ПРЕСС-ЦЕНТР

Управление производственными фондами в энергетике: качество ремонтных работ и поддержание надежности

Электрические станции 3/2005

Активное использование систем управления производственными фондами (УПФ) на Западе началось в 80-90-х годах XX века, у нас только в новом тысячелетии. Компания "РТСофт" делится накопленным техническим опытом реализации подобных проектов.

Для целей автоматизации и ведения технической политики в области поддержания технического состояния оборудования и технологических систем, технического обслуживания и ремонта (ТОиР) в мировой практике применяются системы класса Enterprise Asset Management (EAM) либо соответствующие модули ERP-систем. Системы УПФ, созданные на базе ЕАМ-систем, используются уже более 20 лет и позволяют решать все основные задачи автоматизации.

Позиционирование системы УПФ и основные функциональные блоки показаны на рис.1 и 2.

В центре системы УПФ технологические объекты (как в информационной системе) и связанные с ними работы по техническому обслуживанию, контролю состояния и ремонту. Снизу необходимые трудовые ресурсы и документы. "Возглавляет" общую схему планирование.

С системами производственного уровня имеются следующие связи: УПФ есть один из инструментов уровня управления производством (созданного на базе MES-систем), расширяющий функции снабжения и ведения склада.

Пример возможных связей с уровнем управления технологическими процессами показан на рис.3.

Подробно о промышленных системах автоматизации производственного уровня изложено в тематических подборках [1 и 2]. ЕАМ-системы, обеспечивая ряд функций MES-систем, и блоки снабжения и ведения склада ERP-систем, являются на сегодня недостающим связующим звеном в энергетике. При этом возможны различные варианты интеграции с верхним уровнем. Например, в системе ERP можно полностью автоматизировать работу складов. Но при этом ряд срочных операций обмен необходимыми для ремонта запчастями с различных складов, срочную закупку, уточнение потребностей для текущих работ (что и происходит в реальной жизни) осуществить будет сложно.

По мнению ведущих западных аналитиков, для непрерывных производств (энергетика) ЕАМ-системы должны иметь более высокий приоритет в использовании, чем соответствующие блоки ERP-систем.

Оптимальное сочетание инструментальных средств может определить заказчик (владелец) системы вместе с системным интегратором.

Внедрение системы УПФ для решения задач энергетики. Российская энергетика переживает эпоху перемен и нужны достаточно веские причины для того, чтобы расходовать время и деньги на внедрение информационных систем и технологий для управления производственной деятельностью.

Руководство РАО "ЕЭС России" поставило перед отраслью три основные задачи: реформирование, эффективность активов, надежность [3]. Все они решаются за счет применения системы УПФ. Далее приведены краткие комментарии по каждой из трех позиций.

Реформирование. Этот процесс обозначен руководством РАО как перенос ответственности из существующей, оставшейся по сути бюрократической, структуры в бизнес-структуру. Здесь потребуются автоматизированные средства гибкого моделирования и поддержания бизнес-процессов (процессов основной деятельности).

При передаче активов во вновь образованные структуры уже потрачены значительные силы для их инвентаризации. При этом информация осталась либо на бумаге, либо в электронном виде, но в форматах, не пригодных для интеграции данных в единое информационное пространство.

Система УПФ, являясь промышленно поддерживаемым продуктом, позволит не только создать базы данных и необходимые документы, интегрируя работу подразделений, но и оптимизировать бизнес-процессы на этой основе.

Основные бизнес-процессы. К числу основных бизнес-процессов (процессов основной деятельности) следует отнести: поддержание оборудования в надлежащем состоянии, технический надзор за состоянием энергообъектов, обоснованное формирование планов на ремонтные работы (таблица 1).

Таблица 1. Основные бизнес-процессы в части УПФ

Основные бизнес-процессы

Функции процесса

Поддержание оборудования в надлежащем состоянии

  • Мониторинг технического состояния оборудования (силового оборудования подстанций, ВЛ, вторичного оборудования, средств связи и др.)
  • Регистрация сбоев и нарушений в работе оборудования, диагностика, факторов окружающей среды и др. для принятия технологических решений
  • Формализация процедур техобслуживания и ремонтов оборудования, включая планирование ремонтов, подготовку и проведение переключений и т.п. 

Технический надзор за состоянием энергообъектов

  • Учет и анализ данных о технологических нарушениях, состоянии и работе средств обеспечения безопасности, нарушениях техники безопасности, фактах травматизма
  • Планирование и проведение проверок, расследований, мероприятий по охране труда, обеспечение пожарной безопасности, противоаварийной работы.

