Краснянский, Михаил Николаевич. Методология прогнозирования и обеспечения надежности функционирования процессов и аппаратов многоассортиментных химических производств

Краткое описание

Краснянский, Михаил Николаевич. Методология прогнозирования и обеспечения надежности функционирования процессов и аппаратов многоассортиментных химических производств : диссертация ... доктора технических наук : 05.17.08, 05.13.01 / Краснянский Михаил Николаевич; [Место защиты: Тамб. гос. техн. ун-т].- Тамбов, 2010.- 480 с.: ил. РГБ ОД, 71 11-5/167

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Тамбовский государственный технический университет
05201 і 50290
На правах рукописи
КРАСНЯНСКИЙ Михаил Николаевич
МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ
НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ
МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий
05.13.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
(химическая промышленность)
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук
Научный консультант Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор Малыгин Евгений Николаевич

Тамбов-2010
-2-
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОБЕС- 19 ПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРО-ИЗВОДСТВ
1.1 Жизненный цикл многоассортиментных химических произ- 21 водств
1.2 Состояние вопроса проектирования многоассортиментных 33 химических производств
1.3 Состояние вопроса технической диагностики технологическо- 57 го оборудования
1.4 Состояние вопроса организации оптимального функциониро- 75 вания и технического обслуживания оборудования многоас-сортиментных химических производств
1.5 Состояние вопроса обеспечения надежности обслуживающего 93 персонала эргатических систем
1.6 Постановка задачи исследования 125
ГЛАВА 2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРО- 128 ВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ МНОГОАССОРТИМЕНТ¬НЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
2.1 Математические модели функционирования и отказов МХП 130
2.2 Критерий оптимальности решения задачи проектирования 148 МХП
2.3 Постановка задачи проектирования МХП на множестве со- 153 стояний функционирования
2.4 Алгоритм решения задачи проектирования МХП на множест- 160 ве состояний функционирования
2.5 Структура автоматизированной системы- поддержки прогно- 171 зирования надежности функционирования ПиА МХП
ГЛАВА 3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ТЕХНО- 198 ЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СТРАТЕГИИ ЕГО РЕМОНТА
3.1 Постановка задачи технической диагностики состояния ТО 200
3.2 Математические модели диагностирования состояния ТО 203
3.3 Математическая модель определения возможных сроков про- 219 ведения ремонта ТО
3.4 Постановка задачи выбора оптимальной стратегии ремонта 229 ТО в условиях неопределенности
3.5'Алгоритм решения задачи технической диагностики, состоя- 239 ния ТО '
3.6 Алгоритм решения задачи'выбора*оптимальной стратегии.ре- 252 монта ТО в>условиях неопределенности
3.7 Структура экспертной системы технической диагностики со- 262 стояния ТО
ГЛАВА 4. КАЛЕНДАРНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ РАБОТЫ МНОГОАС- 269 СОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
4.1 Математическая модель выпуска продукции МХП 271
4.2 Математическая модель автоматизированного построения 279 графика планово-предупредительных ремонтов ТО
4.3 Постановка задачи оптимального календарного планирования 294 работы совокупности ТС цеха в условиях ограниченности ко¬личества ремонтного персонала
4.4 Алгоритм решения задачи оптимального календарного пла- 297 нирования работы совокупности ТС цеха в условиях ограни¬ченности количества ремонтного персонала
4.5 Структура автоматизированной системы календарного плани- 311 рования работы МХП
ГЛАВА 5. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИС- 321 ТЕМА НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ИНЖЕ¬НЕРНОГО ПРОФИЛЯ
5 Л Применение CALS-технологий при проектировании информа- 323 ционно-образовательной среды
5.2 Структура АИС непрерывной подготовки специалистов ин- 332 женерного профиля
5.3 Методики организации удаленного компьютерного доступа к 343 лабораторному и промышленному оборудованию
5.4 АИС тренинга персонала МХП 367
5.5 Применение методик удаленного компьютерного доступа к 383 лабораторному и промышленному оборудованию при созда¬нии АИС непрерывной подготовки специалистов инженерного профиля
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 407
ЛИТЕРАТУРА 411
ПРИЛОЖЕНИЯ 452
Приложение А. Пример решения задачи проектирования МХП краси- 453 телей ОАО «Экохимпроект»
Приложение Б. Исходные данные для расчета оптимального календар- 460 ного плана работы совокупности ТС цеха ОАО «Пигмент»
Приложение В. Виртуальный инструмент для обеспечения удаленного 464 доступа к АЛЛ по каналам сети Интернет
Справки об использовании результатов исследования 468

