ZASTOSOWANIE PROGRAMOWANIA CAŁKOWITOLICZBOWEGO W UTRZYMANIU POJAZDÓW I MASZYN. Paweł Mikołajczak

Transkrypt

1 MOTROL, 007, 9, ZASTOSOWANE PROGRAMOWANA AŁKOWTOLZBOWEGO W UTRZMANU POJAZDÓW MASZN Katedra Budowy, Eksploatacji Pojazdów i Maszy Uiwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztyie Streszczeie. W artykule przedstawioo system iformatyczy zarządzaia utrzymaiem pojazdów i maszy, aleŝący do klasy MMS (omputerized Maiteace Maagemet System). Oprócz klasyczych modułów systemów MMS opisao moduł optymalizacyjy z uwzględieiem optymalizacji całkowitoliczbowej oraz moduł progozowaia zawierający róŝe postacie modeli progostyczych. Uzupełieiem artykułu są iformacje ogóle o systemach iformatyczych klasy MMS. Słowa kluczowe: system iformatyczy, utrzymaie pojazdów i maszy, optymalizacja, progozowaie WSTĘP Nowoczese przedsiębiorstwa starają się przyjmować podejście procesowe podczas opracowywaia, wdraŝaia i doskoaleia systemu zarządzaia jakością. Ozacza to, Ŝe orgaizacje te powiy zidetyfikować powiązaia pomiędzy róŝymi działaiami (produkcją lub usługami, utrzymaiem pojazdów i maszy, obsługą klietów itp.). Zaletą takiego podejścia jest zapewieie adzoru ad poszczególymi elemetami w całym systemie procesów, jak teŝ ad ich kombiacją i wzajemym oddziaływaiem. Wydaje się, Ŝe bez odpowiedio opracowaego systemu iformatyczego ie moŝa skuteczie realizować takiego podejścia. Decyzja o wprowadzeiu owego systemu iformatyczego w przedsiębiorstwie jest zawsze truda. Aby ją podjąć, trzeba być przekoaym o jej słuszości. Kiedy zatem wprowadzeie systemu klasy MMS (gospodarka remotowa, utrzymaie ruchu, iwestycje, serwis) jest iezbęde? MoŜa spróbować podjąć taką decyzję odpowiadając a astępujące pytaia [ zy pod opieką słuŝb techiczych przedsiębiorstwa zajduje się zacza liczba pojazdów i maszy? zy obiekty te podlegają stałej obsłudze techiczej? zy ich obsługa jest złoŝoa?

2 zy play działań podlegają częstym modyfikacjom? zy w przedsiębiorstwie prowadzoe są prace moderizacyje i iwestycyje o duŝym stopiu złoŝoości, wymagające plaowaia? zy zarządzaie dokumetacją maszy i urządzeń oraz procedur ich obsługi ie astręcza problemów? zy ie pojawia się potrzeba wprowadzeia obiektywych wskaźików ocey słuŝb techiczych, jak p. czas reakcji a zgłoszeie, średi czas międzyawaryjy, średi czas przestoju związaego z aprawą? zy słuŝby techicze są zobowiązae do przeprowadzaia okresowych aaliz statystyczych swojej działalości? zy ie ma potrzeby obiŝeia zapasów magazyowych materiałów i części zamieych? zy istieje potrzeba określaia rzeczywistych kosztów eksploatacji? JeŜeli chociaŝ część odpowiedzi będzie twierdząca, będzie to ozaczało, Ŝe warto zaiwestować w rozwiązaie iformatycze wspierające utrzymaie pojazdów i maszy. Decydując się juŝ a wdroŝeie S, aleŝy zastaowić się ad odpowiedzią a jeszcze jedo pytaie: czy skorzystać z gotowej aplikacji oferowaej przez profesjoale firmy iformatycze, czy budować S od podstaw? Przyjęcie pierwszego lub drugiego rozwiązaia iesie ze sobą pewe wady i zalety, których zestawieie przedstawioo w tabeli. Tabela. Zestawieie zalet i wad wariatów S utrzymaia pojazdów i maszy Table. ompariso of advatages ad disadvatages of S variats of vehicles ad machiesmaiteace Wariat S Zalety Wady Gotowa aplikacja Według własego projektu - szybki termi wdroŝeia; - system przetestoway i zweryfikoway; - a ogół system utworzoy przez liczą grupę ekspertów; - moŝliwość zapozaia się z opiiami wcześiejszych uŝytkowików - dobre dopasowaie do własych potrzeb (kadrowych, specyfiki przedsiębiorstwa, stosowaych wskaźików ceowych, stosowaych określeń termiologii itp.); - moŝliwość dokoaia awet istotych zmia po etapie testowaia - koieczość przetwarzaia admiaru daych (iepotrzebych iformacji); - ieuwzględieie wymogów szczególych; - a ogół brak moŝliwości dokoywaia zmia a Ŝyczeie w S; - przepłaceie za część modułów ie uŝywaych - trudości w precyzyjym określeiu termiu i kosztu wdroŝeia; - koieczość prowadzeia szczegółowego testowaia; - iezbęde zaagaŝowaie zaczej liczby pracowików z róŝych działów w projekcie; - zagroŝeie złego sprecyzowaia celów projektu HARAKTERSTKA SSTEMÓW WSPOMAGANA DEZJ System wspomagaia decyzji (DSS Decisio Support Systems) umoŝliwia decydetom detyfikację problemu decyzyjego oraz tworzeie i rozwiązywaie modeli decyzyjych, aby podjąć właściwą decyzję. Systemy te są wykorzystywae we wspoma-

