О снижении затрат на эксплуатацию приборов безопасности кранов

Одним из эффективных путей снижения аварийности и травматизма при производстве грузоподъемных работ является оснащение грузоподъемных кранов многофункциональными микропроцессорными приборами безопасности, в перспективе — интегрированными с системами управления кранов.

Их применение для ограничения нагрузки, координатной защиты и защиты от приближения к ЛЭП, согласно требованиям Правил ПБ 10-382–00, является обязательным. Но если сопоставить общее количество эксплуатирующихся грузоподъемных кранов с количеством многофункциональных приборов безопасности, выпущенных отечественными предприятиями, то получается, что современными приборами оборудовано менее 50% стреловых кранов, находящихся в эксплуатации. Получается, что обязательные требования Правил ПБ 10-382–00 обязательны не для всех, а действующая система государственного контроля за их соблюдением недостаточно эффективна.

Трудности с оснащением кранов современными приборами безопасности во многом имеют под собой экономическую основу. Большие затраты на установку приборов, порой превышающие 100 тыс. руб., и существенные последующие затраты на их эксплуатационное сопровождение зачастую побуждают владельцев кранов избегать установки приборов безопасности или откладывать эту установку до последней возможности. Действует принцип «авось пронесет».

Этому способствует доминирующее положение одного предприятия на российском рынке приборов безопасности грузоподъемных кранов. На таком рынке голоса потребителей, заинтересованных в приобретении дешевых и малозатратных в эксплуатации приборов безопасности, не всегда оказываются услышанными.

Радикально улучшить сложившееся положение призвана проводимая в настоящее время реформа технического регулирования. Ее ключевыми принципами являются гармонизация рыночных отношений и максимально возможная замена государственного контроля и ответственности перед государством на саморегулирование, самоконтроль и экономическую ответственность.

Именно снижение потерь от аварий и тем более от несчастных случаев, наряду с повышением экономической эффективности работы грузоподъемных кранов, должны стать для их владельцев основными побудительными мотивами для принятия решений об оснащении кранов приборами безопасности и поддержании их в рабочем состоянии. Предстоит переход к диктатуре закона, а существенная часть надзорных функции Ростехнадзора, как отмечено его руководителем К. Б. Пуликовским, должна заменяться на регулирующие.

Известно, что кроме первоначальных затрат, связанных с приобретением, монтажом и наладкой прибора безопасности на кране, либо с приобретением крана с уже смонтированным прибором, владелец крана вынужден нести затраты на его эксплуатационное сопровождение. К ним относятся затраты на проведение технического обслуживания (ТО); считывание данных регистраторов параметров (РП); приобретение приборов считывания (ПС) и технических средств обработки и оформления информации РП; проведение текущего (ТР) и капитального (КР) ремонтов; приобретение и хранение ремонтного фонда приборов безопасности, измерительных приборов, контрольно-диагностического оборудования, инструмента, приспособлений и материалов для ТО, проверки и ремонта приборов безопасности и приборов считывания; приобретение, изготовление или аренду контрольных грузов; изготовление макета ЛЭП; проведение проверок (или метрологических поверок, калибровок) и ремонта измерительных приборов, контрольно-диагностического оборудования, контрольных грузов, макета ЛЭП и приборов считывания РП.

Владелец крана в любом случае оплачивает все эти затраты — либо через содержание собственной службы наладки и ремонта приборов безопасности, либо путем оплаты услуг специализированной организации (сервисного центра). По нашему мнению, более предпочтительным является последний вариант, хотя организационные вопросы оптимизации затрат на эксплуатационное сопровождение приборов в каждом конкретном случае требуют отдельного рассмотрения.

Наибольшие резервы снижения указанных затрат заключаются в техническом совершенствовании приборов безопасности.

Для обеспечения высокой надежности приборов безопасности необходимы совместные усилия предприятий-изготовителей этих приборов и эксплуатирующих организаций.

