عنوان                                                                                                                 صفحه

فصل اول :مقدمه  …………………………………………………………………………………………………………………………….1

 

1-1-مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………  2

1-2- تشریح و بیان مساله…………………………………………………………………………………………….  3

1-3- هدف از انتخاب موضوع……………………………………………………………………………………….. 4

1-4- وضعیت تعمیرات پیش گویانه در کشور…………………………………………………………….. 7

1-5-چالشهای پروژه………………………………………………………………………………………………………..9

1-6- معرفی شرکت بهره برداری نفت و گاز گچساران…………………………………………………9

1-7-مفاهیم نگهداری و تعمیرات…………………………………………………………………………………10

فصل دوم:مبانی نظری تحقیق  ……………………………………………………………………………………………….. 14

 

2-1- اثر نگهداری و تعمیرات…………………………………………………………………………………..  15

2-2-بهینه سازی نگهداری وتعمیرات پیش بینانه  ……………………………………………….. 17

2-3- مفاهیم اقتصادی وتوجیه هزینه ها………………………………………………………………..  19

2-3-1- ارزیابی نیازهایBM ………………………………………………………………………………….. 19

2-3-2-توجیه هزینه…………………………………………………………………………………………………  20

2-3-3- هزینه استراتژی جاری تعمیراتی………………………………………………………………  20

2-4- طراحی یک برنامه نت پیش بینانه………………………………………………………………. 21

2-4-1-امتیازات نت پیش بینانه……………………………………………………………………………..  22

2-5-تكنیكهای نت پیش بینانه ……………………………………………………………………………… 23     2-5-1-مانیتورینگ ارتعاش……………………………………………………………………………………… 24

2-5-2-انواع سیستمهای ترموگرافی……………………………………………………………………….. 24

2-5-3-ترایبولوژی…………………………………………………………………………………………………..  25

2-5-4-بازرسی بصری……………………………………………………………………………………………..  25

2-5-5-مافوق صوت ………………………………………………………………………………………………  26

2-5-6-تکنیکهای دیگر ………………………………………………………………………………………..   26

2-6- ایجاد یک برنامه نت پیش بینانه  ………………………………………………………………   26

2-6-1-اهداف ، مقاصد و امتیازات ……………………………………………………………………..   27

2-6-2-الزامات عملی……………………………………………………………………………………………   28

2-6-3-انتخاب یک سیستم نت پیش بینانه ………………………………………………………  29

2-6-3-1-نیارهای پایه ای سیستم …………………………………………………………………….  30

• برنامه نت پیش بینانه كل كارخانه …………………………………………………………. 30

2-7-1-برنامه نت پیش بینانه مطلوب …………………………………………………………………  31

2-7-2- سیستم نت پیش بینانه مطلوب. …………………………………………………………   31

2-7-3-پیش بینی كافی نیست……………………………………………………………………………  31

2-8-مبانی نظری و مفاهیم تحقیق ……………………………………………………………………  32

2-8-1-روش تحقیق ………………………………………………………………………………………….  32

2-8-2-طراحی مدل پیش بینی ……………………………………………………………………….  35

2-8-3-داده کاوی ………………………………………………………………………………………………  35

فصل سوم: مروری بر تحقیقات انجام شده ………………………………………………………………………  37

 

3-1-مقدمه ………………………………………………………………………………………………………   38

3-2-سیستم پیش بینی نگهداری با استفاده تکنیکهای داده کاوی……………….   39

3-3-روشی عملی برای ترکیب داده کاوی و تشخیص خرابی …………………………. 44

3-4-روشی هوشمند برای بهینه سازی تعمیرات پیش گویانه…………………………. 49

3-5- برخی تکنیکهای نگهداری و تعمیرات پیش گویانه………………………………… 57

3-6-مروری بر تعمیرات مبتنی بر شرایط و زمان در برنامه های صنعتی………. 59

فصل چهارم: روش تحقیق(ارائه راهکار،الگوریتم و مدل پیشنهادی روش تحقیق)………. 61

 