3 ZASTOSOWANE PROGRAMOWANA AŁKOWTOLZBOWEGO... gaiu podejmowaia decyzji strategiczych i taktyczych (długo- i średiookresowych), w problematyce: plaowaia działalości gospodarczej, iwestycji, zaopatrzeia, sprzedaŝy wyrobów i usług, gospodarki fiasowej. W strukturze systemów wspomagaia decyzji moŝa wyróŝić astępujące zasadicze elemety [Nowicki (red.) 99]:. podsystem komuikacji umoŝliwia porozumiewaie się uŝytkowika z systemem w języku wyŝszego poziomu, w tym zbliŝoym do języka aturalego staowiącego tzw. język dialogu;. podsystem rozwiązywaia problemów zapewia automatyczą bądź we współpracy z uŝytkowikiem obsługę pytań związaych z podejmowaiem decyzji;. podsystem zarządzaia bazą daych i bazą modeli umoŝliwia racjoale gospodarowaie zasobami iformacyjymi;. baza daych to zbiór daych dotyczących fukcjoowaia daego systemu działaia (p. produkcyjego, usługowego, hadlowego), iezbędych do rozwiązywaia problemów decyzyjych;. baza modeli obejmująca zbiór: modeli progostyczych i plaistyczych; modeli optymalizacyjych; modeli symulacyjych; sceariuszy decyzyjych, ułatwiających rozpozawaie problemów decyzyjych i wybór decyzji; problemów decyzyjych wraz ze schematami ich rozwiązywaia. W przypadku podjęcia decyzji o wdroŝeiu owego systemu iformatyczego klasy MMS, aleŝącego do zbioru systemów DSS, aleŝy brać pod uwagę astępujące zagadieia [ optymalego kierowaia utrzymaiem pojazdów i maszy: zasady plaowaia uŝytkowaia, plaowaie termiów obsług techiczych i apraw, orgaizacja systemu zbieraia i przetwarzaia iformacji, kształtowaie rozkładów itesywości uŝytkowaia poszczególych urządzeń techiczych; optymalizacji struktur orgaizacyjych systemu eksploatacji: zasady prawidłowej współpracy systemu obsługi z systemem uŝytkowaia, wybraie odpowiediej strategii wykorzystaia obiektów zaplecza techiczego; zasady orgaizacji serwisu obsługowego; optymalizacji własości eksploatacyjych pojazdów i maszy: sposób badaia i kryteria ocey aktualego stau techiczego, wybór częstości i zakresu obsług techiczych, wybór miar trwałości oraz sposobów jej zwiększaia bez zmia kostrukcyjych i techologiczych, sposoby badaia i ocey iezawodości. SSTEM NFORMATZN MASZNA007 System wspomagający utrzymaie pojazdów i maszy MASZNA007 (rys.) jest modyfikacją aplikacji MASZNA opisaej między iymi w pracy Mikołajczaka [00]. System te róŝi się od poprzediej wersji dwoma owymi modułami dotyczącymi progozowaia i optymalizacji. Edycja list te moduł programu stworzoy został w celu stadaryzacji uŝywaej termiologii i ozaczeń. Zapewia to moŝliwość jedozaczego wyszukiwaia w bazie Ŝądaych rekordów i ie występuje groźba popełieia błędów przy wielokrotym wprowadzaiu tych daych, które powiy być idetycze w róŝych kartotekach, p. azwy i ozaczeia części i materiałów eksploatacyjych.

