Меню

Методика расчета надежности оборудования

Методика расчета надежности оборудования

СКИТ - Системы Кабельного Интерактивного Телевидения

Введение
Развитие современной аппаратуры характеризуется значительным увеличением ее сложности. Усложнение обуславливает повышение гарантии своевременности и правильности решения задач.
Проблема надежности возникла в 50-х годах, когда начался процесс быстрого усложнения систем, и стали вводиться в действие новые объекты. В это время появились первые публикации, определяющие понятия и определения, относящиеся к надежности [ 1 ] и была создана методика оценки и расчета надежности устройств вероятностно-статистическими методами.
Исследование поведения аппаратуры (объекта) во время эксплуатации и оценка ее качества определяет его надежность. Термин «эксплуатация» происходит от французского слова «exploitation», что означает получение пользы или выгоды из чего-либо.
Надежность — свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах.
Для количественного выражения надежности объекта и для планирования эксплуатации используются специальные характеристики — показатели надежности. Они позволяют оценивать надежность объекта или его элементов в различных условиях и на разных этапах эксплуатации.
Более подробно с показателями надежности можно ознакомиться в ГОСТ 16503-70 — «Промышленные изделия. Номенклатура и характеристика основных показателей надежности.», ГОСТ 18322-73 — «Системы технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения.», ГОСТ 13377-75 — «Надежность в технике. Термины и определения».

Определения
Надежность — свойство [далее — (сво-во)] объекта [далее — (ОБ)] выполнять требуемые функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение заданного периода времени.
Надежность представляет собой комплексное сво-во, сочетающее в себе понятие работоспособности, безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохранности.
Работоспособность — представляет собой состояние ОБ, при котором он способен выполнять свои функции.
Безотказность — сво-во ОБ сохранять свою работоспособность в течение определенного времени. Событие, нарушающее работоспособность ОБ, называется отказом. Самоустраняющийся отказ называется сбоем.
Долговечность — сво-во ОБ сохранять свою работоспособность до предельного состояния, когда его эксплуатация становится невозможной по техническим, экономическим причинам, условиям техники безопасности или необходимости капитального ремонта.
Ремонтопригодность — определяет приспособляемость ОБ к предупреждению и обнаружению неисправностей и отказов и устранению их путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
Сохраняемость — сво-во ОБ непрерывно поддерживать свою работоспособность в течение и после хранения и технического обслуживания.

Основные показатели надежности
Основными качественными показателями надежности является вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и средняя наработка до отказа.
Вероятность безотказной работы P(t) представляет собой вероятность того, что в пределах указанного периода времени t, отказ ОБ не возникнет. Этот показатель определяется отношение числа элементов ОБ, безотказно проработавших до момента времени t к общему числу элементов ОБ, работоспособных в начальный момент.
Интенсивность отказов l (t) — это число отказов n(t) элементов ОБ в единицу времени, отнесенное к среднему числу элементов Nt ОБ, работоспособных к моменту времени D t:
l ( t )= n ( t )/( Nt * D t ) , где
D t — заданный отрезок времени.
Например: 1000 элементов ОБ работали 500 часов. За это время отказали 2 элемента. Отсюда, l ( t )= n ( t )/( Nt * D t )=2/(1000*500)=4*10 -6 1/ч, т.е. за 1 час может отказать 4-е элемента из миллиона.
Показатели интенсивности отказов комплектующих берутся на основании справочных данных [ 1, 6, 8 ]. Для примера в табл. 1 приведена интенсивность отказов l (t) некоторых элементов.

0 P ( t ) и p (0)=1, а p ( ¥ )=0
Средняя наработка до отказа To — это математическое ожидание наработки ОБ до первого отказа:
To=1/ L =1/( ål i) , или , отсюда : L =1/To
Время безотказной работы равно обратной величине интенсивности отказов.
Например: технология элементов обеспечивает среднюю интенсивность отказов l i =1*10 -5 1/ч. При использовании в ОБ N=1*10 4 элементарных деталей суммарная интенсивность отказов l о= N * l i =10 -1 1/ч . Тогда среднее время безотказной работы ОБ To =1/ l о=10 ч. Если выполнить ОБ на основе 4-х больших интегральных схем (БИС), то среднее время безотказной работы ОБ увеличится в N/4=2500 раз и составит 25000 ч. или 34 месяца или около 3 лет.

Расчет надежности
Формулы позволяют выполнить расчет надежности ОБ, если известны исходные данные — состав ОБ, режим и условия его работы, интенсивности отказов его компонент (элементов). Однако при практических расчетах надежности есть трудности из-за отсутствия достоверных данных о интенсивности отказов для номенклатуры элементов, узлов и устройств ОБ. Выход из этого положения дает применение коэффициентного метода. Cущность коэффициентного метода состоит в том, что при расчете надежности ОБ используют не абсолютные значения интенсивности отказов l i , а коэффициент надежности ki , связывающий значения l i с интенсивностью отказов l b какого-либо базового элемента:
ki = l i / l b
Коэффициент надежности ki практически не зависит от условий эксплуатации и для данного элемента является константой, а различие условий эксплуатации ku учитывается соответствующими изменениями l b . В качестве базового элемента в теории и практике выбран резистор. Показатели надежности комплектующих берутся на основании справочных данных [ 1, 6, 8 ]. Для примера в табл. 2 приведен коэффициенты надежности ki некоторых элементов. В табл. 3 приведены коэффициенты условий эксплуатации ku работы для некоторых типов аппаратуры.
Влияние на надежность элементов основных дестабилизирующих факторов — электрических нагрузок, температуры окружающей среды — учитывается введением в расчет поправочных коэффициентов a. В табл. 4 приведены коэффициенты условий a работы для некоторых типов элементов. Учет влияния других факторов — запыленности, влажности и т.д. — выполняется коррекцией интенсивности отказов базового элемента с помощью поправочных коэффициентов.
Результирующий коэффициент надежности элементов ОБ с учетом поправочных коэффициентов:
ki’=a1*a2*a3*a4*ki*ku, где
ku — номинальное значение коэффициента условий эксплуатации
ki — номинальное значение коэффициент надежности
a1 — коэффициент учитывающий влияние электрической нагрузки по U, I или P
a2 — коэффициент учитывающий влияние температуры среды
a3 — коэффициент снижения нагрузки от номинальной по U, I или P
a4 — коэффициент использования данного элемента, к работе ОБ в целом

Порядок расчета состоит в следующем:
1. Определяют количественные значения параметров, характеризующие нормальную работу ОБ.
2. Составляют поэлементную принципиальную схему ОБ, определяющую соединение элементов при выполнении ими заданной функции. Вспомогательные элементы, использующиеся при выполнении функции ОБ, не учитываются.
3. Определяются исходные данные для расчета надежности:

  • тип, количество, номинальные данные элементов
  • режим работы, температура среды и другие параметры
  • коэффициент использования элементов
  • коэффициент условий эксплуатации системы
  • определяется базовый элемент l b и интенсивность отказов l b
  • по формуле: ki ‘= a 1* a 2* a 3* a 4* ki * ku определяется коэффициент надежности

4. Определяются основные показатели надежности ОБ, при логически последовательном (основном) соединении элементов, узлов и устройств:

  • вероятность безотказной работы: P(t)=exp , где
    Ni — число одинаковых элементов в ОБ
    n — общее число элементов в ОБ, имеющих основное соединение
  • наработка на отказ:
    To=1/

Если в схеме ОБ есть участки с параллельным соединением элементов, то сначала делается расчет показателей надежности отдельно для этих элементов, а затем для ОБ в целом.
5. Найденные показатели надежности сравниваются с требуемыми. Если не соответствуют, то принимаются меры к повышению надежности ОБ (см. часть 2).
6. Средствами повышения надежности ОБ являются:
— введение избыточности, которая бывает:

  • внутриэлементная — применение более надежных элементов
  • структурная — резервирование — общее или раздельное

Пример расчета:
Рассчитаем основные показатели надежности для вентилятора на асинхронном электродвигателе. Схема приведена на рис. 1. Для пуска М замыкают QF, а затем SB1. KM1 получает питание, срабатывает и своими контактами КМ2 подключает М к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует SB1. Для отключения М служит SB2.

В защите М используются FA и тепловое реле KK1 с КК2. Вентилятор работает в закрытом помещении при T=50 C в длительном режиме. Для расчета применим коэффициентный метод, используя коэффициенты надежности компонент схемы. Принимаем интенсивность отказов базового элемента l b =3*10 -8 . На основании принципиальной схемы и ее анализа, составим основную схему для расчета надежности (см. рис. 2). В расчетную схему включены компоненты, отказ которых приводит к полному отказу устройства. Исходные данные сведем в табл. 5.

По результатам расчета можно сделать выводы:
1. Наработка до отказа устройства: To=3524 ч.
2. Вероятность безотказной работы: p(t)=0,24. Вероятность того, что в пределах заданного времени работы t в заданных условиях работы не возникнет отказа.

Частные случай расчета надежности.

1. Объект (далее ОБ) состоит из n блоков, соединенных последовательно (см. рис. 3). Вероятность безотказной работы каждого блока p. Найти вероятность безотказной работы P системы в целом.

Решение: P = p n
2. ОБ состоит из n блоков, соединенных параллельно (см. рис. 4). Вероятность безотказной работы каждого блока p. Найти вероятность безотказной работы P системы в целом.

Решение: P =1-(1- p ) 2
3. ОБ состоит из n блоков, соединенных параллельно (см. рис. 5). Вероятность безотказной работы каждого блока p. Вероятность безотказной работы переключателя (П) p1. Найти вероятность безотказной работы P системы в целом.

Решение: P=1-(1-p)*(1-p1*p)
4. ОБ состоит из n блоков (см. рис. 6), с вероятность безотказной работы каждого блока p. С целью повышения надежности ОБ произведено дублирование, еще такими-же блоками. Найти вероятность безотказной работы системы: с дублированием каждого блока Pa, с дублированием всей системы Pb.

Решение: Pa =[1-(1- p ) 2 ] n Pb =[1-(1- p ) n ] 2
5. ОБ состоит из n блоков (см. рис. 7), с вероятность безотказной работы каждого блока p, величина которой условно показаны на рисунке. С целью повышения надежности ОБ произведено дублирование, еще такими-же блоками, наименее надежных блоков. Найти вероятность безотказной работы P системы.

Решение: P =[1-(1- p 1) 2 ]*[1-(1- p 2) 3 ]* p 3* p 4*[1-(1- p 5)*(1- p 6)]
6. ОБ состоит из 3-х узлов (см. рис. 8). В первом узле n1 элементов, во втором узле n2 элементов. В третьем узле n3 элементов. Вероятность безотказной работы каждого элемента p. Найти вероятность безотказной работы P системы.

Решение: P 1= p n 1 P 2= p n 2 P 3= p n 3
P23=1-(1-p n2 )*(1-p n3 )
P= p n1 *[1-(1-p n2 )*(1-p n3 )]
7. ОБ состоит из 2-х узлов U1 и U2, соединенных последовательно, и стабилизатора C (см. рис. 9). При исправном C вероятность безотказной работы U1=p1, U2=p2. При неисправном C вероятность безотказной работы U1=p1′, U2=p2′. Вероятность безотказной работы C=ps. Найти вероятность безотказной работы P системы в целом.

Решение: P = ps * p 1* p 2+(1- ps )* p ’1* p ’2
8. ОБ состоит из 2-х узлов U1 и U2, соединенных параллельно, и стабилизатора C (см. рис. 10). При исправном C вероятность безотказной работы U1=p1, U2=p2. При неисправном C вероятность безотказной работы U1=p1′, U2=p2′. Вероятность безотказной работы C=ps. Найти вероятность безотказной работы P системы в целом.

Решение: P = ps *[1-(1- p 1)*(1- p 2)]+(1- ps )*[1-(1- p 1′)*(1- p 2′)]
9. ОБ состоит из 2-х узлов U1 и U2. Вероятность безотказной работы за время t узлов: U1 p1=0.8, U2 p2=0.9. По истечении времени t ОБ несправен. Найти вероятность, что:
— H1 — неисправен узел U1
— H2 — неисправен узел U2
— H3 — неисправны узлы U1 и U2
Решение: Очевидно, имело место H0, когда оба узла исправны.
Событие A=H1+H2+H3
Априорные (первоначальные) вероятности:
P(H1)=(1-p1)*p2=(1-0.8)*0.9=0.2*0.9=0.18
P(H2)=(1-p2)*p1=(1-0.9)*0.8=0.1*0.8=0.08
P(H3)=(1-p1)*(1-p2)=(1-0.8)*0.9=0.2*0.1=0.02
A=i=1 å 3 *P(Hi)=P(H1)+P(H2)+P(H3) =0.18+0.08+0.02=0.28
Апостерионые (конечные) вероятности:
— P(H1/A)=P(H1)/A=0.18/0.28=0.643
— P(H2/A)=P(H2)/A=0.08/0.28=0.286
— P(H3/A)=P(H3)/A=0.02/0.28=0.071
10. ОБ состоит из m блоков типа U1 и n блоков типа U2. Вероятность безотказной работы за время t каждого блока U1=p1, каждого блока U2=p2. Для работы ОБ достаточно, чтобы в течение t работали безотказно любые 2-а блока типа U1 и одновременно с этим любые 2-а блока типа U2. Найти вероятность безотказной работы ОБ.
Решение: Событие A (безотказная работа ОБ) есть произведение 2-х событий:
— A1 — (не менее 2-х из m блоков типа U1 работают)
— A2 — (не менее 2-х из n блоков типа U2 работают)
Число X1 работающих безотказно блоков типа U1 есть случайная величина, распределенная по биномиальному закону с параметрами m, p1. Событие A1 состоит в том, что X1 примет значение не менее 2, поэтому:

P(A1 )=P2>=1-P(X1 m +m*g2 m-1 *p1), где g1=1-p1

аналогично : P(A2)=1-(g2 n +n*g2 n-1 *p2), где g2=1-p2

Вероятность безотказной работы ОБ:

R =P(A)=P(A1)*P(A2)=[1-(g1 m +m*g2 m-1 *p1)]*[1-(g2 n +n*g2 n-1 *p2)], где g1=1-p1, g2=1-p2

11. ОБ состоит из 3-х узлов (см. рис. 11). В узле U1 n1 элементов с интенсивностью отказов l1. В узле U2 n2 элементов с интенсивностью отказов l2. В узле U3 n3 элементов с интенсивностью отказов l2, т.к. U2 и U3 дублируют друг друга. U1 выходит из строя если в нем отказало не менее 2-х элементов. U2 или U3, т.к. дублируются, выходят из строя если в них отказал хотя бы один элемент. ОБ выходит из строя если отказал U1 или U2 и U3 вместе. Вероятность безотказной работы каждого элемента p. Найти вероятность того, что за время t ОБ не выйдет из строя.

Решение: Вероятность выхода из строя одного элемента U1, U2 или U3 за t равны:

p1=1-e — l 1*t p2=p3=1-e — l 2*t

Вероятность выхода из строя U 1 за t равна:

R1=1-(1-p1) n1 *n1*p1*(1-p1) n1-1

Вероятности выхода из строя U 2 и U 3 равны:

R2=1-(1-p2) n2 R3=1-(1-p3) n3

Вероятности выхода из строя всего ОБ:
R=R1+(1-R1)*R2*R3

Литература:

  • Малинский В.Д. и др. Испытания радиоаппаратуры, «Энергия», 1965 г.
  • ГОСТ 16503-70 — «Промышленные изделия. Номенклатура и характеристика основных показателей надежности».
  • Широков А.М. Надежность радиоэлектронных устройств, М, Высшая школа, 1972 г.
  • ГОСТ 18322-73 — «Системы технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения».
  • ГОСТ 13377-75 — «Надежность в технике. Термины и определения».
  • Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики, М, Сов. Радио, 1975 г.
  • Перроте А.И., Сторчак М.А. Вопросы надежности РЭА, М, Сов. Радио, 1976 г.
  • Левин Б.Р. Теория надежности радиотехнических систем, М, Сов. Радио, 1978 г.
  • ГОСТ 16593-79 — «Электроприводы. Термины и определения».

Источник



РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ

На стадии прикидочного и ориентировочного расчетов электротехнических устройств рассчитывают основные показатели надежности .

Основными качественными показателями надежности является:

— вероятность безотказной работы;

— средняя наработка до отказа.

Интенсивность отказов l (t) — это число отказавших n(t) элементов устройства в единицу времени, отнесенное к среднему общему числу элементов N(t), работоспособных к моменту времени Δt[ 9]

где Δt — заданный отрезок времени.

Например: 1000 элементов устройства работали 500 часов. За это время отказали 2 элемента. Отсюда,

l (t)=n(t)/(Nt*Δt)=2/(1000*500)=4*10 -6 1/ч, то есть за 1 час может отказать 4-е элемента из миллиона.

Показатели интенсивности отказов l (t) элементов являются справочными данными, в приложении Г приводятся интенсивности отказов l (t)для элементов, часто применяемых в схемах.

Электротехническое устройство состоит из большого числа комплектующих элементов, поэтому определяют эксплуатационную интенсивность отказов l (t) всего устройства как сумму интенсивностей отказов всех элементов, по формуле [ 11]

где k – поправочный коэффициент, учитывающий относительное изменение средней интенсивности отказов элементов в зависимости от назначения устройства;

m – общее количество групп элементов;

n і — количество элементов в і- й группе с одинаковой интенсивностью отказов l і(t) .

Вероятность безотказной работы P(t) представляет собой вероятность того, что в пределах указанного периода времени t, отказ устройства не возникнет. Этот показатель определяется отношение числа устройств, безотказно проработавших до момента времени t к общему числу устройств, работоспособных в начальный момент.

Например, вероятность безотказной работы P(t) =0,9 представляет собой вероятность того, что в пределах указанного периода времени t= 500час, отказ произойдет в (10-9=1) одном устройстве из десяти, и из 10 устройств 9 будут работать без отказов.

Вероятность безотказной работы P(t) =0,8 представляет собой вероятность того, что в пределах указанного периода времени t=1000час, отказ произойдет двух 2 устройствах из ста, и из 100 устройств 80 устройств будут работать без отказов.

Вероятность безотказной работы P(t) =0,975 представляет собой вероятность того, что в пределах указанного периода времени t=2500час, отказ произойдет в 1000-975=25 устройствах из тысячи, а 975 устройств будут работать без отказов.

Количественно надёжность устройства оценивается как вероятность P(t) события, заключающегося в том, что устройство в течение времени от 0 до t будет безотказно выполнять свои функции. Величина P(t) вероятность безотказной (рассчитанное значение Р(t) не должно быть менее 0,85) работы определяется выражением

Источник

Методика расчета надежности оборудования

НАДЕЖНОСТЬ В ТЕХНИКЕ

Dependability in technics.
Dependability prediction. Basic principles

МКС 21.020
ОКСТУ 0027

Дата введения 1997-01-01

1 РАЗРАБОТАН МТК 119 «Надежность в технике»

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 7 от 26 апреля 1995 г.)

За принятие проголосовали:

Наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

3 Стандарт разработан с учетом положений и требований международных стандартов МЭК 300-3-1 (1991), МЭК 863 (1986) и МЭК 706-2 (1990)

4 Постановлением Комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 26 июня 1996 г. N 430 межгосударственный стандарт ГОСТ 27.301-95 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации 1 января 1997 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 27.410-87 (в части п.2)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие правила расчета надежности технических объектов, требования к методикам и порядок представления результатов расчета надежности.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2.102-68 Единая система конструкторской документации. Виды и комплектность конструкторских документов

ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения

ГОСТ 27.003-90 Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности

ГОСТ 27.310-95 Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения

3 Определения

В настоящем стандарте применены общие термины в области надежности, определения которых установлены ГОСТ 27.002. Дополнительно в стандарте применены следующие термины, относящиеся к расчету надежности.