Изготавливаемые приборы по своей конструкции и используемой элементной базе, безусловно, должны соответствовать условиям и режимам их эксплуатации на грузоподъемных кранах, в том числе климатическим, механическим, по диапазону питающих напряжений и т. д. Эксплуатирующим организациям, в свою очередь, необходимо соблюдать требования эксплуатационной документации на эти приборы. Применительно к электронным приборам безопасности необходимо уделить особое внимание соблюдению требований этой документации по напряжению питания. Недопустимо, например, производить запуск двигателя крана от внешнего источника (от выпрямителя) и выполнять электросварку на кране при включенном напряжении питания прибора безопасности.

Надежность, как известно, включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Ремонтопригодность определяется в основном конструкцией прибора и характеризует его приспособленность к удобному и быстрому выполнению отдельных операций при ТО, ремонте, контроле технического состояния, при разборке (сборке) блоков и датчиков, их контроле и замене. Для ее улучшения, на наш взгляд, целесообразно: оснастить датчики электрическими разъемами с целью сокращения времени замены датчиков на кране за счет исключения демонтажа и последующего монтажа соединительных жгутов; использовать электрические разъемы для присоединения печатных плат во всех составных частях прибора для исключения пайки при замене этих плат и снижения времени восстановления прибора; и, что наиболее важно, исключить необходимость настройки прибора безопасности на кране после замены его составных частей, в первую очередь датчиков.

Реализация этих мер приводит к усложнению приборов безопасности и к повышению себестоимости их изготовления. Поэтому вполне объяснимо стремление отдельных производителей упростить свои приборы и не использовать эти возможности для улучшения их ремонтопригодности. Однако в таком стремлении, если не рассматривать непрофессионализм разработчиков, по нашему мнению, просматривается неуважение к потребителям. В данном случае производитель прибора безопасности возлагает на эксплуатирующие организации решение тех вопросов, которые сам может решить более эффективно и с меньшими затратами.

Рассмотрим последствия применения в приборах безопасности простейших датчиков без встроенных элементов термокомпенсации, балансировки и калибровки их характеристик. В этом случае после замены, например, датчика давления в гидроцилиндре подъема стрелы необходимо провести настройку прибора на кране по трем параметрам: ввести в прибор значение температурного коэффициента ухода нуля датчика и, при необходимости, значение температуры окружающего воздуха, предварительно измерив ее термометром; устранить смещение нуля тензометрического моста (обычно это осуществляется потенциометром и требует вскрытия корпуса блока обработки данных); отрегулировать значение коэффициента передачи (чувствительности) датчика давления с использованием потенциометра. Причем последняя операция выполняется, как правило, с использованием метода последовательного приближения. Для этого необходимо перегнать кран на испытательную площадку и в режиме настройки канала веса груза два-три раза поочередно поднять минимальный и максимальный тарированные (контрольные) грузы. В итоге, затраты времени и средств на настройку прибора на кране после замены датчика существенно превышают затраты на его замену. Вместе с тем, реализовать прибор безопасности, не требующий настройки после замены его датчиков и, соответственно, позволяющий упростить и ускорить проведение ремонта, уменьшить простои крана, не представляет технических сложностей. Для этого достаточно выполнить их температурную компенсацию, балансировку смещения нуля и калибровку коэффициента передачи (чувствительности) на предприятии-изготовителе прибора безопасности.

Эффективнее и дешевле встроить термокомпенсирующие резисторы непосредственно в тензометрический мост и провести его балансировку и калибровку в заводских условиях, чем выполнять упомянутые процедуры настройки на кране. Задание давления на датчик при его настройке при помощи гидравлического стенда в заводских условиях заведомо удобнее, быстрее, точнее и экономичнее, чем на кране путем подъема контрольных грузов.

Тем не менее не все производители приборов безопасности это делают. Это можно объяснить тем, что совершенствование датчиков связано с затратами, уменьшающими прибыль производителя приборов безопасности. А затраты на их настройку на кранах — это проблемы эксплуатации.

