Dr hab. inż. Marek Młyńczak, prof. PWr.
WPROWADZENIE DO EKSPLOATACJI MASZYN
EKSPLOATACJA (wg PN-82/N-04001) jest to:
zespół celowych działań organizacyjno-technicznych i ekonomicznych ludzi
z obiektami technicznymi oraz wzajemne relacje występujące między nimi od chwili
przejęcia obiektu do wykorzystania zgodnie z przeznaczeniem aż do jego likwidacji.
Fazy życia obiektu technicznego
hierarchizacja potrzeb, wybór
wariantu rozwiÄ…zania
FAZA WARTOÅšCIOWANIA
koncepcja spełnienia potrzeby,
dobór cech konstrukcyjnych
FAZA PROJEKTOWANIA
(postać konstrukcyjna i układ
wymiarów)
FAZA KONSTRUOWANIA
POTRZEBA
materialna synteza obiektu -
FAZA WYTWARZANIA
wytwór
FAZA EKSPLOATACJI realizacja celów
KASACJA
odzysk materiałów
POTRZEBA implikuje określone wymagania (indywidualne, grupowe, społeczne) opisane
zbiorem cech C={c } np.: funkcjonalność, niezawodność, sprawność, ekonomiczność,
i
dostępność tworzywa, technologiczność, łatwość użytkowania i obsługiwania,
ergonomiczność, zgodność normatywna, spełniony wymóg wtórnego obrotu materiału
(recycling).
Teoria eksploatacji
Eksploatacja ogólna (filozoficzna) - opis zjawisk eksploatacyjnych na gruncie prakseologii.
Analiza i synteza logiczna modeli ogólnych;
teoria organizacji, cybernetyka, logika, teoria mnogości, nauka o pracy, filozofia, historia
techniki.
Eksploatacja matematyczna - modelowanie matematyczne zjawisk eksploatacyjnych;
modele decyzyjne, programowanie, cybernetyka, teoria systemów.
Eksploatacja doświadczalna - badanie eksperymentalne zjawisk zachodzących podczas
eksploatacji; teoria eksperymentu, praktyczne modele decyzyjne, symulacja cyfrowa.
Eksploatacja techniczna  modelowanie zjawisk eksploatacyjnych, teoria degradacji,
statystyka matematyczna, fizyka, podstawy konstrukcji maszyn.
A
ańcuch działania jest łańcuchem użytkowania jeśli obiekt (maszyna, urządzenie) jest
pośrednikiem działania: A
u=
x M z
operator ladowarka wegiel
A
ańcuch działania jest łańcuchem obsługiwania jeśli obiekt (maszyna, urządzenie) jest
przedmiotem działania: A
o=
x y M
mechanik klucz nasadowy samochód
OBIEKT W EKSPLOATACJI JEST UŻYTKOWANY LUB OBSA
UGIWANY
EKSPLOATACJA TO UŻYTKOWANIE I OBSA
UGIWANIE OBIEKTÓW
Systemowe ujęcie obiektu technicznego.
System jest zbiorem elementów i relacji zachodzących między nimi.
S=
gdzie: E= {E }, i= 1, 2, ...
i
R= {R }, j= 1, 2, ...
j
Formalny opis modelu systemu eksploatacji
SE= gdzie: SU= , SO=
Cybernetyczny model eksploatacji
mðz
lðz
SE
SE
mð mð
SU SU
SO SO
lð lð
mðw
lðw
system zamknięty system otwarty (rodzący się,
wymierający, pełnego przepływu)
INTENSYWNOŚĆ (przepływ w jednostce czasu): maszyn, urządzeń, narzędzi, materiałów
eksploatacyjnych, energii, kadry, dokumentacji, myśli technicznej, norm, finansów itp.
Intensywność w modelu ogólnym może mieć charakter: statyczny, niezmienny w czasie
(lð, mð= const. dla ustalonego Dðt lub (0-t)) lub dynamiczny (lð(t), mð(t)).
