Utrzymanie ruchu w przemyśle - ebook

OD AUTORÓW

Obserwując życie gospodarcze w kraju, autorzy monografii nie dostrzegają wyraźnych znamion merytorycznego przygotowania przemysłu, energetyki ani usług do zaistnienia czwartej rewolucji przemysłowej.

Współczesne uwarunkowania rynkowe stawiają wysokie wymagania przed wszystkimi firmami uczestniczącymi w konkurencyjnej rywalizacji o odbiorcę produktów lub usług. Wskutek intensywnego rozwoju techniki, zwłaszcza w ostatnich latach, budowane są coraz to bardziej skomplikowane maszyny i urządzenia. W przodujących gospodarczo i technicznie krajach maleją zasoby siły roboczej, efektywność wytwarzania jest coraz większa, na każdym kroku wprowadza się opty­malizację kosztów produkcji, przy zapewnieniu satysfakcjonującej jakości produk­tu i usług, spełniającej wymagania w zakresie ochrony środowiska. Wymienione wyżej zjawiska i procesy to główne cechy społeczne, ekonomiczne i gospodarcze obecnej rzeczywistości w skali globalnej w krajach rozwiniętych technicznie i gospodarczo.

Pierwsza rewolucja przemysłowa wprowadziła mechanizację do produkcji, druga w życie gospodarcze i codzienność wprowadziła elektryczność. W latach 70. XX wieku miała miejsce trzecia rewolucja, która rozwinęła procesy produkcyjne i przyniosła technologie informatyczne . Historycznie rzecz ujmując, pierwsze trzy rewolucje zostały rozpoznane, opisane i wstępnie zanalizowane już po fakcie ich nastania. Obecnie, zupełnie inaczej niż poprzednio, czwarta rewolucja przemysłowa, termin Industrie 4.0 (Przemysł 4.0) opisuje rewolucję jeszcze przed jej nastaniem, inspirując przy tym jej wprowadzenie.

Czynnikami umożliwiającymi powyższe zmiany są nowości techniczne, wśród których pierwszoplanową rolę odgrywa technika cyfrowa i informatyka. Dzięki rozwojowi techniki rzeczywistością staje się funkcjonowanie systemów cyberfizycznych, w których proces wytwarzania jest prowadzony jednocześnie w dwóch warstwach: fizycznej i wirtualnej. Wprowadzeniu zmian sprzyja, a wręcz je wy­musza, zaawansowana automatyzacja i robotyzacja środków produkcji oraz nowy poziom komunikacji wzajemnej i komunikacji człowiek-maszyna .

Czwarta rewolucja przemysłowa ma zaspokoić indywidualne wymagania i aspiracje klientów, a także umożliwić rozwiązanie podstawowych oczekiwań i żą­dań ogółu konsumentów i nabywców polegające na uzyskaniu większej produktywności i wydajności „na każdym etapie” działalności człowieka. Ma ona również wspierać współpracę między ludźmi i maszynami. Czwarta rewolucja przemy­słowa w ramach obszarów: nauka, technologia i społeczeństwo, spowoduje, że znajdą się one w cyklicznej relacji między sobą i będą wzajemnie na siebie korzystnie i twórczo wpływać. W przyszłości przewiduje się, że technologie automatyzujące część naszego ludzkiego intelektu staną się podstawą przyszłego rozwoju. W tym społeczeństwie przyszłości ludzie i maszyny będą działali w harmonii, wykorzystując na co dzień sztuczną inteligencję . Ta rewolucja niesie ze sobą potencjał ogromnych zmian. Przewiduje się, że nastąpi geometryczny wzrost przetwarzania danych. Jednocześnie ogrom przyszłych potrzeb można sobie wyobrazić, spoglądając na wykładniczy wzrost liczby połączonych ze sobą rzeczy w codziennym bytowaniu człowieka. .

Przemysł 4.0 jest często traktowany jako pojęcie teoretyczne, abstrakcyjne, stąd też korzystnie jest przedstawić w rozważaniach jego podstawy na przykładach praktycznych, znanych autorom monografii – rys. 0.1÷ 0.3. Weźmy jako przykład trzy obiekty przemysłowe: sterownik, wentylator powietrza i turbogenerator, które udostępniają swoja reprezentację wirtualną w systemie IT (z ang. _Information Technology_ – technologia informatyczna).

