Выбор оптимальной стратегии замены оборудования как задача динамического программирования. Оптимальная политика замены оборудования

Найти оптимальную стратегию эксплуатации оборудования на период продолжительностью 6 лет, если годовой доход r(t) и остаточная стоимость S(t) в зависимости от возраста заданы в таблице, стоимость нового оборудования равна P = 10 , а возраст оборудования к началу эксплуатационного периода составлял 1 год.

Решение находим с помощью калькулятора .
I этап. Условная оптимизация (k = 6,5,4,3,2,1).
Переменной управления на k-м шаге является логическая переменная, которая может принимать одно из двух значений: сохранить (С) или заменить (З) оборудование в начале k-го года.
1-й шаг: k = 6. Для 1-го шага возможные состояния системы t = 1,2,3,4,5,6, а функциональные уравнения имеют вид:
F 6 (t) = max(r(t), (C); S(t) - P + r(0), (З))
F 6 (1) = max(8 ; 7 - 10 + 8) = 8 (C)
F 6 (2) = max(7 ; 6 - 10 + 8) = 7 (C)
F 6 (3) = max(7 ; 5 - 10 + 8) = 7 (C)
F 6 (4) = max(6 ; 4 - 10 + 8) = 6 (C)
F 6 (5) = max(6 ; 3 - 10 + 8) = 6 (C)
F 6 (6) = max(5 ; 2 - 10 + 8) = 5 (C)
2-й шаг: k = 5. Для 2-го шага возможные состояния системы t = 1,2,3,4,5, а функциональные уравнения имеют вид:
F 5 (t) = max(r(t) + F 6 (t+1) ; S(t) - P + r(0) + F 6 (1))
F 5 (1) = max(8 + 7 ; 7 - 10 + 8 + 8) = 15 (C)
F 5 (2) = max(7 + 7 ; 6 - 10 + 8 + 8) = 14 (C)
F 5 (3) = max(7 + 6 ; 5 - 10 + 8 + 8) = 13 (C)
F 5 (4) = max(6 + 6 ; 4 - 10 + 8 + 8) = 12 (C)
F 5 (5) = max(6 + 5 ; 3 - 10 + 8 + 8) = 11 (C)
3-й шаг: k = 4. Для 3-го шага возможные состояния системы t = 1,2,3,4, а функциональные уравнения имеют вид:
F 4 (t) = max(r(t) + F 5 (t+1) ; S(t) - P + r(0) + F 5 (1))
F 4 (1) = max(8 + 14 ; 7 - 10 + 8 + 15) = 22 (C)
F 4 (2) = max(7 + 13 ; 6 - 10 + 8 + 15) = 20 (C)
F 4 (3) = max(7 + 12 ; 5 - 10 + 8 + 15) = 19 (C)
F 4 (4) = max(6 + 11 ; 4 - 10 + 8 + 15) = 17 (C/ З)
4-й шаг: k = 3. Для 4-го шага возможные состояния системы t = 1,2,3, а функциональные уравнения имеют вид:
F 3 (t) = max(r(t) + F 4 (t+1) ; S(t) - P + r(0) + F 4 (1))
F 3 (1) = max(8 + 20 ; 7 - 10 + 8 + 22) = 28 (C)
F 3 (2) = max(7 + 19 ; 6 - 10 + 8 + 22) = 26 (C/ З)
F 3 (3) = max(7 + 17 ; 5 - 10 + 8 + 22) = 25 (З)
5-й шаг: k = 2. Для 5-го шага возможные состояния системы t = 1,2, а функциональные уравнения имеют вид:
F 2 (t) = max(r(t) + F 3 (t+1) ; S(t) - P + r(0) + F 3 (1))
F 2 (1) = max(8 + 26 ; 7 - 10 + 8 + 28) = 34 (C)
F 2 (2) = max(7 + 25 ; 6 - 10 + 8 + 28) = 32 (C/ З)
6-й шаг: k = 1. Для 6-го шага возможные состояния системы t = 1, а функциональные уравнения имеют вид:
F 1 (t) = max(r(t) + F 2 (t+1) ; S(t) - P + r(0) + F 2 (1))
F 1 (1) = max(8 + 32 ; 7 - 10 + 8 + 34) = 40 (C)
Результаты вычислений по уравнениям Беллмана F k (t) приведены в таблице, в которой k - год эксплуатации, а t - возраст оборудования.

