ЦИФРОВАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ПРОЦЕССА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ КАБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы увеличения машинного времени работы кабельного оборудования за счет внедрения цифровой трансформации в процедуру технической подготовки производства. Данное решение вызвано тем, что существующая система подготовки производства на кабельных заводах ориентирована на проведение планово-предупредительных работ, основанных лишь на данных, собранных инженерно-техническим персоналам с приборного оснащения кабельных машин и визуального осмотра рабочих механизмов. При этом специфика кабельного производства заключается в обеспечении работы оборудования, а именно в соблюдении жесткой последовательности выполнения технологических операций. Предлагаемая система «Помощника ТПП» позволит создать гибкую систему управления процессом формирования планово-предупредительных работ путем сбора и обработки, в режиме реального времени, поступающей разнородной информации (входных и выходных сигналов, возмущающих воздействий) со всех занятых в технологии производства кабельно-проводниковой продукции производственных систем, путем обобщения, оптимизации и анализирования полученной информации. Разработанная система экспертной оценки технического состояния кабельного оборудования функционирует на основе искусственного интеллекта и позволяет достичь хороших экономических и производственных показателей работы кабельного завода.

ABSTRACT

The article deals with the issues of increasing the machine time of cable equipment through the introduction of digital transformation in the procedure of technical preparation of production. This decision is caused by the fact that the existing system of production preparation at cable plants is oriented on carrying out preventive maintenance works based only on the data collected by engineering and technical personnel from the instrumentation of cable machines and visual inspection of working mechanisms. At the same time, the specificity of cable production is to ensure the operation of the equipment, namely in the observance of a strict sequence of technological operations. The proposed system "Assistant TPP" will allow to create a flexible control system of the process of formation of preventive maintenance by collecting and processing, in real time mode, incoming heterogeneous information (input and output signals, disturbing influences) from all production systems involved in the technology of cable-wire production, by generalisation, optimisation and analysis of the received information. The developed system of expert assessment of the technical condition of cable equipment functions on the basis of artificial intelligence and allows to achieve good economic and production performance of the cable plant.

Ключевые слова: цифровая трансформация, кабельное производство, технологический процесс, экспертная система, оценка технического состояний оборудования, искусственный интеллект, кабельные машины, кабельно-проводниковая продукция, техническое обсаживание, техническая подготовка производства, планово-предупредительные работы, надежность, долговечность, машинное время.

Keywords: digital transformation, cable production, technological process, expert system, assessment of technical states of equipment, artificial intelligence, cable machines, cable-wire products, technical casing, technical preparation of production, preventive maintenance, reliability, durability, machine time.

Специфика технологического процесса производства кабельно-проводниковой продукции (КПП) заключается в соблюдении определенной последовательности технологических операций, выполняемых только на специализированном кабельном (технологическом) оборудовании: основном и вспомогательном.

Результаты проведенной оценки технического состояния установленного парка технологического оборудования на кабельном производстве Узбекистана показали, что моральный износ почти всех технологических единиц превышает более 50%. Этот факт, по сути является негативным, т.к. служит причиной снижения качественных показателей работы всего предприятия и оказывает негативное влияние на эффективность производства, надежность и безотказность систем. В специфике технологии кабельного производства существует угроза при которой ухудшение работоспособности одной, отдельно взятой кабельной машины (КМ) ставит под срыв выполнение всего производственного заказа за счет возникновения незапланированных остановок технологического процесса: поломка КМ, задержка выполнения всех последующих технологических операций по производственному маршруту; снижение безопасности работы производственных работников и операторов, рост сверхнормативных отходов и образование большого объема выбракованной кабельной продукции.

Сегодняшний Узбекистан, это страна, проводящая в жизнь большие экономические реформы, чем объясняется постоянный рост производства КПП, объемы выпуска которого закрывают потребности государства в энергетических ресурсах, развитии системы электроснабжения, строительства, расширения и модернизации всей инфраструктуры электросетей.