Rys. 0.1. Przykładowy sterownik w procesie grzania i jego otoczenie

Rys. 0.2. Przykładowy zespół maszynowy – wentylator powietrza i jego otoczenie

Sterownik z rys. 0.1 to prosty sterownik wykorzystywany w procesie grzania, wyprodukowany w trakcie w pełni monitorowanego procesu produkcyjnego. Jeśli powiążemy go z numerem seryjnym i utworzymy dla niego kod QR1, będziemy mogli go zidentyfikować cyfrowo. Zeskanowanie kodu umożliwi uzyskanie informacji o miejscu, czasie i sposobie produkcji sterownika oraz o drodze, jaką przebył on do urządzenia końcowego. Sterownik będzie można wykorzystać np. w całkowicie cyfrowej linii produkcyjnej, ewentualnie w innej rzeczywistości technicznej, gdzie jego kod będzie skanowany po zainstalowaniu w istniejącej strukturze elektro­niczno-informatycznej. Informacje o jego czasie pracy, parametrach, producencie i dostawcy będą dostępne w systemie. Istniejący system diagnostyczny i kontrolny będzie mógł rejestrować jego działanie i oceniać stan techniczny, tak aby przewidzieć pozostały czas eksploatacji sterownika (_predictive maintenance_) i zapewnić bezpieczeństwo oraz ciągłość funkcjonowania procesu technologicznego, w którym bierze udział. Kiedy prognoza wskaże zwiększone ryzyko awarii, system będzie mógł automatycznie zamówić urządzenie zastępcze. Nowy sterownik będzie można zainstalować w trakcie najbliższej konserwacji urządzenia grzewczego, unikając zbędnego przestoju i strat w produkcji w przypadku awarii. Przykładowy sterownik, zespół maszynowy–wentylator powietrza czy turbogenerator, w po­łączeniu ze swoją cyfrową, wirtualną reprezentacją można uznać za system cyberfizyczny2 (ang. _cyberphysical system_, CPS), __ stanowiący jeden z podstawowych elementów koncepcji Przemysłu 4.0. Jest to wirtualna reprezentacja urządzenia fizycznego. Takie elementy można umieszczać w bardziej złożonych strukturach – np. w linii produkcyjnej, systemie zasilania, systemie dystrybucji.

Rys. 0.3. Przykładowy zespół maszynowy – turbogenerator i jego otoczenie

W ocenie autorów nasz kraj ani gospodarczo, ani technicznie na pewno w ogólności nie jest w fazie czwartej rewolucji przemysłowej. Dają się natomiast zauważyć symptomy tego, że jesteśmy niekiedy w fazie przemysłu 3.0, aczkolwiek nie są powszechne. Świadczą o tym niektóre nowoczesne technologie i wdrożenia w krajowym przemyśle i energetyce. Niestety w wielu zakładach przemysłowych problemem jest ich zwykłe funkcjonowanie na „poziomie przemysłu 3.0÷2.5”. Problemem jest zwyczajne zapewnienie ruchu danego zakładu, tzw. utrzymanie ruchu (działania o charakterze technicznym i organizacyjnym mające na celu zapew­nienie wykonywania funkcji zadanych urządzeniom i maszynom danego zakładu przemysłowego). Przykładowy zakład przemysłowy powinien funkcjonować, produkować i sprzedawać swoje wyroby czy usługi. W ogólności można mówić o zagadnieniu utrzymania ruchu w przemyśle. Muszą funkcjonować wszystkie maszyny i urządzenia produkujące: i sterownik, i wentylator powietrza, i turbogenerator.

W utrzymaniu ruchu w przemyśle bardzo ważną rolę odgrywa system informatyczny zakładu, jego zabezpieczenia cybernetyczne oraz system diagnostyczno-kontrolny. Odgrywają one podstawową rolę w funkcjonowaniu oraz w ocenie stanu technicznego przykładowego sterownika, wentylatora powietrza czy turbogeneratora. Systemy te sterują urządzeniem, umożliwiają jego bezpieczną eksploatację i prowadzą diagnostykę eksploatacyjną nadzorowanego komponentu (przykładowego sterownika, wentylatora powietrza, turbogeneratora).

W wielu przypadkach, szczególnie w zakładach o ruchu ciągłym (przemysł, energetyka, komunikacja, transport, łączność), gdzie awaryjne zatrzymanie zespołu maszynowego, komputera, serwera czy innego newralgicznego komponentu technicznego może doprowadzić do olbrzymich strat czy wręcz katastrofy technicznej i społecznej ogromne znaczenie ma diagnostyka techniczna eksploatacyjna używanej przez człowieka infrastruktury technicznej. Pozwala ona wykryć początek uszkodzenia, początkowe symptomy uszkodzenia, zanim rozszerzy się ono do rozmiarów mogących spowodować awarię. Diagnostyka eksploatacyjna umożliwia wczesne dostrzeżenie niekorzystnych zmian zachodzących w używanej przez człowieka infrastrukturze technicznej, ustalenie ich przypuszczalnych źródeł i usunięcie przyczyn. Diagnostyka może być prowadzona off-line, czujnikami diagnostycznymi i mobilną aparaturą diagnostyczno-kontrolną, a w wersji zaawansowanej – on-line – czujnikami diagnostycznymi i aparaturą diagnostyczno-kontrolną, stacjonarną, nazywaną bardzo często systemem monitoringu.

