بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهینه سازیPM بر پایه قابلیت اطمینان جهت کمینه سازی هزینه ها و مکان یابی مطلوب سیستم
چکیده:
ضرورت طراحی واستقرار سیستم های نگهداری وتعمیرات مبتنی بر قابلیت اطمینان درکارخانجات، یکی ازمسایل مبرم حیاتی امروز صنایع کشور است.حفظ سرمایه های کشور از یک سو و ارز بری بالای خرید ماشین آلات و تجهیزات از سوی دیگر ، استفاده ی عقلایی و برنامه ریزی شده و نگهداری و تعمیر به موقع ماشین آلات و تجهیزات را الزامی می سازد . قوت و ضعف این بخشمستقیماً در بهره وری و سوددهی تولید بهینه سازی نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه مبتنی بر قابلیت اطمینان سیستم برمبنای هزینه ها و قابلیت اطمینان وابسته به مکان اجزای سیستم تأثیر می گذارد . بنابراین داشتن یک مدل مناسب برای بخش نگهداری و تعمیرات مبتنی بر قابلیت اطمینان در راستای استراتژی های واحد تولیدی، قابلیت اطمینان تجهیزات و بهبود وضعیت کیفی محصولات از اهمیت بالایی برخوردار است . مدل ارائه شده در این مقاله با توجه به قواعد رویکرد نگهداری و تعمیرات مبتنی بر قابلیت اطمینان منجر به حالتی می شود که مکان مناسب اجزاء و همچنین زمان مناسب انجام تعمیرات پیشگیرانه باید بشکلی تعیین شود تا هم هزینه های مکانیابی، نگهداری و تعمیرات حداقل شود و هم قابلیت اطمینان سیستم حداکثرگردد.
کلمات کلیدی:
قابلیت اطمینان؛ نگهداری و تعمیرات مبتنی برقابلیت اطمینان؛ مکانیابی
1 مقدمه
نگهداری و تعمیرات دو مفهوم بسیار مهم و دو مقوله اساسی هستند که تحقق و عمل بدان ها موجبات بقاء و تداوم خطوط مختلف تولید و کاهش هزینه ها را فراهم می آورند.نگهداری و تعمیرات (نت) به معنای محافظت از دستگاههای فیزیکی موجود کارخانه شما است .استراتژی نت اثر بخش این اطمینان را به شما می دهد که در مقابل هزینه های بالای انجام شده، حد اکثر طول عمر را ازتاسیسات، ابزارآلات، تجهیزات و امکانات تولیدی بدست آورید. در سال های اخیر، در مراحل پیشرفته این موضوع مورد توجه واقع شده که عناصر و عوامل پشتیبانی لجستیک به عنوان جزیی غیر قابل تفکیک از یک سیستم باید تعریف شوند.در چارچوب این تعریف لازم است از همان لحظه که فکر و تصور ایجاد یک سیستم اصلی مطرح می شود،همراه و همگام با طراحی، ساخت، نصب و راه اندازی هسته اصلی، امکانات پشتیبانی نیز به صورتی سازگار ومتعادل با هسته اصلی، مراحل طراحی، ساخت، نصب و راه اندازی را طی نماید. نتایج مطالعه نشان می داد که نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه فقط برای اقلامی که الگوی معینی از خرابیها را دارا هستند مفید است . با توجه به کاستیهای موجود آنها رویکردی منطقی برای تعیین اینکه آیا نوع مناسبی از نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه برای یک کالای مورد نظر اثر بخش است یا خیر ارائه کردند که عبارت" نگهداری و تعمیرات مبتنی بر قابلیت اطمینان " به آن اطلاق شد [17]اساساً. نت مبتنی بر قابلیت اطمینان، اصولی را تشریح می کند که برای تضمین مناسب عملکرد تجهیزات و تعیین نیازمندی های فعالیتهای نت تجهیزات بکار می رود . این اصول بدنبال ایفای نقش قابل اطمینان در جریان فرآیند تولید کارخانه هستند .به این منظور در اجرای این اصول، بایستی بدنبال پاسخ به هفت سوال اساسی زیر باشیم.
