Принципы построения системы контроля состояния и диагностики оборудования

В современном мире, в связи с ускоренными темпами развития онлайн технологий, технических и программных возможностей мониторинга какого-либо оборудования в режиме онлайн, для повышения промышленной безопасности создаются различные системы контроля состояния и диагностики оборудования. На фоне данных процессов одним из актуальных вопросов стал вопрос о достаточной обеспеченности данной сферы нормативно-правовой документацией и стандартами.

Говоря о разработке национальных стандартов необходимо принимать во внимание, что разрабатываемые документы системы стандартизации не должны противоречить существующим международным договорам Российской Федерации, федеральным законам и актам законодательной и исполнительной власти РФ, а также, при разработке национальных стандартов, возможно использование международных стандартов в качестве основы, если таковые соответствуют смежным стандартам Российской Федерации.

Рассматриваемые в данной статье стандарты разработаны на основе документов Международной организации по стандартизации, а именно:

• ИСО 13373-1:2002 «Контроль состояния и диагностика машин. Вибрационный контроль состояния машин. Часть 1. Общие методы»;
• ИСО 13374-1:2003 «Контроль состояния и диагностика машин. Обработка, передача и представление данных. Часть 1. Общее руководство»;
• ИСО 13381-1:2015 «Контроль состояния и диагностика машин. Прогнозирование. Часть 1. Общее руководство»;
• ИСО 17359:2011 «Контроль состояния и диагностика машин. Общее руководство».

Для определения основных принципов контроля состояния и диагностики оборудования, в первую очередь предлагается рассмотреть ГОСТ Р ИСО 17359-2015 [4].

Данный стандарт определяет последовательность действий для разработки программы мониторинга оборудования. Для этого необходимо на первом этапе провести анализ эффективности инвестиций для установления ключевых показателей эффективности программ мониторинга и расчет стоимости жизненного цикла оборудования. Далее необходимо определить комплекс оборудования, подлежащего контролю, с указанием его источников питания и выполняемых функций. Следующим этапом является анализ надежности и критичности выбранного оборудования, для составления матрицы приоритетов контроля состояния каждой его структурной единицы. Затем определяется метод, который будет использоваться для контроля состояния, и метод сбора и анализа данных. Дальнейшим шагом, на основе результатов проведенной работы, является определение мероприятий по техническому обслуживанию, формализация и анализ полученной программы мониторинга оборудования. Завершением является определение требований к квалификации и сертификации персонала для ввода в эксплуатацию разработанной программы.

Для разработки программы мониторинга оборудования необходимо проделать предварительную работу, которая заключается в оценке не только параметров технических, но и экономических и экологических. Для корректного функционирования программы необходимо проводить регистрацию определенной информации, рекомендуемый минимальный список которой представлен в ГОСТ Р ИСО 17359-201 [4, приложение С].

Далее, на примере ГОСТ Р ИСО 13373-1-2009 [1], предлагается рассмотреть принципы осуществления контроля конкретных параметров состояния оборудования.

Основной задачей контроля параметров состояния оборудования является предоставление информации о состоянии исправно функционирующего оборудования для последующего технического обслуживания. Контроль состояния включает в себя сбор данных на всем протяжении эксплуатации оборудования, что делает возможным сопоставлять данные, полученные в разные временные отрезки, а также позволяет получать информацию не только о текущем состоянии машины, но и об изменении этого состояния.

Цель проводимых в рамках реализации программы мониторинга измерений - своевременно распознать отклонения состояния контролируемого оборудования от нормального, для дальнейшего предиктивного технического обслуживания, до того, как дефекты в различных его частях приведут к ухудшению качества его работы, сокращению срока службы или отказу.

Системы контроля разделяются на:

• Стационарные - датчики, устройства обработки и хранения данных установлены постоянно. Сбор данных может осуществляться непрерывно или периодически. Преимущественно используются для дорогостоящих или особо важных систем или для решения сложных задач контроля;
• Полустационарные – обычно состоят из постоянно установленных датчиков, к которым периодически подключают сборщики данных;
• Переносные - измерения системе выполняются периодически, в автоматическом режиме или вручную с помощью переносного сборщика данных. Предварительный анализ полученных данных производят в процессе обхода.

От выбора системы контроля напрямую зависит выбор измерительной системы. В качестве рекомендации отмечается, что после определения видов этих систем, целесообразно составить программу контроля состояний, о которой шла речь ранее.

Стоит отметить, что для получения адекватных результатов анализа данных, наиболее рациональным решением будет контроль нескольких связных параметров одновременно, за которым следует дальнейшая их обработка и формирование корректирующих действий. Для этого необходимо определить параметры, которые влияют на нормальное функционирования оборудования в целом, а также его составные части.

Программа контроля состояния сама по себе не является законченным документом. Она постоянно изменяется и дополняется в процессе своей эксплуатации. Например, в случае с контролем вибрации, рекомендуется оценивать актуальность программы контроля после каждого останова оборудования и выполнения ремонтных работ (предлагается при необходимости изменять базовый уровень вибрации, критерии изменения вибрации и останова по вновь полученным данным).

Одним из важных вопросов в разработке предиктивных систем анализа данных является вопрос сбора, обработки и передачи данных, который рассматривается в ГОСТ Р ИСО 13374-1-2011[2].