Следует ожидать, что по мере гармонизации рыночных отношений большинство производителей приборов безопасности в России для повышения конкурентоспособности продукции будут вынуждены сокращать затраты на эксплуатационное сопровождение своих приборов и, соответственно, использовать в них более совершенные термостабильные датчики с нормированными характеристиками.

Кроме такого улучшения датчиков, в них могут быть встроены электронные схемы усиления, фильтрации и преобразования выходных сигналов в цифровую форму для передачи по мультиплексному каналу обмена данными (патенты RU 2260560, RU 47342, RU 47865). Это дополнительно позволяет: установить на датчиках электрические разъемы (благодаря нечувствительности таких датчиков к утечкам токов в разъемах при их загрязнениях), что упрощает монтаж и замену датчиков на кране;  повысить помехоустойчивость прибора и исключить необходимость применения экранированных жгутов (за счет повышения уровня сигналов в линиях связи);  повысить точность датчиков за счет применения обработки сигналов первичных преобразователей и исключения искажений сигналов при их передаче по линиям связи.

 Такие датчики реализованы в многофункциональных приборах безопасности типа ОГМ240 для стреловых кранов и типа АЗК110 для кранов-трубоукладчиков, выпускаемых ООО НПП «Резонанс».
 
После замены датчиков давления в приборе ОГМ240 его настройка на кране не требуется, что улучшает ремонтопригодность прибора и снижает затраты в эксплуатации. Для датчиков углов наклона, азимута и т. д. также возможна реализация технических решений, обеспечивающих возможность их замены без последующей подстройки прибора. К ним относятся применение установочных элементов, в частности крепежных отверстий, в фиксированном угловом положении относительно измеряемого параметра, применение полноповоротных датчиков угла азимута (патент RU 49811) и т. д.

Принципиально возможно исключение необходимости настройки прибора и после замены на кране его центрального блока. Однако в нем, как правило, хранятся данные встроенного РП. Поэтому для обеспечения возможности такой замены необходимо реализовать хранение этих данных не менее чем в двух составных частях (блоках, датчиках) прибора с их последующей перезаписью в заменяемую часть (патент RU 2281240). Это связано с определенными техническими трудностями.

Простота настройки прибора безопасности во многом связана с его ремонтопригодностью. Соответственно, реализация рассмотренных методов улучшения ремонтопригодности прибора автоматически приводит к упрощению его настройки.

Для ее дальнейшего упрощения целесообразно реализовать электронную регулировку прибора без применения потенциометров, без вскрытия корпусов блоков и датчиков и без механических регулировок их положений на кране. В приборах ОГМ240 и АЗК110 это осуществляется путем программного сложения и умножения выходных сигналов датчиков с настроечными коэффициентами, которые сохраняются в энергонезависимой памяти прибора (патенты RU 2262481, RU 47342, RU 47865, RU 49811).

Повышенная трудоемкость настройки приборов на стреловых кранах с жесткой подвеской стрелового оборудования обусловлена необходимостью учета прогиба стрелы под нагрузкой. Это требует как увеличения числа точек грузовой характеристики крана, в которых производится настройка прибора, так и применения тарированных грузов с массой, близкой к максимальной грузоподъемности крана.

Для радикального решения этой проблемы в последних модификациях приборов ОГМ240 используется прямое измерение прогиба стрелы путем контроля углов наклона не только корневой секции, но и оголовка стрелы (патент RU 2271986), что упрощает настройку и повышает стабильность работы прибора. В этом случае зазоры между секциями телескопической стрелы, изменяющиеся в эксплуатации, не влияют на результаты измерения вылета и грузового момента крана.

Существенное влияние на затраты по эксплуатационному сопровождению приборов безопасности оказывает необходимость применения тарированных грузов для проверки и настройки этих приборов при проведении ТО и после ремонта.

