что такое надежность оборудования

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.

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.

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.

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.

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

Что такое надежность оборудования

1. Основные понятия теории надежности

1.1 Значение, методы и основные понятия теории надежности

Надежность является одним из признаков качества объектов машиностроения, электроники, радиотехники др. Надежность определяется как свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость в отдельности или определенное сочетание этих свойств как для объекта, так и для его частей.

Обычно говорят, что теория надежности является обратной связью от потребителя-эксплуатационника оборудования к его конструктору. Считается, что на стадии конструирования и проектирования объекта разработчик должен заложить или прогнозировать соответствующие показатели надежности; на стадии изготовления оборудования инженерная служба должна обеспечить заложенную в проекте надежность; на стадии эксплуатации надежность должна поддерживаться за счет проведения соответствующего технического обслуживания и ремонтных работ. Очевидно, что службы надежности на этих трех этапах тесно связаны друг с другом.

Рис. 1. Зависимость между показателем надежности и затратами

Рис. 2. Изменение затрат по времени эксплуатации изделия

В теории надежности разрабатываются методы оценки надежности изделий и ее количественные характеристики, служба надежности собирает и анализирует эксплуатационную информацию, разрабатывает и осуществляет возможные виды испытаний изделий на надежность, разрабатывает конструктивные пути повышения показателей надежности, методы расчета и прогнозирования надежности, методы рациональной эксплуатации и ремонта изделий, разрабатываются организационные, экономические проблемы надежности, влияние субъективных особенностей оператора и среды на надежность функционирования изделий.

Рассмотрим некоторые основные понятия, используемые стандартом теории надежности.

Необходимо отметить, что понятие «исправность» шире чем понятие «работоспособность». Работоспособный объект может быть неисправным. Кроме того, «наработка» может измеряться в единицах времени, длины, площади и т.д. Различают «суточную наработку», «месячную наработку», «наработку до первого отказа», «наработку между отказами» (наработку на отказ), «заданную наработку» и т.д. Под объектом в теории надежности понимается как целые системы, так и их элементы.

Источник

Свойства надёжности оборудования 1ч

Часть 1

Введение

Надежность является лишь одним, хотя и важнейшим, из свойств любого технического изделия, определяющих его качество. Но сама надежность, в свою очередь, также характеризуется рядом различных свой­ств. Основными из них в настоящее время принято считать:

безотказность;

долговечность;

ремонтопригодность;

сох­раняемость.

До сравнительно недавнего времени как в нашей, так и в зарубежной печати надежность изделия нередко отождест­
влялась с его безотказностью. Конечно, для многих изделий, как мы увидим дальше, безотказность является основным, важнейшим требованием, определяющим их надежность. Однако для других изделий не меньшее значение при оцен­ке их надежности могут иметь долговечность, ремонтопригод­ность и сохраняемость. Поэтому рассмотрим каждое из этих свойств несколько подробнее.

Безотказность

Под безотказностью, в соответствии с установленной тер­минологией, принято понимать свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынуж­денных перерывов. Иными словами, это способность изделия не иметь отказов в течение требуемого времени при эксплу­атации его в заданных условиях. Применительно к трубопроводной арматуре время безотказности запорных устройств порой доходит до нескольких десятилетий.

Иногда говорят, что в технике нет свойства безотказности, так как любое изделие когда-нибудь неизбежно откажет. Но ведь в приведенном определении безотказности и не выдвига­ется требования, чтобы отказов в изделии не было никогда, в нем говорится лишь о способности изделия проработать без отказов в течение некоторого времени (наработки), тре­буемого условиями эксплуатации. А такие условия в ряде случаев бывают и крайне необходимы, и вполне выполнимы.

Возьмем любое техническое изделие или систему, наруше­ние работоспособности которых может быть связано с опас­ностью для жизни человека. Решились ли бы мы отправить человека в космический полет, если бы не были уверены в безотказности космического корабля, в том, что за все требуе­мое время полета в нем не произойдет ни одного отказа?

