanego przez
Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.
Opracowanie wydawnicze: Xxxx (
Xxxx, Xxxx
ITE ///////////////////////////////////////
*Cytaty zaczerpnięto z wielu dostępnych ksiąg cytatów.
…w czytaniu książek nie chodzi o to - by czytać,
ale by myśleć…
PROJEKTOWANIE EKSPLOATACJI MASZYN
SPIS TREŚCI
1.
WPROWADZENIE
2.
WYBRANE ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN
2.1. Destrukcja stanu maszyn
2.2. Procesy eksploatowania
2.3. Modele procesów eksploatacji
2.4. Strategie eksploatacyjne
2.5. Efektywność eksploatacji maszyn
3.
UTRZYMANIE ZDATNOŚCI ZADANIOWEJ MASZYN
3.1. Związek niezawodności z bezpieczeństwem
3.2. Wskaźniki oceny procesu eksploatacji
3.3. Rola służb utrzymania ruchu w procesie eksploatacji
3.4. Techniki informacyjne w utrzymaniu ruchu maszyn
3.5. Oprogramowanie utrzymania ruchu
3.6. Oprogramowanie do analizy niezawodności i bezpieczeństwa
3.7. Oprogramowanie cyklu życia produktu
4.
BEZPIECZNA EKSPLOATACJA MASZYN
4.1. Uwarunkowania prawne bezpieczeństwa maszyn
4.2. Metody i środki zapewnienia bezpieczeństwa maszyn
4.3. Ryzyko w eksploatacji maszyn
4.4. Projektowanie bezpieczeństwa w eksploatacji maszyn
5.
ELEMENTY METODYKI PROJEKTOWANIA MASZYN
5.1. Zakres problematyki
5.2. Właściwości eksploatacyjne maszyn
5.3. Metodologia projektowania
5.4. Projektowanie właściwości eksploatacyjnych
5.5. Metodyka kształtowania zdatności maszyn
5.6. Rozpoznawanie stanu maszyny
5.7. Zarządzanie cyklem życia maszyny
6.
ZAKOŃCZENIE
LITERATURA
…książki są lekarstwem dla umysłu…
I. WPROWADZENIE
Konfrontacja zmienionych wymagań i nowych możliwości wygenerowała nowe klasy
problemów badawczych, zintensyfikowała inne, a równocześnie wiele kierunków prac
badawczych stało się nieistotne bez możliwości aplikacyjnych, poprzez:
- dostęp do zaawansowanych technologii światowych;
- możliwości zakupu najnowszej generacji urządzeń badawczych;
- możliwości najnowszych aplikacji informatycznych w obszarze hardware’u i software’u;
- dostęp do baz danych, rynku kapitałowego i szerokie możliwości powiązań kooperacyjnych.
To wszystko diametralnie zmienia poglądy i dokonania w obszarze efektywności,
bezpieczeństwa i projektowania oraz komputerowego wspomagania eksploatacji maszyn.
Wybrane zagadnienia wykrywania i nadzorowania zmian stanu obiektów w systemie
eksploatacji metodami diagnostyki technicznej, to często stosowane narzędzia szczególnie w
obszarze kształtowania bezpieczeństwa zadaniowego obiektów technicznych. Daje to
możliwość nadzorowania zmian stanu degradacji maszyn, lokalizacji uszkodzeń i
minimalizacji skutków uszkodzeń i zagrożeń bezpieczeństwa.
Podstawowymi i powszechnie stosowanymi środkami w procesach pracy są maszyny i
urządzenia techniczne. Ich użytkowanie i obsługiwanie nie powinny stwarzać jakichkolwiek
zagrożeń dla człowieka oraz otoczenia (stanowiska i środowiska pracy) przez cały czas
eksploatacji. Niestety osiągnięcie pełnego stanu bezpieczeństwa przy eksploatacji maszyn i
urządzeń technicznych nie jest możliwe, o czym świadczyć mogą dane statystyczne, z których
wynika, że ponad 70% wypadków przy pracy jest związanych z maszynami. Z tego względu
wymagane jest, zarówno na etapie projektowania, jak i w trakcie eksploatacji, rozpoznawanie
zagrożeń stwarzanych przez maszyny i szukanie rozwiązań minimalizują ich skutki.
Projektanci i producenci wytwarzając wyroby o zróżnicowanym poziomie
bezpieczeństwa rozpoznają szczegółowo wszelkie zagrożenia związane z maszyną lub innymi
urządzeniami technicznymi wyznaczają dopuszczalny poziom ryzyka, natomiast użytkownicy
wpływają na poziom ryzyka, odpowiednio przez ich dobór lub dostosowanie maszyn do
istniejących potrzeb technologicznych i warunków środowiska pracy oraz zobowiązani są do
przestrzeganie zasad i sposobów wykorzystywania maszyn wskazanych przez producenta,
uzupełnionych zasadami i sposobami stosownymi do specyfiki realizowanych procesów i
warunków środowiska pracy. Przyjęto ogólną zasadę kształtowania bezpiecznego i zdrowego
środowiska pracy polegającą na tym, że projektanci, producenci i dostawcy maszyn oraz ich
użytkownicy: pracodawcy, nadzór i operatorzy przyczyniający się do realizacji procesów
pracy, tworzą i odpowiadają za bezpieczeństwo.
Mając na względzie powyższe i wychodząc z założenia, że bardzo wysoka skala strat
ludzkich, finansowych, materialnych i społecznych wypadków przy pracy i chorób
powodowanych przez maszyny nie jest możliwa do zaakceptowania należy je zmniejszyć
przez wykorzystanie najnowszych osiągnięć nauki, techniki i organizacji pracy na etapie
projektowania, wytwarzania, instalowania, użytkowania i obsługiwania.