Proces eksploatacji urzÄ…dzenia
Proces eksploatacji opisuje przebieg zmian stanów eksploatacyjnych w czasie.
stan
Eu t1u t2u t3u t4u
t
t1o t2o t3o
Eo
1 1 0
Gð=
1 1 1
1 0 1
S1 S2
p11(t) p12(t) 0
p21(t) p22(t) p23(t)
Pð=
S3
p31(t) 0 p33(t)
Wskaz
niki ocenowe procesu eksploatacji dla procesu dwustanowego:
Wskaz
nik gotowości technicznej urządzenia:
Tu(t) Tu(t)
kg(t) =ð =ð
Tu(t) +ð To(t) t
Wskaz
nik odnowy urzÄ…dzenia:
To(t) To(t)
ko(t) =ð =ð =ð 1-ð kg(t)
Tu(t) +ð To(t) t
EKSPLOATACJA TECHNICZNA
SYSTEM EKSPLOATACJI PROCES EKSPLOATACJI ZARZ
DZANIE
EKSPLOATACJ

OBIEKT EKSPLOATACJI PROCESY STEROWANE METODY
ZARZ
DZANIA
BAZA EKSPLOATACYJNA PROCES UŻYTKOWANIA DIAGNOSTYKA
PROCES OBSA
UGIWANIA BADANIA
KADRA EKSPLOATACYJNA
EKSPLOATACYJNE
LOGISTYKA UŻYTKOWANIA
OTOCZENIE EKSPLOATACJI
I OBSA
UGIWANIA
PROCESY NIESTEROWANE
- USZKADZALNOŚĆ
- DEGRADACJA
Stan techniczny obiektu technicznego
Obiekt techniczny jest traktowany jako system względnie odosobniony sprzężony z
otoczeniem poprzez wymianÄ™ masy, energii i informacji.
Własności obiektu można opisać zbiorem cech mierzalnych i niemierzalnych.
Wybór cech uzależniony jest od celu analizy
CECHY
KRYTYCZNE
WAZNE MIERZALNE
MALO WAZNE NIEMIERZALNE
POMIJALNE
Cechy krytyczne (EOSJ) - decydujące o bezpieczeństwie i nieodwracalnym zmniejszeniu
efektywności funkcjonowania.
Cechy ważne - decydujące o zagrożeniu dla obiektu lub istotnie wpływające na
efektywność funkcjonowania.
Cechy małoważne - nieistotnie lub odwracalnie wpływające na efektywność
funkcjonowania.
Cechy pomijalne - nieistotne ze względu na funkcjonowanie obiektu.
Stan techniczny obiektu oznacza się wektorem parametrów jego budowy oraz procesów w
nim zachodzÄ…cych: roboczych, pomocniczych i resztkowych: C(t) = [c (t), c (t), ... , c (t)]
1 2 m
Graniczny poziom zużycia
c(t)
Wartość wymagana
górny
t
Graniczny poziom zużycia
dolny
Zmiany własności zachodzące w eksploatacji:
·ð trwaÅ‚e,
·ð odwracalne (samoodwracalne, odnawialne).
Uszkodzenie jako skutek przekroczenia wytrzymałości
Zmienna losowo wytrzymałość
Proces losowy
stała wytrzymałość ciągły skokowy
np. starzenie np. zmienna temp.
Utrata wytrz. przy
np. uszk. katastrof. uszk. zmęczen.
skokach obc.
zmęczenie, obc.
ruch przeryw. utrata wytrzym.
okresowe
stałe
obciążenie
ciągły
Proces losowy
skokowy
Zmienne losowo naprężenie
Klasyfikacja procesów zużycia elementów maszyn
PROCESY ZUŻYCIA
ELEMENTÓW MASZYN
KOROZYJNE
TECHNICZNE
PROCESY ZUŻYCIA
PROCESY ZUŻYCIA
EROZYJNE PROCESY
TRIBOLOGICZNE
ZUŻYCIA
PROCESY ZUŻYCIA
PROCESY DORAy
NE PROCESY
(ZUŻYCIE ŚCIERNE) PRZYGOTOWANE
PROCESY
W STRUMIENIU PROCESY KOROZJI
MIKROSKRAWANIE
ZUŻYCIE
ZM
CZENIOWE
CZ
STEK STAA
YCH CHEMICZNEJ
ADHEZYJNE
RYSOWANIE
SPALLING W STRUMIENIU
ZUŻYCIE PRZEZ PROCESY KOROZJI
CIECZY
(łuszczenie zmęcz.)
UTLENIANIE ELEKTROCHEMICZNEJ
W STRUMIENIU
BRUZDOWANIE
PITTING
CIECZY Z CZ
STK.