Krajowe piśmiennictwo techniczne dotyczące utrzymania ruchu w przemyśle jest w ocenie autorów poświęcone zagadnieniom teoretycznym i wąskim zagadnieniom praktycznym. Niewiele jest pozycji traktujących kompleksowo kwestie utrzymania ruchu w danym zakładzie przemysłowym. Zagadnienie utrzymania ruchu w przykładowej krajowej elektrowni wraz z wiążą­cymi się z tym problemami przedstawiono w pracy doktorskiej Józefa Dwojaka . Autor w pracy przeanalizował utrzymanie ruchu, sposób eksploatacji i stan diagnostyki w krajowych elektrowniach cieplnych, w szczególności w czterech elektrowniach o mocach bloków 360 MW i 200 MW. Krytyczna analiza doprowa­-dziła do opracowania koncepcji utrzymania ruchu w elektrowni, opracowania nowej technologii diagnostyki eksploatacyjnej zespołów maszynowych w elektrowni cieplnej na przykładzie PGE Elektrowni „OPOLE” S.A. Opracowana technologia diagnostyki eksploatacyjnej miała doprowadzić i doprowadziła przede wszystkim do zwiększenia niezawodności pracy elektrowni, do wyraźnego zmniejszenia awaryjności wszystkich maszyn. Technologia ta zmienia sposób eksploatacji, zabezpieczenia i zarządzania maszynami w energetyce krajowej. Praca jest technologicznym wzorcem dla krajowych przedsiębiorstw energetycznych, które decydują się na wprowadzenie kompleksowego programu diagnostyki, zabez­pieczenia i zarządzania maszynami. Zagadnieniom tym poświęcona jest również monografia .

Zagadnienie utrzymania ruchu w przykładowej krajowej cementowni z problemami w utrzymaniu ruchu przedstawiono w pracy doktorskiej Marka Kacperaka . Zagadnieniu temu poświęcone są prace oraz niniejsza monografia. Rozwiązania podane w pracach oraz w monografii wprowadzono z bardzo dobrym skutkiem w praktyce przemysłowej. Niniejsza monografia przedstawia w głównej mierze utrzymanie ruchu w przemyśle, jako przykład praktyczny wybrano Cementownię „ODRA” S.A.ROZDZIAŁ 1
WSTĘP

1.1. Rys historyczny rozwoju przemysłu cementowego w Polsce

Cement jest niemetalicznym, nieorganicznym, drobno zmielonym, proszkiem, który po zmieszaniu z wodą tworzy pastę. Pasta z upływem czasu zastyga i twardnieje. To hydrauliczne twardnienie jest skutkiem powstawania wodzianów krzemianu wapnia w wyniku reakcji po zmieszaniu wody i składników cementu. W przypadku cementów glinowych twardnienie hydrauliczne polega na powstawaniu wodzianów glinianu wapnia .

Cement to podstawowy materiał w budownictwie, inżynierii lądowej i wodnej. W Europie wykorzystanie cementu i betonu (mieszaniny cementu, kruszywa, piasku i wody) w dużych pracach publicznych ma swoje początki w starożytności. Produkcja cementu jest bezpośrednio związana ze stanem budownictwa, przemysłu i energetyki w danym kraju, a więc ściśle koreluje z jego ogólną sytuacją gospodarczą .

Opolszczyzna od dawien dawna cementem stoi. Margiel to naturalne niekwestionowane bogactwo Opolskiej Ziemi, nazywane często „białym lub szarym złotem” .

Jednym z najważniejszych odkryć w historii budownictwa było wynalezienie cementu portlandzkiego przez Josepha Aspodina w latach dwudziestych XIX wieku . Jak można przeczytać na stronie Muzeum Śląska Opolskiego :

_Kilkadziesiąt lat później Opole było już wielkim ośrodkiem przemysłu cementowego w Europie. W 1857 roku Jan Ciechanowski zbudował cementownię w Grodźcu koło Będzina – pierwszy tego typu zakład na ziemiach polskich, trzeci w Europie i piąty na świecie. W tym samym roku powstał „Grundmann” – pierwsza cementownia w Opolu. Okolice Opola to kolebka europejskiego przemysłu cementowo-wapienniczego. Te tereny znakomicie nadawały się pod budowę cementowni z powodu obfitości margla, czyli kamienia wapiennego z dużą domieszką minerałów ilastych – świetnego surowca do produkcji cementu portlandzkiego. Miejscowe złoża margla były wykorzystywane do celów budowlanych już od średniowiecza, ale dopiero w drugiej połowie XIX wieku stały się bogactwem naturalnym stanowiącym podstawę rozwoju gospodarczego Opola. Pierwsza opolska wytwórnia cementu portlandzkiego, znana jako „Portland Zementwerke”, została zbudowana w Opolu w rejonie dzisiejszej ulicy Struga. Budowę fabryki sfinansowali głównie prze­mysłowcy z Hamburga. Friedrich Wilhelm Grundmann, przedsiębiorca z Katowic._

Grundmann zapisał się w historii regionu jako jeden z najwybitniejszych pionierów industrializacji i urbanizacji. Już w pierwszym roku działalności najstarsza opolska cementownia wyprodukowała 900 ton cementu portlandzkiego . Zbudowana w tym samym czasie cementowania w Grodźcu koło Będzina wyprodukowała wówczas tylko 470 ton cementu. W 1867 roku opolski przemysł cementowy zyskał sławę międzynarodową dzięki odbywającej się wówczas w Paryżu Wystawie Powszechnej Wszystkich Narodów. Na tę prestiżową wystawę cementownia Grundmanna wysłała odlaną w betonie, z cementu własnej produkcji, wierną kopię marmurowego popiersia bogini Junony z Villi Ludovici w Rzymie. Rzeźba została nagrodzona jako dzieło świadczące o wysokiej jakości opolskiego cementu. Wyróżnione w ten sposób popiersie Junony zostało podarowane Opolu i stało się ozdobą Parku Zamkowego na Pasiece. W 1865 roku żydowski przedsiębiorca Heymann Prinsheim, ówczesny właściciel browaru miejskiego, zbudował drugą cementownię na terenie Opola, usytuowaną w rejonie dzisiejszej wytwórni odżywek dla dzieci „Ovita Nutricia”, przy ul. Marka z Jemielnicy. W 1871 roku powstała cementownia w Groszowicach, a rok później – cementownia w pobliżu Zakrzowa (poprzedniczka dzisiejszej „Odry”). Kolejną cementownią na terenie Opola była cementownia „Giesel”, zbudowana w rejonie kolejowego dworca towarowego. W pierwszych latach XX wieku powstały w rejonie Opola jeszcze trzy cementownie: w Nowej Wsi Królewskiej oraz „Silesia” i „Opole-Miasto” (po wojnie: cementownia „Piast”). Do roku 1908 powstało na Górnym Śląsku ogółem dziesięć cementowni, z czego dziewięć zlokalizowano w Opolu i okolicach , rys. 1.1 i rys. 1.2.

