Эффективность использования электрооборудования напрямую зависит от объема и периодичности технического обслуживания и ремонта электродвигателей. На начальном этапе планированием занимаются специалисты подразделений, которые отвечают либо за конкретный технологический участок, либо за определенный вид оборудования [3]. Принимая решение о необходимости проведения профилактических мероприятий, для агрегатов, узлов или сборочных единиц, необходимо учитывать множество критериев и накладываемые ограничения трудового, временного и финансового характера. В данном случае использование многокритериальной оценки количественных и качественных показателей является целесообразным и актуальным, так как появляется возможность максимально увеличить качество технического обслуживания и ремонта электрооборудования и свести к минимуму денежные и временные затраты.
Цель и задачи исследования
Цель заключается в повышении эффективности планирования профилактических и ремонтных мероприятий электрооборудования путем использования многокритериальной оценки его технического состояния. Для этого необходимо на основе метода анализа иерархий разработать иерархическую структуру критериев, ранжировать объекты по степени их критичности.
Для решения задачи планирования ТОиР был выбран метод анализа иерархий (МАИ), который включает в себя следующие этапы:
1) определение цели;
2) декомпозиция исходной многокритериальной проблемы;
3) построение иерархии (цель, критерии, альтернативы);
4) ранжирование альтернатив [2].
Во время принятия решения учитываются не только фактическое техническое состояние, условия эксплуатации, влияние внешней среды, электромеханические, но и субъективные (случайные) факторы. Ухудшение технического состояния электрооборудования происходит непрерывно как при работе электрооборудования в нормативных, так и в ненормативных условиях эксплуатации. Это связано с накопительным характером развития дефектов и повреждений в конструктивных элементах и сборочных единицах электрооборудования.
Разработка иерархии критериев для планирования технического обслуживания и ремонта
Для реализации комплексной оценки планирования ТОиР электроэнергетического оборудования необходимо формализовать множество критериев количественного и качественного характера. Чтобы проанализировать проблему принятия решения МАИ, разработана иерархическая структура для группы электродвигателей вакуумной системы бумагоделательной машины, которая представлена на рисунке. Данные локальные (частные) критерии (f) можно описать следующим образом:
– f1(x) – механические критерии;
– f2(x) – электрические критерии;
– f3(x) – химические критерии;
– f4(x) – тепловые критерии;
– f5(x) – технические критерии;
– f6(x) – производственная среда [5].
Далее сформирована матрица парных сравнений, которая представлена в табл. 1, она показывает отношение критериев друг другу [1]. Чтобы установить относительную важность элементов иерархии, используют девятибалльную шкалу предпочтений по Саати:1/9, 1/8, 1/7, 1/6, 1/5, 1/4, 1/3, 1/2, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, где 1 – равные по значимости критерии; 3 – слабое преобладание критерия; 5 – существенная значимость; 7 – сильная значимость; 9 – очень сильная (очевидная) значимость критерия.
Промежуточные значения (2, 4, 6,…) проставляются тогда, когда необходимо выбрать среднее между двумя степенями предпочтения.
При составлении матрицы использовали формулу
(1)
где aij – отношение критерия i к критерию j. При сравнении критерия самим с собой, на пересечении строк aij = 1. Согласно матрице парных сравнений необходимо сформировать вектор приоритетов критерия Wa:
, (2)
где j – порядковый номер критерия; n – количество критериев.
Иерархическая структура критериев оценки технического состояния электродвигателя
Таблица 1
Матрица парных сравнений локальных критериев
|
Критерии |
Критерии |
Нормальное значение весового критерия (Wa) |
|||||
|
f1 |
f2 |
f3 |
f4 |
f5 |
f6 |
||
|
f1 |
1 |
1/2 |
1/3 |
5 |
1/3 |
1/2 |
0,098 |
|
f2 |
2 |
1 |
1/3 |
5 |
1/3 |
1/3 |
0,115 |
|
f3 |
3 |
3 |
1 |
3 |
4 |
1/2 |
0,267 |
|
f4 |
1/5 |
1/5 |
1/3 |
1 |
1/2 |
1/5 |
0,045 |
|
f5 |
3 |
3 |
1/4 |
2 |
1 |
1/3 |
0,146 |
|
f6 |
2 |
3 |
2 |
5 |
3 |
1 |
0,326 |
Далее аналогично провели сравнение критериев второго уровня, используя формулы (1), (2). В общем виде матрица сравнения показателей критериев представлена в табл. 2.