II этап. Безусловная оптимизация (k = 6,5,4,3,2,1)
Безусловная оптимизация начинается с шага при k = 1. Максимальной возможный доход от эксплуатации оборудования за годы с 1-го по 7-й составляет F 1 (1) = 40. Этот оптимальный выигрыш достигается, если на первом году не производить замены оборудования.
К началу 2-го года возраст оборудования увеличится на единицу и составит: t 2 = t 1 + 1 = 1 + 1 = 2.
Безусловное оптимальное управление при k = 2, x 2 (2) = (C/З), т.е. для получения максимума прибыли за оставшиеся годы необходимо в этом году провести замену оборудования.
К началу 3-го года возраст оборудования увеличится на единицу и составит: t 3 = t 2 + 1 = 0 + 1 = 1.
Оптимальное управление при k = 3, x 3 (1) = (C), т.е. максимум дохода за годы с 3-го по 6-й достигается, если оборудование сохраняется, т.е. не заменяется.
К началу 4-го года возраст оборудования увеличится на единицу и составит: t 4 = t 3 + 1 = 1 + 1 = 2.
Оптимальное управление при k = 4, x 4 (2) = (C), т.е. максимум дохода за годы с 4-го по 6-й достигается, если оборудование сохраняется, т.е. не заменяется.
К началу 5-го года возраст оборудования увеличится на единицу и составит: t 5 = t 4 + 1 = 2 + 1 = 3.
Оптимальное управление при k = 5, x 5 (3) = (C), т.е. максимум дохода за годы с 5-го по 6-й достигается, если оборудование сохраняется, т.е. не заменяется.
К началу 6-го года возраст оборудования увеличится на единицу и составит: t 6 = t 5 + 1 = 3 + 1 = 4.
Оптимальное управление при k = 6, x 6 (4) = (C), т.е. максимум дохода за 6-ой год достигается, если оборудование сохраняется, т.е. не заменяется.

Таким образом, за 6 лет эксплуатации оборудования замену надо произвести в начале 2-го года эксплуатации.

Система «Галактика ЕАМ» предназначена для автоматизированного управления производственными фондами предприятия. В основу системы «Галактика ЕАМ» заложены принципы современных методологий и стратегий обслуживания оборудования для эффективного их применения при ведении бизнеса.

Применение передовых методологий и стратегий в программах ТОиР увеличивает эффективность использования производственных активов. Обеспечить работоспособность оборудования с минимальными затратами – это всегда актуальная задача, решение которой обеспечит поддержание конкурентоспособности предприятия.

Создание программы ТОиР оборудования осуществляется на основе принятия решений по следующим показателям:

• Организация ремонтного обеспечения производства;
• Оценка эффективности ремонтного обеспечения производства;
• Выбор стратегии ремонтов и технического обслуживания оборудования.

Организация ремонтного обеспечения производства определяет структуру ремонтной службы (РС) предприятия, что оказывает непосредственное влияние на эффективность программы ТОиР.

Классические способы организации РС характеризуются диапазоном моделей от децентрализованной к централизованной, которые отличаются способом управления ресурсами в рамках единой структуры на предприятии:

Децентрализованная РС – это распределение ресурсов РС между производственными подразделениями предприятия.

Централизованная РС – это структура предприятия, которая выполняет весь объём ремонтных работ и отвечает за работоспособность оборудования производственных и вспомогательных цехов.

Смешанная РС – это способ построения РС на основе широкого диапазона промежуточных моделей, которые отличаются различной степенью централизации.

Наиболее эффективной является централизованная модель ТОиР. Также эффективно использовать программы ТОиР, построенные на основе альтернативных способов организации РС.

Альтернативные способы организации РС направлены на привлечение внешних ресурсов для выполнения ремонтов оборудования. Альтернативные способы исполнения работ по ТОиР разделяют на подрядный и сервисный:

Совместное использование классических и альтернативных способов организации ремонтов позволяет обеспечить бо́льшую результативность ТОиР.

Под стратегией ТОиР понимается принятая на предприятии последовательность действий, которая приводит к достижению намеченных целей благодаря координированию и распределению имеющихся ресурсов. По сути, стратегия ТОиР – это определенные правила обслуживания оборудования, соблюдение которых позволяет добиться оптимальной работоспособности оборудования.

Рассмотрим известные стратегии ТОиР:

Run-to-Failure (RTF) Стратегия использования до отказа - это когда ремонтные работы будут выполняться только в случае достижения критического состояния оборудования, при котором оно уже не может выполнять заданные функции, то есть теряет работоспособность. Необходимо отметить, что такой подход к эксплуатации оборудования может привести к аварийным ситуациям, серьезным поломкам с длительным устранением, а также к излишним расходам на ликвидацию последствий и потерям от остановки производства. Формирование резерва материальных ресурсов - не самое лучшее решение, т.к. замораживает оборотные средства. Объём такого резерва часто бывает завышен (например, это касается отраслей с уникальным единичным оборудованием).

Planned Preventive Maintenance (PPM) Стратегия планово-предупредительных ремонтов или ремонтов по регламенту – это технология предупредительного технического обслуживания и ремонтов исходя из статистических сведений о сроках службы оборудования. Наибольшее распространение стратегия ППР получила при плановой экономике. Эта стратегия более приемлема, чем предыдущая, так как позволяет устранить некоторые недостатки подхода к использованию оборудования до отказа. Благодаря систематическому проведению техобслуживания и ремонта и своевременной замене подвижных деталей и запчастей достигается более качественная и длительная эксплуатация оборудования. Но при этом надо отметить, что в стратегии ППР есть свой недостаток – нередко ремонтируются фактически исправные объекты, а также производится обязательная замена деталей независимо от их оставшегося ресурса. В результате этого эксплуатационные затраты становятся неоправданно высоки. К недостаткам ППР относятся также уменьшение оставшегося ресурса оборудования и возросшие риски отказа при введении в эксплуатацию отремонтированного оборудования. Стратегией ППР и сегодня пользуются на многих предприятиях, прежде всего для обслуживания ключевых стратегических объектов, остановка которых может причинить вред окружающей среде, жизни и здоровью людей.

Condition-Based Maintenance (CBM) Стратегия планирования ремонтов исходя из технического состояния (ТС) - это технология обслуживания и ремонта с применением диагностической аппаратуры для мониторинга ТС оборудования в режиме реального времени. При использовании этой стратегии благодаря постоянному мониторингу ТС риск аварийного отказа или серьезного ухудшения работоспособности оборудования минимизируется. Слоган этой стратегии можно сформулировать так: "Оборудование нужно остановить для ремонта за минуту до его предполагаемой поломки". Такой подход к планированию ремонтов уменьшает расходы на ТОиР, сводит к минимуму число непредвиденных отказов, снижает объем простоев агрегатов во время сборочно-монтажных работ. Стратегия ремонтов по ТС призвана нивелировать недостатки предварявшей ее стратегии ППР, то есть снизить количество необязательных ремонтных вмешательств и максимально использовать ресурс оборудования. Стоит оговорить, что стратегия ТОиР по ТС оборудования хороша для краткосрочного планирования ремонтов и не подходит для построения адекватных долгосрочных планов. Средства технической диагностики позволяют предупредить отказ оборудования за два-три месяца до его предполагаемого выхода из строя.

Predictive maintenance (РМ) Прогнозная или проактивная стратегия – это более продвинутый подход к ТОиР, совмещающий преимущества планирования ТОиР по ТС с преимуществами ППР. Суть проактивной стратегии - снизить скорость развития или совсем устранить неисправности, выявленные при мониторинге технического состояния оборудования.

В проактивной стратегии ТОиР ключевым моментом является оценка ТС оборудования, которая может выполняться путем: визуального осмотра, мониторинга технических параметров, контроля температур, акустической и вибрационной диагностики, различных методов обследования (магнитный, радиоволновой, ультразвуковой и проч.).

Решение о ремонте принимается, если неудовлетворительное состояние одного элемента (запчасти) оборудования начинает негативно влиять на состояние других элементов.

Применение проактивной стратегии увеличивает срок службы станков и агрегатов, исключает вторичные повреждения в связи с первичной поломкой (путем немедленной реакции на первичную поломку), сокращает общие затраты на ТОиР, снижает риск аварийного отказа оборудования, повышает коэффициент исправности оборудования.

Reliability Centered Maintenance (RCM) Стратегия обслуживания, ориентированного на надежность – планирование мероприятий, обеспечивающих бесперебойное выполнение функций любого объекта в текущих эксплуатационных условиях. На основании RCM строятся наиболее эффективные планы ТОиР, так как данная методология объединяет разработки и сильные стороны предыдущих стратегий, одновременно обеспечивая стабильность в работоспособности производственных активов с минимальными затратами на их ТОиР.

В основу методологии RCM заложены следующие цели: увеличение степени безопасности людей и окружающей среды, повышение экономической эффективности использования производственных фондов, увеличение срока службы оборудования (плюс растет его производительность), уменьшение числа отказов оборудования, качественное информационное обеспечение процессов принятия решений.

Risk-based maintenance (RBM) Стратегия обслуживания на основании оценки рисков – определяются наиболее эффективные мероприятия, обеспечивающие безопасность и надёжность оборудования (снижение рисков) с минимизацией сопутствующих затрат. Эта стратегия характеризуется оцениванием вероятности отказов. Степень важности оборудования и вероятность его выхода из строя – вот два показателя, определяющих уровень риска при эксплуатации оборудования. Исходя из уровня риска, назначаются сроки и объёмы ТОиР, расставляются приоритеты выполнения ремонтных работ. В результате таких действий повышается надёжность и безопасность производственных активов, понижаются сопутствующие затраты.

Стратегия обслуживания на основании оценки рисков приближена к концепции бережливого производства и направлена на минимизацию потерь от: непродуктивной работы оборудования, простоев, ненужных перемещений обслуживающего персонала, недостатков обеспечения ресурсами, повторных переделок ремонтных работ, нерационального использования ресурсов, неэффективного управления информацией.

Overall Equipment Effectiveness (OEE) Стратегия общей эффективности использования оборудования - предусматривает совокупный анализ ряда показателей (KPI), характеризующих разные составляющие процесса работы оборудования. Анализ этих показателей (таких как простои, замедление работы, ухудшение качества и др.) помогает контролировать и увеличивать эффективность эксплуатации оборудования.

Стратегия OEE позволит обнаружить и затем бороться с потерями и причинами неэффективности работы. Анализ может показать помимо простоев по причине поломки еще и потери, вызванные, например, некачественной настройкой оборудования, снижением его производительности или ожиданием прихода материалов. В конце концов, можно отслеживать, как существующая производительность одного объекта производственных фондов влияет на эффективность всего производства.

Данные OEE могут быть основанием для принятия стратегических решений по капвложениям: можем ли мы улучшить производительность с использованием имеющегося оборудования или же целесообразнее закупить новое.

Надежная и безопасная эксплуатация систем, оборудования, зданий и сооружений предприятий неразрывно связана с ремонтной деятельностью. О направлениях совершенствования структуры управления системой ТОиР «ЭЖ» рассказала в прошлом году (см. № 32). Сегодня речь пойдет о подходах к оценке эффективности работ по ТОиР. Рассказывает Владимир Минаев, генеральный директор ОАО «Атомэнергоремонт», к.э.н.

Система ТОиР — совокупность процессов, организационных структур, средств технического оснащения ремонта, методического обеспечения, обеспечивающих эффективное обслуживание и ремонт оборудования предприятия.

Стратегии проведения ремонтов

Приведем три основных стратегии.

Первая — классический планово-предупредительный ремонт (ППР). Он предполагает ремонтный цикл (заранее заданная последовательность ремонтов определенного вида и интервалов между ними) и задание объема работ при выполнении ремонта определенного вида. В варианте ППР, называемом «планирование по наработке», при заданных объемах и сохранении фиксированной последовательности ремонтов время между ними определяют не календарно, а в зависимости от показателя наработки оборудования (часы работы, число пусков и т.п.).

Вторая — ремонт по отказу. Оборудование ремонтируется (или заменяется) по причине его отказа и невозможности его дальнейшего использования. Технически это оправданно для некоторых видов оборудования, если его элементы выходят из строя случайно, вне зависимости от длительности их работы, экономически — когда последствия поломки незначительны, а меры профилактики стоят дороже замены отказавшего узла или устройства. При появлении явных данных о приближении отказа (повышенная вибрация, течь масла, повышение температуры выше допустимой, признаки недопустимого износа) можно выбрать вариант «ремонта по мере возникновения дефектов».

Третья — «ремонт по состоянию». При этой стратегии объем ремонтов и время между ними заранее не фиксированы, а определяются по результатам регулярных ревизий (обследований) оборудования и мониторинга его состояния с помощью автоматизированных средств контроля и диагностики. Эта стратегия позволяет существенно экономить ресурсы, поэтому она считается наиболее прогрессивной для сложного и дорогостоящего оборудования.

Для заказчика более выгодным и приоритетным сегодня становится метод агрегатного ремонта, предполагающий замену агрегата либо целиком, либо его части, и сервисное обслуживание оборудования. Такой метод значительно сокращает время ремонта. Во многих отраслях распространено сервисное обслуживание и, хотя оно обходится заказчику несколько дороже, имеет большие шансы на будущее.

У нас система ТОиР в основном строится на проведении ППР. В ближайшем будущем планируется перейти к ремонту ряда оборудования по его техническому состоянию и использованию метода агрегатного ремонта и сервисного обслуживания оборудования.

Эффективность ТОиР

Эффективность ТОиР определяется отношением максимально возможного результата ТОиР (высокое качество работ при соблюдении нормативного срока ремонта) к минимально возможным эксплуатационным расходам (минимально обоснованный уровень затрат без потери качества и объема выполненных работ).

Результатом работ по ТОиР, а также реконструкции и модернизации оборудования энергоблоков, общестанционных систем, внешних объектов действующих АЭС является их надежная и безаварийная работа в плановом межремонтном периоде. Экономически это означает отсутствие финансовых потерь за недовыработанную электроэнергию из-за неплановых остановов и простоев оборудования АЭС в ремонте.

Результативность деятельности ремонтного персонала, как правило, оценивается величиной среднемесячной выработки на одного рабочего (см. диаграмму).

Подобное измерение производительности труда имеет существенный недостаток — зависит от лимитированных средств на ремонт, структуры цены, численности персонала и тарификации работы. И при манипуляции с коэффициентами к сметам, директивном снижении затрат в части лимитов на ТОиР, существующей регламентированной длительности ремонта такой подход не отражает действительную производительность труда — слишком велика при этом ценовая составляющая.

Более правильно воспользоваться ресурсными методами оценки 1 .

Приведем три таких показателя.

Трудоемкость ремонта — основной ресурсный показателей. Трудоемкость регламентируется количественно техническим нормированием 2 .

Например, трудоемкость среднего ремонта серийного блока АЭС — 520 000 человеко-часов, длительность ремонта в одном случае 40 суток, в другом — 35 (13 000 человеко-часов/дн. и 15 000 человеко-часов/дн. соответственно). Очевидно, во втором случае производительность труда ремонтного персонала выше.

Нормативная численность персонала для выполнения ремонта — другой важный показатель производительности труда (отношение нормативной численности работников, рассчитанной по нормативной базе, к фактически занятому в ремонте).

Третий показатель — индекс производительности труда. Его можно представить на основе фактических и натуральных ресурсных данных в виде зависимостей:

ИПТ = ТрЕ/ДлР;

ИПТ = НЧ/ФЧ,

где: ИПТ — индекс производительности труда;

ТрЕ — трудоемкость ремонта блока;

ДлР — длительность ремонта блока (может быть нормативной и фактической);

НЧ — нормативная численность персонала, необходимого для выполнения ремонта блока;

ФЧ — фактическая численность персонала, занятого на ремонте блока.

Согласно утвержденной концерном методике 3 одним из показателей является сокращение срока ремонта 4:

• на стадии формирования графика ремонта на планируемый год — оценка прогнозного финансового результата от сокращения сроков ремонта по сравнению с нормативными для определения целесообразности принятия решения о сокращении срока ремонта;
• по итогам завершения ремонтов — оценка фактического финансового результата от сокращения срока ремонта в целях подтверждения правильности принятых решений при планировании.

Результаты оценки эффективности сокращения сроков ремонтов используются для мотивации труда ремонтного персонала АЭС и подрядных организаций.

А поскольку продолжительность ремонта не может быть сокращена в ущерб надежной и безопасной эксплуатации АЭС, в методике приводятся основные направления снижения сроков:

• интенсификация труда ремонтного персонала;
• развитие высокой культуры производства с элементами бережливого производства (производственной системы «Рос­атом»);
• внедрение новейших технологий в ремонте;
• использование современных средств технологического оснащения и высокоэффективной оснастки для ремонта.

Вместе с тем сокращение сроков ремонта связано с дополнительными доходами в виде выручки от продажи дополнительно выработанной электрической энергии (при условии ее востребованности на рынке) и расходами, обусловленными интенсификацией (переход на трехсменную работу) труда ремонтного персонала.

Экономически сокращение продолжительности ремонта эффективно при условии, что дополнительные расходы покрываются выручкой от продажи дополнительно выработанной электро­энергии и при этом еще остается дополнительная прибыль.

Пути повышения эффективности ТОиР

Повышение эффективности ТОиР — процесс уменьшения потерь от недовыработки электроэнергии из-за остановов и простоев систем и оборудования АЭС в ремонте при оптимизации затрат на ТОиР без потери качества выполненных работ.

В атомной энергетике умение управлять производством, своевременно принимать решения особенно актуально из-за возможных последствий при бездействии руководителей. Разветвленная структура со многими уровнями управления может привести к неразберихе в производстве, принятию ошибочных решений или, что еще хуже, непринятию их вообще. Ликвидация последствий такого управления обходится очень дорого.

Приведем основные пути повышения эффективности ТОиР и направления их реализации.

1. Совершенствование структуры управления системой ТОиР (см. «ЭЖ», 2012, № 32).

2. Оптимизация плановых сроков ППР.

2.1. Введение в действие единой отраслевой системы экономического планирования ресурсов.

Учитывая разветвленную филиальную сеть, применение единого подхода к планированию ресурсов — приоритетная задача общества. А желаемого результата можно достичь только при жесткой экономически обоснованной централизации ресурсов.

2.2. Внедрение новых технологий ремонта оборудования и средств технологического оснащения ТОиР.

В рамках технического перевооружения разработана инвестиционная программа, включающая:

• разработку и освоение новых технологий;
• оснащение современными технологическими средствами ремонта;
• строительство и оснащение производственных баз;
• подготовку и переподготовку ремонтного персонала.

2.3. Совершенствование технической документации на процессы.

Поскольку технологическая документация на ТОиР подготовлена много лет назад и основана на технологиях прошлого века, ее качество нуждается в улучшении:

• постоянной актуализации в связи с меняющимися нормативными документами;
• доработке в связи с необходимостью применения технологий на однотипном оборудовании разных АЭС одного проекта с целью унификации процессов.

Документация, тем более хорошая, давно стала товаром, и ее распространение ограничено. Как и опыт, она — наследие нынешнего поколения, поэтому ее актуальность и совершенствование скажется на качестве и надежности работы тех, кто придет нам на смену.

2.4 Повышение качества подготовки ремонтного персонала в специализированных учебно-тренировочных центрах с использованием полномасштабных макетов и натурных образцов оборудования (Инженерно-технический центр общества проводит подготовку, переподготовку и поддержание квалификации работников более чем по 100 учебным программам по 37 специальностям).

3. Снижение потерь от недовыработки электроэнергии в результате неплановых остановов и простоев оборудования в ремонте.

3.1 Совершенствование системы управления ТОиР путем перехода к управлению ТОиР, как проектом:

• комплексный подход к планированию ресурсов (с учетом наличия материальных и людских ресурсов);
• диспетчеризация работ по
• ТОиР (типовых — на основе всестороннего анализа их выполнения в предыдущие периоды и на других объектах. Подготовка к выполнению нетиповых специальных работ должна быть начата не менее чем за год до начала их выполнения);
• диспетчеризация ресурсов по ТОиР (управление материальными и людскими ресурсами должно осуществляться в условиях действия единого стандарта закупок).

3.2 Создание подсистемы управления проведением ремонтов на базе АСУ-Ремонт, интег­рированной в единую отраслевую информационную систему:

• создание единой базы данных оборудования;
• создание единой системы управления ресурсами ТОиР;
• управление материально-техническим обеспечением ТОиР (создание нормативной базы производственных запасов);
• оптимизация планирования ППР (сокращение сроков ППР на тех площадках, где это актуально и экономически целесо­образно).

3.3 Создание работоспособной системы обеспечения качества при выполнении ТОиР включает разработку:

• отраслевого руководства по созданию системы качества (руководство должно охватывать деятельность на всех этапах жизненного цикла от этапа проектирования до снятия с эксплуатации);
• системы обеспечения качества на АЭС концерна с учетом совершенствования системы разработки и контроля исполнения корректирующих действий, а не коррекций, по нарушениям в работе, связанным с ремонтом оборудования;
• программы управления качеством проведения ТОиР, отвечающей современным тенденциям отрасли, учитывающей особенности оборудования эксплуатируемых и сооружаемых блоков, а также описывающей действенные меры и способы управления качеством, а не только его контроль.

4. Снижение эксплуатационных расходов в части суммарных затрат на ТОиР.

4.1. Оптимизация объемов ремонтных работ:

• разработка и согласование новых нормативных документов по выполнению ТОиР с надзорными органами и заводами-изготовителями;
• обоснование перехода с четырехлетнего на восьмилетний ремонтный цикл контроля металла;
• внедрение всесторонней диагностики технического состояния оборудования (этому направлению деятельности уделяется пока крайне мало внимания, даже новое оборудование на строящиеся блоки данными устройствами оснащается недостаточно).

4.2. Оптимизация распределения работ, выполняемых хозяйственным и подрядным способом.

Предложения по оптимизации затрат на ТОиР с учетом особенностей финансово-экономической деятельности общества приведены в таблице.

Переход на новые технологии ремонта оборудования, в первую очередь на ремонт по техническому состоянию, позволит значительно повысить эффективность ТОиР.

Принцип организации ремонта по техническому состоянию может быть реализован при организации сервисного обслуживания оборудования с решением следующих вопросов:

• кто, какими способами, с помощью каких критериев (технических, экономических) будет определять техническое состояние оборудования и целесооб­разность его ремонта или замены;
• ответственности за принятые решения и их последствия;
• связи с авторами проекта, изготовителями оборудования и оформления необходимых согласований с проектными, конструкторскими и надзорными организациями и органами;
• сбора статистических данных, их систематизации и анализа, оценки остаточного ресурса оборудования, его элементов и выработки рекомендаций по необходимым мероприятиям;
• разработки новых регламентов и нормативно-технических документов по технологии ремонта;
• отслеживания мировых достижений в технологии ремонта и средствах технического оснащения, адаптации их к реальным условиям российских АЭС, внедрения и научно-технического сопровождения;
• разработки и внедрения новых диагностических систем технического состояния оборудования;
• экспертизы проектов строительства новых АЭС и выработки предложений в части ремонтного обслуживания;
• подготовки и переподготовки ремонтного персонала.

В рамках инвестиционной программы — организации производственного процесса ТОиР АЭС — планируется выполнение мероприятий по организации ремонта оборудования по техническому состоянию:

• подготовка «медицинских карт» оборудования, ремонти­руемого по техническому
• состоянию (совместно с АЭС);
• мониторинг наличия средств диагностики оборудования (не обеспеченного в заводской поставке) и выбор поставщика (совместно с АЭС);
• разработка программ и методик диагностики оборудования (с определением контролируемых параметров), ремонтируемого по техническому состоянию;
• подготовка персонала для работы на современном оборудовании и приборах диагностики.

Все пути повышения эффективности работ по ТОиР связаны с затратами в разной степени, и принять решение, какие из них использовать, — прерогатива заказчика. Только комплексный подход в выборе путей повышения эффективности работ по ТОиР приводит к наилучшему результату.

1 Ресурсный подход к оценке производительности труда и эффективности производства традиционно в большей степени применяется в сфере производства продукции, а не оказания услуг.

2 Техническое нормирование — установление технически обоснованных норм затрат труда, машинного времени и материальных ресурсов на единицу продукции.

3 Методика оценки эффективности работы ремонтного персонала при оптимизации сроков ремонта энергоблоков АЭС.

4 Согласно методике, сокращение продолжительности ремонта энергоблоков АЭС не может быть произведено в ущерб надежной и безопасной эксплуатации АЭС.

Мероприятия по оптимизации затрат на ТОиР

Появление первых машин поставило задачу контроля их технического состояния для определения рациональных сроков и видов ремонтных воздействий. В чёрной металлургии эта задача первоначально решалась путём контроля температуры, наблюдением за изменением вибрации и анализа шумов механизмов. В основном использовались органолептические методы. Осуществлялся контроль специалистами высокой квалификации, оснащёнными простейшими приспособлениями и многолетним практическим опытом. В дальнейшем, при внедрении системы планово-предупредительных ремонтов (ППР) , этот опыт был использован для составления правил технической эксплуатации. Такое тиражирование сказалось на качестве операций по наблюдению за техническим состоянием. Система ППР ориентировала ремонтные службы на поддержание безаварийной работы оборудования путём принудительной замены узлов в среднестатистические сроки. Часто это не приводило к желаемым результатам и увеличивало затраты на содержание оборудования.

Исследования надёжности работы металлургического оборудования [ , ], проведенные в 70-х…80-х годах, показали значительный разброс в сроках службы однотипных элементов. Это потребовало определения фактического состояния конкретного узла безразборными методами технической диагностики для эффективного управления надёжностью оборудования на этапе эксплуатации.

В 90-х годах становится очевидной необходимость перехода на техническое обслуживание металлургического оборудования по фактическому состоянию, что сулит значительную экономию средств, затрачиваемых на обеспечение работоспособного состояния оборудования. Основой должно являться определение фактического состояния оборудования методами технической диагностики. Опыт применения средств технической диагностики на отдельных металлургических предприятиях показал высокую экономическую эффективность.

Существуют следующие стратегии технического обслуживания и ремонта, имеющие свои достоинства и недостатки:

Виды стратегий технического обслуживания и ремонта подразделяют на две группы: пассивные и активные ().

Таблица 1.1 – Сравнительная характеристика стратегий технического обслуживания

Пассивные стратегии в той или иной форме отвечают на изменение технического состояния. Соответственно – это ремонт после отказа либо ремонт по состоянию, когда оборудование достигнет предела своего возможного использования. В этом случае имеется возможность одновременного отказа нескольких механизмов, тогда необходимость в ремонтных работах превысит возможности ремонтной службы, что может привести к остановке технологического процесса.

Активные стратегии влияют на состояние оборудования до возникновения необходимости ремонта путём предупредительной замены узлов и деталей либо устранением отклонений и неисправностей в работе механизмов (активная стратегия ремонтных воздействий). Принудительная замена деталей не всегда экономически оправдана, однако повышает безотказность работы оборудования. Проблематичным, в данном случае, является выбор рациональных сроков и объёмов заменяемых деталей. Если техническое состояние оборудования известно, появляется возможность снизить объёмы ремонтов и увеличить срок службы оборудования. Это осуществляется путём выявления и устранения дефектов и повреждений, приводящих к снижению ресурса.

Динамическое программирование

Динамическое программирование – один из разделов оптимального программирования, в котором процесс принятия и управления может быть разбит на отдельные этапы.

Экономический процесс является управляемым, если можно влиять на ход его развития. Под управлением понимается совокупность решений, принимаемых на каждом этапе для влияния на ход развития процесса. Например, выпуск продукции предприятием – управляемый процесс. Совокупность решений, принимаемых в начале года по обеспечению предприятия сырьём, замене оборудования, финансированию и т. д., является управлением. Необходимо организовать выпуск продукции так, чтобы принятые решения на отдельных этапах способствовали получению максимально возможного объёма продукции или прибыли.

Одним из основных методов динамического программирования является метод рекуррентных соотношений, который основывается на использовании принципа оптимальности, разработанного американским математиком Беллманом. Принцип состоит в том, что, каковы бы ни были начальное состояние на любом шаге и управление, выбранное на этом шаге, последующие управления должны выбираться оптимальными относительно состояния, к которому придёт система в конце данного шага. Использование данного принципа гарантирует, что управление, выбранное на любом шаге, лучше с точки зрения процесса в целом.

В некоторых задачах, решаемых методом динамического программирования, процесс управления разбивается на шаги. При распределении на несколько лет ресурсов деятельности предприятия шагом считается временной период; при распределении средств между предприятиями – номер очередного предприятия.

Одной из важнейших экономических проблем является определение оптимальной стратегии в замене старых станков, агрегатов, машин на новые.

Старение оборудования включает его физический и моральный износ, в результате чего растут производственные затраты по выпуску продукции на старом оборудовании, увеличиваются затраты на ремонт и обслуживание, снижаются производительность и ликвидная стоимость.

Вполне возможно, что старое оборудование выгоднее продать, заменить новым, чем эксплуатировать его; причём его можно заменить новым оборудованием того же вида или новым, более совершенным.

Оптимальная стратегия замены оборудования состоит в определении оптимальных сроков замены. Критерием оптимальности при этом может служить прибыль от эксплуатации оборудования, которую следует оптимизировать, или суммарные затраты на эксплуатацию в течение рассматриваемого промежутка времени, подлежащие минимизации.

Будем использовать обозначения:

r(t) – стоимость продукции, производимой за один год на единице оборудования возраста t лет;

u(t) – ежегодные затраты на обслуживание оборудования возраста t лет;

s(t) – остаточная стоимость оборудования возраста t лет;

Р – покупная цена оборудования.

Рассмотрим период N лет, в пределах которого требуется определить оптимальный план замены оборудования.

Обозначим через f N (t) максимальный доход, получаемый от оборудования возраста t лет за оставшиеся N лет цикла использования оборудования при условии оптимальной стратегии.

Возраст оборудования отсчитывается в направлении течения процесса. Так, t = 0 соответствует случаю использования нового оборудования. Временные же стадии процесса нумеруются в обратном направлении по отношению к ходу процесса. Например, N = 1 относится к одной временной стадии, остающейся до завершения процесса.

На каждом этапе N -стадийного процесса должно быть принято решение о сохранении или замене оборудования. Выбранный вариант должен обеспечивать получение максимальной прибыли.

Уравнения, помогающие выбрать оптимальное решение, имеют вид:

Первое уравнение описывает N -стадийный процесс, а второе – одностадийный. Оба уравнения состоят из двух частей: верхняя строка определяет доход, получаемый при сохранении оборудования; нижняя – доход, получаемый при замене оборудования и продолжении процесса работы на новом оборудовании.

В первом уравнении функция r(t) - u(t) есть разность между стоимостью произведённой продукции и эксплуатационными издержками на N – й стадии процесса.