W 1893 roku utworzono syndykat handlowy śląskich fabryk cementu portlandzkiego z siedzibą w Opolu. Produkcja cementu portlandzkiego stała się jedną z najważniejszych przesłanek gospodarczego i urbanistycznego rozwoju Opola. Przemysł cementowy przyczynił się do zdynamizowania urbanistycznego i demograficznego miasta – w okresie od początku lat sześćdziesiątych XIX wieku do końca stulecia liczba mieszkańców Opola wzrosła trzykrotnie. W porównaniu z początkiem XIX wieku, gdy Opole liczyło około trzech tysięcy mieszkańców, zaludnienie miasta zwiększyło się aż dziesięciokrotnie. W opolskich cementowniach stosowano unikatowe rozwiązania techniczne, jak np. piec rusztowy do wypa­lania cementu, uruchomiony w 1914 roku w cementowni „Stadt Oppeln” – prototypowe na świecie dzieło firmy „Lurgi”. Cementownie opolskie nie ucierpiały podczas działań wojennych w latach 1939–1945. Zostały zdewastowane i ograbione przez „wyzwolicieli” z szeregów Armii Czerwonej. Najcenniejsze maszyny i urządzenia zdemontowano i wywieziono do Związku Sowieckiego. Jako pierwsza, już w grudniu 1945 roku, zaczęła pracować cementownia „Groszowice”, a w kwiet­niu 1946 roku rozpoczęła produkcję cementownia „Piast”. Najmniej poszkodowana cementownia w Nowej Wsi Królewskiej, nazwana „Bolko”, została uruchomiona w czerwcu 1947 roku. Cementownia „Opole-Port” (obecnie „ODRA”), pozbawiona całkowicie parku maszynowego, wznowiła pracę dopiero w 1951 roku, gdy wypo­sażono ją w maszyny i urządzenia sprowadzone z Czechosłowacji. Jej odbudowę kontynuowano jeszcze w latach 1954 –1956. W 1979 roku przestała istnieć cementownia „Bolko”, a w 2000 roku zamknięto cementownię „Groszowice”. Jednym z głównych powodów tych decyzji była chęć uwolnienia mieszkańców miasta i środowiska naturalnego od dolegliwości związanych z emisją pyłów z kominów cementowni. Innym powodem zamykania opolskich cementowni było stopniowe wyczerpywanie się miejscowych zasobów margla. Miejsce likwidowanych cementowni opolskich zajęła, uruchomiona w 1977 roku, najnowocześniejsza w ówczes­nej Europie cementownia „Górażdże” oraz zakład w Strzelcach Opolskich. Dziś firma „Górażdże Cement S.A.”, należąca do międzynarodowego koncernu „HeidelbergCement”, jest nadal liderem w Polsce i Europie. Rok 2007 to jubileusz 30-lecia „Górażdży”. Na terenie miasta Opola pracuje obecnie jedynie cementownia „ODRA” S.A., zakupiona w 1993 roku przez niemiecką spółkę Miebach Projektgesellschaft z Dortmundu. „ODRA” jest dziś najstarszą spośród czynnych cementowni w Polsce . Produkuje rocznie blisko 1 mln. ton bardzo dobrego jakościowo cementu, przy rocznej krajowej całkowitej produkcji około 19 mln. ton (rok 2019).

Rys. 1.1. Jedna z opolskich cementowni. Na pierwszym planie barki w kanale śluzy Bolko, po lewej – jaz, w tle Cementownia Grundmann Wersja cz.-b. na http://opolskie.fotopolska.eu/285124,foto.html

Źródło: ze zbiorów prywatnych pana Joachima Sosnowskiego .

W 1857 roku w miejscowości Grodziec koło Zawiercia, na ziemiach polskich, uru­chomiono kolejną cementownię – trzecią w Europie i piątą na świecie. W 1872 roku wybudowano małą cementownię w Wejherowie, a prawdziwy rozwój przemysłu cementowego na ziemiach polskich rozpoczął się po 1884 ro­ku. Wówczas ruszyła produkcja w Cementowni „Wysoka” w Łazach, a w 1885 roku w Cementowni „Szczakowa” w Szczakowej i „Bonarka” w Podgórzu k. Krakowa. Kolejne uruchomione cementownie to: „Goleszów” w Goleszowie (1889 rok), „Firley” w Lublinie (1894 rok), „Rudniki” k. Częstochowy i „Klucze” k. Rabsztyna (lata 1897–1898). Do 1914 roku na ziemiach polskich powstało 15 fabryk cementu, jednak uległy one znacznemu zniszczeniu podczas I wojny światowej.