الف:معیار و حد اجرای فعالیت ها چقدر باشد ب :به اجرا درآمدن یا به نتیجه نرسیدن فعالیت ها چه نتیجه ای بدنبال دارد.
ج :عدم اجرای کدام یک از فعالیت ها منجر به از کار افتادگی تجهیزات می شود. د:وقتی از کار افتادگی تجهیزات پیش می آید چه اتفاقی می افتد.
ه :ازکار افتادگی دستگاه ها چگونه پیش می آید.
و:چگونه از هر کار افتادگی پیشگیری می کنید و یا چگونه از وقوع آن جلوگیری میکنید. ز:چرا نمی توانید بعضی از کار افتادگی ها را پیشگیری کنید ویا از وقوع آن جلوگیری کنید.
نت مبتنی بر قابلیت اطمینان برای پاسخ به سوالات مطرح شده بالا به اطلاعات ماشین آلات نیازمند است ومی توان گفت با گذشت زمان نتایج اجرای اینگونه نت جهت کارخانه حاصل می شود . نگهداری و تعمیرات مبتنی بر قابلیت اطمینان [20] (RCM)یکی از مهمترین شاخه های مدیریت داراییهای فیزیکی است که از اهمیتی راهبردی در افزایش توان رقابتی مجموعه های صنعتی برخوردار است. حجم بسیار زیاد فعالیتهای نگهداری و تعمیرات (نت) و در عین حال توقفات متعدد در خطوط تولید، مدیریت نامناسب و عدم بهره گیری از دستورالعملی استاندارد و جامع در انجام فعالیت های نگهداری و تعمیرات، خرابیهای مکرر با پیامدهای ایمنی و زیست محیطی و غیره همگی از جمله مشکلات و چالش های رایج در صنایع دنیا است که برای حل محتاج بهرهگیری از دانشی نوین و رویکردی پیشرفته و موثر در زمینه نت است.[19]
نگهداری و تعمیرات مبتنی بر قابلیت اطمینان یکی از قدرتمند ترین رویکردها و تکنیکی کارآمد برای تحلیل و تصمیمگیری در زمینه مدیریت داراییهای فیزیکی است. این روش فرآیندی ساختاریافته، منطقی و نظام مند برای تعیین فعالیتهای مورد نیاز جهت اطمینان از ادامه به کار دارایی های فیزیکی یک مجموعه مطابق انتظار کاربران آن دارایی هاست. در بیشتر موارد دیده می شد که نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه اثرات مفیدی بر کارکرد سیستم ندارد و همچنین در بسیاری از موارد نگهداری وتعمیرات پیشگیرانه باعث بدتر شدن وضعیت کارکردی اشیاء می شد چراکه باعث ایجاد فرصت بیشتری برای خرابی های تحمیلی بواسطه ی انجام عملیات نگهداری و تعمیرات می گردید[2]
RCM،[18] از نظر اغلب متخصصین نگهداری و تعمیرات به عنوان اثربخشترین روش نسبت به هزینههایش، برای ایجاد و توسعه استراتژیهای نگهداری و تعمیرات در سطح جهانی شناخته میشود. بهرهگیری مناسب از این روش با دستیابی سریع به بهبودی پایدار در زمینه های گوناگون همراه است. افزایش دسترسپذیری و قابلیت اطمینان تجهیزات، بهبود وضعیت کیفی محصولات، کاهش سوانح با پیامدهای ایمنی و زیست محیطی از جمله دستاورد های مهم بکارگیری (RCM) است. کاهش 40 تا 70 درصدی خرابی تجهیزات از جمله اهداف مورد انتظار از پیاده سازی آنالیز RCM بوده که تحقق آن در گروی اجرای صحیح و درک مفاهیم عمیق و کلیدی آن است.
