Mentenanța sistemelor inteligente cu mare răspundere funcțională din transportul feroviar

În cadrul conceptului de calitate un loc aparte ocupă fiabilitatea cât şi tehnicile asociate acesteia: mentenabilitatea şi disponibilitatea, ca o consecinţă directă a fiabilităţii. Prin urmare, în cazul sistemelor inteligente cu mare răspundere funcţională unde se iau în considerare două elemente definitorii: siguranţa funcţionării sistemului şi securitatea sistemului, aceste concepte capătă conotaţii specifice.

Lector Univ. Dr. Ing. Ioan Buciuman

1.Consideraţii generale

Mentenabilitatea exprimă probabilitatea care vizează aptitudinea unui produs ca, în condiţii date de utilizare, să fie menţinut în funcţiune sau repus în funcţiune în stare de a îndeplini funcţia precizată atunci când acţiunile de întreţinere se efectuează într-un timp dat, în condiţii precizate şi cu procedee prescrise.

Ca şi fiabilitatea, mentenabilitatea este parte a procesului de proiectare a produselor, fiind necesar să se prevadă: accesul uşor la diferite locuri posibile de intervenţie; posibilitatea şi uşurinţa de montare şi demontare a diferitelor elemente constructive; posibilitatea de măsurare şi accesul uşor la punctele de măsurare; elaborarea de instrucţiuni de depanare pentru defecţiuni previzibile; realizarea funcţiei de diagnoză (în cazul unor produse mai evoluate tehnic: Interlocking systems, ERTMS/ETCS).

Creşterea complexităţii acestor produse conduce la o mărire a costurilor de mentenabilitate, dacă la elaborarea acestora s-a ales o soluţie ieftină, mai puţin fiabilă, ceea ce nu este cazul sistemelor inteligente cu mare răspundere funcţională unde se urmăreşte alegerea unei soluţii cât mai fiabile, deci costurile fiabilităţii sunt ridicate încă din etapa de proiectare, cea ce conduce la o mărire a costurilor de elaborare, dar în schimb scad costurile mentenabilităţii.

În practică, acţiunea asociată funcţiei de mentenabilitate, prin care se asigură menţinerea în stare de funcţionare a produsului în timp, se numeşte mentenanţă.

Concluzionând, mentenanţa reprezintă totalitatea acţiunilor efectuate în scopul menţinerii sau readucerii unui produs în starea necesară îndeplinirii funcţiei sale precizate (“reprezentată practic” de timpul mediu de reparaţii Tmr).

Disponibilitatea, care global reflectă atât fiabilitatea cât şi mentenabilitatea,  reprezintă probabilitatea ca la un timp dat produsul, supus operatiilor de întreţinere prescrise, să se afle în funcţiune sau să poată fi pus în funcţiune.

În concluzie, disponibilitatea reprezintă capabilitatea produsului de a fi la dispoziţia utilizatorului în starea necesară îndeplinirii funcţiei sale precizate (“reprezentată practic” de coeficientul de disponibilitate KD).

2. Politici de mentenanţă

Politicile de mentenanţă, de-a lungul timpului şi în evoluţia lor, au cunoscut trei etape:

1. 1930 – 1950 – perioadă ce se identifică cu aplicarea preponderentă a mentenanţei corective, muncitorii-operatori nefiind preocupaţi de problemele utilajului (sarcina lor principală fiind de a produce), iar lucrările de mentenanţă (în situaţii accidentale) erau efectuate de personal specializat pe domenii.
2. 1950 – 1980 – această etapă se remarcă prin implementarea tot mai largă a mentenanţei preventive planificate şi condiţionate (predictive). Implementarea noilor politici de mentenanţă a fost posibilă datorită abordării ştiinţifice a problemelor exploatării şi mentenanţei utilajului, consolidându-se tendinţa de atragere tot mai amplă a muncitorilor-operatori la lucrările de mentenanţă – de la efectuarea operaţiilor elementare de mentenanţă (de rutină: curăţirea, ungerea, controlul fixărilor etc.), participarea operatorilor evoluează spre efectuarea lucrărilor de mentenanţă tot mai complicate (până chiar la implementarea unor propuneri de îmbunătăţire tehnică a utilajului) – datorită instruirii de specialitate.

Trecerea la mentenanţa preventivă, prin programe de revizii/verificări tehnice şi de reparaţii periodice – cu echipe specializate – a contribuit la sporirea eficienţei utilajului (disponibilitate ridicată) şi la prelungirea duratei de viaţă a acestuia.