4-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………….  62

4-2-طراحی مدلCBM………………………………………………………………………………….. 64

4-2-1-انتخاب بخش، واحد یا محیط پایش……………………………………………………  64

4-2-2-انتخاب پارامترها و معیارهای پایش تجهیزات……………………………………… 65

4-2-3-انتخاب روش مدلسازی پیش بینی …………………………………………………….  66

4-2-4-مدل فیزیکی ………………………………………………………………………………………..  67

4-3-تعیین اهداف داده کاوی  …………………………………………………………………………  68

4-4- شروع مراحل انجام پروژه  ………………………………………………………………………  70

4-4-1-انتخاب کارخانه ها و تجهیزات مورد نظر برای پروژه  ……………………….  70

4-4-2-شناخت داده………………………………………………………………………………………….  71

4-4-3-آماده سازی و آنالیز داده  …………………………………………………………………….  72

4-4-4-اکتساب داده / جمع آوری و ورود داده………………………………………………  74

4-4-5-پالایش داده ها …………………………………………………………………………………….  77

4-5-آنالیز داده ها ………………………………………………………………………………………….. 78

4-5-1-آنالیز داده های وضعیت و شرایطی………………………………………………….  78

4-5-2-آنالیز داده های رخداد خرابی……………………………………………………………  84

4-6-طراحی و توسعه مدل ……………………………………………………………………………  90

4-6-1-بررسی سطح آستانه پارامترها ………………………………………………………….  90

4-6-2-شناخت خوشه های خروجی ……………………………………………………………. 92

4-7-طراحی مدل با روش های داده کاوی……………………………………………………….  93

4-7-1-طراحی مدل با بهره گرفتن از درخت تصمیم………………………………………… 94

4-7-2-طراحی مدل با بهره گرفتن از روش شبکه عصبی  MLP…………………….96

4-7-3-طراحی مدل با بهره گرفتن از روش شبکه عصبی KNN………………….. 100

 

4-8-نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………… 103

فصل پنجم: بررسی و تحلیل داده ها و نتایج تحقیق………………………………………………….. 104

 

5-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………….105

5-2- بررسی خروجی ونتایج وارزیابی مدل بر پایه روش DT …………………….105

5-2-1-ارزیابی مدل بر اساس روش DT …………………………………………………. 107

5-3- بررسی خروجی و نتایج روش MLP………………………………………………. 109

5-3-1-ارزیابی مدل بر اساس روش MLP………………………………………………. 111

5-4- بررسی خروجی و نتایج روش KNN……………………………………………… 113

5-4-1-ارزیابی مدل بر اساس روش  KNN……………………………………………. 115

5-5-ارزیابی و تفسیر نتایج و خروجی ها ……………………………………………………117

5-6-نتایج ………………………………………………………………………………………………………118

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادها …………………………………………………………………….. 119

 

6-1- نتایج کلی حاصل از پروژه………………………………………………………………….. 120

6-2-پیشنهادهایی برای آینده ……………………………………………………………………. 121

 

فهرست جدول ها

 

 

عنوان و شماره                                                                                                     صفحه                                                                               