Если для проверки прибора, например на 50-тонном кране, необходимо поднять тарированные грузы с массой, соответствующей максимальной грузоподъемности крана, то в большинстве случаев рядом с этим краном не окажется такого тарированного груза. Владелец крана вынужден либо периодически выводить кран из эксплуатации для его перегона к тарированным грузам, что приводит к большим экономическим потерям, либо изготовить или приобрести тарированные грузы, что сопряжено пусть с разовыми, но несоизмеримо более значительными затратами.

С целью снижения затрат эксплуатирующих организаций целесообразно реализовать проверку и настройку прибора безопасности на кране без тарированных грузов. Это требует совершенствования конструкции и алгоритмов настройки приборов безопасности, но в большинстве случаев технически реализуемо. Действительно, если при настройке приборов ОНК-140 и ОГМ240 первых лет выпуска применение тарированных грузов необходимо для учета прогиба стрелы, то после реализации прямого измерения этого прогиба в новых модификациях прибора ОГМ240 (патент RU 2271986) в применении таких грузов для настройки канала вылета нет необходимости. В этом случае настройка прибора безопасности нужна лишь для учета разбросов параметров крана, неточностей установки датчиков и сил трения в уплотнениях гидроцилиндра и в движущихся соединениях конструкции крана. Такая настройка может быть реализована без нагрузки на грузозахватном органе из условия обеспечения независимости результата вычисления массы перемещаемого груза (его нулевого значения) от длины и угла наклона стрелы (патент RU 2290361).

Существенным недостатком существующих приборов безопасности является несовершенство встроенных систем диагностирования их технического состояния. Типичны ситуации, когда прибор имеет, например, недопустимо большую погрешность измерения грузового момента из-за неправильной настройки или дрейфа параметров его датчиков, а крановщик, не зная этого, в своей работе полагается на этот прибор. По этой причине в эксплуатационной документации задается обязательность проведения ТО с проверкой точностных показателей работы прибора через относительно небольшие интервалы времени, например ежеквартально.

Для сокращения затрат на проведение ТО целесо-образно реализовать приборы безопасности с развитой системой самодиагностирования, обеспечивающие контроль не только исправности, но и правильности настройки прибора и деградации его параметров, связанных, в первую очередь, с точностью формирования защитных функций. Алгоритм такого самодиагностирования может базироваться на выявлении тех комбинаций величин и скоростей изменения выходных сигналов его датчиков, которые не встречаются в процессе работы крана при нормальном функционировании прибора (патент RU 2277065). Другой, более эффективный, но и более затратный подход, заключается в определении реальных значений параметров работы крана двумя различными методами с использованием различных групп датчиков и сопоставления полученных результатов (патент RU 2282577).

Очевидно, что применение таких приборов позволит сократить общее количество и трудоемкость проводимых ТО и в перспективе отказаться от проведения ТО через жестко установленные небольшие интервалы времени, выполняя их лишь в случае необходимости.

Но здесь мы встречаемся с той же самой проблемой — экономический эффект от применения таких приборов имеет эксплуатирующая организация, а дополнительные затраты, связанные с разработкой и серийным производством таких более совершенных приборов, несет предприятие-изготовитель.В развитой рыночной экономике это не является существенным барьером для совершенствования техники. Работы в таком направлении проводит, например, известная компания Liebherr [1]. Но в России, в условиях доминирующего положения одного производителя на рынке приборов безопасности, трудно ожидать их совершенствования в этом направлении.

Еще одна существенная составляющая затрат на эксплуатационное сопровождение приборов — это считывание данных регистраторов параметров (РП). Для ее сокращения, очевидно, необходимо максимально упростить это считывание.

Вряд ли стоит подробно останавливаться на реализации считывания без вскрытия и демонтажа прибора с крана. Установка разъема для подключения прибора считывания или реализация беспроводного канала передачи данных РП является настолько простой технической задачей, что их отсутствие у какого-либо прибора — это, по нашему мнению, не только нарушение обязательных требований к РП по РД 10-399–01, но и проявление неуважения к потребителям.