Rys. 1.2. Opole rok 1903. Cementownie Grundmann i Pringsheim na początku XX wieku. Fot. „Bunte Bilder aus dem Schlesierlande” .

Po 1920 roku miał miejsce stopniowy wzrost zdolności produkcyjnych polskich cementowni, które w 1939 roku wyprodukowały 1,98 mln. ton cementu. Z upływem czasu, wraz ze zmianami technologicznymi, a przede wszystkim w związku z wprowadzeniem pieców obrotowych do wypalania klinkieru i młynów rurowo-kulowych stosowanych do mielenia klinkieru jakość cementu się popra­wiała. Wybudowana w 1935 roku Cementownia „Saturn” uchodziła za najnowo­cześniejszą w Europie.

Wraz z zakończeniem II wojny światowej powstało bardzo duże zapotrzebowa­nie na cement wywołane koniecznością odbudowy kraju. Rozbudowano wówczas istniejące cementownie i zbudowano dziesięć nowych. Produkcja cementu wyniosła: w 1955 roku – 3,8 mln. ton; w 1965 – 8 mln. ton, w 1975 – 16 mln. ton. Rekor­dowy był rok 1978, kiedy wyprodukowano w kraju 21,44 mln. ton cementu .

Po zmianach ustrojowych w 1989 roku branża przeżywała trudny okres, który udało się przetrwać m.in. dzięki dużemu eksportowi (ok. 3,5 mln. ton cementu rocznie). W 1992 roku rozpoczyna się proces prywatyzacji przemysłu cementowego od zakupu przez belgijską firmę CBR dwóch cementowni: „Górażdże” i „Strzelce Opolskie”. W ciągu kilku lat polskie zakłady cementowe stały się włas­nością międzynarodowych koncernów, które przeprowadziły ich modernizację oraz wprowadziły nowoczesne metody zarządzania i kontroli procesu technologicznego, dzięki czemu zwiększyła się wydajność i jakość produkcji, a znacznie zmniejszyła energochłonność i emisja pyłów do atmosfery. Wartość inwestycji przeprowadzonych w latach 1993–2003 szacowana jest na 5 mld zł. Obecnie polskie cementownie należą do najnowocześniejszych w Europie i na świecie. Pracuje w nich 17 nowoczesnych pieców wg metody suchej i 4 piece wg metody mokrej, a zdolności produkcyjne oceniane są na 18,5–19,0 mln. ton cementu rocznie .

Wraz z powstaniem pierwszych polskich cementowni rozpoczął się rozwój technologii betonu i jego stosowania w kraju do budowy domów, hal produkcyjnych i wszelkiej infrastruktury przemysłowej, drogowo-mostowej i miejskiej. Z betonu odlewa się detale i elementy małej architektury, meble ogrodowe, fontan­ny, rzeźby dekoracyjne itp. Obecnie beton to podstawa budownictwa. Konstrukcje żelbetowe umożliwiają wznoszenie budowli o imponującej wysokości i kubaturze. W kraju beton jest coraz bardziej doceniany jako alternatywne rozwiązanie nawierzchni asfaltowych .

Spopularyzowanie stosowania betonu w architekturze i budownictwie komunikacyjnym w ostatnich latach to ogromna zasługa całego przemysłu cementowego, ale przede wszystkim Stowarzyszenia Producentów Cementu (SPC), które od wielu lat prowadzi kampanię promocyjną pod hasłem Polski Cement. Podkreśla w niej doskonałą jakość cementu i betonu, ogromne możliwości projektowania nowoczesnych budowli oraz walory betonowych nawierzchni drogowych, które doskonale spisują się wszędzie tam, gdzie niezbędna jest odporność na koleinowanie, pękanie i destrukcyjne działanie czynników atmosferycznych. Doskonałą opinię o betonie potwierdzają eksperci, naukowcy i praktycy, którzy uznali go za niezastąpiony materiał konstrukcyjny o bardzo dużej wytrzymałości i trwałości. Producenci cementu duże nadzieje pokładają w rozbudowie i modernizacji sieci drogowej w Polsce i przygotowują się do zaspokojenia większych potrzeb rynku w najbliższych latach. Będzie się to wiązało z nowymi inwestycjami w przemyśle cementowym mającymi na celu rozbudowę linii technologicznych. Zgodnie z prognozą za­potrzebowanie polskiego rynku na cement w 2020 roku wyniesie ok. 20 mln. ton.

W 2007 roku obchodzono uroczyście 150 lat cementu w Polsce. Odbyły się uroczyste konferencje i sympozja.

1.2. Produkcja cementu

Produkcję cementu poglądowo przedstawiono na rys. 1.3. Podstawowymi składnikami cementu są: kamień wapienny, glina i margiel. Wydobywane są w kopalniach metodą strzałową lub poprzez zastosowanie ciężkiego sprzętu mechanicznego. Powstały w ten sposób urobek za pomocą samochodów technologicznych, transportowany jest do łamiarni, gdzie jest poddawany wstępnemu kruszeniu. Rozdrobniony wstępnie surowiec jest transportowany przenośnikami taśmowymi do składu surowca. Jako dodatki do cementów stosuje się między innymi krzemionkę oraz rudę żelaza. Mieszanka surowcowa mielona jest w młynach rolowo-misowych lub rurowo-kulowych do momentu osiągnięcia pożądanej wielkości ziarna surowca. Po zmieleniu materiał gromadzony jest w zbiornikach mączki surowcowej w celu jego ujednorodnienia . Wypalanie klinkieru jest najważniejszą częścią procesu z punktu widzenia podstawowych kwestii ochrony środowiska związanych z produkcją cementu. Do wyprodukowania 1 tony klinkieru w UE zużywa się przeciętnie 1,52 tony surowców. Na różnicę tych wielkości składa się w większości strata z procesu w postaci dwutlenku węgla emitowanego do powietrza podczas reakcji kalcynacji .

Ogólnie, specyfika procesu wypalania klinkieru umożliwia użycie odpadów w charakterze surowca lub paliwa. Klinkier wypala się w piecu obrotowym w tempe­raturze ok. 1450°C, metodą mokrą lub suchą w długim piecu, bądź metodą półmokrą lub półsuchą. W 2008 roku ok. 90% europejskiej produkcji cementu pochodziło z pieców działających metodą suchą, kolejne 7,5% produkcji odbywało się w piecach pracujących metodą półsuchą lub półmokrą, a reszta produkowanego w Europie cementu, ok. 2,5%, pochodziła z pieców na metodę mokrą. Generalnie przewiduje się, że działające w Europie piece metody mokrej zostaną w ramach modernizacji przekształcone w instalacje pracujące metodą suchą, podobnie jak piece metody półsuchej i półmokrej . Po wypale klinkier jest schładzany

Rys. 1.3. Schemat procesu produkcji cementu

i składowany w silosach. Następnie klinkier przemiela się z gipsem i innymi składni­kami i uzyskuje drobny proszek – cement . Schemat technologiczny produkcji cementu przedstawia rys. 1.3 .

1.3. Eksploatacja maszyn

Pod pojęciem eksploatacja maszyn i urządzeń rozumie się :

• prowadzenie ruchu tych maszyn i urządzeń,

• utrzymanie maszyn i urządzeń w należytym stanie technicznym.

Do czynności związanych z prowadzeniem ruchu maszyn i urządzeń są zaliczane :

• uruchamianie maszyn i urządzeń,

• obsługa w czasie pracy,

• zatrzymanie maszyn i urządzeń w czasie normalnej pracy i w stanie awaryjnym,

• prowadzenie zapisów ruchowych.

Prace związane z utrzymaniem maszyn i urządzeń w należytym stanie technicznym obejmują: oględziny, przeglądy, konserwacje i naprawy oraz prace kontrolno-pomiarowe umożliwiające ocenę ich stanu technicznego .

W eksploatacji można wyróżnić :

• użytkowanie,

• obsługiwanie.

Użytkowanie to „wykorzystywanie obiektu technicznego zgodnie z jego przeznaczeniem i właściwościami funkcjonalnymi w celu zaspokojenia potrzeb ludzkich” .

Obsługiwanie polega na „utrzymywaniu obiektu w stanie zdatności oraz przywracaniu obiektowi technicznemu wymaganych właściwości funkcjonalnych przez przeglądy, regulacje, konserwacje, naprawy i remonty” .

Każda maszyna i urządzenie powinny podczas eksploatacji realizować cele, dla których zostały zaprojektowane. Ich przydatność dla potrzeb człowieka nazywa się jakością eksploatacyjną, która jest zbiorem istotnych cech określających stopień spełnienia wymagań odbiorcy .

Efektywne działanie maszyn i urządzeń jest uzależnione od ich niezawodności oraz od jakości działań ludzi, którzy je eksploatują. Jakość maszyn i urządzeń ocenia się, sprawdzając ich cechy techniczno-użytkowe. W 1987 roku ustanowiono międzynarodowe normy ISO 9000 definiujące modele zapewniające jakość w projek­towaniu, produkowaniu, instalowaniu i serwisie oraz badaniu maszyn i urządzeń.

Najważniejsze cechy techniczno-użytkowe maszyn i urządzeń to: przeznaczenie, wielkości charakterystyczne, wyposażenie, wydajność, dokładność, niezawodność, ergonomiczność oraz bezpieczeństwo i higiena pracy.

Na obsługę maszyn i urządzeń składają się :

• przegląd techniczny – obejmuje czynności związane z regulacją zespołów i mechanizmów, usunięciem usterek i uszkodzeń, myciem i czyszczeniem, ustaleniem stopnia zużycia poszczególnych części i zespołów w celu określenia szczegółowego zakresu naprawy ;

• naprawa bieżąca – obejmuje naprawę lub wymianę szybko zużywających się części; w zakres naprawy bieżącej wchodzą również wszystkie czynności przeglądu technicznego ;

• naprawa średnia – to naprawa lub wymiana szybciej zużywających się części zespołów w celu zapewnienia prawidłowej eksploatacji maszyny lub urządzenia do następnej naprawy średniej lub głównej; naprawa średnia obejmuje również wszystkie czynności naprawy bieżącej ;

• naprawa główna – obejmuje naprawę lub wymianę wszystkich części, a nawet całych zespołów ulegających zużyciu, w celu przywrócenia pierwotnej lub zbliżonej do pierwotnej wartości użytkowej maszyny lub urządzenia .