Решение вопросов контроля технического состояния кабельного оборудования в производственном процессе возложено на энерго-механическую службу и группу технической подготовки производства (ТПП). Совместная деятельность данных структурных подразделений обеспечивает бесперебойную и взаимосвязанную работу всего установленного парка технологического оборудования (основного и вспомогательного), за счет поддержания на необходимом техническом уровне оборудование в заданных паспортных и нормативных параметрах [1, 2].

Таким образом, техническое состояние кабельного оборудования зависит от многих факторов [1, 2]: износ, который делится на физический: ржавчина, коррозия и т.п. и моральный: уровень отставания машины от современных технологических и производственных требований (устаревание), ухудшение базового состояния рабочих узлов и механизмов. Повышение надежности, безотказности и работоспособности рабочих механизмов позволит создать благоприятные условия выполнения производственного заказа в установленные сроки поставки и с высоким качеством готового изделия, что обеспечит благоприятные условия для повышения конкурентоспособности выпускаемой кабельно-проводниковой продукции.

Проведенный анализ данных, полученных после сопоставления реальных технических показателей кабельного оборудования, показал, что снятые, во время выполнения технологии значения рабочих параметров сильно отличаются от паспортных данных, что может свидетельствовать о несоблюдении технологического регламента и является одной из возможных причин завышенных экономических показателей (перерасход электроэнергии, сырья и материалов) для всего кабельного предприятия в целом.

От проблемы влияния физического и морального износа на техническое и технологическое состояние оборудования уйти невозможно, т.к. это временный фактор, который не зависит от условий и уровня эксплуатации КМ. Однако, поддержание базового технического состояния оборудования на требуемом технологией уровне, это решаемая производственная задача, эффективность которой определяется: качеством, уровнем и адекватностью проведенной оценки текущего и базового состояния оборудования, скорости его восстановления к исходному (паспортному) состоянию, а также квалификацией производственных работников и обслуживающего персонала.

Исследование причин аварийных ситуаций КМ на ОА «Андижанкабель» (медный цех - 51 раз в год), показали, что продолжительные аварийные простои (173,8 ч) волочильного оборудования не только негативно сказалось на экономические показатели предприятия, но и существенно снизили уровень качества готового кабельного изделия. Вместе с тем, эффективное использование основных производственных средств может создать условия для снижения уровня затрат на технологию и реализацию КПП, а также станет фактором, повышающим рентабельность производственного процесса в целом.

Таким образом, решение вопроса по обеспечению высокого уровня ТПП предприятия, являясь комплексной производственной задачей, которая содержит в себе технические и технологические особенности, действующие в кабельном производстве:

1) Качество выпускаемой КПП зависит от технического состояния, надежности и безотказности КМ;

2) Увеличение единичных простоев оборудования, вызванных внеплановыми (аварийными) ситуациями, приводящие к снижению общей производительности по предприятию;

3) Технологическая уникальность КМ определяет их высокую стоимость, а следовательно, и сложность в подборе и закупке базовых запасных частей, комплектующих и элементной базы, что так же является причиной увеличения затрат на техническое обслуживание (ТО), ремонтные работы КМ и может привести к росту срока его эксплуатации.

В связи с этим возникает острая необходимость в принятии мер по улучшению технического состояния оборудования, обеспечению его долгосрочной работоспособности путем эффективной оценки его технического состояния. Полученные результаты адекватного технического прогноза по отдельно взятой КМ, должны обеспечить на производстве: предупреждение вероятных аварийных ситуаций, уменьшить неплановые остановы, минимизировать экстренное изменение маршрутов производства и снизить вероятность срыва всего производственного заказа.

Грамотная оценка текущего и базового состояния КМ позволит создать благоприятные условия для принятия правильных и взвешенных решений по обслуживанию и восстановлению технического состояния оборудования, в сопоставлении к исходным паспортным данным. Являясь очень сложной производственной задачей, инженерно-техническая служба кабельного завода должна параллельно решить вопросы не только организации оценки технического состояния технологического оборудования, но и обеспечить этот процесс грамотным, высококвалифицированным персоналом, способным выявить неисправности и предусмотреть будущие угрозы, на основании своей квалификации и имеющегося производственного опыта. Своевременное получение оценочных результатов в короткий промежуток времени, является критерием для минимизации количества простоев, снижения уровня производственных затрат, а также позволит обеспечит оптимизацию распределения технического и производственного потенциала (участка, цеха, завода) по всем технологическим маршрутам, действующим на заводе.