مهمترین فواید پیادهسازی صحیح RCM را می توان در شش گروه طبقهبندی و خلاصه کرد: الف:افزایش قابلیت دسترسپذیری دستگاهها و ظرفیت تولید ج:کاهش هزینههای نت، عملیاتی و خرابی دستگاهها د:کاهش چشمگیر حوادث صدمه زننده به ایمنی و محیط زیست ه:افزایش طول عمر تجهیزات و:کاهش قابل توجه فعالیتهای اضطراری سازمان ز:ایجاد فرهنگ همکاری در بین همه گروهها و همچنین فضای برنامهریزی و عملکردی پیشاقدام طراحی شبکه های تولید و توزیع برق، سیستمهای مکانیکی و ... که از کارافتادگی بعضی از قطعات آنها باعث ازکارافتادگی کل سیستم می شود و حتی سیستمهای تولید سلولی از این نظر که درصورت خرابی یکی ازاجزاء، توقف کل سیستم را بهمراه خواهد داشت،دارای حساسیت می باشند و بنابراین باید سعی شود که قابلیت اطمینان سیستم افز ایش یابد تا از بروزمشکلات عدیده ی از کار افتادگی سیستم جلوگیری شود بخاطر اینکه اکثر اوقات قطعات مشابه، درمحیطهای یکسان دارای قابلیت اطمینان یکسانی هستند تنها با انجام عملیات نگهداری و تعمیرات قوی می توان قابلیت اطمینان سیستم را افزایش داد که مستلزم افزایش هزینه ی نگهداری و تعمیرات خواهد بود و این مقدار نیز محدود است چون به هر مقدارهم این عملیات افزایش یابد قابلیت اطمینان سیستم از مقدار خاصی بیشتر نخواهد شد با توجه به اینکه تغییر محیط مکان کارکرد اجزاء سیستم باعث تغییر در میزان قابلیت اطمینان آنها و حتی در برخی موارد باعث تغییر تابع توزیع عمر آنها می شود می توان قابلیت اطمینان سیستم را با درنظر گرفتن قابلیت اطمینان مکانی اجزاء آنها محاسبه کرد و جهت برقراری موازنه ی دلخواه بین هزینه و قابلیت اطمینان سیستم مکان اجزاء را تعیین نمود .از دلایل تغییر قابلیت اطمینان اجزاء در هدف این پژوهش مکانیابی اجزاء برای کاهش تابع هدف سنتی هزینه ی مکانیابی وهزینه های نگهداری و تعمیرات بشکلی است که سیستم قابلیت اطمینان حداکثر را داشته باشد .با توجه به اینکه میزان موفقیت حاصل از انجام عملیات بازیابی سیستمها بستگی دارد مدلی برای افزایش میزان قابلیت اطمینان آنها براساس مکان اجزاءسیستم ارائه دهند.
دراین مقاله سعی در ایجاد مدل نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه ی دوره ای دارد که بتوان با استفاده از آن برکاستی ها و مشکلات مدلهای موجود فائق آمد ..به این ترتیب هم در طول عمر سیستم، شکل قابل قبولی از ترکیب دو مورد ذکر شده خواهیم داشت و هم اینکه حداقل مقدار قابلیت اطمینان مورد نظر طراح و درخواست کننده ی سیستم تأمین می گردد.