III. 1980 – prezent – perioadă ce se caracterizează prin implicarea responsabilă şi progresivă a întregului personal – de la operator şi până la conducerea întreprinderii în problemele legate de utilaj – lucruri ce se situează la baza concepţiei de Mentenanţă Productivă Totală ( TPM – Total Productive Maintenance).

Conceptul TPM a fost elaborat la începutul anilor ’80 şi implementat în multe întreprinderi din Japonia, iar în anul 1990 în SUA a avut loc prima conferinţă ştiinţifico-practică, consacrată acestor probleme. Etapa este caracterizată de mărirea fiabilităţii şi creşterea disponibilităţii, de prelungirea duratei de viaţă a utilajelor şi reducerea costurilor mentenanţei, cu implicaţii benefice în calitatea produselor, în securitatea utilajului şi a personalului, în protecţia mediului ambiant.

3. Strategii de mentenanţă

Priorităţile managementului mentenanţei se stabilesc în dependenţă cu strategia de mentenanţă, acceptată de conducerea firmei.

Principalele strategii de mentenanţă sunt prezentate în tabelul următor (Fig.3.1):

Fig.3.1. Strategiile de mentenanţă şi caracteristicile lor

4. Mentenanţa productivă totală

TPM este un concept al programului de mentenanţă al firmei şi are ca scop, să asigure o creştere permanentă a productivităţii, ridicând totodată moralul angajaţilor şi satisfacţia lor.

TPM utilizează majoritatea principiilor ce stau la baza Managementului calităţii totale (TQM – Total Quality Management):

• angajamentul conducerii de vârf pentru implementarea şi dezvoltarea programului;
• împuternicirea angajaţilor de a propune şi efectua acţiuni corective;
• lucrul grupurilor mici,
• acţiuni preventive pentru îmbunătăţiri continue

TPM este un proces într-o dinamică continuă, iar implementarea bazelor acestui proces decurge cel puţin un an şi prevede aplicarea unui şir de concepţii noi, care urmează să schimbe mentalitatea angajaţilor, referitoare la responsabilitatea lor faţă de lucrul încredinţat.

Concepţia TPM prevede mentenanţa ca o parte vitală a activităţii şi nu mai este considerată ca o activitate care nu aduce profit. Timpul rezervat mentenanţei este considerat ca o parte a timpului de lucru, iar în unele cazuri, ca o parte integrantă a procesului de producţie.

TPM nu priveşte mentenanţa în sensul limitativ al intervenţiei (atunci când se produce o întrerupere pe flux), scopul este de a minimiza şi a asigura o tendinţă de reducere la zero a ieşirii din funcţiune a utilajului şi a intervenţiilor de mentenanţă neplanificate.

Conform definiţiei, ce se regăseşte în sursele bibliografice de specialitate nipone, TPM constituie:

“un ansamblu de activităţi ale întregii companii, care au scopul de a asigura şi consolida eficienţa ridicată a echipamentelor de producţie, de a crea un astfel de sistem de organizare a locului de muncă, care să preîntâmpine pierderile (de timp şi materiale) cauzate de întreruperi, defectări, accidente etc. în ciclul de viaţă al fiecărui echipament de producţie, de a pune în faţa tuturor departamentelor companiei (proiectare, producţie, marketing, aprovizionare etc.) sarcini concrete referitoare la mentenanţă, de a asigura o participare activă la procesul de mentenanţă a tuturor angajaţilor – de la operatori până la managementul de vârf – şi de a obţine obiectivul de “zero pierderi” în toate departamentele.

Obiectivele TPM

–   ridicarea productivităţii prin reducerea pierderilor;

–  instituirea unui sistem autonom de mentenanţă (asigurată de către muncitorii-operatori); participarea operatorilor la lucrările de mentenanţă;

–   instituirea unui sistem de mentenanţă, ce va conduce spre reducerea pierderilor majore legate de echipament, sporirea eficienţei utilizării echipamentului;

–   instituirea unui sistem de instruire pentru personalul de mentenanţă şi operatori;

–   instituirea unui sistem de control şi monitorizare a produselor şi utilajului achiziţionat, chiar de la începutul utilizării lui;

–   implementarea Sistemului Calităţii în domeniul Mentenanţei;

–   instituirea unei colaborări cât mai eficiente între departamente în problemele ce ţin de mentenanţă;

–   respectarea legilor şi normelor referitoare la securitate şi mediul ambiant.