Современное технологическое оборудование кабельного производства представляет собой сложную инженерную систему, объединяющую в себе множество электромеханических и электротехнологических процессов, ориентированных на выпуск кабельного изделия: вытяжка (), пластическая деформация (), скрутка (), термический нагрев () и т.д. Выполнение контрольных и регулировочных функций, обеспечивающих соблюдение всех перечисленных технологий (режимов) на кабельном оборудовании возложено на автоматизированные системы управления (АСУ) и регулирования (САР).

Эффективность функционирования САУ и САР КМ, в свою очередь, определяется подержанием уровня контроля за рабочими параметрами всех систем оборудования (согласно требованиям по предельным границам, установленные нормативными документами (НД)), а также согласованной работой всех узлов и механизмов, как электромеханической (ЭМС), так и электротехнологической (ЭТС) систем. Следует также отметить, что основной целью работы кабельного оборудования является выпуск высококачественного кабельного изделия, которая достигается путем синхронизации работы всех узлов и механизмов ЭМС и ЭП работающих совместно с метрологическим и испытательным оборудованием: проведение контроля геометрических, электрических и механических параметров кабельного изделия; технологических, производственных, электрических, термических режимов, а также системой контроля (датчики).

Однако, не всегда поставленные задачи САУ и САР решаются верно и в требуемых пределах, т.к. функционал этих систем ориентирован только на работу с текущими значениями, полученными с установленных диапазонах с датчиков и контрольно-измерительной аппаратуры (КиПА). За пределами контроля этих систем остаются вопросы возникновения причин и сбоев в работе оборудования, возникновения экстремальных режимов и нештатных ситуаций. Все эти процессы, протекающие в КМ, являются результатом постепенного физического износа ЭМС и ЭП – что является или неизбежным эксплуатационным фактом, или следствием недостаточной проработки/ошибки технологии (таблица-1).

Таблица 1.

Работа систем кабельного оборудования

Действующий регламент проведения планово-предупредительных работ на кабельных предприятиях, как правило ориентирован на сопровождение и обслуживание работы оборудования в плановом режиме, где критерием, определяющим очерёдность проведения ремонтно-восстановительных работ, согласно ГОСТ 27.002-2015, является «Наработка на отказ». Этим параметром определяется временной интервал равный определенному промежутку времени, по истечении которого необходимо осуществить очередное техническое обслуживание (например: отказ КМ происходит каждый 360 ч., соответственно через 360 ч. необходимо провести ее обслуживать) [2].

Своевременная диагностика технического состояния кабельного оборудования, строится на работе САУ, по фиксированным значениям которой производственной и электромеханической службами осуществляется планирование ремонтно-восстановительных работ по всему парку технологического оборудования. Существующие на предприятиях меры по обеспечению долгосрочной работоспособности технологического оборудования направлены на улучшение его технического состояния путем предупреждения нежелательных нештатных ситуаций и их максимально быстрое устранение (по мере возможности), что позволяет своевременно предугадать и исключить возможные отказы/поломки ЭМС и ЭП и тем самым продлить срок службы кабельного технологического оборудования. К этим мерам относя: проведение технического обслуживания и ремонта (ТОР); модернизация работы ЭМС, ЭТС и ЭП путем замены, устаревших/изношенных узлов и механизмов, в т.ч. элементной базы, на более современные и эффективные; мониторинг и диагностику систем оборудования, за счет установки датчиков/систем мониторинга, обеспечивающих предоставление непрерывной информации о техническом состоянии КМ и предупреждение различных аварийных ситуаций на ранних стадиях проявления; обучение и повышение квалификации производственных работников и обслуживающего персонала.