В данном стандарте описаны общие рекомендации для программного обеспечения, используемого для вышеупомянутых операций с данными в системе контроля и состояния оборудования. Информация в таких системах поступает начиная с этапа определения данных конфигурации мониторинга, и заканчивая этапом эксплуатации. Таким образом, ввиду большого объема, а за частую этот большой объём поступает в достаточно малый временной отрезок, для облегчения восприятия и анализа, данные отображают в виде трендов, обеспечив преобразование данных в вид, из которого легко было бы извлечь информацию, необходимую для быстрого реагирования на внештатные ситуации. Представление итоговой информации системы контроля состояния и диагностики оборудования должно удовлетворять потребностям ответственного персонала.

После того как в результате диагностики оборудования и анализа полученных данных установлены причины неисправности, переходят к этапу прогнозирования остаточного ресурса, технического обслуживания и формированию мер, предупреждающих аварийные ситуации. Прогнозирование включает в себя расчеты показателей надежности, готовности и ремонтопригодности контролируемого оборудования. Формирование предупреждающих поломку мер требует также прогнозирование будущих условий эксплуатации контролируемого оборудования.

Таким образом, проанализировав данный документ, можно сделать следующие промежуточные выводы: для разработки программного обеспечения для сбора, обработки и передачи данных необходимо учитывать не только особенности среды разработки и разработанной программы контроля состояния, но и специфику отрасли и предприятия, в которых эксплуатируется оборудование.

Одной из значимых функциональных единиц системы предиктивной диагностики состояния оборудования, является возможность такой системы прогнозировать будущее состояние оборудования, что дает возможность заблаговременно проводить работы по техническому обслуживанию и замене как частей оборудования, так и всего контролируемого комплекса. Вопрос о разработке и применении процедур прогнозирования технического состояния оборудования рассматривается в ГОСТ Р ИСО 13381-1-2016 [3].

Данный нормативный акт, хоть и является государственным стандартом, все же носит рекомендательный характер, так как процесс прогнозирования будущего технического состояния, построенный на статистических методах, не может предполагать наличие единственно верных решений.

Процесс прогнозирования развития неисправностей строится на знании различных возможных видов отказов для контролируемого оборудования и его структурных единиц. Это, в свою очередь, предполагает наличие исторической базы данных, которая дает понимание о предшествующих состояниях оборудования, такие как техническое обслуживание, работа оборудования в различных режимах. Наличие такой базы данных также важно для получения наиболее достоверного прогноза времени функционирования оборудования до отказа. Так же архивные данные об эксплуатации могут использоваться при проверке на точность новых рекомендаций системы, с поступлением новой информации уточняются данные о причинах отказов.

Процесс прогнозирования зарождения неисправностей, которые могут привести оборудование к отказу, строится на установлении критериев зарождения неисправностей и использовании методов построения трендов контролируемых параметров.

Сама процедура прогнозирования описана в данном ГОСТ и представляет собой следующую последовательность [3, п. 7.2]:

1. Предварительная подготовка – определение исходных данных, таких как актуальное состояние оборудования, определения уровней останова, определение потенциальных отказов и выбор подходящей модели прогнозирования;
2. Прогнозирование отказов по развивающимся неисправностям – анализ полученных данных о состоянии оборудования с учётом значений уровней останова, построение трендов до уровня останова, определение отказа и времени до отказа;
3. Прогнозирование будущих отказов – анализ зарождения будущих неисправностей, анализ зависимости существующих и будущих отказов, выбор наиболее критичного отказа и составление «предварительного» прогноза;
4. Прогнозирование последствий принятых мер – формулирование предиктивных мер по предотвращению или уменьшению негативных последствий неисправностей, пересмотр моделей и повтор процедуры прогнозирования с учетом последствий принятых мер, составление нового прогноза.

Итогом проведенной работы становится отчет о прогнозировании, который представляет собой форму с краткими сведениями о контролируемом оборудовании, со сведениями о каждом отдельном диагнозе и проведенных испытаниях и рекомендациями по дальнейшим действиям.

Таким образом, беря во внимание все приведенное выше, можно сказать, что одним из ключевых компонентов системы контроля состояния и диагностики оборудования нормативными актами определяется достаточная база исторических данных, которая необходима не только на стадии разработки системы для проверки адекватности ее работы, но и на различных других стадиях вплоть до процесса предиктивного анализа полученных системой данных. Еще одним не менее важным условием нормального функционирования системы определяется достаточная техническая оснащенность оборудованием для сбора, систематизации, анализа и хранения полученных данных.

Процесс разработки и эксплуатации систем контроля состояния и диагностики оборудования является многомерным, сложным процессом, который должен учитывать специфику не только контролируемого оборудования, но и специфику оборудования на базе которого работает сама система. Несмотря на то, что создание подобных систем направлено на повышение промышленной безопасности, в том числе путем введения безлюдных технологий, например, при сборе данных с оборудования, а также уменьшение человеческого фактора, совсем исключить человека на данном этапе развития технологий пока невозможно, что можно увидеть на примере проведенного анализа вышеперечисленных государственных стандартов. Таким образом можно сделать вывод, что квалификация работников, эксплуатирующих данную систему, также является немаловажным аспектом штатного функционирования подобных систем.