PROCESY KOROZJI W
(cykl. napr. kontakt.)
STAA
YMI
RÓŻNYCH
ÅšCINANIE
ÅšRODOWISKACH
ZUŻYCIE
NIERÓWNOŚCI
FRETTING
KAWITACYJNE
(cierno-korozyjne
ODRYWANIE
ZUŻYCIE
NIERÓWNOŚCI SCUFING
ELEKTROEROZYJNE
(adhezyjne i ścierne)
ZUŻYCIE NA SKUTEK
SUBLIMACJI I
JONIZACJI
Tribologiczne procesy zużycia
Rysowanie obserwuje się jako rozsmarowywanie miękkiego materiału na twardszym, tak
jak to można zaobserwować rysując kredą po tablicy. Jedna z powierzchni zużywa się
intensywnie, podczas gdy na drugiej narasta warstwa materiału przeciwpowierzchni.
Obraz bruzdowania podobny jest do tworzÄ…cych siÄ™ bruzd po przejez
dzie koła po błocie
pośniegowym lub po przejez
dzie roweru po piasku. Miękki materiał ulega w tym przypadku
plastycznej deformacji, co może być widoczne jako zagłębienie oraz wypiętrzenie brzegów
bruzdy.
Ścinanie i odrywanie nierówności w efekcie końcowym mogą pozostawić podobny obraz,
jednak mechanizm tych zjawisk jest odmienny. Ścinanie nierówności może być podobne
do skrawania, przy czym dotyczy to tylko najwyższych nierówności. Nierówności zostają
ścięte twardszymi nierównościami przeciwpowierzchni. Odrywanie nierówności może
natomiast zachodzić podczas sczepiania (zespawania) nierówności z przeciwpowierzchnią
lub odrywania nierówności u jej podstawy jak podczas zginania belki obciążonej na końcu
siłą skupioną.
Procesy przygotowane - pierwotnym z
ródłem jest pękanie zmęczeniowe.
Spalling jest procesem zużywania przez łuszczenie powierzchni współpracujących na
sucho (np. koło-szyna). Powtarzające się duże naciski powodują odwarstwianie się łusek
materiału na skutek miejscowego przekraczania dopuszczalnych obciążeń i korozji.
Pittnig jest zjawiskiem obserwowanym w smarowanych powierzchniach tocznych np. w
łożyskach tocznych, w postaci oddzielających się cząstek materiału bieżni lub kulek.
Drobiny te powstają w wyniku długotrwałego, powtarzającego się silnego nacisku
powierzchni i powstawaniu mikroszczelin rozklinowywanych z kolei działaniem
wnikającego oleju smarującego. Oddzielone drobiny materiału są zwykle rozwalcowywane
w kolejnych obrotach łożyskach i widoczne jako metaliczne płatki.
Fretting to zużywanie mocno obciążonych przeciwpowierzchni trwale zespolonych ze
sobą jednak umożliwiających względne mikro-ruchy (np. połączenia nitowanie, śrubowe,
złącza wpustowe). Głównymi czynnikami starzeniowymi jest tu sczepianie adhezyjne i
utlenianie spowodowane wysokimi naprężeniami w warstwie wierzchniej. Cząsteczki
współpracujących powierzchni sczepiają się adhezyjnie i na skutek mikrodrgań odrywają i
utleniają. Na skutek takich zjawisk warstwa wierzchnia osłabia się i traci swoje własności.
Scuffing jest procesem mikrospawania i przenoszenia materiału obserwowanym przy
głowie lub stopie zębów. Chwilowe przerwanie filmu smarowego i wysokie obciążenie
powoduje miejscowy wzrost temperatury i zespawanie cząstek współpracujących zębów a
następnie wyrwanie jednej z nich. Intensywność procesu zależy od wielkości nacisków,
względnego poślizgu, stanu powierzchni i warunków smarowania.
