Κατερίνα Ζαμπούνη
MSc Πανεπ. Πατρών, Υποψήφια Δρ Πανεπ. Πατρών, Μηχανικός ΣΜΑ
Η Συντήρηση στη Βιομηχανία είναι ένας από τους κλάδους εκείνους, που έχει παρουσιάσει τρομακτική εξέλιξη τις τελευταίες δεκαετίες. Με μια σύντομη αναδρομή στην οργάνωση των πρώτων βιομηχανικών μονάδων θα διαπιστώσουμε, ότι αρχικά η συντήρηση δεν αποτελούσε προτεραιότητα, αλλά μια διακοπή της παραγωγικής διαδικασίας και περιοριζόταν μόνον στην αποκατάσταση των βλαβών. Η προσέγγιση αυτή (Εικόνα 1), είναι γνωστή ως Κατασταλτική Συντήρηση (Breakdown Maintenance).
Με την πρόοδο της τεχνολογίας και ειδικότερα μετά το τέλος του Β΄ ΠΠ, εξαιτίας της έλλειψης εργατικού δυναμικού ως απόρροια του πολέμου, η βιομηχανική παραγωγή γίνεται πιο αυτοματοποιημένη και η Προληπτική Συντήρηση (Preventive Maintenance – PM) κάνει την εμφάνισή της. Σε αυτό συντέλεσε η ανάπτυξη της επιστήμης της Επιχειρησιακής Έρευνας, η οποία αρχίζει την περίοδο εκείνη να εφαρμόζεται στη βιομηχανία.
Από τις αρχές της δεκαετίας του 1970 έως και τις αρχές του 2000, η Προληπτική Συντήρηση αποτελεί γεγονός και έννοιες όπως το κόστος παραγωγής, η ασφάλεια και η διάρκεια ζωής του υλικού αποτελούν πλέον, εξίσου προτεραιότητα με την αποδοτικότητα της παραγωγικής διαδικασίας. Για να φτάσουμε στις αρχές της δεκαετίας του 2000 έως και τις μέρες μας, να βρισκόμαστε στην εποχή του Industry 4.0 και να βαδίζουμε ολοταχώς για τη εποχή του Industry 5.0 (εποχή για την οποία ήδη πολλές δημοσιευμένες μελέτες κάνουν λόγο) και να μιλάμε πλέον για Προγνωστική Συντήρηση (Predictive Maintenance – PdM), δηλαδή, για καινοτομία, διαχείριση ρίσκου και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Πολιτικές Συντήρησης
Ήδη από την προηγούμενη ανάλυση σχετικά με την εξέλιξη της συντήρησης άρχισαν να διακρίνονται και οι στρατηγικές της συντήρησης. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 2 οι πολιτικές συντήρησης που μπορεί ένας οργανισμός να ακολουθήσει, είναι είτε reactive είτε proactive.
Στη reactive πολιτική μιλάμε ξεκάθαρα για κατασταλτική συντήρηση όπου η φιλοσοφία είναι “failure based”. Πολιτική που δεν αφήνει χρόνο αντίδρασης στους μηχανικούς και εκτελείται, όταν το υλικό έχει ήδη αστοχήσει ή φθαρεί. Σκοπός της είναι η δαπανηρή προσέγγιση της αντικατάστασης αυτού ώστε να επανέλθει στην πρότερη λειτουργική κατάσταση.
Στην proactive περίπτωση, οι δυο γενικές κατηγορίες είναι η Προληπτική και η Προγνωστική. Η Προληπτική στρατηγική αντιμετωπίζει τη συντήρηση με χρονικά διαστήματα επιθεωρήσεων του υλικού. Η Προγνωστική που έχει κάνει ήδη την εμφάνιση της τόσο στη βιομηχανία, όσο και στην ΠΑ με τα 4.5ης γενιάς αεροσκάφη που έχει εντάξει στο οπλοστάσιό της (Rafale) καθώς και τα 5ης γενιάς (F-35 που αναμένεται να εντάξει έως το 2028-2030). Η φιλοσοφία της έχει ως πυρήνα την πρόγνωση βλαβών, δηλαδή, μέσα από health monitoring συστήματα, να εφαρμόζεται ακριβώς όταν απαιτείται. Η Προγνωστική Συντήρηση αποτελεί μια προσέγγιση που συνδυάζει τα οφέλη της Προληπτικής και της Κατασταλτικής Συντήρησης και είναι βασισμένη σε σύνολο νέων τεχνολογικών κλάδων όπως η Τεχνητή Νοημοσύνη, η Μηχανική Μάθηση και τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα.
Προληπτική Συντήρηση (Preventive Maintenance – PM)
Η Προληπτική Συντήρηση είναι βασισμένη στην εκτέλεση επιθεωρήσεων και συντηρήσης που έχουν προγραμματιστεί να λάβουν χώρα σε συγκεκριμένα χρονικά σημεία, ώστε να διατηρείται το υλικό σε λειτουργική κατάσταση. Η ιδέα της θεμελιώθηκε στην παραδοχή ότι δυνητικά, όλες οι μηχανές θα υποβαθμιστούν, σε ένα χρονικό διάστημα που είναι χαρακτηριστικό για κάθε είδος υλικού. Επιπλέον, βασίζεται στην έννοια του μέσου χρονικού διαστήματος μέχρι την επόμενη αστοχία (mean-time-to-failure (MTTF)), η οποία απεικονίζεται γραφικά με τη μορφή μιας καμπύλης σε «σχήμα μπανιέρας» (bathtub curve Εικόνα 3).