جدول 1- ماتریس Confusion………………………………………………………………………………………………67

جدول 2- ماتریس Confusion برای سه دسته کلاس………………………………………………………….69

جدول 3- محاسبه نرخ مثبت صحیح،نرخ مثبت غلط و دقت……………………………………………………69

جدول 4- نام پارامترهای کارخانه فشارقوی……………………………………………………………………………….73

جدول 5- نام پارامترهای کارخانه بی بی حکیمه 2……………………………………………………………………73

جدول 6- نمونه فرم ورود اطلاعات کارخانه بی بی حکیمه 2……………………………………………………74

جدول 7- نمونه فرم ورود اطلاعات کارخانه فشارقوی……………………………………………………………….75

جدول 8- نمونه ای از فرم پر شده وپالایش نشده کارخانه بی بی حکیمه 2……………………………77

جدول 9- نمونه ای از فرم پر شده و پالایش شده کارخانه بی بی حکیمه ……………………………..78

جدول 10- ماتریس الگو برای متغیرها کارخانه فشار قوی……………………………………………………….79

جدول 11- ماتریس آمارهای توصیفی کارخانه فشار قوی………………………………………………………..81

جدول 12- پارامترهای جدید ایجاد شده توسط روشPCA…………………………………………………….83

جدول 13 – نمایی از فاکتورهای جدید تولید با روش PCA……………………………………………………84

جدول 14- تغییرات ناگهانی فاکتور2 در رخداد خرابی…………………………………………………………87

جدول 15 – آمار خرابی های کارخانه بی بی حکیمه 2…………………………………………………………88

جدول 16- مقدار پارامترها در حالات خرابی …………………………………………………………………………90

جدول 17- مقادیر آستانه پایین و بالا برای پارامترها…………………………………………………………….91

جدول 18 – بازه های زمانی تعریف شده برای مدل……………………………………………………………..94

جدول 19- مجموعه داده آموزشی برای بازه زمانی (10-25)………………………………………………95

جدول 20- مجموعه داده آزمایشی برای بازه زمانی (10-25)……………………………………………..96

جدول 21- نتیجه تغییر مقادیر پارامترها در روش MLP……………………………………………………..98

جدول 22- مجموعه داده آموزشی برای بازه زمانی (3-15)…………………………………………………98

جدول 23- مجموعه داده آزمایشی برای بازه زمانی (3-15)……………………………………………….100

جدول 24- نتاِج تغییر مقدار K در روش شبکه عصبی KNN…………………………………………..101

جدول 25- مجموعه داده آموزشی برای بازه زمانی (10-20)………………………………………………101

جدول 26- مجموعه داده آزمایشی برای بازه زمانی (10-20)………………………………………………102

جدول 27- پیش بینی مدل بر پایه درخت تصمیم………………………………………………………………..106

جدول 28- نتایج پیش بینی خروجی در روش DT…………………………………………………………….108

جدول 29- درصد دقت پیش بینی در روش DT………………………………………………………………..108

جدول 30- مقایسه بازه های زمانی مختلف با روش DT برای پیش بینی برچسب خرابی در مدل طراحی شده…………………………………………………………………………………………………………………………….109

جدول 31- پیش بینی مدل بر پایه MLP………………………………………………………………………….110

جدول 32- نتایج پیش بینی خروجی در روش MLP……………………………………………………….112

جدول 33- درصد دقت پیش بینی در روش MLP…………………………………………………………..112

جدول 34- مقایسه بازه های زمانی مختلف با روش MLP برای پیش بینی برچسب خرابی در مدل طراحی شده…………………………………………………………………………………………………………………..112

جدول 35- پیش بینی مدل بر پایه KNN………………………………………………………………………..114

جدول 36- نتایج پیش بینی خروجی در روش KNN………………………………………………..115

جدول 37- درصد دقت پیش بینی در روش KNN……………………………………………………115

جدول 38- مقایسه بازه های زمانی مختلف با روش KNN برای پیش بینی برچسب خرابی در مدل طراحی شده…………………………………………………………………………………………………………….116

جدول 39-  مقایسه نهایی دقت پیش بینی هر سه روش برای هر سه خوشه خروجی در بازه های زمانی مختلف…………………………………………………………………………………………………………………….117

 

 

 

فهرست شکل ها

 

 

عنوان                                                                                                صفحه

شکل 1- قالب مفهومی معماری……………………………………………………………………………………………41

شکل 2- نمای کلی سیستم………………………………………………………………………………………………….42

شکل 3- گامهای روش IRIS-Pdm………………………………………………………………………………….46

شکل 4- نمایی از فرمت داده یکسان…………………………………………………………………………………….47

شکل 5- روش کلی و تعمیم یافته برای تعمیرات پیشگویانه………………………………………………51

شکل 6- الگوریتم تصمیم گیری نگهداری پیشگویانه…………………………………………………………..54

شکل 7- نمودارهای خرابی……………………………………………………………………………………………………57

شکل 8 – نمونه فرم دستی پر شده در کارخانه بی بی حکیمه 2……………………………………….76

شکل 9- نمودار تغییرات پارامترها در بازه زمانی………………………………………………………………….85

شکل 10 – حالتهای خرابی…………………………………………………………………………………………………..85

شکل 11 – حالتهای خرابی…………………………………………………………………………………………………..86

شکل 12- طراحی مدل پیش بینی با روش DT………………………………………………………………106

شکل 13- طراحی مدل درخت تصمیم برای بازه های زمانی مختلف………………………………107

شکل 14- طراحی مدل پیش بینی با روش MLP…………………………………………………………..110

شکل 15- طراحی مدل MLP برای بازه های زمانی مختلف …………………………………………111

شکل 16- طراحی مدل پیش بینی با روش KNN……………………………………………………….113

شکل 17- طراحی مدل KNN برای بازه های زمانی مختلف ………………………………………114

 

 

 

فهرست نشانه های اختصاری

 

CBM= Condition Based Maintenance

CMMS=

CRISP-DM= CRoss-Industry Standard Process for DataMining

DT=Decision Tree

FA= Factor Analysis

FP=False Positive

H= Hidden Layer

ISF= Independence Significance Feature

KNN= K Nearest Neighbor

LR= Learning Rate

M= Momentum

MLP= Multilayer Perceptron

PCA= Principal Component Analysis

PDM= Predictive Maintenance

PM=Preventive Maintenance

TP=True Positive

WMS= Weighted Mean Slop

 