Функция f N -1 (t+1) характеризует суммарную прибыль от (N - 1) оставшихся стадий для оборудования, возраст которого в начале осуществления этих стадий составляет (t + 1) лет.

Нижняя строка уравнения 1 характеризуется следующим образом: функция s(t) – P представляет чистые издержки по замене оборудования, возраст которого t лет.

Функция r (0) выражает доход, получаемый от нового оборудования возраста 0 лет. Предполагается, что переход от работы на оборудовании возраста t лет к работе на новом оборудовании совершается мгновенно, т. е. период замены старого оборудования и переход на работу на новом оборудовании укладываются в одну и ту же стадию.

Последняя функция f N -1 (1) в первом уравнении представляет собой доход от оставшихся N – 1 стадий, до начала осуществления которых возраст оборудования составляет один год.

В уравнении для одностадийного процесса нет слагаемого вида f 0 (t + 1), так как N принимает значения 1, 2, …, N . Равенство f 0 (t ) = 0 следует из определения функции f N (t).

Рассмотренные уравнения являются рекуррентными соотношениями, которые позволяют определить величину f N (t) в зависимости от f N -1 (t+1) . Данные уравнения показывают, что при переходе от одной стадии процесса к следующей возраст оборудования увеличивается с t до (t +1) лет, а число оставшихся стадий уменьшается с N до (N – 1).

Уравнения позволяют оценить варианты замены и сохранения оборудования, с тем, чтобы принять тот из них, который предполагает больший доход. Эти соотношения позволяют выбрать линию поведения при решении вопроса о сохранении и замене оборудования, а также определить прибыль, получаемую при принятии каждого из этих решений.

Пример. Р = 10, S(t) = 0, f(t) = r(t) - u(t) , представленных в таблице.

РЕШЕНИЕ. Запишем уравнения в следующем виде:

.

…………………………………………………

…………………………………………………

Вычисления продолжаются до тех пор, пока не будет выполнено условие f 1 (1) > f 2 (2), т. е. в данный момент оборудование необходимо заменить, так как величина прибыли, получаемая в результате замены оборудования, больше, чем в случае использования старого. Результаты расчётов помещаются в таблицу, момент замены отмечается звёздочкой, после чего дальнейшие вычисления по строке прекращаются.

По результатам вычислений и по линии, разграничивающей области решений сохранения и замены оборудования, находим оптимальный цикл замены оборудования. Для данной задачи он составляет 4 года.

Ответ. Для получения максимальной прибыли от использования оборудования в двенадцатиэтапном процессе оптимальный цикл состоит в замене оборудования через каждые 4 года.

Задачи для групповой работы на занятии по теме «Динамическое программирование»

1. К началу рассматриваемого периода на предприятии установлено новое оборудование. Зависимость производительности этого оборудования от времени его работы, а также затраты на содержание и ремонт при различном времени его использования приведены в таблице.

Известно, что затраты, связанные с приобретением и установкой нового оборудования составляют 40 млн. р., а заменяемое оборудование списывается. Составить такой план замены оборудования в течение пяти лет, при котором общий доход за данный период времени максимален.

2. К началу анализируемого периода на предприятии установлено новое оборудование.

Определить оптимальный цикл замены оборудования при следующих исходных данных:

покупная цена оборудования (Р ) составляет 12 ден. ед.;

остаточная стоимость оборудования S (t ) = 0;

f (t ) = r (t ) – u (t ) – максимальный доход, получаемый от оборудования возраста t лет за год при условии оптимальной стратегии, где r (t ) – стоимость продукции, выпускаемой за год на единице оборудования возраста t лет, u (t ) – ежегодные затраты на обслуживание оборудования возраста t лет;

N = 8 лет.

Зависимость f (t ) от t задана в таблице.

Найти оптимальную стратегию фирмы в распределении автолавок по населённым пунктам, максимизирующую общий товарооборот.

4. В таблице указан возможный прирост выпуска продукции четырьмя плодово-консервными заводами в области в млн. р. При осуществлении инвестиций на их модернизацию с дискретностью 50 млн. р., причём на один завод можно осуществить только одну инвестицию.

Составить план распределения инвестиций между заводами области, максимизирующий общий прирост выпуска продукции.

5. В трёх областях необходимо построить 5 предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции одинаковой мощности.

Разместить предприятия таким образом, чтобы осуществить минимальные суммарные затраты на их строительство и эксплуатацию.

Функция расходов g i (x ), характеризующая величину затрат на строительство и эксплуатацию в зависимости от количества размещаемых предприятий в i -й области, приведена в таблице.

А Х (восток)

Ответы: 1. Оборудование заменить через 3 года.

2. Оборудование заменить через 4 года.

3. В первый населённый пункт направить 1 автолавку, во второй – 3, в третий – 1, при этом товарооборот будет максимальный, равный 64 тыс. р.

4. Инвестировать третьему заводу 50 млн. р., четвёртому заводу – 150 млн. р., максимальный прирост выпуска продукции составит 146 млн. р.

5. В первой области построить 2 предприятия, в третьей – 3, минимальные затраты составят 29 млн. р.

6. , минимальные затраты равны 35 млн. р.