Рисунок 1. Взаимосвязи ТПП с технологическим процессом производства КПП и Базами данных

Эффективность принятия решений в вопросах по оценке технического состояния кабельного оборудования зависит прежде всего от уровня организации работ инженерно-технической службой по этому направлению (рис.1). Это очень сложная в производственном плане задача, т.к. требует оперативной обработки большого массива водных и текущих данных технического состояния КМ, а также рабочих, технологических и информационных параметров соблюдения технологии и технологических режимов, показателей контроля качества готового кабельного изделия (входной, межоперационный, выходной и приемосдаточные испытания). В случае фиксирования отклонений полученных значений от установленных НД параметров, САУ переводит КМ в «Аварийный режим» с последующим ее остановом (таблица-1). Отключение от работы всех систем и механизмов неизбежно сводится к останову технологии, а значит и к образованию незапланированных отходов сырья и материалов, короткомеров кабельных изделий, добавочных заправочных концов кабеля при новом запуске технологии, а также простою оборудования и уменьшению производственного показателя «машинного времени».

Таблица 2

Причины неисправностей кабельных машин от величины полезного машинного времени

Анализ принимаемых мер по устранению причин снижения эффективности работы оборудования показал, в процентном соотношении, что уровень уменьшения потерь времени в основном зависит от значений, приведенных в таблице-2.

Проделанный анализ причин эффективного использования машинного времени для кабельного оборудования, приводящих к снижению времени выполнения технологического процесса, показал, что исключение нештатных и аварийных ситуаций, а также их устранение организуется на базе возможностей предприятия в проведении им регулярного технического обслуживания оборудования. Вопросы выявления, идентификации, анализа поступающего многопараметрового потока данных, согласно должностной инструкции, выполняет специалист службы ТПП.

Следует отметить, что решение вопроса по формированию итогового варианта РД и плана мероприятий службой ТПП предприятия осуществляется на базе данных со всех производственных подразделений, т.е. от нескольких независимых источников (производственные подразделения), где каждый исполнитель принимает решение только в рамках своего функционала (электрик, механик, технолог), осуществляя анализ информации (значения параметров контрольно-измерительных систем, САУ и САР) от обслуживаемых КМ. Все это определяет наличие «человеческого фактора» в приятии адекватного и рационального решения, при этом ошибка может привести к тяжелым производственным последствиям.

Рисунок 2. Целевой модуль технической подготовки производства:

         - ведущая цель модуля

Для решения поставленных целей (рис.2) и достижение требуемых показателей надежности работы КМ, долговечности и работоспособности необходим анализ общей эффективности оборудования, база которого строится на результатах оценки большинства показателей (по различным видам работ или операций, связанных с обслуживанием, восстановлением и ремонтом оборудования).

Разработанная, в рамках поставленной задачи, Комплексной технологической платформы (КПП) для кабельного предприятия включает в себя Модуль экспертной системы (МЭС) «Помощник ТПП» – на который возложены функции ремонта и обслуживания технологического оборудования, путем выполнения многопараметрового активного контроля и обеспечение передачи результатов мониторинга и накопления в базах данных (БД) параметров системы с последующей оценкой динамического состояния, распознаванием угрозы возникновения аварийного режима (предпосылок) осуществляющих изменение алгоритма работы в составлении Плана мероприятий планово-предупредительных работ по всем производственным подразделениям кабельного завода включая обеспечение и поддержание на необходимом уровне (запас на один месяц) производственного процесса запасными частями и комплектующими.

МЭС «Помощник ТПП» (рис.3) представляет собой комплекс программных продуктов, применение которых позволит осуществить динамическую поддержку в едином информационном пространстве всего объема работ по анализу, измерению, обработки, визуализации и оперативной передачи результатов контроля пользователям информации различного уровня, создание БД и баз знаний (БЗ), что обеспечит для системы гибкость и возможность динамично изменяться в техническом плане [3] с наличием возможности корректировки выходного (результирующего) значения.