Существенного сокращения затрат на считывание данных РП можно добиться путем применения в качестве прибора считывания стандартного и широко распространенного накопителя информации. Наиболее перспективно, по нашему мнению, использование накопителей на энергонезависимой Flash-памяти — USB Flash-drive или Flash-карт (патенты RU 48525, RU 2280609).

 Например, Flash-карта Secure Digital Card (SD) имеет прочную, влагостойкую конструкцию с плоскими выводами, вмонтированными в корпус платы, которые невозможно согнуть или повредить. Такая карта компании Transcend 128 MB 45x для цифровых фотоаппаратов продается по цене порядка 350 руб.
 
Чтобы избежать необходимости применения карт-ридера для подключения Flash-карты к компьютеру (его стоимость порядка 300 руб.), можно применить SD-карту со встроенным USB-разъемом, допускающую прямое подключение к ЭВМ. Такие Flash-карты, например, Sandisk SD Ultra II Plus емкостью 512 МБ, продаются по цене около 1000 руб.

SD-карты имеют эффективные средства защиты данных — встроенные средства ограничения доступа, криптографическую защиту данных и переключатель для блокирования перезаписи. Это гарантирует сохранность данных РП при переносе SD-карты от прибора безопасности, установленного на кране, к ЭВМ.

Широко распространенные SD-карты гарантированно работоспособны при температурах до –250С. В использовании SD-карт для жестких условий применения (до –40С), выпускаемых, например, японской компании Adtec, по нашему мнению, нет необходимости. SD-карта как прибор считывания не работает на кране постоянно, а лишь временно подключается к прибору безопасности для перезаписи в нее данных РП. При температуре ниже –25 0С оператор может принести эту карту на кран под своей верхней одеждой, и проблем со считыванием не возникнет.

Очевидно, что технических проблем с применением стандартных накопителей информации для считывания данных РП не существует. Их применение возможно и в случае использования в приборе безопасности такого, по нашему мнению, неудобного в эксплуатации технического решения, как инфракрасный IrDA-канал передачи данных. Вспомним про существование карманных компьютеров (КПК) типа Palm и сотовых телефонов с IrDA-портами, которые с успехом могут быть использованы для перекачки данных РП из прибора безопасности в ЭВМ. Для потребителей приборов безопасности это во многих случаях проще и дешевле (не говоря уже более широких возможностях такого устройства), чем приобретение нестандартного прибора считывания у производителя приборов безопасности.

Если уж стремиться к бесконтактному считыванию информации, то перспективнее использовать не инфракрасный IrDA, а радиоканал, например Bluetooth. Это удобнее ввиду более высокой надежности передачи данных, отсутствия необходимости его жесткой взаимной ориентации с прибором безопасности при считывании данных РП и исключения необходимости поддержания оптического канала в чистоте. Такие устройства имеют низкую стоимость, безопасны для оператора и, согласно решению ГКРЧ Минсвязи России от 02.04.2001г., не требуют оформления разрешений на их применение в Главгоссвязьнадзоре.

Сравнение цен на стандартные накопители информации  USB Flash-drive, Flash-карты и т. п. со стоимостью распространенных в России считывателей информации РП приборов серии ОНК (по состоянию на январь 2007 г.: СТИ-1  12626 руб., СТИ-3  12980 руб.) свидетельствует о том, что применение стандартных накопителей позволяет более чем десятикратно снизить затраты эксплуатирующих организаций на приобретение приборов считывания. Кроме того, при выходе Flash-карты или USB Flash-drive из строя, что, впрочем, маловероятно, их проще заменить. Это исключает затраты, связанные с ремонтом приборов считывания.

Преимущества стандартных накопителей настолько очевидны, что отказ от их применения, по нашему мнению, можно объяснить лишь стремлением производителей приборов безопасности вынудить потребителей после приобретения этих приборов покупать и их собственные приборы считывания и, соответственно, получать прибыль от продаж.

