Termin 'utrzymanie' oznacza gałąź zarządzania dotyczącą postępowania z istniejącym sprzętem, oddanym do użytku użytkownika. Dotyczy wszystkich działań w okresie gwarancyjnym i pogwarancyjnym, w szczególności obsługi i kosztów zdarzeń: awarii i naprawy (usunięcia awarii).

Zdecydowałem się napisać ten krótki wstęp poświęcony utrzymaniu ze względu po trosze na zainteresowania zawodowe, po trosze z potrzeby usystematyzowania wiedzy.

Zapraszam do lektury!

Tego typu rozważania teoretyczne lubię rozpoczynać od określenia przyczyny i celu dalszych rozważań.

Przyczyną, dla której zaczęto zajmować się utrzymaniem, są znaczne koszty związane z zapewnieniem ciągłości działania różnych obiektów (np. maszyn, urządzeń) i ich zbiorów, czyli układów i systemów. Przykładem gałęzi przemysłu, w których zwraca się uwagę na utrzymanie, są przedsiębiorstwa zarządzające infrastrukturą, np. rurociągami, drogami, liniami kolejowymi. Przykłady pytań, które są stawiane: jak często należy remontować drogę, by zapewnić jej przepustowość? Ile trzeba wydawać na drogę, by zapewnić wymagany poziom dostępności?

Celem utrzymania jest optymalizacja różnych parametrów na zakładanym poziomie. Wśród tych parametrów np. wyróżnia się:

  1. dostępność,
  2. niedostępność,
  3. niezawodność,
  4. utrzymywalność,
  5. trwałość,
  6. naprawialność.

A skoro dzięki utrzymaniu będziemy wiedzieć, jak jest, to także będziemy mogli świadomie kształtować strategię utrzymania, a przez to będziemy czuć się bezpieczni, czyli pośrednio będziemy oddziaływać także na bezpieczeństwo.

Chcąc nie chcąc każdy z nas zajmuje się w pewnym stopniu zagadnieniami związanymi z tak rozumianym utrzymaniem w naszym życiu codziennym, utrzymując np. swój samochód, czy nieruchomość w stanie nadającym się do użytku. Co to jednak znaczy?

Jak zawsze w zarządzaniu prawdziwą pozostaje maksyma: "nie potrafisz mierzyć, nie potrafisz zarządzać". Wymienione powyżej parametry należy więc ubrać w definicje i pokazać aparat, który pozwoli ocenić każdy z nich najpierw jakościowo (np. dużo, średnio, mało, więcej niż poprzednio), następnie ilościowo (np. 5, 7, o 23 % więcej).

Problemy językowe. Niestety terminu 'utrzymanie' w języku polskim jeszcze oficjalnie nie stosuje się w języku polskim. Termin 'utrzymanie' za słownikiem PWN:

  1. «pieniądze wydawane na życie»
  2. «wyżywienie; też: mieszkanie, nocleg»

Termin 'utrzymanie' zdefiniowany tak, jak na początku tego artykułu, funkcjonuje jeszcze w tzw. 'utrzymaniu ruchu', czyli działaniach ukierunkowanych na ciągłość prowadzonych procesów, przede wszystkim produkcyjnych. Zamiast terminu 'utrzymanie' na określenie działań ukierunkowanych na niezawodność i dostępność urządzenia lub systemu wykorzystuje się pojęcie 'obsługiwanie'. Moim zdaniem termin obsługiwanie nie jest zbyt szczęśliwy.

Jak już wspomniałem podstawową sprawą przy zagadnieniach związanych z utrzymaniem jest wzajemny stosunek dwóch zdarzeń: 'awarii' i 'naprawy'. Dalsze rozważania będą ilustracją prostego przykładu.