Ogólne zasady prawidłowej eksploatacji maszyn są opisane w literaturze, np. . Pozycje najbardziej przydatne do praktycznego stosowania to wskazania producentów maszyn zawarte w tzw. Dokumentacji Techniczno-Ruchowej. Należy również pamiętać o stosownych normach oraz przepisach eksploatacji maszyn wydawanych przez upoważnione instytucje, organizacje techniczne bądź właścicieli i użytkowników.

Współcześnie, w okresie stale rosnących wymagań dotyczących wydajności oraz redukcji kosztów produkcji w przemyśle, koniecznością staje się właściwa diagnostyka maszyn i urządzeń. Ogólnie uważa się, że prowadzenie diagnostyki jest korzystne, ponieważ:

• zapewnia niezawodność maszyn i urządzeń;

• daje oszczędności dzięki zmniejszeniu kosztów ewentualnych napraw diagnozo­wanych maszyn i urządzeń;

• minimalizuje straty produkcyjne związane z realizowanym procesem technologicznym, w którym uczestniczą maszyny i urządzenia.

Często uszkodzenia niewielkich elementów maszyn i urządzeń skutkują znacznymi stratami wynikającymi z nieprzewidzianego zatrzymania procesu produkcyjnego oraz nieplanowych prac remontowych. Prowadząc na bieżąco diagnostykę maszyn i urządzeń oraz monitorując parametry ich pracy, można uniknąć skutków awarii, właściwie zaplanować okresy przeglądów i remontów oraz znacznie wydłużyć czas eksploatacji maszyn i urządzeń .

Bezpieczeństwo eksploatacji, dyspozycyjność oraz trwałość i niezawodność maszyn oraz urządzeń wykorzystywanych w procesie produkcyjnym ma decydujący wpływ na kondycję ekonomiczną przedsiębiorstwa . Znaczne straty produkcyjne mogą być skutkiem nieprzewidzianych awarii maszyn i urządzeń, a w konsekwencji postoju maszyn. Do tego dochodzą często bardzo kosztowne naprawy. Konieczne jest dysponowanie informacjami na bieżąco o zmianach stanu dynamicznego maszyn i urządzeń, o stopniu zaawansowania ich zużycia, rodzaju i poziomie uszkodzeń, aby zapobiec nieprzewidzianym awariom i w miarę możliwości wcześniej podjąć odpowiednie działania zapobiegawcze. Prowadzenie eksploatacji maszyn i urządzeń opartej tylko na obserwacji przez obsługę jest niewystarczające. Diagnostyka maszyn i urządzeń oraz monitorowanie parametrów ich pracy pozwala uniknąć awarii, właściwie zaplanować okresy przeglądów i remontów oraz znacznie wydłużyć czas ich eksploatacji. Organizacyjna i finansowa atrakcyjność diagnostyki oraz ciągły postęp w elektronice i dostępność do niej zachęcają do intensywnego stosowania diagnostyki maszyn.

W ujęciu ogólnym zespoły maszynowe i urządzenia można eksploatować na różne sposoby :

• eksploatacja do wystąpienia awarii;

• eksploatacja planowo-zapobiegawcza;

• eksploatacja zależna od stanu maszyn i urządzeń;

• eksploatacja będąca połączeniem planowo-zapobiegawczej oraz zależnej od stanu maszyn i urządzeń.

Takie ujęcie zagadnienia eksploatacji maszyn i urządzeń określa jednocześnie metody ich remontów. Wyróżnia się w związku z tym :

• remont poawaryjny;

• remont zapobiegawczy uwarunkowany okresem eksploatacji;

• remont uwarunkowany stanem technicznym;

• remont uwarunkowany okresem eksploatacji i stanem technicznym.

W metodzie eksploatacji zależnej od stanu technicznego każdy zespół maszynowy i urządzenie są traktowane w sposób indywidualny. Czas remontów nie jest z góry sztywno zaplanowany, lecz uwarunkowany stanem technicznym zespołu maszynowego i urządzenia. Remont przeprowadza się tylko wtedy, gdy jest on konieczny. Wcześniej systematycznie wykonuje się pomiary diagnostyczne, a stan techniczny zespołu maszynowego i urządzenia określa się indywidualnie.

Spośród nowoczesnych metod badań diagnostycznych należy wyróżnić bardzo efektywne badania oparte na wykorzystaniu informacji zawartych w sygnałach towarzyszących normalnej pracy maszyn i urządzeń. Sygnałami tymi są między innymi sygnały wibroakustyczne, które towarzyszą każdemu procesowi wytwórczemu i eksploatacyjnemu. Informują one o procesach dynamicznych zachodzących w maszynach i urządzeniach w zakresie drgań strukturalnych i zjawisk akustycznych, których częstotliwość leży w granicach od ułamka Hz do kilku­dziesięciu MHz. Dzięki pomiarom diagnostycznym można stwierdzić początek pojawienia się uszkodzenia, a następnie obserwować jego rozwój i określać trend zmian – rys. 1.4 (str. 32).