Большой объем памяти USB Flash-drive, Flash-карты или другого стандартного накопителя позволяет не только записать в него данные РП практически с неограниченного количества грузоподъемных кранов, но и хранить на нем программу вторичной обработки данных РП на ЭВМ (заявка RU 2006108721). Это позволяет исключить ошибки в выборе нужной программы и предельно упростить процедуру этой обработки путем автоматического запуска программы обработки данных РП после подключения такого накопителя (прибора считывания) к ЭВМ с последующей автоматической или полуавтоматической генерацией отчета о результатах этой обработки.

В этой связи возникает вопрос о необходимости и целесообразности обучения специалистов считыванию и обработке информации РП. Действительно, если для переноса информации из цифрового фотоаппарата в ЭВМ при помощи SD-карты не требуется какого-либо специального обучения, то необходимость переноса информации из РП ЭВМ при помощи той же SD-карты только обученным специалистом, вызывает обоснованные сомнения.

Если считывание и обработка информации с РП осуществляются после аварии грузоподъемного крана, то привлечение специалистов специализированной организации, несущих юридическую ответственность за результаты этой обработки, вероятно, все же необходимо. Но для проверки эффективности использования крана и соблюдения установленных правил его эксплуатации, необходимость обязывать владельца крана нести затраты на обучение его работников не имеет логического объяснения, если с этой работой справится практически любой специалист со средним или высшим техническим образованием,

В целом, за счет совершенствования приборов безопасности возможно значительное снижение затрат на их эксплуатационное сопровождение и, соответственно, повышение заинтересованности владельцев грузоподъемных кранов в применении приборов на кранах. В идеале  повышение до критического уровня, соответствующего осознанию владельцами кранов того, что экономия на приборах безопасности экономически невыгодна, что работа кранов с неработающими приборами не соответствует их интересам. Этому же способствовала бы реализация в приборах безопасности новых функций, полезных эксплуатирующим организациям, за приемлемую для них цену. К ним можно отнести контроль расхода топлива (заявка на патент RU 2005119761), диагностирование технического состояния узлов и агрегатов крана (патент RU 2276096), дистанционную передачу данных о работе и местоположении крана (патент RU 2269483) для контроля владельцем крана его использования и противодействия угону и т. п.

Это позволило бы переломить существующую ситуацию с нежеланием владельцев кранов оснащать их приборами безопасности и, как следствие, существенно снизить аварийность и травматизм при производстве грузоподъемных работ.

Координация и научно-техническая поддержка работ отдельных предприятий по созданию перспективных приборов безопасности возложена на «головную организацию» по приборам безопасности  в первой строке перечня предоставленных ей полномочий в Правилах ПБ 10-382–00 указано «проведение научных исследований». Но такая деятельность не приносит прибыли частной коммерческой организации и практически не проводится.

Поэтому остается надеяться, что отдельными предприятиями, в первую очередь наиболее динамичны-ми  малыми и средними, самостоятельно будут созданы действительно современные, перспективные приборы безопасности грузоподъемных кранов. Этому способствует проводимая реформа технического регулирования, направленная на демонтаж созданной еще в советские времена устойчивой системы административных барьеров на пути создания новой продукции, и на замену этой системы эффективно действующими рыночными отношениями. Следует ожидать, что уже в самые ближайшие годы мы увидим на рынке широкую номенклатуру приборов безопасности, причем как самых простых «бюджетных», так и отвечающих самым взыскательным требованиям, но неизменно действительно нужных потребителям  недорогих, надежных и несложных в эксплуатации.

Уверенность в этом дает позиция Президента России, являющегося одним из самых радикальных сторонников дерегулирования — политики отделения хозяйственной деятельности от властных полномочий государственных органов и тем более «прикрепленных» к ним коммерческих «головных» организаций. Это следует из программных заявлений Президента и его поручений Правительству РФ.