4 Edycja daych te modół podzieloo a dwie grupy: Ewidecje dae procedurale, klasyfikujące i strukturale oraz Zdarzeia eksploatacyje dae faktograficze [Wrycza 999]. System MASZNA007 Edycja list Edycja daych Raporty Alarmy Rodzaje uszkodzeń Sposoby apraw zyości obsługowe Lista części Materiały eksploatacyje Przyczyy uszkodzeń Parametry diagostycze Ewidecje Obiekty Maszyy Zespoły Podzespoły zęści Zakresy PT Zdarzeia eksploatacyje UŜytkowaie Naprawy awaryje Przeglądy techicze Remoty plaowe Diagostyka Kartoteki Zestawieia Wyszukiwaie Wykazy ZbliŜające się lub przekroczoe termiy przeglądów Przekroczoe wartości sygałów diagostyczych Moduł progozowaia Moduł optymalizacji Rys.. Struktura systemu MASZNA007 Fig.. Structure of the system MAHNE 007 Zdarzeia eksploatacyje. W przypadku daych dotyczących uŝytkowaia i apraw awaryjych są to dae, których się ie przewiduje (dae losowe) i wprowadza dopiero do bazy a podstawie wypełioych kart uŝytkowaia i apraw awaryjych. W szczególości karty te zawierają: datę i godzię włączeia i wyłączeia maszyy z ruchu; ilość wykoaej pracy; r porządkowy aprawy; rodzaj uszkodzeia; przyczyę uszkodzeia; sposób aprawy; czas trwaia aprawy; czas przebywaia maszyy (pojazdu) w aprawie; iformacje o wymieioych częściach; iformacje o wykoawcy aprawy; iformacje t. kosztów. Kartoteki PT, remotów plaowych (RP) i badań diagostyczych mają charakter plaowy, dla których jedak wymagae jest potwierdzeie wykoaia plau. Dlatego teŝ przewidziao dwuetapowe wypełiaie tych kartotek. W pierwszym etapie (kartoteki otwarte) wprowadza się dae będące wytyczymi do wykoaia przewidywaych czyości, p. termi, zakres, koszt. Następie po ich wydrukowaiu (w formie odpowiediej karty) i rozdyspoowaiu, oczekuje się a realizację wytyczoych działań eksploatacyjych. Po otrzymaiu karty uzupełioej o faktyczą datę wykoaia, zakres, koszt, zuŝycie części i materiałów, wyiki pomiarów diagostyczych itd. przechodzi się do drugiego etapu elektroiczego wypełiaia tych kartotek, po którego realizacji moŝa daą kartotekę zamkąć. Raporty i Alarmy moduły te staowią zasadiczą część wspomagaia w zarządzaiu systemem utrzymaia pojazdów i maszy. Procesy iformatycze realizowae tutaj pozwalają a tworzeie raportów zawierających iformacje o plaowaych i faktyczych kosztach, zuŝyciach części i materiałów, staie techiczym maszy, wskaźikach eksploatacyjych oraz termiach realizacji poszczególych działań w systemie utrzymaia maszy.