Ocenę aktywności drganiowej zespołu maszynowego i urządzeń można wykonać z wykorzystaniem stosownych, obowiązujących norm lub sprawdzonych i zalecanych kryteriów, . Wyniki pomiarów drgań można ekstrapolować w celu przewidzenia terminu koniecznego zatrzymania zespołu maszynowego bądź urządzenia. Analizując wyniki pomiarów, obok określenia terminu koniecznego zatrzymania ze względu na stan techniczny, można określić zakres remontu, przewidzieć i zaplanować z wyprzedzeniem czasowym stronę techniczną oraz ekonomiczną remontu.

Eksploatacja zespołów maszynowych i urządzeń zależna od ich stanu technicznego jest strategią prowadzenia eksploatacji technicznie i ekonomicznie najkorzystniejszą, coraz częściej stosowaną w krajowych zakładach przemysłowych i w energetyce. W gospodarce krajów zachodnich jest strategią dominującą. Strategia ta obok korzyści ekonomicznych wymusza stały postęp techniczny zwłaszcza w obszarze podnoszenia poziomu wiedzy przez kadrę techniczną. Nieuchronne są przy tym koszty na organizację i utrzymanie na dobrym poziomie służb diagnostycznych . Korzyści ekonomiczne z prowadzenia diagnostyki technicznej w danym zakładzie, jak dowodzi praktyka przemysłowa , wyraźnie przewyższają koszty jej stosowania. W krajowych zakładach przemysłowych przed przejściem z eksploatacji planowo-zapobiegawczej do eksploatacji zależnej od stanu maszyn i urządzeń bardzo często stosuje się formę pośrednią będącą połączeniem elementów wymienionych wyżej rodzajów eksploatacji. Jest to eksploatacja będąca połączeniem planowo-zapobiegawczej i zależnej od stanu maszyn i urządzeń.

Eksploatację planowo-zapobiegawczą prowadzi się najczęściej w zakładach, w których nie wszystkie ważne napędy są zdublowane, lub tam, gdzie nieplanowane zatrzymanie produkcji może powodować bardzo duże straty ekonomiczne i społeczne. Produkcję w takich zakładach zatrzymuje się w ściśle określonych terminach, a następnie prowadzi remont zapobiegawczy. Jest to na przykład raz w roku.

Wskaźnik awaryjności wielu maszyn i urządzeń nie zmniejsza się w wyniku wymiany określonych części, np. łożysk, uszczelnień, pasków, łańcuchów. Bardzo często po takim remoncie, jak pokazuje praktyka przemysłowa, przynajmniej przez jakiś czas awaryjność maszyn i urządzeń wzrasta (wskutek niefortunnej inge­rencji remontowca w maszyny i urządzenia). Pogorszenie się stanu technicznego danej maszyny i urządzenia jest sprawą bardzo indywidualną i nie da się ściśle na sztywno określić dla wszystkich maszyn i urządzeń (jednakowo) okresu bezawaryjnej ich eksploatacji. Okresy międzyremontowe są często określane statystycznie jako takie podczas których oczekuje się, że nie więcej jak np. 2% maszyn i urządzeń nowych lub w pełni wyremontowanych ulegnie awarii. W eksploatacji planowo-zapobiegawczej bardzo często oddaje się do remontu maszyny i urządzenia, które tego remontu nie wymagają. Remont zapobiegawczy maszyn i urządzeń przy eksploatacji planowo-zapobiegawczej jest bardzo często technicznie i ekonomicznie nieuzasadniony.

Eksploatacja maszyn i urządzeń zależna od ich stanu technicznego jest strategią technicznie i ekonomicznie najkorzystniejszą, coraz częściej stosowaną w krajowych zakładach przemysłowych. W gospodarce krajów o dużej kulturze technicznej jest strategią dominującą. Strategia ta, obok korzyści ekonomicznych typu: wydłużenie okresów międzyremontowych, zwiększenie niezawodności maszyn i urządzeń, zwiększenie wydajności, eliminacja niepotrzebnych wymian podzespołów, skrócenie czasu napraw, zmniejszenie kosztów magazynowych, wymusza stały postęp techniczny zwłaszcza w obszarze podnoszenia poziomu wiedzy przez kadrę techniczną. Nieuchronne są przy tym koszty na organizację i utrzymanie na dobrym poziomie służb diagnostycznych . Korzyści ekonomiczne z prowadzenia diagnostyki technicznej w danym zakładzie, jak dowodzi praktyka przemysłowa , wyraźnie przewyższają koszty jej stosowania.PRZYPISY

Z ang_. QR Code_, czyli _Quick Response Code_, to modułowy kod stałowymiarowy (o postaci kwadratu wypełnionego ciemnymi i jasnymi polami), umożliwiający zapisanie dużej ilości danych.

System cyberfizyczny to połączenie komponentów informacyjnych oraz programistycznych z częściami mechanicznymi i elektronicznymi, które komunikują się za pośrednictwem infrastruktury danych, takiej jak np. Internet. Cechą charakterystyczną systemu cyberfizycznego jest wysoki stopień złożoności. Tworzenie systemów cyberfizycznych odbywa się poprzez łączenie w sieci zintegrowanych systemów na drodze komunikacji przewodowej bądź bezprzewodowej (Wikipedia, 02.06.2020).