Планирование с различными горизонтами

  • Годовое и текущее планирование средств на поддержание основных производственных фондов, сезонное планирование.
  • Формирование обоснованных Программ техперевооружения и реконструкции на основе технико-экономического анализа состояния оборудования и подсистем РЗА, ПА, АСКУЭ, АСУ, связи.
  • Ведение специализированных программ поддержания надежности и др.

 

Одной из главных задач, решаемых с этой целью, является создание информационно-технологической инфраструктуры предприятия и обеспечение интеграции информационных систем разного назначения с целью исключения дублирования ввода и хранения информации и создания единой схемы и регламентов взаимодействия информационных систем, что должно повысить эффективность выполнения бизнес-процессов предприятия в целом.

Эффективность активов. Необходимость автоматизации здесь очевидна, а под эффективностью понимается отдача производственных мощностей с наилучшим соотношением объемов выработки к расходам на топливо и поддержание мощностей в работе.

Затраты на ремонты, запчасти и материалы составляют до 1/3 всех затрат электростанции и являются точкой приложения сил, где возможна наибольшая отдача при оптимизации.

Составляющие эффекта самые разные. Вот некоторые из них:

  • "прозрачность" запасов, суммарное снижение их объемов, более оптимальное размещение;
  • экономия на закупках;
  • более точное планирование и распределение работ своих и подрядчика;
  • сокращение числа повторных работ, а также работ, в которых нет необходимости;
  • уменьшение суммарной продолжительности ремонтов и снижение неэффективного рабочего времени.

Надежность. Понятие "надежности" в академическом смысле и в понимании руководством крупнейшей компании сильно различается.

В существующих ГОСТ "надежность" это величина, получаемая в результате сложных математических вычислений. Получение исходных данных для таких вычислений требует накопления большого объема информации.

При этом расчет вероятности безотказной работы или наработки на отказ может ничего не дать с практической точки зрения. Кроме того, в тех случаях, когда события редки (а риски огромны, как, например, при системных авариях), классический вероятностный подход к оценке риска, основанный на статистических выводах, оказывается неприемлемым [4].

На практике руководитель ремонтного подразделения оценивает ситуацию на основе своего опыта, знаний, интуиции. Академический подход также меняется, переходя от теоретических исследований к практическому применению1. 1 По мере разработки и развития теоретических и методологических аспектов мониторинга и оценки энергетической безопасности стал возможен переход от теоретических и методологических исследований к практическому применению полученных результатов, а именно оценке уровня энергетической безопасности [4].

Достаточно хорошо интегрирует разные взгляды определение надежности как степени минимизации рисков получения ущербов.

Если признать, что в конечном счете оценка надежности не самоцель, а способ оценки возможных неприятностей, то выбор инструмента для практического анализа данных по надежности (и его наличие) оказывается крайне важным.

В качестве практического примера рассмотрим одну из задач УПФ подготовку ведомости ремонтных работ на электростанции. В соответствии с [7] потребуется учесть:

  • объем и периодичность ремонта;
  • нормы и нормативы на выполнение плановых ремонтов оборудования;
  • требования руководящих документов;
  • данные отчетных документов предыдущих ремонтов (средних, капитальных);
  • данные о повреждаемости оборудования и его частей и показатели надежности аналогичного оборудования (заметим, не из учебника);
  • данные о причинах ремонта;
  • данные о повторяемости дефектов;
  • данные предремонтных испытаний;
  • результаты определения фактического состояния оборудования;
  • мероприятия по сокращению разрыва мощности;
  • выполнение мероприятий из актов расследования аварий, карт отказов в работе.

Здесь более половины требуемой информации связано с категориями надежности. Очевидно, что получение качественной информации в таком объеме без наличия специализированной и опробованной на практике системы невозможно.

Итак, система УПФ обеспечивает процессы производственной деятельности для поддержания необходимого уровня эффективности производственных фондов (активов) и надежности. Это происходит за счет двух связанных задач: непрерывного мониторинга состояния оборудования и выбора подходов к ТОиР.

Мониторинг состояния оборудования и выбор подходов к ТОиР. В одном из примеров по недостаточной организации техобслуживания водогрейных котлов [5] разрушение котельной составило 100%. Для объектов энергетики, являющихся опасными производственными объектами по целому ряду критериев, доказывать необходимость совершенствования подходов к техническому обслуживанию нет необходимости.

Износ. Одним из главных аргументов в пользу автоматизации является наличие ответственного оборудования с высокой степенью изношенности и необходимость контроля состояния основных фондов. Для российских предприятий характерный уровень износа оборудования составляет от 70 до 90%.

Износ системы определяется износом ее элементов и снижается при замене их новыми в процессе капитального (среднего) ремонта. Причем время эксплуатации (общее время в работе) отдельных элементов в общем случае не пропорционально износу. Например, для выключателя класса 110_кВ и выше число срабатываний много существенней срока службы.