3.1. расчет надежности: Процедура определения значений показателей надежности объекта с использованием методов, основанных на их вычислении по справочным данным о надежности элементов объекта, по данным о надежности объектов-аналогов, данным о свойствах материалов и другой информации, имеющейся к моменту расчета.

3.2 прогнозирование надежности: Частный случай расчета надежности объекта на основе статистических моделей, отражающих тенденции изменения надежности объектов-аналогов и/или экспертных оценок.

3.3 элемент: Составная часть объекта, рассматриваемая при расчете надежности как единое целое, не подлежащее дальнейшему разукрупнению.

4 Основные положения

4.1 Порядок расчета надежности

Надежность объекта рассчитывают на стадиях жизненного цикла и соответствующих этим стадиям этапах видов работ, установленных программой обеспечения надежности (ПОН) объекта или документами, ее заменяющими.

ПОН должна устанавливать цели расчета на каждом этапе видов работ, применяемые при расчете нормативные документы и методики, сроки выполнения расчета и исполнителей, порядок оформления, представления и контроля результатов расчета.

4.2 Цели расчета надежности

Расчет надежности объекта на определенном этапе видов работ, соответствующем некоторой стадии его жизненного цикла, может иметь своими целями:

обоснование количественных требований по надежности к объекту или его составным частям;

проверку выполнимости установленных требований и/или оценка вероятности достижения требуемого уровня надежности объекта в установленные сроки и при выделенных ресурсах, обоснование необходимых корректировок установленных требований;

сравнительный анализ надежности вариантов схемно-конструктивного построения объекта и обоснование выбора рационального варианта;

определение достигнутого (ожидаемого) уровня надежности объекта и/или его составных частей, в том числе расчетное определение показателей надежности или параметров распределения характеристик надежности составных частей объекта в качестве исходных данных для расчета надежности объекта в целом;

обоснование и проверку эффективности предлагаемых (реализованных) мер по доработкам конструкции, технологии изготовления, системы технического обслуживания и ремонта объекта, направленных на повышение его надежности;

решение различных оптимизационных задач, в которых показатели надежности выступают в роли целевых функций, управляемых параметров или граничных условий, в том числе таких, как оптимизация структуры объекта, распределение требований по надежности между показателями отдельных составляющих надежности (например безотказности и ремонтопригодности), расчет комплектов ЗИП, оптимизация систем технического обслуживания и ремонта, обоснование гарантийных сроков и назначенных сроков службы (ресурса) объекта и др.;

проверку соответствия ожидаемого (достигнутого) уровня надежности объекта установленным требованиям (контроль надежности), если прямое экспериментальное подтверждение их уровня надежности невозможно технически или нецелесообразно экономически.

4.3 Общая схема расчета

4.3.1 Расчет надежности объектов в общем случае представляет собой процедуру последовательного поэтапного уточнения оценок показателей надежности по мере отработки конструкции и технологии изготовления объекта, алгоритмов его функционирования, правил эксплуатации, системы технического обслуживания и ремонта, критериев отказов и предельных состояний, накопления более полной и достоверной информации о всех факторах, определяющих надежность, и применения более адекватных и точных методов расчета и расчетных моделей.

4.3.2 Расчет надежности на любом этапе видов работ, предусмотренном планом ПОН, включает:

идентификацию объекта, подлежащего расчету;

определение целей и задач расчета на данном этапе, номенклатуры и требуемых значений рассчитываемых показателей надежности;

выбор метода(ов) расчета, адекватного(ых) особенностям объекта, целям расчета, наличию необходимой информации об объекте и исходных данных для расчета;

составление расчетных моделей для каждого показателя надежности;

получение и предварительную обработку исходных данных для расчета, вычисление значений показателей надежности объекта и, при необходимости, их сопоставление с требуемыми;

оформление, представление и защиту результатов расчета.

4.4 Идентификация объекта

4.4.1 Идентификация объекта для расчета его надежности включает получение и анализ следующей информации об объекте, условиях его эксплуатации и других факторах, определяющих его надежность:

назначение, области применения и функции объекта;

критерии качества функционирования, отказов и предельных состояний, возможные последствия отказов (достижения объектом предельного состояния) объекта;

структура объекта, состав, взаимодействие и уровни нагруженноcти входящих в него элементов, возможность перестройки структуры и/или алгоритмов функционирования объекта при отказах отдельных его элементов;

наличие, виды и способы резервирования, используемые в объекте;

типовая модель эксплуатации объекта, устанавливающая перечень возможных режимов эксплуатации и выполняемых при этом функций, правила и частоту чередования режимов, продолжительность пребывания объекта в каждом режиме и соответствующие наработки, номенклатуру и параметры нагрузок и внешних воздействий на объект в каждом режиме;

планируемая система технического обслуживания (ТО) и ремонта объекта, характеризуемая видами, периодичностью, организационными уровнями, способами выполнения, техническим оснащением и материально-техническим обеспечением работ по его ТО и ремонту;

распределение функций между операторами и средствами автоматического диагностирования (контроля) и управления объектом, виды и характеристики человеко-машинных интерфейсов, определяющих параметры работоспособности и надежности работы операторов;

уровень квалификации персонала;

качество программных средств, применяемых в объекте;

планируемые технология и организация производства при изготовлении объекта.

4.4.2 Полнота идентификации объекта на рассматриваемом этапе расчета его надежности определяет выбор соответствующего метода расчета, обеспечивающего приемлемую на данном этапе точность при отсутствии или невозможности получения части информации, предусмотренной 4.4.1.

4.4.3 Источниками информации для идентификации объекта служит конструкторская, технологическая, эксплуатационная и ремонтная документация на объект в целом, его составные части и комплектующие изделия в составе и комплектах, соответствующих данному этапу расчета надежности.

4.5 Методы расчета

4.5.1 Методы расчета надежности подразделяют:

по составу рассчитываемых показателей надежности (ПН);

по основным принципам расчета.

4.5.2 По составу рассчитываемых показателей различают методы расчета:

комплексных показателей надежности (методы расчета коэффициентов готовности, технического использования, сохранения эффективности и др.).

4.5.3 По основным принципам расчета свойств, составляющих надежность, или комплексных показателей надежности объектов различают:

структурные методы расчета,

физические методы расчета.

Методы прогнозирования основаны на использовании для оценки ожидаемого уровня надежности объекта данных о достигнутых значениях и выявленных тенденциях изменения ПН объектов, аналогичных или близких к рассматриваемому по назначению, принципам действия, схемно-конструктивному построению и технологии изготовления, элементной базе и применяемым материалам, условиям и режимам эксплуатации, принципам и методам управления надежностью (далее — объектов-аналогов).