Przykład. Wuj Stefan w kuchni nad zlewozmywakiem zamontował oświetlenie w postaci świetlówki. Kupując świetlówkę wuj odnalazł na etykiecie informację, że świetlówka powinna świecić przez 500 godzin. Wuj Stefan, pracując na co dzień jako inżynier utrzymania w fabryce kleju wziął pod uwagę następujące strategie (dominujące kierunki działania) utrzymania (postępowania z obiektem, jakim jest świetlówka):

  1. świetlówka 'przepracuje' (będzie świecić) przez prawie 500 godzin; tuż przed osiągnięciem granicy 500 godzin wuj Stefan wymieni świetlówkę na nową, bo spodziewa się, że producent prawidłowo ocenił jej czas życia,
  2. świetlówka może po 'przepracowaniu' (świeceniu) jakiegoś czasu zacząć 'mrugać', czyli nie będzie świecić już tak, jak na początku, ale nie można też będzie powiedzieć, że przestanie już zupełnie świecić; wuj Stefan wymieni świetlówkę, bo spodziewa się, że wkrótce przestanie świecić zupełnie,
  3. świetlówka może po 'przepracowaniu' (świeceniu) jakiegoś czasu zacząć 'mrugać', czyli nie będzie świecić już tak, jak na początku, ale nie będzie też powiedzieć, że przestanie już świecić zupełnie; wuj Stefan nie wymienia tej świetlówki, tylko czeka, aż zupełnie się ona przepali i dopiero wtedy kupi nową świetlówkę i wymienia starą, przepaloną.

Wuj Stefan zastanawia się, jak ważne jest dla niego posiadanie oświetlenia nad zlewem:

  1. bardzo ważne jest nowe źródło światła, a wuj liczy się, że niezależnie od deklaracji producenta umieszczonej na opakowaniu świetlówki, w każdej chwili może dojść do awarii świetlówki, więc wuj kupuje od razu drugą świetlówkę i uczy się ją wymienić; dzięki temu w możliwie krótkim czasie będzie w stanie przywrócić prawidłową pracę kuchennego oświetlenia,
  2. nowe źródło światła nie jest bardzo ważne; w razie awarii nowej świetlówki wuj może sobie pozwolić na niepozmywane naczynia do czasu, aż uda mu się kupić nową świetlówkę; dopiero wtedy nauczy się ją wymieniać.

W literaturze angielskojęzycznej, na której przyszło mi bazować, powyżej przykładowe zdarzenia mają swoje odpowiedniki w następujących terminach:

  1. w pierwszym przypadku mowa o 'utrzymaniu prewencyjnym' (ang. preventive maintenance), w skrócie PM,
  2. w drugim przypadku mowa o 'utrzymaniu predykcyjnym' (ang. predictive maintenance), w skrócie PdM,
  3. w trzecim przypadku mowa o 'utrzymaniu naprawczym' (ang. corrective maintenance), w skrócie CM.

Jeszcze bardziej trywializując można powiedzieć, że zasadniczo strategie utrzymaniowe są zaledwie dwie:

  1. wymieniamy sprzęt (np. żarówkę) jeszcze zanim się zepsuje, bo chcemy zapewnić prawidłowe działanie oświetlenia,
  2. wymieniamy sprzęt (np. żarówkę) dopiero, gdy się zepsuje.

Powyższy przykład pokazuje, że takie podejście czarno-białe (dwustanowe) w praktyce się nie sprawdza. Istnieje mnogość sytuacji, w którym sprzęt już co prawda nie działa tak, jak powinien, ale nie można jeszcze powiedzieć, że nie działa zupełnie.

Przyjrzałem się bliżej każdej z trzech strategii utrzymaniowych:

 

PM: Celem działań utrzymaniowych jest niedopuszczenie do awarii. Działania są nastawiane na utrzymanie sprawności sprzętu poprzez wymianę zużytych części zanim nastąpi ich całkowite zużycie i w następstwie awaria. Ta strategia zakłada wykonywanie działań utrzymaniowych w określonych momentach czasu (ang. time based maintenance). Innymi słowy: po przekroczeniu pewnego progu wymieniamy komponenty, bez względu na to, czy już doszło do awarii, czy jeszcze nie doszło.

Dodatkowo możliwe jest rejestrowanie stanu sprzętu w celu obserwacji trendów. W sytuacji idealnej nie dochodziłoby w ogóle do awarii, bo cały eksploatowany sprzęt byłby wymieniany przed ich wystąpieniem.