Все более широкая номенклатура различной аппаратуры применяется в медицине. Существует, например, аппаратура, предназначенная для поддержания деятельности сердца боль­ного во время операции. Нужно ли говорить, что требование безотказности такой аппаратуры является абсолютно необ­ходимым, что если в ней в течение времени, требуемого для операции, произойдет хотя бы кратковременное нарушение работоспособности, это может стоить человеку жизни.

Однако требование безотказной работы в течение задан­ного времени важно не только для изделий, связанных с безопасностью человека. Оно может иметь большое значе­ние и для многих видов промышленного и сельскохозяйствен­ного оборудования.

Известно, что многие сельскохозяйственные машины ра­ботают всего несколько месяцев, а иногда и несколько недель в году. Так, зерноуборочные комбайны работают в среднем всего 20—30 дней в году. Если в эти дни в комбайне про­изойдет тот или иной отказ и машина станет на ремонт, это может сорвать своевременную уборку урожая и привести к большим потерям хлеба. Поэтому, естественно, что для ком­байна очень важное значение имеет безотказность в работе в течение уборки. После же окончания уборки можно спокой­но проверить состояние каждого комбайна и, если нужно, произвести необходимый ремонт.

Следовательно, для многих машин, аппаратов, приборов безотказность является основным требованием, определяю­щим их надежность. И все же, как мы уже говорили, отож­дествлять безотказность и надежность нельзя. Действительно, если комбайн используется лишь во время уборки урожая, самолет—только в часы полета, то большинство машин и механизмов работает круглый год. В течение всего года рабо­тает оборудование заводов, фабрик, парк автомобилей, железнодорожный транспорт и т. д. Поэтому совершенно по­нятно, что для такого оборудования, машин, механизмов очень важное значение имеет не только безотказность в рабо­те в течение какого-то ограниченного времени, но и сохране­ние их работоспособности (конечно, при условии своевремен­ного проведения необходимых ремонтов) в течение возможно более длительного времени.

Ведь даже когда мы говорим, что важнейшим требовани­ем, обусловливающим надежность комбайна, является безот­казность, мы, конечно, не имеем в виду, что, проработав без отказов в течение всей уборки, комбайн затем будет списан в лом. Каждому понятно, что использовать такой комбайн было бы экономически невыгодно. Нужно, чтобы после осмот­ра и ремонта комбайна по окончании уборки он мог быть использован и на следующий сезон и, чем больше лет он про­работает, тем будет выгоднее для государства.

Возьмем еще более простой пример из нашего быта. Конечно, каждому из нас хотелось бы, чтобы отказы в на­шем телевизоре происходили возможно реже и нам реже приходилось бы вызывать для его ремонта техника из ателье. Но этого мало, нам хотелось бы также, чтобы наш телеви­зор при условии своевременного проведения ремонта мог сохранять свою работоспособность, т. е. обеспечивать хоро­шее качество изображения, звука и т. д., не год, не два, а в течение по крайней мере нескольких лет.

Значит, надежность многих технических изделий обуслов­ливается не только их безотказностью, но и их долговечно­стью.

Долговечность

Долговечность — это свойство изделия сохранять рабо­тоспособность оборудования до предельного состояния, с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

В зависимости от назначения изделий на первый план при оценке их надежности в одном случае может выдвигаться безотказность, в другом—долговечность. Возьмем для приме­ра металлорежущий станок. Конечно, нужно стремиться к то­му, чтобы отказы в нем происходили возможно реже, чтобы, скажем, всю смену он работал безотказно. Но это скорее яв­ляется желательным, чем абсолютно необходимым требовани­ем. Ведь отказы станка ни с какими катастрофическими по­следствиями не связаны. Если конструкция станка хорошо продумана, устранение каждого отказа должно занимать не­много времени, и поэтому вынужденные перерывы в его ра­боте будут очень непродолжительными. Конечно, все же лю­бой отказ связан с какими-то дополнительными расходахми, с теми или иными потерями. Однако требование полной безот­казности станка в течение длительного времени может вести к такому увеличению его стоимости, что его окупаемость рас­тянется на многие годы, иногда превышая срок его морально­го и физического износа.