5 ZASTOSOWANE PROGRAMOWANA AŁKOWTOLZBOWEGO... PROGRAMOWANE AŁKOWTOLZBOWE Programowaie całkowitoliczbowe jest częścią programowaia matematyczego, którego zadaie w ogólej, abstrakcyjej postaci moŝa przedstawić jako: max f ( x ), x S R, () gdzie: R jest zbiorem wszystkich -wymiarowych wektorów o składowych rzeczywistych, f jest fukcją rzeczywistą określoą a S. Zbiór S jest azyway zbiorem ograiczeń, a f jest fukcją celu. KaŜde x S azywa się rozwiązaiem dopuszczalym zadaia (). JeŜeli moŝa wskazać x o S, które spełia waruek: > o f ( x ) f ( x ) dla wszystkich x S, to x o jest rozwiązaiem optymalym zadaia (). Zadaie programowaia całkowitoliczbowego aleŝy traktować jako zadaie programowaia matematyczego, w którym: S Z R, () gdzie: Z jest zbiorem wszystkich -wymiarowych wektorów o składowych całkowitoliczbowych. W eksploatacji pojazdów i maszy często staje się koiecze zalezieie rozwiązaia optymalego, spełiającego waruek całkowitoliczbowy, p. optymala liczba obsług techiczych o określoej pracochłoości przypadająca a jedą zmiaę pracy, optymala liczba kursów pojazdów o daych długościach trasy, przypadająca a określoy czas pracy kierowcy itp. W celu wyzaczeia rozwiązań optymalych (w wielu przypadkach) dobre rezultaty uzyskuje się przy zastosowaiu programowaia liiowego (zadaie PL): i f ( x ) = cx () { x Ax = b 0} S =, x. () gdzie: A jest macierzą o wymiarach m x, b jest m-wymiarowym wektorem, c jest - wymiarowym wektorem, a 0 ozacza -wymiarowy wektor zerowy. W przypadku zadaia programowaia całkowitoliczbowego liiowego (zadaie PL), fukcja f(x) daa jest wzorem () oraz: S ( x ) = { x Ax = b, x 0 i całkowitoliczbowy}. () Niekiedy zamiast maksymalizacji fukcji celu Ŝąda się jej miimalizacji. Nie stwarza to owego problemu, gdyŝ dla x S : mi( f ( x )) = max f ( x ). (6)

6 6 W module optymalizacja systemu MASZNA007 zastosowao algorytm simpleks [Garfikel i Nemhauser 978] z wykorzystaiem wielokryterialej ograiczoości zmieych oraz waruku całkowitoliczbowego rozwiązaia. Wyiki optymalizacji geerowae są a podstawie klasyczego algorytmu simpleks, a astępie zaokrąglae do liczby całkowitej. PoiewaŜ zaokrąglaie w górę lub w dół zmieych optymalizowaych zmieia wartość fukcji celu, wybieray jest wariat zaokrągleia, dla którego wartość fukcji celu jest maksymala (lub miimala) i ie przekracza wartości jej ograiczeń. W uproszczeiu algorytm takiej optymalizacji moŝa przedstawić w astępujących puktach: wprowadzeie daych; optymalizacja algorytmem simpleks; wprowadzeie waruku całkowitoliczbowego rozwiązaia (zaokrągleie); optymalizacja dla waruku całkowitoliczbowego rozwiązaia. PRZKŁAD OPTMALZAJ AŁKOWTOLZBOWEJ PoiŜej podao przykład optymalizacji liczby obsług techiczych dla 7 maszy przemysłu spoŝywczego, obsługiwaych przez zmiay pracowików [Bałdyga 006]. Ozaczeia: fudusz czasu pracy zmiay, fudusz czasu pracy zmiay, fudusz czasu pracy zmiay, liczba przeglądów codzieych dla maszy, 6 liczba przeglądów okresowych, 7 liczba apraw, t t czas P P przeglądu codzieego dla maszy, t średi czas przeglądu okresowego, t PO N średi czas aprawy awaryjej. Liczba rzymska w ideksie górym ozacza umer zmiay. ZałoŜeia: przyjęty okres ustaleia ilości obsług techiczych miesiąc, 7 liczby całkowite. Pozostałe waruki zostały przedstawioo w tabeli. Fukcja celu: = t P = t P = t P P P Dla przeglądów codzieych: = = = = = = 6 = = = = P P P P P P P P P 6 P PO 6 PO 6 t 7 PO N max 7 N Tabela. Początkowe waruki optymalizacji Table. itial coditios for optimizatio 7 max t N max Dla fuduszu czasu pracy Dla przeglądów okresowych Dla apraw awaryjych = =