Соответственно для оценки вероятности отказа системы (установки) необходимо вести базу данных текущего состояния всех ее элементов.

Отказы оборудования и критичность элементов. В производственном процессе одна из основных статей расходов и потерь (особенно непредвиденных) возникает при отказе оборудования, т.е. невозможности выполнять запланированные функции. Под критическим понимается отказ с недопустимыми последствиями [6]. Соответственно элементы, отказы которых приводят к критическим последствиям, являются в технологической цепочке критическими. Для таких элементов применяют различные методы контроля состояния.

Контроль состояния. Современные методы и инструментальные средства позволяют организовать контроль состояния на необходимом высоком уровне.

Для силовых трансформаторов применяются системы контроля влагосодержания и газосодержания трансформаторного масла, для турбогенераторов, насосов, компрессоров системы вибродиагностики.

Мониторинг состояния изоляции электрических цепей может производиться за счет постоянного контроля токов утечки присоединений, а для трансформаторов и генераторов за счет измерения токов небаланса, тангенса угла потерь, уровня частичных разрядов.

Существуют методы контроля состояния водогрейных котлов, например контроль спектрального состава цвета пламени горелки.

С одной стороны, используя такие методы, можно контролировать реальное состояние критичного оборудования и предупреждать аварийные ситуации, с другой определять техническую политику в обслуживании и необходимость применения систем диагностики.

Контроль причин ненадежности "входной" и "выходной". Каким образом можно не только оценить надежность работы технологической системы, но и найти причины снижения надежности?

Практическое использование системы управления производственными фондами может начинаться с введения некоторых обязательных правил. Так, могут не приниматься к рассмотрению заявки на выполнение ремонта, не содержащие указания причины необходимости работ и того, что обнаружено. Аналогично, при закрытии работы может контролироваться наличие оценки выявленных причин и первопричин появления дефектов и выхода оборудования из строя (рис._4). При этом анализ накопленной информации позволит выбрать наиболее подходящие методы ТОиР.

Организация ППР в системе УПФ. Зная срок службы элемента, его износ и текущее техническое состояние, можно оценить риск отказа элемента (например, в процентах). В сочетании с критичностью элемента (пусть она оценена экспертно в баллах) получаем многофакторную оценку для определения технической политики в обслуживании.

Там, где риск отказа в процентах велик и критичность в баллах максимальна, обосновано применение дорогостоящего оборудования (например, тепловизоров или специальных видеокамер). Там, где "проценты и баллы" одновременно низки или одна из этих величин близка к нулю, при поступлении информации о поломке можно ремонтировать.

Ведя необходимую информацию в системе, со временем удастся сформировать инструмент для отказа от "классических" работ ППР как требуемых, так и не требуемых, и перехода к ремонтам по реальному состоянию и поддержанию заданного уровня надежности (методы PdM Predictive Maintenance и RCM Reliability Centred Maintenance).

Востребованность системы УПФ для энергетики. Примеры задач УПФ, успешно решаемых на объектах энергетики. Накопленная в системе информация о производственных фондах на объекте энергетики позволяет решать самый широкий круг задач. Безусловно, на многих предприятиях подобные задачи ставились и были решены. Как в электрических сетях, так и на электростанциях есть отдельные примеры удачных разработок программного обеспечения. Это системы планирования ремонтных работ на основе пакета "1С" и Access, ценность которых в их целевой направленности и знании специфики.

Так, для планирования работ на воздушных линиях электропередачи 110_кВ и выше требуется:

  • контролировать высоту растительности под линией (и знать примерную скорость ее роста, на основе чего прогнозировать необходимые работы по расчистке трасс);
  • знать длину участков, проходящих по лесам, и примерную ширину трасс;
  • фиксировать выполнение работ по расчистке трасс;
  • контролировать своевременное и полное выполнение осмотров, отмечать число разбитых изоляторов на каждой траверсе и т.д.

В рамках рассматриваемой темы для электросетевого предприятия время подготовки и проведения ремонта, особенно срочного, критично. Его можно сократить, имея своевременную информацию о:

  • готовности автотранспорта;
  • месте, куда должна попасть бригада (план местности, пересечения дороги с реками, железными дорогами);
  • заходах линий на подстанцию и компоновке подстанции.

На электростанции прежде всего приходится считаться с наличием самого разного оборудования и его высокой изношенностью. При этом поддержание в работе столь сложного технического объекта, особенно если это не блочная электростанция и каждое отключение уникально, требует аккуратного накопления информации об "узких местах". Здесь опасно как опоздание с ремонтом, так и раннее выполнение с неоправданными расходами.