 

فصل اول

 

1-مقدمه و طرح مسئله

 

 

1-1-مقدمه

 

در عصر حاضر و در حالی كه كارخانجات صنعتی بزرگ به دنبال ایجاد تغییرات در درون خود هستند تا بتوانند در رقابت با سایر رقبای خود در تحولات جهانی شدن موفق گردند این بحث نگهداری و تعمیرات است كه بطور جدی و موثر مسیر استراتژی تولید را در كارخانه های صنعتی مشخص می نماید.امروزه ،كارخانه های صنعتی به شدت درگیر مباحثی همچون كاهش هزینه ها ،توان رقابت بالا ، بهبود مستمر،بحران انرژی و افزایش كیفیت و كمیت محصولات هستند كه در این راستا اندیشیدن پیرامون نگهداری و تعمیرات به عنوان یک امر استراتژیک جهت رسیدن به اهداف فوق بسیار مهم و انكارناپذیر جلوه می كند.همواره رقابت ، عامل فشار بر كارخانجات تولیدی بوده است. به منظور كنترل و مدیریت این فشار، كارخانجات تولیدی می بایست ضمن كاهش هزینه ها، كیفیت و راندمان محصولات خود را افزایش داده و انعطاف پذیر نیز باشند[1, 2] .با توسعه فناوری اطلاعات میزان و سرعت دسترسی به اطلاعات بطور فوق العاده ای افزایش یافته است.از طرفی پیشرفت تكنولوژی نیز منجر به افزایش دستیابی موسسات و سازمانها به منابع وسیع اطلاعاتی شده وامكان تحقیق وبررسی موضوعات مختلف را برای سازمانها فراهم نموده است[3]. بنابراین نكته قابل توجه در سناریو جدید پیرامون مدیریت نگهداری و تعمیرات، آماده و در دسترس نگهداشتن تجهیرات در زمان نیاز است.یک كارخانه بسیار بزرگ با چندین هزار دستگاه متنوع از پیچیدگی بالایی در فعالیت نگهداری و تعمیرات(نت) برخوردار است. تصمیم گیری پیرامون استراتژی نت نیازمند دانشی است كه منطبق بر واقعیت سازمان باشد.از طرف دیگر كسب دانش مفید نیازمند استفاده و تحلیل صحیح از داده ها می باشد.لذا استفاده از داده ها و اطلاعات و چگونگی كار با آنها در طول مراحل پیاده سازی استراتژی نگهداری و تعمیرات از جایگاه ویژه ای برخوردار است [4, 5].

 

1-2- تشریح و بیان مساله

آنچه در سالهای اخیر توجه مدیران صنایع مختلف را در دنیای رقابتی امروز به خود جلب کرده است ، کاهش هزینه های تولید و در نتیجه کاهش قیمت نهایی محصولات است. در این میان هزینه های تعمیراتی ، مهمترین هزینه قابل کنترل در صنایع است و طبیعی است که کاهش آن در دستور کار مدیران صنعت قرار گیرد . یکی از مهمترین ابزارهایی که برای نیل به این هدف در اختیار مسئولین قرار دارد استفاده از روش های نوین نگهداری و تعمیرات بر اساس پایش وضعیت دستگاه ها است که بخصوص در صنایع تولید مداوم ، نظیر نفت ،گاز و پتروشیمی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. فلسفه وجودی روش های تعمیراتی از قبیل نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه1 و نگهداری و تعمیرات پیشگویانه2  ارائه راهكارهایی جهت كاهش هزینه های تعمیراتی و در نتیجه افزایش بهره وری واحد های تولیدی است[6].

عموما نگهداری و تعمیرات یا در زمان های مشخص و از قبل تعیین شده انجام می شود یا اینکه هر وقت خرابی رخ داد بسته به نوع خرابی تعمیر مرود نظر انجام می شود.اگرچه انجام تعمیرات پیشگیرانه می تواند تعمیرات ناگهانی و غیرمترقبه را کاهش دهد اما همچنان باعث کاهش دردسترس بودن و افزایش هرینه های تعمیرات می گردد. گاهی تعمیرات پیشگیرانه روی تجهیز انجام می شود درحالیکه تجهیز به خوبی کار می کند و نیازی به تعمیر و توقف ندارد

 

1Preventive Maintenance(PM)