W analizach dotyczących technik wirtualnych i różnego typu narzędzi
informatycznych wspomagających projektowanie eksploatacji i eksploatację maszyn oraz
zarządzanie produktem wykorzystano wyniki badań własnych, materiały producentów i
dystrybutorów oprogramowania oraz wyniki badań ankietowych prezentowanych dokonań w
różnego typu przedsiębiorstwach.
Nauka zmierza do identyfikacji otaczającej nas rzeczywistości, tworząc nową wiedzę
jako wynik badań poznawczych, innowacyjnych, czy nawet awansowych. Z tego rosnącego
zasobu wiedzy i umiejętności społecznej czerpie szeroko podsystem inżynierii eksploatacji, z
całą gamą środków wsparcia informatycznego w badaniach, wytwarzaniu i użytkowaniu,
coraz bardziej mechatronicznych produktów i usług, łącznie z rodzącą się inżynierią
wirtualną, sięgającą zwolna po symulację przebiegu całego cyklu życia produktu i usługi.
Tak z dużym przybliżeniem wygląda sfera całej działalności człowieka, gdzie tworzenie
i przetwarzanie wiedzy ma istotne znaczenie w zapewnieniu warunków życia i postępu.
Społeczeństwo wiedzy i technologie informatyczne, sporządzone celem wypracowania wizji i
misji przedsiębiorstw opartych na wiedzy, w pierwszym rzędzie dotyczą szkół wyższych,
przedsiębiorstw innowacyjnych, produkcyjnych i usługowych.
Tworzenie wiedzy w nauce wymaga potężnych baz danych, baz wiedzy i dużej mocy w
twórczym przekształcaniu tej nowej wiedzy w dedykowane hierarchiczne bazy wiedzy,
zorientowane na wielu użytkowników, od samych twórców począwszy, a na normalnych
obywatelach skończywszy. Każdy z nich chce dostać informację użyteczną i zrozumiałą dla
siebie, aby się przekonać, iż warto prowadzić i finansować badania naukowe.
Na scenę już wkroczyły triumfalnie multimedia, sztuka high-tech, a nawet wirtualna
rzeczywistość i wszystko to jako udany efekt współpracy twórców kultury oraz twórczych
inżynierów dostarczających oprogramowanie i sensomotoryczną interakcję.
Systemy aktywności ludzkiej wytworzyły już dużo nowej wiedzy, pora więc
zatroszczyć się o jej przechowywanie w stanie nadającym się do dalszego wszechstronnego
wykorzystania. Pora również na jej kategoryzację, indeksację, kondensację i hierarchizację, a
także digitalizację, jako że nie cała wiedza jest dostępna w postaci cyfrowej i nie jest
przechowywana w serwerach i innych nośnikach. To jest ważne zadanie dla wytwórców
wiedzy, by całe nasze zasoby postawić w sieci, tworząc w ten sposób inteligencję
rozproszoną, nasz nowy umysł świata, by przez hipertekst łączyć wszystko ze wszystkim,
asocjacyjnie i hierarchicznie.
Ale to głównie sieć - Internet sprawia, że wiedza jest dostępna w każdym czasie i w
każdym miejscu, tworząc nową cechę wiedzy - sieciowość, wykorzystywaną szeroko przez
szybkie systemy wyszukiwania, dając w efekcie biblioteki wirtualne, instytuty i centra
wirtualne, tworzące również nową wiedzę.
W tak rozumiane zadania wpisuje się problematyka nowoczesnej teorii eksploatacji i
diagnostyka techniczna maszyn, w której coraz częściej mówi się o inteligentnych systemach
stanowiących podstawę podejmowanych racjonalnych decyzji eksploatacyjnych.
Patrząc na obecne trendy rozwojowe maszyn trzeba uznać, że współcześnie ich jakość
zawarta jest głównie w sferze automatyzacji i miniaturyzacji. Zakres badań w dziedzinie
metodologii badania stanu dynamicznego maszyn aktualnie obejmuje takie zagadnienia, jak:
modelowanie stanu dynamicznego, źródła informacji, sygnały i symptomy stanu
dynamicznego, zasady szczegółowych metod identyfikacji, eksperymenty diagnostyczne,
wspomaganie badań technologiami informatycznymi oraz organizacyjne i ekonomiczne
aspekty utrzymania maszyn w stanie zdatności.
Przedstawione w książce rozważania z konieczności zaprezentowane zostały
skrótowo, ale dla dociekliwych i poszukujących więcej informacji szczegółowych można
wskazać drogi łatwego dotarcia do szeregu pozycji literaturowych dostępnych w
wydawnictwach ITE-PIB w Radomiu, UTP w Bydgoszczy, czy na stronach internetowych
zespołu badawczego i autorów opracowania (www. zipid. utp.edu.pl).
Problematyka identyfikacji stanu degradacji maszyn z jej opisem modelowym i różnymi
metodami badawczymi tych modeli jest umocowana w konstruowaniu i eksploatacji
współczesnych maszyn i urządzeń technicznych, a wynikające problemy i zastosowania
stanowią o treściach merytorycznych projektowania eksploatacji maszyn.
Oddając do rąk szerokiego grona Czytelników to opracowanie autorzy liczą na
przychylne i życzliwe jego przyjęcie, przyjmując na siebie wszelką krytykę za
niedoskonałości merytoryczne i edytorskie.
BŻ, BL, BP