Таблица 2
Матрица сравнений показателей критериев в общем виде
|
fn(x) |
fn1 |
fn2 |
… |
fnj |
|
fn1 |
1 |
a12 |
… |
a1j |
|
fn2 |
1 a12 |
1 |
… |
a2j |
|
… |
… |
… |
… |
… |
|
fnj |
1/a1j |
1/a2j |
… |
1 |
Ранжирование объектов по степени критичности состояния
Следующим этапом рассчитываем коэффициенты превосходства альтернатив принимаемых решений. В качестве альтернатив рассматривается группа электродвигателей вакуумной системы. Опишем альтернативы (А) следующим образом:
- А1 – электродвигатель трубопродувки (30 кВт);
- А2 – электродвигатель ВН-1 (150 кВт);
- А3 – электродвигатель ВН-2 (250 кВт);
- А4 – электродвигатель ВН-3 (315 кВт);
- А5 – электродвигатель ВН-4 (150 кВт);
- А6 – электродвигатель ВН-5 (110 кВт).
Согласно матрице парных сравнений необходимо сформировать вектор приоритетов альтернатив WА:
(3)
где m – количество альтернатив; i – порядковый номер альтернативы.
Следующим шагом необходимо построить матрицы альтернатив, которые в большей мере определены локальными критериями. Результативная матрица в общем виде представлена в табл. 3.
Таблица 3
Матрица сравнений альтернатив по показателю критерия
|
fnj(x) |
А1 |
А2 |
… |
Аm |
|
А1 |
1 |
b12 |
… |
b1j |
|
А2 |
1/b12 |
1 |
… |
b2j |
|
… |
… |
… |
… |
… |
|
Аm |
1/b1j |
1/b2j |
… |
1 |
Следующим шагом необходимо построить матрицы альтернатив, которые в большей мере определены критериями. В общем виде они приведены в табл. 4.
Таблица 4
Результаты расчетов весов альтернатив
|
Показатели |
Альтернативы |
|||||
|
А1 |
А1 |
А1 |
||||
|
f11 |
b11 |
f11 |
b11 |
f11 |
b11 |
f11 |
|
f1n |
bi1 |
f1n |
f1n |
bi1 |
f1n |
|
Следующим этапом необходимо ранжировать альтернативы (электродвигатели), основываясь на значениях глобальных приоритетов. Вычисления предпочтительного весового коэффициента происходят для всех альтернатив согласно следующей формуле:
. (4)
Таблица 5
Синтез частных критериев по альтернативам
|
Альтернатива |
Критерии |
|||||
|
f1 |
f2 |
f3 |
f4 |
f5 |
f6 |
|
|
Электродвигатель трубопродувки (30 кВт) |
0,198 |
0,1057 |
0,1645 |
0,1938 |
0,1477 |
0,0921 |
|
Электродвигатель ВН-1 (150 кВт) |
0,184 |
0,1466 |
0,1865 |
0,1597 |
0,1709 |
0,0842 |
|
Электродвигатель ВН-2 (250 кВт) |
0,148 |
0,1573 |
0,1954 |
0,1338 |
0,1709 |
0,1495 |
|
Электродвигатель ВН-3 (315 кВт) |
0,128 |
0,1301 |
0,1276 |
0,0742 |
0,3109 |
0,1369 |
|
Электродвигатель ВН-4 (150 кВт) |
0,232 |
0,2011 |
0,1419 |
0,1920 |
0,1540 |
0,1385 |
|
Электродвигатель ВН-5 (110 кВт) |
0,095 |
0,1466 |
0,0974 |
0,0783 |
0,1188 |
0,1596 |
|
Значимость частных критериев |
0,098 |
0,115 |
0,267 |
0,045 |
0,0146 |
0,326 |
Формирование набора предпочтительных весовых коэффициентов превосходства альтернатив принимаемых решений осуществляется на основании информации о значениях весовых коэффициентов частных критериев и весовых коэффициентов альтернатив принимаемых решений относительного каждого из частных критериев.
Рассчитанные предпочтительные весовые коэффициенты занесены в сводную табл. 5 синтеза частных критериев по альтернативам (электродвигателям).
На основании табл. 5 и (4) рассчитаем глобальные приоритеты технического состояния электродвигателей:
W1 = 0,216; W2 = 0,587; W3 = 0,296; W4 = 0,731; W5 = 0,346; W6 = 0,632.
Выводы
Выполнив расчеты, можно сказать, что предпочтительной альтернативой, которую рекомендуется выбрать, считается W4, поскольку у нее максимальное значение приоритета. У данного электродвигателя наихудшее техническое состояние, необходимо произвести ремонтные или обслуживающие мероприятия с целью восстановления его надежности и работоспособности, которые не граничат с предотказным или аварийным состоянием.
Предложенный способ повышения эффективности технического обслуживания и ремонта электрооборудования имеет практический интерес и может быть использован в промышленных условиях, поскольку позволяет своевременно предупреждать возникновение критических аварийных ситуаций, в том числе в условиях неопределенности.