KLASYFIKACJA OBSA
UGIWANIA
OBSA
UGIWANIE
przed uszkodzeniem po uszkodzeniu
OBSA
UGIWANIE OBSA
UGIWANIE
PROFILAKTYCZNE KOREKCYJNE
W oparciu
Zdeterminowane
o stan obiektu
Monitorowanie Odnowa lub Test Świadome Użytkowanie
stanu i kontrola wymiana funkcjonalności użytkowanie do do losowego
prewencyjna uszkodzenia uszkodzenia
Czy OK
Czy OK
nie nie
czyszczenie, smarowanie, regulacja, kalibracja, naprawa, wymiana
Ocena wyboru strategii
Ocena taka opiera się na ocenie całkowitych efektów działania systemu OEE (Overall
Equipment Efectiveness), która uwzględnia gotowość, wydajność i jakość działania w
postaci iloczynowej:
5ØBÜ5Ø8Ü5Ø8Ü = 5Ø4Ü5ØIÜ5Ø4Ü5Ø<Ü5Ø?Ü5Ø4Ü5Ø5Ü5Ø<Ü5Ø?Ü5Ø<Ü5ØGÜ5ØLÜ " 5ØCÜ5Ø8Ü5ØEÜ5Ø9Ü5ØBÜ5ØEÜ5Ø@Ü5Ø4Ü5ØAÜ5Ø6Ü5Ø8Ü " 5ØDÜ5ØHÜ5Ø4Ü5Ø?Ü5Ø<Ü5ØGÜ5ØLÜ
gdzie: AVAILABILITY jest gotowością techniczną,
PERFORMANCE jest wskaz
nikiem wydajności użytkowej
(wskaz
nik wykorzystania czasu użytkowania),
QUALITY określa udział błędów (wad produkcyjnych, błędnych
cykli pracy) w całkowitej liczbie sztuk lub cykli.
Ocenia się, że oczekiwana (przeciętna światowa) wartość OEE wynosi, uwzględniając
odpowiednio poszczególne czynniki iloczynu:
5ØBÜ5Ø8Ü5Ø8Ü = 0,90 " 0,95 " 0,999 = 0,85
Modyfikacja uwzględniająca bezpieczeństwo
5Ø6Ü5Ø8Ü5Ø@Ü = 5Ø:Ü5ØBÜ5ØGÜ " 5ØJÜ5ØLÜ5Ø>Ü " 5Ø=Ü5Ø4Ü5Ø>Ü " 5Ø5Ü5Ø8Ü5ØMÜ5ØCÜ
gdzie: CEM- całkowita efektywność obiektu mechanicznego
w eksploatacji,
GOT- wskaz
nik gotowości technicznej obiektu,
WYK- wskaz
nik wykorzystania obiektu,
JAK- wskaz
nik jakości produkcji/usługi,
5Ø>Ü5ØFÜ
BEZP- wskaz
nik bezpiecznego dziaÅ‚ania, 5Ø5Ü5Ø8Ü5ØMÜ5ØCÜ = 1 - ,
5Ø7Ü5Ø8Ü
KS- koszt strat i odszkodowań w okresie badań,
DE- dochód w okresie badań.
y
ródła poprawy efektywności eksploatacji:
·ð wydÅ‚użenie czasu, lub innej miary pracy, miÄ™dzy obsÅ‚ugami profilaktycznymi,
·ð ograniczanie nieplanowych wyÅ‚Ä…czeÅ„ i uszkodzeÅ„,
·ð eliminacja braków materiałów niezbÄ™dnych w użytkowaniu obiektu,
·ð skrócenie czasu niezdatnoÅ›ci wynikajÄ…cego z czasu obsÅ‚ug profilaktycznych i napraw,
·ð skrócenie czasu niezdatnoÅ›ci wynikajÄ…cego z czasu obsÅ‚ugiwania pasywnego
(oczekiwanie na obsługę),
·ð skrócenie czasu użytkowania pasywnego i jaÅ‚owego,
·ð zwiÄ™kszenie intensywnoÅ›ci użytkowania (operator, zasilanie, stopieÅ„ zużycia i jakość
obiektu),
·ð aktywizacja i motywacji eksploatatorów do wykonywania pracy zgodnie z najwyższymi
standardami jakościowymi,
·ð wÅ‚Ä…czenie polityki bezpiecznego dziaÅ‚ania do rutynowych dziaÅ‚aÅ„ eksploatacyjnych,
·ð wprowadzanie Å›rodków bezpieczeÅ„stwa celem ograniczania czÄ™stotliwoÅ›ci i wielkoÅ›ci
skutków zdarzeń niepożądanych.