Структурные методы расчета основаны на представлении объекта в виде логической (структурно-функциональной) схемы, описывающей зависимость состояний и переходов объекта от состояний и переходов его элементов с учетом их взаимодействия и выполняемых ими функций в объекте с последующими описаниями построенной структурной модели адекватной математической моделью и вычислением ПН объекта по известным характеристикам надежности его элементов.

Физические методы расчета основаны на применении математических моделей, описывающих физические, химические и иные процессы, приводящие к отказам объектов (к достижению объектами предельного состояния), и вычислении ПН по известным параметрам нагруженности объекта, характеристикам примененных в объекте веществ и материалов с учетом особенностей его конструкции и технологии изготовления.

Источник

Что такое надежность оборудования

Под надежностью понимается свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания безопасности, ремонтопригодности и сохраняемости (рисунок 1).

Рисунок 1 – Надёжность оборудования

Для абсолютного большинства круглогодично применяемых технических устройств при оценке их надежности наиболее важными являются три свойства: безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

  • Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени..
  • Долговечность — свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
  • Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

В то же время техника сезонного применения (уборочные сельскохозяйственные машины, некоторые коммунальные машины, речные суда замерзающих рек и т.д.), а также машины и оборудование для ликвидации критических ситуаций (противопожарное и спасательное оборудование), имеющие по своему назначению длительный период нахождения в режиме ожидания работы, должны оцениваться с учетом сохраняемости, т.е. показателями всех четырех свойств.

  • Сохраняемость— свойство изделия сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность изделия выполнять требуемые функции, в течение и после хранения или транспортирования.
  • Ресурс (технический) — наработка изделия до достижения им предельного состояния, оговоренного в технической документации. Ресурс может выражаться в годах, часах, километрах, гектарах, числе включений. Различают ресурс: полный — за весь срок службы до конца эксплуатации; доремонтный — от начала эксплуатации до капитального ремонта восстанавливаемого изделия; использованный — от начала эксплуатации или от предыдущего капитального ремонта изделия до рассматриваемого момента времени; остаточный — от рассматриваемого момента времени до отказа невосстанавливаемого изделия или его капитального ремонта, межремонтный.
  • Наработка— продолжительность функционирования изделия или объем выполняемой им работы за некоторый промежуток времени. Измеряется в циклах, единицах времени, объема, длины пробега и т.п. Различают суточную наработку, месячную наработку, наработку до первого отказа.
  • Наработка на отказ — критерий надежности, являющийся статической величиной, среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами. Если наработка измеряется в единицах времени, то под наработкой на отказ понимается среднее время безотказной работы.

Есть наконец, целый ряд изделий (например, резинотехнические), оценивающийся главным образом сохраняемостью и долговечностью.

Перечисленные свойства надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость) имеют свои количественные показатели.

Так безотказность характеризуется шестью показателями, в том числе таким важным, как вероятность безотказной работы. Этот показатель широко применяется в народном хозяйстве для оценки самых различных видов технических средств: электронной аппаратуры, теплообменные аппараты систем воздушного отопления, летательных аппаратов, деталей, узлов и агрегатов, транспортных средств, нагревательных элементов. Расчет этих показателей проводят на основе государственных стандартов.

  • Отказ— одно из основных понятий надежности, заключающееся в нарушении работоспособности изделия (один или несколько параметров изделия выходят за допускаемые пределы).
  • Интенсивность отказа — условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяется при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.
  • Вероятность безотказной работы — возможность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.

Долговечность также характеризуется шестью показателями, представляющие различные виды ресурса и срока службы. С точки зрения безопасности наибольший интерес представляет гамма-процентный ресурс — наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью g, выраженной в процентах. Так для объектов металлургического оборудования (машины для подъема и перемещения жидких металлов, насосы и устройства для перекачивания вредных жидкостей и газов) назначают g = 95 %.

Ремонтопригодность характеризуется двумя показателями: вероятностью и средним временем восстановления работоспособного состояния.

Ряд авторов подразделяют надежность на идеальную, базовую и эксплуатационную. Идеальная надежность — это максимально возможная надежность, достигаемая путем создания совершенной конструкции объекта при абсолютном учете всех условий изготовления и эксплуатации. Базовая надежность — надежность, фактически достигаемая при конструировании, изготовлении и монтаже объекта. Эксплуатационная надежность — действительная надежность объекта в процессе его эксплуатации, обусловленная как качеством проектирования, конструирования, изготовления и монтажа объекта, так и условиями его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Основные положения надежности будут неясны без определения такого важного понятия, как резервирование.

Резервирование — это применение дополнительных средств или возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

Одной из наиболее распространенных разновидностей резервирования является дублирование — резервирование с кратностью резерва один к одному. В связи с тем, что резервирование требует значительных материальных затрат, его применяют лишь для наиболее ответственных элементов, узлов или агрегатов, отказ которых угрожает безопасности людей или влечет тяжелые экономические последствия. Так пассажирские и грузопассажирские лифты подвешиваются на несколько канатов, самолеты снабжены несколькими двигателями, имеют дублированную электропроводку, в автомобилях применяется двойная и даже тройная система тормозов. Большое распространение получило и прочностное резервирование, основанное на концепции коэффициента запаса. Считается, что понятие прочности имеет самое непосредственное отношение не только к надежности, но и к безопасности. Более того, считается, что инженерные расчеты конструкций на безопасность почти исключительно строятся на использовании коэффициента запаса прочности. Значения этого коэффициента зависят от конкретных условий. Для сосудов, работающих под давлением, он составляет от 1,5 до 3,25, а для лифтовых канатов — от 8 до 25.

При рассмотрении производственного процесса во взаимосвязи его основных элементов необходимо использовать понятие надежности в более широком смысле. При этом надежность системы в целом будет отличаться от совокупности надежности ее элементов за счет влияния различных связей.

В теории надежности доказано, что надежность устройства, состоящего из отдельных элементов, соединенных (в надежностном смысле) последовательно, равна произведению значений вероятностей безотказной работы каждого элемента.

Связь надежности и безопасности совершенно очевидна: чем надежнее система, тем она безопаснее. Более того, вероятность несчастного случая можно трактовать как «надежность системы».

В то же время безопасность и надежность являются родственными, но не тождественными понятиями. Они дополняют одно другое. Так с точки зрения потребителя оборудование может быть надежным или не надежным, а по технике безопасности — безопасным или опасным. При этом оборудование бывает безопасным и надежным (приемлемо во всех отношениях), опасным и не надежным (безоговорочно отвергается), безопасным и не надежным (чаще всего отвергается потребителем), опасным и надежным (отвергается по техники безопасности, но может быть приемлемо для потребителя, если степень опасности не слишком велика).