Concepţia TPM

• responsabilitatea primordială pentru mentenanţa utilajului este atribuită operatorului, ceea ce-i asigură acestuia o implicare maximă în procesul de mentenanţă. Eficienţa lucrărilor de mentenanţă poate fi asigurată cu condiţia participării operatorului la activitatea grupurilor mici de mentenanţă;
• TPM este integrat cu întreaga activitate economică a companiei;
• asigurarea creşterii fiabilităţii utilajului prin intermediul creării condiţiilor pentru activitatea grupurilor mici de mentenanţă şi elaborării procedurilor standard de operare;
• pune accentul pe mentenanţa echipamentului până ca acesta să se deterioreze;
• asigurarea îmbunătăţirii calităţii, reducerea cantităţii de produse defecte;
• asigurarea curăţirii sistematice a echipamentului;
• elaborarea standardelor de mentenanţă şi curăţenie;
• instituirea unei instruiri permanente pentru ca operatorii şi personalul de mentenanţă să asigure îmbunătăţirea continuă a utilajului;
• implementarea planurilor de calitate pentru mentenanţa de rutină, efectuată de operator, şi a registrelor de control al respectării planurilor de calitate;
• abordări manageriale standardizate (proceduri documentate de mentenanţă);
• activităţile de îmbunătăţire devin activităţi de rutină.

Bazele TPM

• mentenanţa autonomă,
• mentenanţa planificată,
• îmbunătăţirea echipamentului şi a utilajului,
• mentenanţa utilajului nou şi a utilajului modificat,
• managementul calităţii proceselor,
• TPM în oficii,
• instruirea continuă,
• managementul securităţii muncii şi a mediului ambiant.

Beneficiile TP

• productivitate înaltă a echipamentului,
• timp de staţionare redus,
• potenţial al întreprinderii sporit,
• costuri de mentenanţă şi de producere reduse,
• tendinţa spre “zero defecte”, cauzate de echipament,
• sporirea satisfacţiei pentru munca depusă,
• recuperarea rapidă a investiţiilor.

5. Managementul mentenanţei sistemelor inteligente cu mare răspundere funcţională

Managementul mentenanţei sistemelor inteligente cu mare răspundere funcţională (instalaţiile de comandă-control-semnalizare) presupune procesul de coordonare al resurselor puse la dispoziţie (umane, materiale, financiare şi informaţionale) pentru realizarea obiectivelor organizaţiei responsabile cu mentenanţa (întreţinerea) acestora (secţia de întreţinere instalaţii CT).

În  Dicţionarul explicativ al limbii române toţi termenii româneşti (a menţine, a întreţine, a repara) îşi au ca origine limba franceză, prin urmare se consideră că termenul de mentenanţă este justificat cu precizarea că nu doar efectuarea de activităţi de întreţinere şi reparaţii reprezintă mentenanţă.

Prin urmare, mentenanţa este un ansamblu de activităţi tehnico-organizatorice (o combinaţie de activităţi tehnice, administrative şi de management), care au ca scop asigurarea obţinerii unor performanţe maxime pentru bunul considerat.

Mentenanţa cuprinde două componente esenţiale, una tehnică (specialişti şi mijloace materiale) şi una economică-informaţională (resurse financiare şi informaţionale), care însă dau rezultate numai împreună.

În mod uzual se cunosc două tipuri de mentenanţă:

• preventivă – care constă în menţinerea în stare de funcţionare a produselor prin efectuarea unor activităţi, cum sunt lucrările de revizii, reglaje, verificări şi reparaţii planificate, executate în vederea evitării unor defecţiuni inerente (previzibile);
• corectivă – care constă în readucerea produselor defecte în stare de funcţionare, prin desfăşurarea unor activităţi ce urmăresc eliminarea defectelor apărute.

În practică, la fel ca şi în cazul sistemelor inteligente cu mare răspundere funcţională (instalaţiile de comandă-control-semnalizare), mentenanţa preventivă este asigurată prin revizii tehnice planificate, ce se pot efectua în două moduri: a. fără scoatere din funcţiune a instalaţiilor şi respectiv b. cu scoatere din funcţiune a instalaţiilor, iar mentenanţa corectivă este efectuată prin intervenţia operativă la remedierea defecţiunilor (deranjamentelor), de obicei personalul fiind organizat în ture de intervenţii.

Instrucţiunile de specialitate precizează condiţii tehnice minime, periodicităţi de revizii pentru menţinerea acestor condiţii, procese tehnologice de realizare a reviziilor, atribuţii şi responsabilităţi.

Pe baza instrucţiunilor şi a evidenţei obiectelor supuse mentenanţei se întocmesc anual graficele de întreţinere curentă (revizii şi măsurări), programele de reparaţii curente şi programele de reparaţii capitale, cele trei elemente fundamentale ale activităţii de mentenanţă, la care se mai adaugă, sporadic, activităţi de intervenţii la deranjamente şi accidente sau la înlăturarea urmărilor calamităţilor ori catastrofelor naturale.

Defalcarea activităţilor de întreţinere curentă (revizii şi măsurări) în programele lunare nu mai constituie, apoi, decât o problemă legată de respectarea periodicităţilor la revizii şi de echilibrare a acestora pe parcursul celor 12 luni, în concordanţă cu forţa de muncă alocată.

Personalul foarte specializat, pe toate treptele ierarhice specifice domeniului, are precizat în clar, prin instrucţiunile şi reglementările corespunzătoare, pachetul de atribuţii şi responsabilităţi, iar o parte din personal exercită şi atribuţii de control asupra celuilalt.

Districtul execută programele de întreţinere curentă (revizii şi măsurări) aprobate de conducerea unităţii, prin echipele formate în acest scop, operaţii ce se derulează în cele două forme consacrate: cu instalaţia în funcţiune sau cu scoatere din funcţiune şi raportează apoi, la finele lunii, realizarea acestora.

De asemenea, distrisctul ţine o evidenţă a participării personalului la intervenţii în cazurile prezentate mai sus.

Activitatea de întreţinere curentă (revizii şi măsurări) se desfăşoară zilnic în program de 8 ore, iar cea de intervenţii în ture permanente sau încazarmare.

Programele de reparaţii curente şi programele de reparaţii capitale se execută de către firme specializate pe bază de contracte încheiate în urma procedurilor de achiziţii, conform legislaţiei în vigoare, lucrări ce sunt urmărite şi recepţionate de către comisii de specialişti din secţia de întreţinere instalaţii CT.

Latura economică a mentenanţei sistemelor inteligente cu mare răspundere funcţională (instalaţiile de comandă-control-semnalizare) presupune susţinerea cu resurse financiare pentru plata salariilor şi asigurarea materiilor prime, materialelor, pieselor de schimb, a energiei şi combustibililor consumaţi pentru realizarea obiectivelor organizaţiei responsabile cu mentenanţa.

Pentru calculul eficienţei economice a activităţii de mentenanţă se utilizează următorii indicatori sintetici:

1.Eficienţa serviciului de mentenanţă (E_M):

                             C_p +C_c

                  E_M = ———— ,   

                               V_act

unde:

C_p – costul mentenanţei preventive,

C_c – costul mentenanţei corective,

V_act – valoarea activelor de întreţinut.

2.Eficienţa mentenanţei preventive (E_P):

                               C_p

                 E_P = ——— ,

C_p +C_c

3.Eficienţa mentenanţei corective (E_C):

                              C_c

                 E_C = ——— ,

C_p +C_c

4. Subcontractarea activităţii de mentenanţă (S_M):

                               C_s

                 S_M = ——— ,

C_p +C_c

unde:

C_s – costul activităţilor subcontractate.

6. Evaluarea calităţii mentenanţei sistemelor inteligente cu mare răspundere funcţională

În evaluarea calităţii mentenanţei sistemelor inteligente cu mare răspundere funcţională (instalaţiile de comandă-control-semnalizare) se folosesc situaţii lunare, trimestriale, semestriale şi anuale care cuprind numărul deranjamentelor apărute în perioada considerată, durata totală, durata medie, numărul trenurilor întârziate, total minute întârziere şi o defalcare pe cauze a deranjamentelor înregistrate. Toate aceste situaţii, în perioadele considerate, se compară cu situaţiile precedente (perioadele corespunzătoare ale anului trecut), însă datele nu sunt legate de o serie de factori de influenţă în funcţionarea instalaţiilor cum ar fi:

• numărul trenurilor în circulaţie care afectează instalaţia considerată, factor ce determină un anume grad de uzură şi de obstrucţionare a reviziilor de întreţinere;
• cantitatea de instalaţii pe om la întreţinere, lucru ce poate determina un anume grad de superficialitate în efectuarea reviziilor;
• durata de funcţionare în zona căderilor de uzură (zona III pe curba de variaţie a intensităţii de defectare – λ(t)) determinată de lipsa reparaţiilor capitale.