По всем перечисленным типам предприятий есть примеры успешно работающего программного обеспечения собственной разработки. Работы эти одобрены РАО "ЕЭС России", но их тиражирования не происходит по ряду причин, большей частью бюрократических. Кроме того, не понятно, каким образом будет осуществляться техническая поддержка этих продуктов.

Еще один характерный пример. Задача, покрывающая часть проблем управления производственными фондами, была решена еще в 80-х годах в Московской кабельной сети. По всем районам МКС уже многие годы собираются подробные текущие показатели на бумажных носителях с последующим занесением ежемесячной сводки в компьютер. Анализ накопленной базы данных позволяет получать суммарные и удельные показатели по проведенным ремонтам и делать выводы об "успешных" и "неуспешных" районах. Накопленная историческая информация позволяет строить прогнозы.

Проблемы существующей автоматизации. Вместе с тем имеется ряд проблем, которые являются достаточно типичными на электростанциях, в электрических сетях, на уровне управления и большую часть которых путем использования бумажных носителей и собственных разработок решить не удается:

  • бумажные паспорта и журналы невозможно проанализировать. Записывается далеко не все, иногда записи просто не читаются или информация внесена некорректно2; 2 В одном из журналов на электростанции было замечено "окно" более чем в полтора месяца как будто бы один из основных цехов это время просто не работал.
  • информация в отчете по сравнению с исходной может искажаться она "непрозрачна";
  • объекты в ведении технологических и финансово-бухгалтерских служб не синхронизированы. Эти подразделения работают практически несвязанно, в силу чего учет и планирование затрат ведется некорректно;
  • нет инструмента для планирования работ в нужном месте и в нужное время. Годовое планирование осуществляется "под копирку" работ предыдущего года и в соответствии с требованиями ППР, необходимость большой части работ при этом не всегда обоснована;
  • складские запасы и поставки непрозрачны и неоптимальны как с точки зрения плана работ, так и по составу "пакета заказа". Есть примеры, когда число поставщиков в результате использования системы УПФ резко снижается.

Существуют локальные острова автоматизации в описании оборудования, учете его состояния, организации складского учета, функционирование которых не синхронизировано друг с другом и внешними системами. Такой подход допускает решение только локальных задач, не обеспечивая обоснованного формирования планов ППР, закупок, пополнения складских запасов. 

Пути повышения эффективности. В качестве итога перечислим основные пути повышения эффективности с использованием системы управления производственными фондами для энергетических объектов:

  • переход от принципов работы "по плану" к работе с максимальным эффектом;
  • оптимизация затрат на ремонты, запчасти и материалы: работы свои и подрядчика; складские запасы и снабжение;
  • формирование и контроль бюджета с привязкой затрат к объектам;
  • анализ надежности и программа ее поддержания.

С учетом малого опыта использования рассматриваемых систем в России возникает естественный вопрос: а что происходит в мире с системами этого класса? каковы тенденции?

В последние годы на Западе регулярно проводятся исследования рынка предложения/спроса на ЕАМ-системы. Аналитические обзоры предлагаются в Интернете (хотя стоят недешево). Аналитики отмечают стабильный рост спроса и прогнозируют его удвоение в ближайшие 8 лет. Лидерами в применении таких систем являются нефтяной и газовый секторы, за ними следует энергетика. В первую очередь электростанции (по сути, такая же фабрика, только по производству энергии), затем электросетевые компании. По некоторым прогнозам, в ближайшие годы более половины предприятий будут использовать ЕАМ-системы.

Список литературы

  1. Мир компьютерной автоматизации, 2003, 4 (специализированный выпуск по MES-системам).
  2. Мир компьютерной автоматизации, 2004, 4 (специализированный выпуск по ЕАМ-системам).
  3. Выступление председателя правления РАО "ЕЭС России" Анатолия Чубайса и первого заместителя председателя правления РАО "ЕЭС России" Леонида Меламеда по поводу новой организационной структуры исполнительного аппарата РАО "ЕЭС России" 22 марта 2004_г. (материалы доступны в Интернете).
  4. Работы Российской Академии наук в области анализа риска (по материалам из сборников научных статей нескольких филиалов РАН за 2000_--_2002_гг.). -- Вестник Госатомнадзора России, 2003, 4.
  5. William L. Reeves. -- АВОК, 2002, 2.
  6. ГОСТ 27.310-95 (МЭК 812-85). Анализ видов, последовательности и критичности отказов. Основные положения.
  7. РД 34.04.181-2003. Правила организации технического обслуживания и ремонта зданий и сооружений электростанций и сетей.

Рис._1. Состав системы УПФ

Рис._2. Области автоматизации и место системы УПФ

Рис._3. Возможные связи системы УПФ с уровнем АСУ ТП и системами диагностики электростанции

Рис._4. Фиксация в системе неисправностей и причин выхода из строя