Список литературы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Г. Сформулированы и обоснованы методологические основы прогнозирования и обеспечения надежности функционирования процессов и аппаратов многоассортиментных химических производств, включающие:
- концепцию системного подхода к разработке и сопровождению информационного обеспечения МХП на всех этапах жизненного цикла;
- принципы: декомпозиции общей задачи повышения надежности функционирования ПиА МХП на систему задач, объединяемых единой информационной системой; использования методов математического моделирования как инструмента для разработки математических моделей функционирования и отказов МХП; постановки каждой задачи как экстремальной; учета человеческого фактора при обеспечении надежности функционирования ПиА МХП; непрерывной подготовки обслуживающего персонала МХП; разработки информационного обеспечения учебного процесса с возможностью удаленного многопользовательского доступа по каналам Интернет.
2. В результате исследования жизненного цикла многоассортментных химических производств впервые поставлена задача формирования информационно-аналитического регламента МХП как единой информационной основы, объединяющей весь объем исходной информации для решения задач обеспечения надежности функционирования системы на этапе эксплуатации, а также ее последующей реконструкции.
3. Поставлена и решена задача проектирования МХП на множестве состояний функционирования с учетом надежности функционирования оборудования. Разработаны , математические модели функционирования1 и отказов МХП, позволяющие осуществлять прогноз изменения состояний функционирования системы , во времени. Критерий оптимальности решения задачи проектирования МХП включает параметр суммарной нормированной
f
эффективности функционирования системы. Разработан алгоритм решения задачи проектирования МХП на множестве состояний функционирования, позволяющий осуществлять поиск не только удовлетворительного, но> и оптимального с точки зрения надежности функционирования ПиА варианта аппаратурного оформления МХП.
4. Разработана постановка задачи технической диагностики состояния технологического оборудования, в результате решения которой определяется множество потенциальных состояний диагностируемого объекта, с оценкой их вероятностей и времени возникновения отказа. Разработаны ММДС ТО для локализации механических отказов наиболее часто встречающихся узлов (перемешивающего устройства, торцового уплотнения, электродвигателя, редуктора и др.), которые позволяют учесть особенности функционирования ПиА МХП и осуществить построение решающих правил для задачи технической диагностики. На основе проведенных исследований разработана структура экспертной системы технической диагностики состояния ТО.
5. Поставлена и решена задача выбора оптимальной стратегии ремонта ТО в условиях неопределенности. Разработаны математические модели определения возможных сроков проведения ремонтов ТО и выбора стратегии ремонта в условиях неопределенности, позволяющие учитывать возможную неточность локализации дефекта и неопределенность времени возникновения отказа ТО. Разработан алгоритм поиска оптимального типа планируемого ремонта и сроков его проведения, учитывающий целесообразность проведения дополнительного визуального осмотра ремонтируемого узла.
6. Поставлена и решена задача оптимального календарного планирования работы совокупности ТС цеха с учетом проведения ППР оборудования в условиях ограниченности количества ремонтного персонала. Разработаны математические модели выпуска продукции МХП и автоматизированного построения графика планово-предупредительных ремонтов ТО, позволяющие рассчитывать продолжительности состояний
функционирования системы в условиях ограниченности количества ремонтного персонала цеха. Критерий оптимальности решения задачи оптимального календарного планирования работы совокупности ТС цеха - «условная» прибыль, учитывает затраты на проведение ремонтных работ и возможные штрафные санкции за недовыпуск продукции. Разработан алгоритм поиска оптимального расписания выпуска продукции и ремонта ТО в масштабах цеха в условиях ограниченности количества ремонтного персонала, основанный на эволюционном методе.
7. Разработана структура АИС непрерывной подготовки специалистов инженерного профиля, позволяющая объединить ресурсы образовательных учреждений и промышленных предприятий для формирования у обучаемых требуемого на производстве множества компетенций, а также обеспечить соответствие работников предприятий современному уровню развития науки и технологий. Разработаны методики удаленного многопользовательского доступа к лабораторному и промышленному оборудованию по каналам Интернет. Осуществлена постановка задачи проектирования тренажерного комплекса для обучения персонала МХП. Разработана математическая модель деятельности оператора ТС, определяющая сценарий тренинга и систему продукций для построения АИС тренинга персонала.
8. Разработаны автоматизированные системы:
- проектирования и эксплуатации МХП, позволяющая осуществлять формирование ИАР МХП, прогнозирование надежности функционирования проектируемых МХП, техническую диагностику состояния функционирования оборудования, построение календарного плана выпуска продукции и графика ПНР оборудования, автоматизированное формирование ведомости дефектов на проведение ремонтных работ;
- тренинга персонала МХП, позволяющая осуществлять обучение и тренинг персонала производств ряда красителей и полупродуктов в штатных и аварийных ситуациях при индивидуальном и групповом режимах управления системой (отдельные фрагменты созданной АИС представлены на сайте www. 170514.tstu.ru);
- непрерывной подготовки специалистов инженерного профиля на примере специализации «Гибкие автоматизированные системы в технологии машин и аппаратов химических производств», включающая комплекс АЛЛ удаленного доступа по дисциплинам «ГАЛС технологического оборудования», «Процессы и аппараты химических технологий», «Технологическое оборудование ГАЛС», а также дистанционную базу практической подготовки на ОАО «Пигмент» (отдельные фрагменты созданной АИС представлены на сайте www.gaps.tstu.ru).
Применение разработанных методик выбора аппаратурного оформления МХП, технической диагностики состояния ТО, календарного планирования выпуска продукции и проведения ремонта оборудования, подготовки персонала МХП, а также разработанного на их основе программного обеспечения позволяет повысить стабильность функционирования
проектируемых систем с увеличением прогнозируемой «условной» прибыли на 5-10%; повысить эффективность диагностирования состояния
технологического оборудования, организации выпуска продукции и проведения ремонтных работ на 15-25%; повысить качество обучения обслуживающего персонала в 3-5 раз. Экономический эффект от использования разработанных методик и программного обеспечения при решении реальных производственных задач оценивается в 1370 тыс. рублей.