Pentru o analiză mai aprofundată a calităţii procesului de întreţinere a instalaţiilor de comandă-control-semnalizare şi ţinând seama de factorii de influenţă, se recomandă următorii indicatori:

1. Coeficientul de avarie (Ka):

                   Ta

          Ka =  ―   ,

                             Te

unde:

–Ta – durata avariilor,

-Te – timpul de funcţionare efectiv.

2. Coeficientul de disponibilitate (Kd):

                                 Te

                   Kd =  ―――― ,

                             Toa + Te

unde:

– Te – timpul de funcţionare efectiv,

–Toa – timpul opririlor accidentale.

3. Coeficientul de indisponibilitate (Kid):

                                  Toa

                   Kid=  ――――  ,

                             Toa+Te

unde:

– Te – timpul de funcţionare efectiv,

–Toa – timpul opririlor accidentale.

4. Coeficientul de întârzieri (Ki):

                           Nr.tr.întârziate/an

Ki = ―――――――― .

      Nr.tr.în circulaţie/an

5. Gradul de încărcare al personalului (Wi):

                             Nr.UCT

                   Wi = ―――― ,

                                 N

unde:

-Nr.UCT – cantitatea de instalaţii echivalată în Unităţi Centralizare Telecomandă

– N – numărul personalului de întreţinere.

Concluzii

Transportul feroviar are infrastructura cea mai complexă dintre toate sistemele de transport, prin urmare activitatea de mentenanţă a acesteia este foarte specializată şi stabilită în clar prin instrucţiunile din domeniile care o definesc (linii, poduri, tuneluri, viaducte, instalaţii de alimentare cu energie electrică, linie de contact, instalaţii de comandă-control-semnalizare, instalaţii de telecomunicaţii, aparataje componente, mijloace de intervenţie pe calea ferată etc).

Este important de precizat faptul că, prin sistemele inteligente cu mare răspundere funcţională (instalaţiile de comandă-control-semnalizare) se realizează nivelul de siguranţă al sistemului de transport feroviar care se doreşte a fi atins. Spre exemplu de la instalaţiile de asigurare şi centralizare mecanică, până la instalaţiile de centralizare electronică cu tehnică de calcul, condiţiile de siguranţă au crescut uluitor; de la iluminatul cu petrol al semafoarelor mecanice care puteau fi stinse de vânt, până la becul de semnal luminos, de înaltă fiabilitate cu două filamente controlate; de la lipsa controlului integrităţii liniei şi a elementelor schimbătorului de cale, la controlul prin circuitul de cale al liniei şi la controlul prin senzori a lipirii acului de contraac sau prin toleranţe limită ale uzurilor schimbătorului de cale prin electromecanism; de la semnalizarea cu două trepte de viteză la semnalizarea cu trepte multiple de viteză; de la controlul vitezei trenurilor prin INDUSI la sisteme moderne tip ETCS/GSM-R.

Prin urmare, sistemele inteligente cu mare răspundere funcţională (instalaţiile de comandă-control-semnalizare), prin cei care le produc, prin cei care le pun în funcţiune şi prin cei care le întreţin, sunt generatoare de siguranţă, întotdeauna fiind însoţite în exploatare de instrucţiuni de manipulare pe care celelalte ramuri uzează de ele şi sunt obligate să le respecte, ba chiar mai mult, specialiştii de la instalaţii examinează şi autorizează personalul ce le manipulează.

De precizat este însă şi faptul că sistemele inteligente cu mare răspundere funcţională (instalaţiile de comandă-control-semnalizare), împreună cu celelalte componente ale infrastructurii şi ale traficului feroviar (linia de cale ferată, linia de contact, locomotiva şi vagonul), nu se exclud, ele dau rezultate eficiente numai împreună; modernizarea instalaţiilor de comandă-control-semnalizare şi linie de contact, pentru viteză sporită, este de prisos dacă liniile de cale ferată sau vehicull feroviar nu sunt realizate in concordanţă cu acestea.

Bibliografie:

          [1] – Ion Verzea, Marc Gabriel, Daniel Richet – Managementul activităţii de mentenanţă – Editura POLIROM, Bucureşti, 1999.

          [2] – Drucker, F. P – Managementul viitorului, Editura ASSAB, Bucureşti, 2004.

[3] – Iulian Bădescu, Ilie Boicu – Fiabilitate funcţională în electronică, Editura POLITEHNICA PRESS Bucureşti, 2009. 

          [4] – Ioan Buciuman – Echipamente şi sisteme pentru controlul deplasării vehiculelor feroviare, Editura STUDIA Cluj Napoca, 2008.