7 ZASTOSOWANE PROGRAMOWANA AŁKOWTOLZBOWEGO... 7 Warto zauwaŝyć, Ŝe optymalizacja dla trzech zmia pracy musi być prowadzoa etapowo, tz. wyiki uzyskae dla zmiay muszą być uwzględioe przy optymalizacji zmiay, a waruki ograiczeń dla zmiay muszą uwzględiać wcześiejsze wyiki optymalizacji dla i zmiay. Na rysuku pokazao oko wprowadzaia daych w module optymalizacja zdefiiowaie problemu, tz. określeie fukcji celu oraz waruków ograiczających, zaś a rys. przedstawioo oko wyików optymalizacji. Rys.. Oko z wprowadzoymi daymi dla zmiay Fig.. Widow with data itroduced for shift Rys.. Oko kończące optymalizację podstawową (bez waruku całkowitoliczbowego) dla zmiay Fig.. Widow fiishig basic optimizatio (without iteger coditio) for shift W tabeli przedstawioo arastające waruki ograiczeń dla i zmiay, uwzględiające ustaloe wyiki optymalizacji. Tabela zawiera wyiki optymalizacji w

8 8 postaci przydzieloej liczby obsług poszczególym zmiaom, uzyskae wartości fukcji celu dla waruku całkowitoliczbowego ( c ) oraz wartości współczyika k c zdefiiowaego w astępujący sposób: c k = 00 %, (7) c gdzie: c wartości fukcji celu dla waruku całkowitoliczbowego, wartości fukcji celu dla bez zachowaia waruku całkowitoliczbowego. Tabela. Waruki ograiczeń dla i zmiay Table. oditios of limitatios for shift ad Waruki ograiczeń dla zmiay = 6 0 = 6 = 0 = = 0 = = 0 = = = 6 6 = 6 6 = 6 = Waruki ograiczeń dla zmiay Tabela. Wyiki optymalizacji Table. Optimisatio results = = 6 = 0 0 = = 0 = 8 = 0 0 = = 6 = 0 6 = = 6 = 0 zmiaa zmiaa zmiaa c k,% c 99,86 99,8 99,7 PROGNOZOWANE ZDARZEŃ EKSPLOATAJNH Moduł PROGNOZA pozwala a dokoaie aalizy progozowaia wg modeli szeregów czasowych [Radzikowska (red.) 000]. W szeregu czasowym wyróŝia się składową systematyczą oraz składową przypadkową (wahaia okresowe). W przypadku, gdy występuje składowa systematycza w postaci stałego poziomu i wahaia przypadkowe, do progozowaia w programie zastosowao modele ze stałym poziomem zmieej progozowaej, wykorzystując przy tym trzy metody: aiwą, średiej ruchomej prostej oraz średiej ruchomej waŝoej. Budując progozy a podstawie tych metod, progoza

9 ZASTOSOWANE PROGRAMOWANA AŁKOWTOLZBOWEGO... 9 przyjmuje zasadę status quo, postawę pasywą wobec progozowaego zjawiska oraz regułę podstawową. Metody te pozwalają a wyzaczeie progozy tylko a jede okres. W przypadku, gdy w szeregu czasowym obserwuje się tred zmiay wartości badaego zjawiska i wahaia przypadkowe, do progozowaia wykorzystao modele aalitycze, przewidziae dla tedecji rozwojowych. Modele te aleŝy stosować do progozowaia zjawisk, które charakteryzowały się w przeszłości regularymi zmiaami, dającymi się opisać za pomocą fukcji czasu. Zakłada się tu ie tylko iezmieość kieruku tredu, ale rówieŝ stałość charakteru zmia zjawiska wyraŝoą przez iezmieość postaci aalityczej fukcji tredu. W systemie uwzględioo postać liiową, potęgową oraz wykładiczą. Do progozowaia wartości szeregów czasowych z wahaiami okresowymi wykorzystao rówieŝ trzy postacie aalitycze (liiowy, potęgowy, wykładiczy), przy jedoczesym podziale a modele addytywe i multiplikatywe. W pierwszym przypadku model przyjmuje postać ogólą: y = yˆ + c + e, t =,...,, i,..., r. (8) ti t i t = W modelu multiplikatywym przyjmuje się, Ŝe obserwowae wartości zmieej progozowaej są iloczyem składowych szeregu czasowego. Wówczas postać ogólą modelu moŝa zapisać jako: gdzie: yti = yˆ tciet, t =,...,, i =,..., r, (9) y rzeczywista wartość progozowaej zmieej zmierzoa w chwili t w i-tej ti fazie cyklu, ŷ teoretycza wartość progozowaej zmieej zmierzoa w chwili t wyzaczoa z modelu, t c i wskaźik sezoowości, e t reszta w czasie t, r liczba faz cyklu. Rys.. Przykładowe oko programu PROGNOZA Fig.. Sample widow of the programme PREDTON