بخاطراینکه اکثر اوقات قطعات مشابه، در محیطهای یکسان دارای قابلیت اطمینان یکسانی هستند تنها با انجام عملیات نگهداری و تعمیرات قوی می توان قابلیت اطمینان سیستم را افزایش داد که مستلزم افزایش هزینه ی نگهداری و تعمیرات خواهد. و این مقدار نیز محدود است چون به هر مقدارهم این عملیات افزایش یابد قابلیت اطمینان سیستم از مقدار خاصی بیشتر نخواهد شد با توجه به اینکه تغییر محیط مکان کارکرد اجزاء سیستم باعث تغییردر میزان قابلیت اطمینان آنها و حتی در برخی موارد باعث تغییر تابع توزیع عمر آنها می شود .[4]می توان قابلیت اطمینان سیستم را با درنظر گرفتن قابلیت اطمینان مکانی اجزاء آنها محاسبه کرد و جهت برقراری موازنه ی دلخواه بین هزینه و قابلیت اطمینان سیستم مکان اجزاء را تعیین نمود. از دلایل تغییر قابلیت اطمینان اجزاء در مکانهای متفاوت می توان به مواردی چون:
-1 قطعات مجاور جزء مورد نظر بخاطر عدم وجود فضای کافی برای انجام اتصالات بصورت صحیح -2 در معرض صدمه قرار داشتن از قبیل نزدیکی به قطعات مکانیکی برد مثل کلید قطع و وصول و یا نزدیکی به لبه ی برد. -3 حرارت و رطوبت، -4 دمای محیط و مسیر انتقال حرارت در درون سیستم ومحیط بعنوان -5 لرزش در آن قسمت -6 مشکلات تداخل فرکانس [6] در این زمینه رویکردهایی باهدف این پژوهش مکانیابی اجزاء برای کاهش تابع هدف سنتی (هزینه ی مکانیابی) وهزینه های نگهداری و تعمیرات بشکلی است که سیستم قابلیت اطمینان حداکثر را داشته باشد. [9]
2 تعریف و تعمیم تعمیر پیشگیرانه:
1-2 قابلیت اطمینان سیستم:
یکی از متد های جدید نگهداری و تعمیرات است که در دهه اخیر به سرعت رشد کرده است.این تکنیک نت بر بهینه سازی اصلی ترین و مهمترین فرآیند های دخیل در نت از روش های کاری و دستو رالعمل ها گرفته تا سیتمهای دیگر نت نظیر انبار و خرید معطوف می شود.به عبارتی دیگر تمرکز بر ارزیابی و تحلیل ریسک برای تعیین فعالیت ها لازم در نت جنبه های زیست محیطی،جنبه های عملیاتی و غیر عملیاتی وظیفه یRCM می باشد.قابلیت اطمینان یک جزء عباتست از احتمال اینکه آن جزء کار مورد نظر را تحت شرایط معین درفاصله ی زمانی مشخصی انجام دهد.[14]عوامل ایجاد شکست ،پیامد های محتمل ناشی از وقوع حالات شکست ،روش های خلاقانه برای جلوگیری از شکست همگی از اصول بنیادین نت مبتنی بر قابلیت اطمینان می باشد. با افزایش استفاده از سیستم وهمچنین افزایش عمر آن، قابلیت اطمینان سیستم کاهش و نرخ خرابی ها افزایش خواهد یافت این خاصیت در تنها بعضی از توزیع های آماری مانند توزیع وایبال با پارامتر مقیاس بزرگتر از 1 قابل مشاهده است[16]
2-2 حداکثر کران عملیات تعمیرات پیشگیرانه برای عمر سیستم:
بالا بودن کران پایین قابلیت اطمینان اهمیت کارکرد استاندارد دستگاه و تجهیرات را در شرایط عملیاتی نشان می دهد. به این معنا که هرچقدر میزان علایم از کارافتادگی سیستم و عدم کارکرد دستگاه اهمیت داشته باشد این عدد نیز بیشتر خواهدبود. بالا بودن کران قابلیت اطمینان سیستم نیز بخاطر وجود محدودیتهای طبیعی سیستم به آن تحمیل می شود.[12]
3-2 هزینه مکان یابی اجزاء سیستم:
مکان یابی در حقیقت عمل تصمیمگیری و تعیین مختصات استقرار مجموعه وسیله یا تجهیز جدید در میان مجموعهای از موقعیتهای مفروض، بارعایت محدودیتها و در نظر گرفتن معیارهای مورد نظر است. در این تعریف وسیله یا تجهیز به امکانی اطلاق میشود که به واسطه سرویس آن، مجموعه ای از نقاط و موقعیت های مفروض،بهره مند می شوند. محاسبه هزینه های نگهداری و تعمیرات یکی از مباحث کلیدی در تجزیه و تحلیل و سنجش عملکرد موثر فعالیت های سازمانی می باشد.از عمده دلایل عدم محاسبه هزینه های نگهداری و تعمیرات در سازمان ها می توان به نبود استراتژی کلان در سازمان، عدم مدلسازی و الگو برای محاسبه هزینه ها و عدم هماهنگی بین واحد مالی و واحد نت و نیز نبود
زبان مشترک هزینه ای بین این دو واحد اشاره کرد.گروه بندی انواع هزینه ها شامل هزینه های نیروی انسانی،قطعات یدکی،مواد مصرفی،پیمانکاران و اتلاف تولید از دست رفته می باشد.برای کاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات باید نگهداری و تعمیرات پیشگویانه ( PdM) Predictive Maintenance در اولویت پیاده سازی سیستم نت قرار گیرد.[8]طرح ریزی یک سیستم مدیریت نگهداری تعمیرات پیشگویانه با تلفیق چند مبحث با یکدیگر قابلیت پیاده سازی موثر را دارد و اولین گام ایجاد بستر محاسبه هزینه های نت است. [10] از جمله هزینه های نت هزینه مکان یابی در هر مکان بر ای هر جزء خاص می باشد .در واقعیت هر جزء که بخواهد درمکانی قرار گیرد دارای هزینه ی خاص خود جهت راه اندازی می باشد.کاهش حجم و دوره زمانی فعالیت های تعمیر و نگهداری پیشگیرانه فرصتهایی را برای کاهش حجم و دوره زمانی فعالیت های برای تجهیزانی که کاهش ریسک پذیری دارند می تواند شیوه موثری برای کاهش سریع و موثر هزینه های تعمیرات پیشگیرانه و نهایتاً هزینه بهره برداری از کل سیستم باشد و همچنین اتلاف منابع را نیز در بردارد و می توان منابع را در جایی دیگر از سازمان و بهینه تر استفاده کرد. .[5] چگونگی قرارگیری در محل و... جهت تعیین حالت بهینه ی قرارگیری اجزاء سیستم، درتامین قابلیت اطمینان بالاو هزینه ی کل پایین، از جمله متفاوت بودن این هزینه بوده و نیاز به تعریف مدلی چندهدفه می باشد.
4-2 توزیع وایبل:
از ملزومات مدل چند هدفه و[9]مقدار نرخ خرابی دربازه دوره اولیه و نیز در دوران کهولت دیگر ثابت نبوده و در دوره اولیه عمر روند کاهشی داشته و در دوره کهولت روند افزایشی دارد. برای مدلسازی قابلیت اطمینان در این دو دوره عمر می توان از توزیع وایبل استفاده کرد:
5-2 مروری بر آمادگی عملیاتی جهت نگهداری و تعمیرات
دوره خروج اضطراری باید با تعمیر عنصر و یا زیرسیستم خراب شده پایان یافته و سیستم به حالت آمادگی عملیاتی بازگردانده شود.[11] لذا می توانیم برای توصیف قابلیت اطمینان یک سیستم نگهداری و تعمیراتی بشکل زیر تعریف نماییم:
از طرفی متوسط زمان خروج یا متوسط زمان عدم قابلیت عملیاتی خود از دو بخش عمده تشکیل می گردد که شامل متوسط زمان عدم قابلیت عملیاتی ناشی از عدم تدارک قطعات یدکی مورد نیاز و نیز متوسط زمان تا تعمیر می گردد.[20]
پس به بیان دقیقتر آمادگی عملیاتی یک سیستم عبارت است از:
3 شرح مدل ریاضی پیشنهادی بر اساس تعاریف:
1-3 توابع هدف:
در این مدل سعی در بهینه کردن 2 تابع هدف زیر داریم:
2-3 حداکثر کردن قابلیت اطمینان سیستم:
