10.3. Обеспечение надежности при эксплуатации
В процессе эксплуатации любое техническое устройство или объект или система может находиться в нескольких различных состояниях:
Непосредственное использование по назначению (работа).
Текущее обслуживание (непосредственно до, после или в процессе работы: заправка, настройка, осмотр, устранение мелких неисправностей).
Периодическое обслуживание (профилактика после определённой наработки).
Ремонт (планово-предупредительный, неплановый, капитальный и т.д.).
Простой (нерабочее состояние, при котором персонал не предпринимает никаких действий).
Целью функционирования технического устройства является достижение максимально возможной эффективности его использования по назначению (иногда это называют эксплуатационной надежностью). Именно поэтому наиболее актуально обеспечение надежности в режиме непосредственной работы устройства. На достижение этой цели направлено и все техническое обслуживание. Таким образом, обеспечение надежности объекта при его эксплуатации представляет собой комплекс технических и организационных мер, осуществляемых во всех состояниях объекта. Эти меры включают в себя планирование и оптимизацию системы обслуживания и ремонта, методов технического диагностирования и контроля, применение аналитических методов прогнозирования надёжности объекта.
Приведем некоторые из примененных выше терминов.
Техническое обслуживание – операция или комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности объекта при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании.
Ремонт – комплекс мероприятий по восстановлению исправности или работоспособности и ресурса объекта.
В значительной мере повышению надежности при эксплуатации способствует объективная, достоверная, полная и оперативная информация о техническом состоянии объекта. Эта информация может быть получена методами технического диагностирования.
Техническое диагностирование – процесс определения и оценки технического состояния объекта путем анализа полной информации от его работе, повреждениях, нарушениях режимов, воздействиях и т.д. с применением технических средств и аналитических методов.
В процессе диагностирования могут осуществляться технический контроль и технический осмотр.
Технический контроль – проверка соответствия объекта установленным требованиям.
Технический осмотр – контроль, осуществляемый в основном при помощи органов чувств и, при необходимости, технических средств, применяемых в соответствии с требованиями технической документации.
Контроль при эксплуатации должен отвечать наиболее важным требованиям: объективность, достоверность, точность, полнота и достаточность, оперативность, представительность.
Объективность контроля подразумевает применение объективных методов оценки параметров, то есть определения их путем измерений. Достоверность должна быть обеспечена применением адекватных методов и поверенный средств измерений и корректными методами обработки результатов. Точность обеспечивается применением средств измерений с требуемыми метрологическими характеристиками. Полнота и достаточность зависят от того, в какой мере измерение параметров в выбранных точках контроля адекватна общему техническому состоянию объекта. Оперативность контроля важна для принятия своевременных решений и обеспечивается автоматизацией систем контроля. Представительность контроля означает, что контролируемые параметры действительно являются основными и характеризуют техническое состояние объекта контроля.
Оптимизация методов и процедур контроля технического состояния при эксплуатации сложных систем возможна лишь с применением научных методов. Научно обоснованные методы позволяют решить ряд возникающих при этом взаимосвязанных задач:
определение пространства состояний объекта контроля и вектора технического состояния в этом пространстве;
декомпозиция многомерного пространства состояний на подмножества, соответствующие определённому виду технического состояния;
определение контролируемых (измеряемых) параметров, представительных с точки зрения технического состояния, и установление точек контроля;
обоснование критериев принятия решения о техническом состоянии с учетом допускаемых искажения и частичной потери информации;
разработка математической модели состояния для его прогнозирования.
Применяемые при контроле методы и средства зависят от его цели:
проверка работоспособности (проверка соответствия);
проверка запаса работоспособности (проверка соответствия);
диагностика неисправностей;
локализация неисправностей;
анализ неисправностей;
исследование процессов для выработки рекомендаций по изменению режимов эксплуатации.
Эффективность эксплуатации восстанавливаемых объектов существенно зависит от значений их показателей ремонтопригодности. Восстановление исправного или работоспособного состояния объекта может осуществляться при различных видах ремонта. Классификация ремонта приведена в табл. 7.
Таблица 7
Классификация ремонта
-
Признак
|
Виды ремонта
|
Регламентация
|
Регламентированный
|
По техническому состоянию
|
Степень восстановления ресурса
|
Капитальный
|
Средний
|
Текущий
|
Плановость
|
Плановый
|
Неплановый
|
Помимо технических показателей ремонтопригодности в оптимизации ремонта учитываются и экономические показатели. На рис.21 схематично показаны изменения со временем эксплуатации остаточной стоимости объекта, стоимости его профилактического и текущего обслуживания и ремонта.