10 0 Oczywiście modele potęgowe i wykładicze przyjmą odpowiedią dla siebie postać [ielak (red.) 00]. Na rysuku 6 podao przykład oka programu, w którym została wyzaczoa progozowaa wartość czasu trwaia przeglądu techiczego wetylatora w 6. miesiącu roku kaledarzowego. WNOSK Aalizując metody zarządzaia utrzymaia pojazdów i maszy w owoczesych przedsiębiorstwach oraz rozwój systemów iformatyczych, które wspomagają to zarządzaie, asuwają się astępujące spostrzeŝeia:. Praktyczie ie ma moŝliwości, aby system utrzymaia pojazdów i maszy w duŝym, owoczesym przedsiębiorstwie mógł fukcjoować sprawie i iezawodie bez wsparcia iformatyczego.. Plaując wdroŝeie S klasy MMS aleŝy traktować utrzymaie pojazdów i maszy jako jede z elemetów zarządzaia przedsiębiorstwem, czyli stosować podejście procesowe.. WaŜe jest precyzyje określeie celów, jakie ma spełiać S, co ma związek z wyborem iezbędych modułów oferowaych S.. Racjoala eksploatacja obiektów techiczych jest źródłem oszczędości surowców, eergii i akładów kapitałowych, zatem wdroŝeie przemyślaego dla celów przedsiębiorstwa S klasy MMS przyosi zyski, które pozwalają a zwrot poiesioych kosztów a wdroŝeie i utrzymaie S w stosukowo krótkim czasie.. Aalizując tedecje rozwojowe S MMS moŝa zauwaŝyć, Ŝe coraz częściej stosowae jest w ich podejście uwzględiające róŝe aspekty utrzymaia maszy. Wią- Ŝe się to z tym, Ŝe w gospodarce rykowej trudo oddzielić od siebie zagadieia techicze od ekoomiczych czy orgaizacyjych. Wydaje się rówieŝ, Ŝe coraz waŝiejsze dla iŝyierów działów utrzymaia ruchu staje się zagadieie progozowaia (stau techiczego, kosztów, pracochłoości) oraz optymalizacji. Wobec tego decydując się a wdroŝeie S, warto zastaowić się czy system te to odpowiedi moduł progostyczy i optymalizacyjy. PŚMENNTWO ielak (red.) 00: Progozowaie gospodarcze. PWN, Warszawa. Bałdyga D. 006: Opracowaie optymalego plau przeglądów i apraw wybraej produkcyjej liii techologiczej. Praca magisterska WNT, Olszty. Garfikel R., Nemhauser G. 978: Programowaie całkowitoliczbowe. PWN, Warszawa. Mikołajczak P. 00: Komputerowa baza utrzymaia maszy MASZNA, wspomagająca zarządzaie systemem eksploatacji. X Kogres Eksploatacji Urządzeń Techiczych, tom, Kryica. Nowicki A. (red.) 99: Podstawy iformatyki dla ekoomistów, PWN, Warszawa. Radzikowska B. (red.) 000: Metody progozowaia. Wyd. Akademii Ekoomiczej im. Oskara Lagego. Wrocław.

11 ZASTOSOWANE PROGRAMOWANA AŁKOWTOLZBOWEGO... Wrycza S. 999: Aaliza i projektowaie systemów iformatyczych zarządzaia. PWN, Warszawa. śółtowski B. 996: Podstawy diagostyki maszy. Wyd. ATR., Bydgoszcz. Materiały iformacyje, t. systemu pla9000. NTEGER PROGRAMMNG N MANTENANE OF VEHLES AND MAHNES Summary. the paper there was preseted the computer maiteace system of vehicles ad machies ivolvig optimizatio ad progosis method, belogig to MMS class systems (omputerised Maiteace Maagemet System). The classic modules of MMS systems were discribed ad the module of iteger optimisatio ad also the progosig module icludig differet progosis models. Key words: computer system, vehicles machies ad maiteace, optimisatio, progosig