Το διάγραμμα αυτό δείχνει ότι ένα υλικό, στην αρχή του κύκλου λειτουργικής ζωής έχει μεγάλη πιθανότητα να εμφανίσει μία βλάβη, καθώς στις πρώτες εβδομάδες λειτουργίας εμφανίζονται συνήθως προβλήματα λόγω της τοποθέτησης – εγκατάστασης. Εν συνεχεία, ακολουθεί ένα χρονικό διάστημα κανονικής λειτουργίας, όπου η πιθανότητα βλάβης είναι σχετικά χαμηλή και σταθερή και στη συνέχεια η πιθανότητα βλάβης αυξάνεται απότομα με το πέρασμα του χρόνου.
Προγνωστική Συντήρηση (Predictive Maintenance – PdM)
Η Προγνωστική Συντήρηση μπορεί να ανιχνεύσει εγκαίρως την επερχόμενη αστοχία και έτσι να γίνουν κατάλληλες ενέργειες συντήρησης με προγραμματισμένο τρόπο, προκειμένου αυτή να μην εκδηλωθεί. Επομένως, η συντήρηση πραγματοποιείται όταν αυτό είναι αναγκαίο, αποφεύγοντας αστοχίες που μπορεί να έχουν σημαντικό αντίκτυπο υποβάθμισης στο σύστημα. Η πολιτική αυτή μπεριέχει ένα σύνολο νέων τεχνολογικών κλάδων (Τεχνητής Νοημοσύνης, Μηχανικής Μάθησης και Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων), που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση πιθανών αστοχιών, που μπορεί να μην είναι εμφανής μέσα από ένα πρόγραμμα προληπτικής συντήρησης. Οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται συνήθως για την εφαρμογή της είναι: η θερμογραφία ή θερμική απεικόνιση, η ανάλυση δονήσεων – κραδασμών, η ανάλυση ελαίου, η ανάλυση υπερήχων κ.λπ.. Ενδεικτικά στην Εικόνα 4 που ακολουθεί φαίνεται το διάγραμμα χαρακτηρισμού της σοβαρότητας κραδασμών συναρτήσει της συχνότητας περιστροφής κατά ISO 2372.
Για την εφαρμογή της προγνωστικής συντήρησης είναι επιτακτική η ανάγκη κατανόησης της συμπεριφοράς του υλικού κατά την πορεία του προς την αστοχία. Έτσι, ένα άλλο βοηθητικό εργαλείο, πέρα από τις ανωτέρω τεχνικές, είναι η καμπύλη P-F (Potential failure (P) and Functional failure (F), Εικόνα 5), η οποία αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο στη φαρέτρα των μηχανικών, όταν πρόκειται για την ανάλυση του ασφαλούς εύρους λειτουργίας ενός υλικού.
Η καμπύλη P-F καταδεικνύει την πορεία ενός εξαρτήματος ή μιας μηχανής προς την αστοχία, συνδυαστικά με μια συγκεκριμένη παράμετρο (π.χ. πίεση, θερμοκρασία, επίπεδο κραδασμών κ.λπ.) και βοηθά τους μηχανικούς να προσδιορίσουν πόσο καλά λειτουργεί το υλικό υπό αυτές τις μεταβλητές συνθήκες και μπορεί να παρέχει πληροφορίες σχετικά με τις ανάγκες συντήρησης βάσει της κατάστασης (Condition Based Maintenance – CBM) και τις πιθανές αναβαθμίσεις που απαιτούνται για την επίτευξη της βέλτιστης απόδοσης.
Η ακριβής ανάγνωση και κατανόηση αυτών των καμπυλών αποτελεί προαπαιτούμενο για την υποβολή άρτια τεκμηριωμένων τεχνικών προτάσεων και επιτρέπει τη λήψη των βέλτιστων αποφάσεων, σχετικά με τις τροποποιήσεις ή τις επισκευές που μπορεί να είναι απαραίτητες να υποστεί το υλικό.
Κόστος Συντήρησης
Το κόστος που συνδέεται με τις παραδοσιακές στρατηγικές συντήρησης παρουσιάζεται στην Εικόνα 6. Σε μια στρατηγική Προληπτικής Συντήρησης (κίτρινη καμπύλη), το κόστος πρόληψης θα είναι αρκετά υψηλό, ενώ το κόστος επισκευής θα είναι χαμηλό καθώς δεν θα συμβούν πολλές πιθανές αστοχίες. Με άλλα λόγια, η προληπτική συντήρηση θα μειώσει σημαντικά τον αριθμό των βλαβών που θα συμβούν, αλλά θα είναι δαπανηρές.
Σε μια στρατηγική Κατασταλτικής Συντήρησης (κόκκινη καμπύλη), θα προκύψει μεγαλύτερος αριθμός βλαβών και θα οδηγήσει σε υψηλό κόστος επισκευής και χαμηλό κόστος πρόληψης. Ενώ ένας συνδυασμός στρατηγικών προληπτικής και αντιδραστικής συντήρησης (πράσινη καμπύλη) μπορεί να βελτιώσει δείκτες όπως η αξιοπιστία, η διαθεσιμότητα και η συντηρησιμότητα ενός υλικού, μειώνοντας ταυτόχρονα το κόστος συντήρησης.
Βιβλιογραφία
Marta Wolska et al. (2023). Implementation and Improvement of the Total Productive Maintenance Concept in an Organization. Encyclopedia https://doi.org/10.3390/encyclopedia3040110, 1537-1564.
Keith Mobley. (2002). An Introduction to Predictive Maintenance.
https://www.bemas.org/nl/kalender/reliability-centered-maintenance-rcm3
https://www.aircraftit.com/articles/predictive-maintenance-beyond-the-buzzwords/
https://xpheavy.weebly.com/blog/iso-2372-vibration-standard
https://www.trmnet.com/2023/06/challenging-the-p-f-curve/