Требования безопасности часто выступают в качестве ограничений на ресурс и срок службы оборудования или устройства. Это происходит, когда требуемый уровень безопасности нарушается до достижения предельного состояния вследствие физического или морального старения. Ограничения из-за требований безопасности играют особенно важную роль при оценке индивидуального остаточного ресурса, под которым понимается продолжительность эксплуатации от данного момента времени до достижения предельного состояния. В качестве меры ресурса может быть выбран любой параметр, характеризующийся продолжительностью эксплуатации объекта. Для летательных аппаратов мерой ресурса служит налет в часах, для транспортных средств — пробег в километрах, для прокатных станов — масса прокатного метала в тоннах и т.д.

Наиболее универсальной единицей с точки зрения общей методологии и теории надежности является единица времени. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Во — первых, время эксплуатации технического объекта включает и перерывы, в течение которых суммарная наработка не нарастает, а свойства материалов могут изменяться. Во — вторых, применение экономико-матеатических моделей для обоснования назначенного ресурса возможно лишь с использованием назначенного срока службы (срок службы определяется как календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или его возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние и измеряется в единицах календарного времени). В — третьих, исчисление ресурса в единицах времени позволяет ставить задачи прогнозирования в наиболее общей форме.

Начальный импульс к созданию численных методов оценки надежности был дан в связи с развитием авиационной промышленности и низким уровнем безопасности полетов на начальных этапах. Значительное число авиационных катастроф при постоянно возрастающей интенсивности воздушных ресурсов обусловило необходимость выработки критериев надежности для самолетов и требований к уровню безопасности. В частности, был проведен сравнительный анализ одного из многочисленных самолетов с точки зрения успешного завершения полетов.

Показательной с точки зрения безопасности является хронология развития теории и техники надежности. В 40-х годах основные усилия для повышения надежности были сконцентрированы на всестороннем улучшении качества, причем превалирующее значение имел экономический фактор. Для увеличения долговечности узлов и агрегатов различных видов оборудования разрабатывались улучшенные конструкции, прочные материалы, совершенные измерительные инструменты. В частности, электротехническое отделение фирмы «General Motors» (США) увеличило активный ресурс приводных двигателей локомотивов с 400 тыс. до 1,6 млн. км за счет использования улучшенной изоляции и применения усовершенствованных конических и сферических роликовых подшипников, а также проведения испытаний при высокой температуре. Был достигнут прогресс в разработке ремонтопригодных конструкций и в обеспечении предприятий оборудованием, инструментом и документацией для выполнения профилактических работ и операций по техническому обслуживанию.

Одновременно получило распространение составление и утверждение типовых графиков периодических проверок, карт контроля высокопроизводительного станочного оборудования.

В 50-е годы большое значение стали придавать вопросам обеспечения безопасности, особенно в таких перспективных отраслях, как космонавтика и атомная энергетика. Этот период является началом использования многих широко распространенных в настоящее время понятий по надежности элементов технических устройств, таких, как ожидаемая долговечность, соответствие конструкции заданным требованиям, прогнозирование показателей надежности.

В 60-е годы стала очевидной острая необходимость в новых методах обеспечения надежности и более широкое их применения. Центр внимания переместился от анализа поведения отдельных элементов различного типа (механических, электрических или гидравлических) на последствия, вызываемые отказом этих элементов в соответствующей системе. В течение первых лет эры космических полетов значительные усилия были затрачены на испытания систем и отдельных элементов. Для достижения высокой степени надежности получил развитие анализ блок-схем в качестве основных моделей. Однако с увеличением сложности блок-схем появилась необходимость в другом подходе, был предложен, а затем получил широкое распространение принцип анализа систем с помощью дерева отказов. Впервые он использовался в качестве программы для оценки надежности системы управления запуском ракет «МИНИТМЕН».

Впоследствии методика построения дерева отказов была усовершенствована и распространена на широкий круг различных технических систем. После катастрофических аварий на подземных комплексах запуска межконтинентальных баллистических ракет в США официально было введено в практику изучение безопасности систем как отдельной независимой деятельности. Министерство обороны США ввело требование по проведению анализа надежности на всех этапах разработки всех видов вооружения. Параллельно были разработаны требования по надежности, работоспособности и ремонтопригодности промышленных изделий.

В 70-е годы наиболее заметной была работа по оценке риска, связанного с эксплуатацией атомных электростанций, которая проводилась на основе анализа широкого спектра аварий. Ее основная направленность заключалась в оценке потенциальных последствий подобных аварий для населения в поисках путей обеспечения безопасности.

В последнее время проблема риска приобрела очень серьезное значение и до настоящего времени привлекает все возрастающее внимание специалистов самых различных областей знаний. Это понятие настолько присуще как безопасности, так и надежности, что термины «надежность», «опасность» и «риск» часто смешивают.

Среди технических причин несчастных случаев на производстве причины, связанные с недостаточной надежностью производственного оборудования, сооружений, устройств или их элементов, занимают особое место, поскольку чаще всего они проявляются внезапно и в связи с этим характеризуются высокими показателями тяжести травм.

Большое количество видов, используемых в промышленности, строительстве и на транспорте металлоемкого оборудования и конструкций является источником опасных производственных факторов вследствие существующей возможности аварийного выхода из строя отдельных деталей и узлов.

Основной целью анализа надежности и связанной с ней безопасности производственного оборудования и устройств является уменьшение отказов (в первую очередь травмоопасных) и связанных с ними человеческих жертв, экономических потерь и нарушений в окружающей среде.

В настоящее время существует довольно много методов анализа надежности и безопасности. Так наиболее простым и традиционным для надежности является метод структурных схем. При этом объект представляется в виде системы отдельных элементов, для которых возможно и целесообразно определить показатели надежности. Структурные схемы применяются для расчета вероятности отказов при условии, что в каждом элементе одновременно возможен только один отказ. Подобные ограничения вызвали появление других методов анализа.

  • Метод предварительного анализа опасности определяет опасности для системы и выявляет элементы для определения видов отказов при анализе последствий, а также для построения дерева отказов. Он является первым и необходимым шагом при любом исследовании.
  • Анализ последствий по видам отказов ориентирован главным образом на аппаратуру и рассматривает все виды отказов по каждому элементу. Недостатки заключаются в больших затратах времени и в том, что часто не учитывается сочетание отказов и человеческого фактора.
  • Анализ критичности определяет и классифицирует элементы для усовершенствования систем, однако часто не учитывает отказы с общей причиной взаимодействия систем.
  • Анализ с помощью дерева событий применяется для определения основных последовательностей и альтернативных результатов отказов, но не пригоден при параллельной последовательности событий и для детального изучения.
  • Анализ опасностей и работоспособности представляет расширенный вид анализа последствий по видам отказов, который включает причины и последствия изменений основных переменных параметров производства.
  • Анализ типа «причина-последствие» хорошо демонстрирует последовательные цепи событий, достаточно гибок и насыщен, но слишком громоздкий и трудоемкий.