Поэтому, если, скажем, для самолета на первое место выдвигается безотказность и уже затем учитывается долго­вечность, то для металлорежущего станка, как и для многих других видов оборудования, на первом плане стоит долговеч­ность, а уще затем рассчитывается экономически обоснован­ная, требуемая условиями производства соответствующая безотказность.

В приведенном определении долговечности все было бы понятным, ёсли бы не слова «до предельного состояния». Может быть, можно было бы сказать проще: «Свойство изде­лия сохранять работоспособность до полного износа»?. Эта было бы проще, но менее точно.

Действительно, предположим, что речь идет об авиацион­ном двигателе. Если его использовать до полного износа и отказ его произойдет в полете, это может привести к аварии. Поэтому авиационный двигатель должен эксплуатироваться не до полного износа, а до какого-то предельного состояния, устанавливаемого исходя из требований обеспечения безо­пасности полетов.

Каждое изделие, предназначенное для длительного ис­пользования, может ремонтироваться за весь срок своей службы много раз. Допустим, вышел из строя в автомобиле двигатель—можно сменить его. Сломалась рама—можно поставить новую. Можно, наконец, заменить и весь кузов. Но до каких пор стоит ремонтировать автомобиль? Очевидно, наступает такое его состояние, когда дальнейший ремонт становится уже экономически невыгодным, а связанные с ним расходы—неоправданными.

Следовательно, предельное состояние каждого изделия может определяться исходя либо из требований безопасности, либо из экономических или каких-либо других соображений.

Долговечность изделия зависит главным образом от долговечности его деталей. Определить долговечность любой детали сравнительно просто. Скажем, долговечность колен­чатого вала автомобиля определяется числом часов работы или числом километров пробега с учетом времени работы вала после произведенных перешлифовок шеек; вал сдается в лом, когда дальнейшая перешлифовка становится невозможной.

Значительно труднее определить долговечность всего изделия в целом. Мы уже говорили, что любое изделие мож­но ремонтировать много раз, заменяя изношенные детали. Стремиться при всех условиях к максимальной долговечности технических изделий было бы неправильно. Необоснованно завышенные сроки службы оборудования, машин, приборов могут привести к техническому застою, затормозить темпы технического прогресса. Очевидно, для каждого вида изделий должны быть выбраны и обоснованы показатели не макси­мальной, а оптимальной долговечности. Если оптимальная долговечность изделия определяется исходя из экономических соображений, должны учитываться расходы как При произ­водстве, так и при эксплуатации данного изделия. Это совер­шенно закономерно, ибо иногда небольшая экономия при из­готовлении изделия ведет к значительному увеличению расхо­дов при его эксплуатации, и, наоборот средства, затраченные в производстве на повышение срока службы изделия, во мно­го раз окупаются при его эксплуатации.

Иногда, отождествляя надежность с безотказностью, говорят, что изделие может быть надежным, но недолговеч­ным. После всего сказанного должно быть ясно, что такое выражение неточно. Правиль­нее говорить, что изделие может быть безотказным, но не­долговечным, или наоборот.

Уточним еще раз различие между безотказностью и долго­вечностью. И та, и другая характеризуют свойство изделия сохранять свою работоспособность. И тем не менее различие между ними весьма существенно.

Безотказность свидетельствует о способности изделия сохранять работоспособность в течение какого-то заданного, ограниченного промежутка времени, без вынужденных перерывов.

Долговечность свидетельствует о способности изделия длительно сохранять работоспособность, но зато с перерыва­ми для необходимых ремонтов.

Лишь для некоторых изделий понятия «безотказность» и «долговечность» могут оказаться тесно связанными.

Источник