Рисунок 3. Алгоритм процесса оценки технического состояния кабельного оборудования по модулю «Помощник ТПП» ЭС

Алгоритм процесса оценки технического состояния КМ для МЭС «Помощник ТПП» ЭС, приведен на рис. 3., работа которого позволяет облегчить его за счет мониторинга параметров технического состояния оборудования, построенного по результатам анализа работоспособности каждой технической единицы в рамках технологической цепочки производственного процесса изготовления КПП.

Рисунок 4. Модуль «Помощник ТПП» ЭС, как открытая система имеющая связь с внешними источниками данных из стандартных библиотек Платформы

Модуль «Помощник ТПП» (рис.4) разработан, как открытая система имеющая связь с внешними источниками данных из стандартных библиотек Комплексной технологической платформы для кабельного производства, через организацию внешних связей. Рассматриваемый функционал строится на технологии рассуждения, базе правил, процедур, а также результатов моделирования объектов и процессов. Разработанная имитационная модель с графическим представлением, как единая среда, содержит множество методов искусственного интеллекта (ИИ) взаимодополняющих, упрощающих и ускоряющих процесс разработки приложений, делая их универсальными. ЭС способна редактировать работу имеющихся приложений в режиме реального времени.

Предлагаемая система объединяет в себе, уже существующие разрозненные средства автоматизации производственных подразделений кабельного завода в единую комплексную систему управления. Оценка технического состояния кабельного оборудования проводится в непрерывном режиме, по данным технологического процесса (его параметров и характеристик оборудования) в текущий момент времени (рис.5), что позволяет сформировать прогноз вероятных отказов и создаст условия для качественной подготовки процесса обслуживания КМ и проведения ТПП.

Рисунок 5. Оценка технического состояния кабельного оборудования проводится в непрерывном режиме

Процесс планирования планово-предупредительных работ, строится на результатах оценки технического состояния парка технологического оборудования кабельного завода. Разработка итогового документа осуществляется по Блок-схеме представленной на рис.6.

Таким образом, с целью успешной реализации МЭС «Помощник ТПП» необходимо организовать, в режиме реального времени, получение достоверных информационных потоков по экспертной оценки состояния кабельного оборудования (рис. 7).

Рисунок 6. Блок схема работы модуля «Помощник ТПП» ЭС

Рисунок 7. Рализация модуля ЭС «Помощник ТПП»

Разработка МЭС «Помощник ТПП» (рис.7) позволит осуществить максимально непрерывный цикл производственного процесса изготовления кабельно-проводниковой продукции путем предсказания вероятных отказов оборудования и входящих в него систем и определение наиболее приемлемых временных интервалов для организации профилактических работ по обслуживанию КМ с целью оптимизации технологии (временные интервалы) на выполнение производственного заказа.

Действующая Платформа в рамках общей стратегии управления техническим процессом производства КПП обеспечит существенное повышение уровня надежности, производительности и безопасности работы КМ. Внедрение МЭС «Помощник ТПП» позволит:

• сократить объем работ, связанных с техническим обслуживанием КМ на 15-20%;
• уменьшить потери от простоев в результате отказав КМ;
• обеспечить безопасность условий труда работников кабельного завода.

Список литературы:

1. Modeling of a resource-saving method of drawing, Victoria Tsypkina, Veronica Ivanova E3S Web Conf. 139 01073 (2019) DOI: 10.1051/e3sconf/201913901073 https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913901073
2. Improving the reliability of cable lines operation in hot climates Daniyar Bakhtiyarovich Madrakhimov, Vera Pavlovna Ivanova, Victoria Vyacheslavovna Tsypkina E3S Web of Conf. 216 01151 (2020) DOI: 10.1051/e3sconf/202021601151 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021601151
3. Improving the reliability of cable lines operation in hot climates Daniyar Bakhtiyarovich Madrakhimov, Vera Pavlovna Ivanova, Victoria Vyacheslavovna Tsypkina E3S Web of Conf. 216 01151 (2020) DOI: 10.1051/e3sconf/202021601151 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021601151
4. @article{Madrakhimov2020ImprovingTR, title={Повышение надежности работы кабельных линий в условиях жаркого климата}, автор={Данияр Мадрахимов и Вера Иванова и Виктория Цыпкина}, журнал={E3S ​​Web of Conferences}, год={2020}, url= {https://api.semanticscholar.org/CorpusID :235002310} } DOI: 10.1051/e3sconf/202021601151
5. Повышение надежности работы кабельно-проводниковой продукции путем усовершенствования технологии наложения изоляции // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. Иванова В.П. [и др.]. 2020. 11(80). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10970 (дата обращения: 30.03.2024). https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10970
6.  Иванова Вера Павловна, Цыпкина Виктория Вячеславовна, Турабеков Ойбек Улугбекович, Муминов Хумоюн Асрор Угли, Хайитмурадова Сайёра Музаффаровна Вопросы разработки усовершенствованной системы автоматического управления волочильной машиной, имеющей длительный срок эксплуатации // Universum: технические науки. 2021. №5-5 (86). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/voprosy-razrabotki-usovershenstvovannoy-sistemy-avtomaticheskogo-upravleniya-volochilnoy-mashinoy-imeyuschey-dlitelnyy-srok (дата обращения: 30.03.2024).
7. @article{Madrakhimov2020ImprovingTR, title={Improving the reliability of cable lines operation in hot climates}, author={Daniyar Madrakhimov and Vera Ivanova and Victoria Tsypkina}, journal={E3S Web of Conferences}, year={2020},  url={https://api.semanticscholar.org/CorpusID:235002310}
8. Development of generalized requirements for automated electric drive of cable equipment V.V. Tsypkina, V.P. Ivanova, D.N. Isamukhamedov, A.U. Turabekov, R.F. Atamukhamedova E3S Web of Conf. 401 02045 (2023) DOI: 10.1051/e3sconf/202340102045 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340102045
9. Improvement of the multifilament wire lager for cable production Olimjon Toirov, Vera Ivanova, Viktoriya Tsypkina, Dilnoza Jumaeva, Dilnoza Abdullaeva E3S Web Conf. 411 01041 (2023) DOI: 10.1051/e3sconf/202341101041 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202341101041
10. @article{Ivanova2020ImprovingTR, title={Повышение надежности электроснабжения активных потребителей за счет совершенствования технологии изготовления кабельной продукции}, автор={Вера Иванова и Виктория Цыпкина}, журнал={E3S ​​Web of Conferences}, год={2020 }, url={https://api.semanticscholar.org/CorpusID:234900988} } https://doi.org/10.1051/e3sconf%2F202021601152
11. Cable conductor of cabling and wiring products based on composite materials for transport systems V.V. Tsypkina, V.P. Ivanova, K.K. Jurayeva E3S Web of Conf. 401 03036 (2023) DOI: 10.1051/e3sconf/202340103036 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340103036
12. Cable technology as a complex, multicomponent intelligent system providing high accuracy, reliability and safety Vera Ivanova, Victoria Tsypkina E3S Web Conf. 461 01039 (2023) DOI: 10.1051/e3sconf/202346101039 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202346101039
13. Ensuring the reliability of the technological equipment of the cable company through the use of renewable energy sources V.V. Tsypkina, V.P. Ivanova E3S Web of Conf. 384 01007 (2023) DOI: 10.1051/e3sconf/202338401007 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202338401007
14. В.В. Цыпкина, В.П. Иванова, Д.Н. Исамухамедов, А.У. Турабеков, С.М. Хаитмурадова; Пути решения системной технико-экономической задачи - цифровая трансформация технологического процесса производства кабельной продукции. Конференция АИП. Учеб.5 января 2023 г.; 2552 (1): 070010. https://doi.org/10.1063/5.0117074.
15.  Development of generalized requirements for automated electric drive of cable equipment V.V. Tsypkina, V.P. Ivanova, D.N. Isamukhamedov, A.U. Turabekov, R. F. Atamukhamedova E3S Web of Conf. 401 02045 (2023) DOI: 10.1051/e3sconf/202340102045 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340102045