Наиболее распространенным методом, получившим широкое применение в различных отраслях, является анализ с помощью дерева отказов. Данный анализ четко ориентирован на отыскание отказов и при этом выявляет такие аспекты системы, которые имеют важное значение для рассматриваемых отказов. Одновременно обеспечивается графический, наглядный материал. Наглядность дает специалисту возможность глубоко проникнуть в процесс работы системы и в тоже время позволяет сосредотачиваться на отдельных конкретных ее отказах.

Главное преимущество дерева отказов по сравнению с другими методами заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы. В тоже время построение дерева отказов является определенным видом искусства в науке, поскольку нет аналитиков, которые бы составили два идентичных дерева отказов.

Чтобы отыскать и наглядно представить причинную взаимосвязь с помощью дерева отказов, необходимо использовать элементарные блоки, подразделяющие и связывающие большое число событий.

Таким образом, применяемые в настоящее время методы анализа надежности и безопасности оборудования и устройств, хотя и имеют определенные недостатки, все же позволяют достаточно эффективно определять причины различного рода отказов даже у сравнительно сложных систем. Последнее особенно актуально в связи с большой значимостью проблемы возникновения опасностей, обусловленных недостаточной надежностью технических объектов.

Источник

Расчет показателей надежности

ПОКАЗАТЕЛЬ НАДЕЖНОСТИ . Количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.

ЕДИНИЧНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ НАДЕЖНОСТИ . Показатель надежности , характеризующий одно из свойств, составляющих надежность объекта.

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ НАДЕЖНОСТИ . Показатель надежности , характеризующий несколько свойств, составляющих надежность объекта.

РАСЧЕТНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ НАДЕЖНОСТИ . Показатель надежности, значения которого определяются расчетным методом.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ НАДЕЖНОСТИ . Показатель надежности , точечная или интервальная оценка которого определяется по данным эксплуатации.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ НАДЕЖНОСТИ . Показатель надежности , точечная или интервальная оценка которого определяется по данным эксплуатации.

ВЕРОЯТНОСТЬ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ – P(t) . Вероятность того, что в пределах заданнойнаработки (или в интервале времени от 0 до t ) отказ объекта не возникает:

где N(t) – число работоспособных устройств в момент времени t ;

N 0 – число работоспособных устройств в момент времени t=0 (число наблюдаемых устройств).

Вероятность безотказной работы выражается числом от нуля до единицы (или в процентах). Чем больше значение вероятности безотказной работы устройства, тем оно надежнее.

Пример . При эксплуатации 1000 силовых трансформаторов типа ОМ за год вышло из строя 15. Имеем N 0 = 1000 шт., N(t) = 985 шт. P(t)=N(t)/N 0 = 985/1000 = 0 , 985.

ВЕРОЯТНОСТЬ ОТКАЗА – q(t) . Вероятность того, что в пределах заданнойнаработки (или в интервале времени от 0 до t ) произойдет отказ:

где n(t) – число устройств, отказавших к моменту времени t ;

N 0 – число работоспособных элементов устройств в момент времени t=0 (число наблюдаемых устройств).

СРЕДНЯЯ НАРАБОТКА ДО ОТКАЗА . Математическое ожидание наработки объекта до первого отказа Т ср (среднее значение продолжительности работы ремонтируемого устройства до первого отказа):

где t i – продолжительность работы (наработка) до отказа i -го устройства;

N 0 – число наблюдаемых устройств.

Пример . При эксплуатации 10 пускателей выявили, что первый отказал после 800 переключений, второй – 1200, далее соответственно – 900, 1400, 700, 950, 750, 1300, 850, 1150.

Т ср = (800 + 1200 + 900 + 1400 + 700 + 950 + 750 + 1300 + 850 + 1150)/10 = 1000 переключений

СРЕДНЯЯ НАРАБОТКА НА ОТКАЗ . Т — отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течении этой наработки (среднее время наработки между отказами).

ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТКАЗОВ . Условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник (среднее число отказов в единицу времени):

где n(Dt) — число устройств, отказавших в период времени Dt ;

N — число наблюдаемых устройств;

Dt – период наблюдения.

Пример . При эксплуатации 1000 трансформаторов в течение 10 лет произошло 20 отказов (причем, каждый раз отказывал новый трансформатор). Имеем: N = 1000шт., n(Dt) = 20 шт., Dt = 10 лет.

l(t) = 20/(1000 × 10) = 0,002 (1/год).

СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ. Математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа Т ср (среднее время вынужденного или регламентного простоя устройства, вызванного обнаружением и устранением отказа).

где i – порядковый номер отказа;

t i – среднее время обнаружения и устранения i -го отказа.

КОЭФФИЦИЕНТ ГОТОВНОСТИ . К Г — вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течении которых применение объекта по назначению не предусматривается.

Определяется как отношение наработки на отказ устройства в единицах времени к сумме этой наработки и времени восстановления.

Основной метод расчета надежности основывается на экспоненциальной математической модели безотказной работы элементов (наиболее часто встречающейся при исследовании надежности систем управления и предполагающей постоянство интенсивности отказов во времени):

вероятность безотказной работы за наработку t :

средняя наработка на отказ (до отказа) равна обратной величине интенсивности отказов:

,

Допущения, предопределяемые данным методом:

отказы комплектующих элементов являются случайными независимыми событиями;

одновременно два и более элемента отказать не могут;

интенсивность отказов элементов в течении срока их службы в одних и тех же рабочих режимах и условиях эксплуатации является постоянной;

отказы элементов бывают двух видов обрыв (О) и короткое замыкание (КЗ).

Вероятность безотказной работы системы, имеющего в своем составе N элементов (блоков):

где P i(t) — вероятность безотказной работы элемента (блока).

Интенсивность отказов блока, состоящего из M комплектующих элементов:

.

Интенсивность отказов элементов, работающих в переменных режимах на заданном отрезке времени:

где l 1 , l 2 — интенсивности отказов на интервалах t 1 , t 2 соответственно.

Связь интенсивности отказов с наработкой и вероятностью безотказной работы:

.

Перед началом расчета на основании логического анализа принципиальных и структурных схем, функционального назначения определяется структура объекта с точки зрения надежности ( последовательное и параллельное соединение элементов).

Параллельное с точки зрения надежности соединение элементов – когда устройство откажет, если откажут все элементы.

Последовательное с точки зрения надежности соединение элементов – когда устройство откажет если откажет хотя бы один элемент.

Причем, элементы, соединенные электрически последовательно (параллельно) могут с точки зрения надежности быть наоборот параллельными (последовательными).

Для разных типов отказов (короткое замыкание или обрыв) элементы могут с точки зрения надежности последовательными для одного типа отказа и последовательными для другого. Например, гирлянда изоляторов, электрически соединенные последовательно для отказа типа короткое замыкание с точки зрения надежности имеют параллельное соединение, а для отказа типа обрыв – последовательное.