 

PdM: Celem działań utrzymaniowych jest przeprowadzenie działań utrzymaniowych w optymalnym momencie, gdy koszt działań utrzymaniowych będzie najmniejszy, ale jednocześnie dzięki działaniom utrzymaniowym możliwe będzie uniknięcie awarii. (Słowo 'predykcja' oznacza 'przewidywanie'). Takie podejście potencjalnie daje możliwość zmniejszenia kosztów: wykonujemy działania utrzymaniowe wtedy, gdy wiemy, że są potrzebne: właściwe informacje pozwalają na wykonanie właściwych działań. Główną korzyścią z zastosowania tej strategii jest możliwość zaplanowania działań utrzymaniowych i niedopuszczenie do niechcianych awarii. "Niechciane przestoje" zastępowane są "planowanymi przestojami", co teoretycznie zwiększa dostępność urządzenia, bezpieczeństwo urządzenia. Zalety płynące z planowania to lepsze wykorzystanie zasobów (ludzi, sprzętu, w tym części zamiennych, czasu, pieniędzy). Tę strategię przeciwstawia się strategii opartej na prowadzeniu działań utrzymaniowych w stałych odstępach czasu (ang. time based maintenance).

Środkiem pozwalającym na zapewnienie tak postawionego celu jest monitoring. Przez monitoring należy rozumieć zespół działań prowadzących do pozyskania informacji o stanie urządzenia. Z punktu widzenia techniki pomiarowej wyróżnia się następujące metody oceny pomiarów:

  1. pomiary nie oddziałujące bezpośrednio na obiekt badań; wyróżnia się szereg technik pozwalających na pasywne pozyskiwanie informacji o obiekcie, np. bezkontaktowe pomiary temperatury (wykorzystanie podczerwieni), pomiary drgań wykorzystujące wibroakustykę, analizy widma itp.
  2. pomiary oddziałujące bezpośrednio na obiekt badań; przykładowo są to pomiary, które można wykonać na obiekcie badań wyłącznie poza jego cyklem eksploatacyjnym; innymi słowy musimy zatrzymać maszynę, by wykonać określone badania; przykład: poziom zużycia zębów kół zębatych poprzez fizyczny pomiar za pomocą suwmiarki jest możliwe dopiero po zatrzymaniu maszyny.

 

CM: Działania utrzymaniowe związane z identyfikacją, izolacją i usunięciem awarii, dzięki czemu uszkodzony sprzęt może zostać przywrócony do sprawności. W przedstawionym powyżej przykładzie strategie związane z CM zależą od dodatkowych celów utrzymania, jak szybkość naprawy, czy przywrócenie dostępności.

 

Podsumowując:

  1. wprowadzenie monitoringu jest kosztowne, wymaga bowiem zakupu sprzętu pomiarowego, który pozwoli na określenie stanu urządzenia; zakłada się, że koszty poniesione na wprowadzenie monitoringu zwrócą się w związku z optymalizacją kosztów działań utrzymaniowych,
  2. dzięki monitoringowi możliwa jest realizacja strategii PdM; innymi słowy wprowadzenie monitoringu jest warunkiem koniecznym do wprowadzenia PdM,
  3. monitoring nie jest warunkiem koniecznym do wprowadzenia PM, może jednak poprawić / zoptymalizować PM,
  4. wypadki losowe powodują, że niezależnie od przyjętej strategii: PM lub PdM, zawsze należy liczyć się z działaniami prowadzonymi w ramach CM.

Monitoringiem w przypadku przedstawionego przykładu byłoby zastosowanie rejestratora, który zliczałby czas włączenia świetlówki. Warto byłoby nasze narzędzie pomiarowe wyposażyć także w dodatkowe możliwości techniczne: rejestrację całkowitego czasu życia świetlówki, liczby włączeń, średniego czasu świecenia. Jak łatwo sobie wyobrazić urządzenie, które pozwalałoby na rejestrację wszystkich wymienionych parametrów mogłoby się okazać dość kosztowne. W każdym razie droższe niż sama świetlówka.

Do realizacji samych pomiarów można by wykorzystać jakieś urządzenie, które działałoby automatycznie. Gorzej z analizą zebranego materiału pomiarowego. Tu pojawia się kolejny składnik kosztów, czyli wkład osobisty wuja Stefana.

Podsumowując, wprowadzenie strategii utrzymania, która wykorzystuje monitoring musi być uzasadnione kosztami. W praktyce monitoring wprowadza się dla instalacji o dużej skali lub w przypadku kosztownych obiektów, dla których koszt zakupu sprzętu pomiarowego stanowi zaledwie ułamek kosztu całego obiektu.