Стратегии технического обслуживания (ТО) и ремонта (Р)

СТРАТЕГИЯ. Любое правило, предписывающее определенные действия в каждой ситуации процесса принятия решений. Формально стратегия — это функция от имеющейся в данный момент информации, принимающая значения на множестве альтернатив, доступных в данный момент.

СТРАТЕГИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ (РЕМОНТА). Система правил управления техническим состоянием в процессе технического обслуживания ( ремонта ).

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ. Комплекс операций или операция по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ. Процесс перевода объекта в работоспособное состояние из неработоспособного состояния .

РЕМОНТ. Комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности изделий и восстановлению ресурсов изделий или их составных частей.

СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ТЕХНИКИ . Совокупность взаимосвязанных средств, документации технического обслуживания и ремонта и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества изделий, входящих в эту систему.

ПЕРИОДИЧНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ (РЕМОНТА). Интервал времени или наработка между данным видом технического обслуживания (ремонта) и последующим таким же видом или другим большей сложности. Под видом технического обслуживания (ремонта) понимают техническое обслуживание (ремонт ), выделяемое (выделяемый) по одному из признаков: этапу существования, периодичности, объему работ, условиям эксплуатации, регламентации и т.д.

ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ . Техническое обслуживание , выполняемое через установленные в эксплуатационной документации значения наработки или интервалы времени.

РЕГЛАМЕНТИРОВАННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ . Техническое обслуживание , предусмотренное в нормативно-технической или эксплуатационной документации и выполняемое с периодичностью и в объеме, установленными в ней, независимо от технического состояния изделия в момент начала технического обслуживания.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ С ПЕРИОДИЧЕСКИМ КОНТРОЛЕМ . Техническое обслуживание, при котором контроль технического состояния выполняется с установленными в нормативно-технической или эксплуатационной документации периодичностью и объемом, а объем остальных операций определяется техническим состоянием изделия в момент начала технического обслуживания .

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ С НЕПРЕРЫВНЫМ КОНТРОЛЕМ . Техническое обслуживание , предусмотренное в нормативно-технической или эксплуатационной документации и выполняемое по результатам непрерывного контроля технического состояния изделия .

Выбор оптимальной стратегии ТО и Р

Решение этой задачи должно предусматривать разработку порядка назначения того или иного вида ТО и Р, обеспечивающего максимальную эффективность использования системы электроснабжения.

Возможны три основные стратегии ТО и Р:

1) восстановление после наступления отказа;

2) предупредительное восстановление по наработке — после выполнения определенного объема работ или продолжительности использования;

3) предупредительное восстановление по техническому состоянию (ТС) (с контролем параметров). Применительно к агрегатно-узловому методу можно назвать еще одну стратегию — восстановление по ТС с контролем показателей надежности.

Для таких сложных технических систем как система электроснабжения, назначать одну и ту же стратегию проведения ТО и Р нецелесообразно — для каждого элемента, устройства, агрегата должна быть выбрана своя стратегия с учетом их роли в обеспечении показателей эффективности эксплуатации машин с использованием экономико-математических моделей. При этом в качестве исходной информации используются:

— показатели надежности оборудования и его элементов, оцененные на стадии разработки и определенные в процессе эксплуатации;

— стоимости плановых и неплановых ТО и Р;

— значения ущерба от простоя оборудования;

— влияния технического состояния элементов на показатели качества электроэнергии;

— стоимость технического диагностирования;

— существующая система ТО и Р;

— обеспечение требований безопасности движения, электробезопасности и экологической безопасности.

Восстановительные воздействия после отказа применяются для элементов, отказы которых не приводит к потери работоспособности системы электроснабжения и нарушениям требований безопасности.

Для элементов, отказ которых является одновременно отказом системы, при этой стратегии ТО и Р какие-либо действия, управляющие безотказностью и уровню удельных потерь, невозможны. Уровень безотказности и нижняя граница потерь от отказа предопределены только надежностью элемента и не могут быть уменьшены без ее повышения, т. е. без изменения конструкции.

При стратегии предупредительного восстановления по наработке имеются два вида потерь — отказы одних элементов и недоиспользование других. Уменьшить один вид потерь без одновременного увеличения другого невозможно; можно только минимизировать суммарные удельные потери (при оптимальной периодичности ТО и Р).

При стратегии предупредительного восстановления по результатам контроля параметров (технического диагностирования) появляется возможность уменьшить потери от отказа и потери от недоиспользования ресурса, причем в большей степени, чем ниже уровень затрат на диагностирование.

При стратегии ТО и Р с контролем параметров должны быть установлены предотказовые значения параметров (критерии предотказового состояния) элементов и определена частота контроля (при использовании мобильных средств диагностики). Эта стратегия должна применяться для ответственных элементов, обладающих достаточной контролепригодностью, отказы которых приводят к длительным простоям или нарушениям требований безопасности.

Преимущества третьей стратегии очевидны, однако существуют два технических ограничения ее сферы применения:

невозможность контролировать вообще или с требуемой точностью и приемлемой стоимостью параметры ТС отдельных элементов неразрушающими методами;

скачкообразное (мгновенное) изменение параметров ТС отдельных элементов.

Следует отметить, что эти ограничения являются относительными — они обусловлены уровнем развития методов и средств диагностирования. По мере их совершенствования будут расширяться возможности контроля неразрушающими методами параметров ТС, т.е. будут сниматься ограничения.

Для неответственных однотипных элементов и для перспективного планирования ТО и Р может использоваться стратегия восстановления с контролем показателей надежности.

Систему ТО и Р системы электроснабжения необходимо формировать вначале на уровне агрегатов и узлов, а затем машины в целом. Выбор стратегии ТО и Р должен вестись по минимуму суммарных удельных потерь при обеспечении нормативных значений качества электроснабжения и обеспечения безопасности эксплуатации.

В предварительную программу ТО и Р элемента должны входить: объемы и периодичность ТО и Р по наработке; объемы и периодичность контрольно-диагностических работ, в том числе работ по контролю наличия отказавших элементов, восстановление которых предусмотрено после отказа (локализация отказа); предельные (предотказовые) значения параметров и признаки ТС элементов. Разработанная предварительная программа ТО и Р каждого агрегата, устройства служит основой для формирования системы ТО и Р системы электроснабжения в целом.

В общем случае оптимальные сроки ТО и Р разных агрегатов, узлов могут не совпадать, а проведение многочисленных рассредоточенных во времени ТО и Р является нецелесообразным. Необходимо группировать процессы ТО и Р по разным агрегатам и устройствам оптимальным образом и назначать периодичности работ по условиям эксплуатации конкретной установки с учетом ее фактического ТС.

Источник

Читайте также:  Всеинструменты ру аренда оборудования