Realizację działań związanych z monitoringiem dobrze jest rozpatrzeć na początkowym etapie inwestycji, czyli projektowania. Podstawowe działania, jakie należy rozważyć, to:

  1. określenie parametrów stanu urządzenia, które będziemy monitorować,
  2. określenie metod pomiarowych, które pozwolą na określanie parametrów stanu urządzenia,
  3. sposób gromadzenia i prezentowania danych pomiarowych.

Objęcie monitoringiem obiektu już istniejącego może się okazać kłopotliwe lub wręcz nieopłacalne.

Zatrzymam się jeszcze chwilę nad pojęciem 'stanu' urządzenia. Przez 'stan' rozumiem zbiór informacji o zachowaniu się urządzenia (obiektu). Stan z zasady jest funkcją czasu. 'Stan' może być funkcją wielu zmiennych, stąd często mówi się o współrzędnych stanu. Gałęzią techniki, która zajmuje się analizowaniem dynamicznych zmian stanu jest dział automatyki nazywany teorią sterowania.

W przypadku analizowanego przykładu, urządzeniem (obiektem) podlegającym zarządzaniu utrzymaniowemu jest świetlówka. Jej stan może być utożsamiany z następującymi parametrami fizycznymi: prądem, napięciem, temperaturą, czasem. Jak więc widać parametrów fizycznych jest całkiem sporo. Z punktu widzenia utrzymania wydaje się, że istotne są jednak tylko niektóre parametry, które oddziałują bezpośrednio na czas życia świetlówki. Parametrami tymi są, jak już zostało to wcześniej powiedziane:

  1. stan z punktu widzenia utrzymania: świecenie świetlówki (czy w danej chwili świeci), chwila życia świetlówki (ogólny czas życia świetlówki), liczba włączeń / wyłączeń świetlówki, czas włączenia (świecenia) świetlówki, czas wyłączenia (nieświecenia świetlówki),
  2. inne parametry pracy (np. wahania napięcia zasilania, temperatura otoczenia, jasność żarówki).

Inne elementy, które pośrednio mają wpływ na nasz obiekt, a nie to:

Powyższy przykład miał na celu pokazanie, że z punktu widzenia zarządzania procesem utrzymania ważne są nie tylko zmienne stanu związane z opisem urządzenia (obiektem) stosowane w automatyce, lecz przede wszystkim parametry heurystyczne związane z zachodzeniem określonych zdarzeń. Stąd podstawowe znaczenie ma umiejętność nie tylko oceny bieżącego stanu obiektu, ale także rejestracji zdarzeń z przeszłości.

Spróbuję teraz zdefiniować i opisać poszczególne parametry związane z utrzymaniem.

Rozpocznę od dostępności i przeciwieństwa dostępności - niedostępności. W celu zdefiniowania tych parametrów kluczowe jest zdefiniowanie pojęcia awarii.

Awarią (obiektu) nazywam utratę podstawowej funkcjonalności. Zwracam uwagę, że ta tzw. podstawowa funkcjonalność musi być dobrze określona. Podatność na awarie to awaryjność. Wystąpienie awarii ma charakter losowy, a więc nie jest możliwe do określenia z góry.

Dla analizowanego wcześniej przykładu, jeżeli podstawową funkcjonalnością będzie sam fakt świecenia świetlówki, to awarią będzie wyłącznie jej całkowite przepalenie. Sytuację, w której świetlówka 'mruga' awarią nazwać nie będzie można. Podobnie awarią nie będzie sytuacja, w której zmniejszy się intensywność światła świetlówki. Chyba, że jasno zostanie zdefiniowane, że podstawowa funkcjonalność świetlówki to 'ciągłe, nieprzerwane świecenie o strumieniu x [lm]'.

Podsumowując, pojęcie awarii dla każdego obiektu wymaga ścisłej definicji.

Dostępność (obiektu) to czas, w którym obiekt (urządzenie) działa bez awarii. Analogicznie niedostępność (obiektu) to czas, w którym obiekt (urządzenie) podlega awarii, czyli 'nie działa'.

Przyjrzyjmy się, jak to wygląda na osi czasu:

(cdn.)

 

Dodaj komentarz