1аблица 7
4
3
2
стоимость
время
Рис.21. Изменение экономических показателей от времени эксплуатации: 1 – остаточная стоимость объекта, 2 - стоимость обслуживания и ремонта, 3 – стоимость ремонта, 4 – стоимость профилактического и текущего обслуживания
Очевидно, что с течением времени ремонт становится всё менее целесообразным экономически. Возможно даже достижение состояния, при котором ремонт обойдётся дороже, чем приобретение или изготовление нового объекта. При этом нужно иметь в виду, что по мере эксплуатации объект стареет не только физически, но и устаревает морально. Таким образом, решение вопроса о целесообразности ремонта является нетривиальной задачей на оптимум.
11. Испытания на надежность (определение надежности по экспериментальным данным)
11.1. Классификация испытаний и планов испытаний на надежность
Фактические данные, позволяющие проводить контроль (подтверждение или неподтверждение) или определение показателей надежности технических устройств, могут быть получены в результате их испытаний или эксплуатации.
Испытания – экспериментальное определение (оценивание) и/или контроль количественных и/или качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при его функционировании, при моделировании объекта и/или воздействия.
Испытания проводятся на всех стадиях жизненного цикла изделия. Их классификация возможна по различным признакам (табл. 8).
Таблица 8
Классификация испытаний технического объекта
Признаки
|
Виды испытаний
|
ПО СТАДИИ ЖЦП:
|
|
НИР:
|
исследовательские (оценочные, определительные)
|
ОКР:
|
доводочные, предварительные, приемочные
|
ПРОИЗВОДСТВО:
|
контрольные (квалификационные), предъявительские, приемосдаточные, периодические, типовые, технологические, инспекционные, сертификационные
|
ЭКСПЛУАТАЦИЯ:
|
подконтрольная эксплуатация, инспекционные, граничные, эксплуатационные периодические
|
ПО УРОВНЮ:
|
государственные, межведомственные, ведомственные
|
ПО УСЛОВИЯМ И МЕСТУ ПРОВЕДЕНИЯ:
|
лабораторные, стендовые, полигонные, натурные, на моделях
|
ПО ОПРЕДЕЛЯЕМЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ:
|
прочность, надежность (долговечность, безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость), безопасность, технологичность, предельные характеристики и др.
|
ПО ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ:
|
нормальные, ускоренные, форсированные, сокращенные
|
ПО ВОЗДЕЙСТВУЮЩИМ ФАКТОРАМ:
|
механические, гидравлические, климатические, тепловые, радиационные, биологические, химические, электромагнитные и др.
|
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ВОЗДЕЙСТВИЯ:
|
неразрушающие, разрушающие
|
Каждый вид испытаний предназначен для решения какой-либо основной цели (табл. 9).
Таблица 9
Цели испытаний технических устройств
№
|
Виды испытаний
|
Цели испытаний
|
1
|
Автономные
|
Оценка соответствия ТЗ или ТУ, определение допустимых режимов эксплуатации, отработка и проверка функционирования отдельных опытных изделий
|
2
|
Аттестационные
|
Установление категории (уровня) качества выпускаемой продукции
|
3
|
Граничные
|
Определение зависимости предельных параметров от режимов эксплуатации
|
4
|
Доводочные
|
Оценка влияния вносимых изменений на достижение заданных показателей (исследовательские)
|
5
|
Инспекционные
|
Стабильность качества продукции (контрольные выборочные испытания, проводимые уполномоченными организациями)
|
6
|
Исследовательские
|
Изучение характеристик свойств объекта
|
7
|
Квалификационные
|
Готовность предприятия к выпуску продукции (контрольные испытания установочной серии или первой партии продукции)
|
8
|
Контрольные
|
Контроль качества объекта
|
9
|
На надежность
|
Определение или оценка значений показателей надежности объекта (определительные или контрольные)
|
10
|
Определительные
|
Определение выходных характеристик объекта
|
11
|
Периодические
|
Стабильность качества продукции (контрольные испытания выпускаем продукции)
|
12
|
Предварительные
|
Возможность предъявления продукции на приемочные испытания (контрольные испытания опытных образцов)
|
13
|
Предъявительские
|
Целесообразность предъявления продукции заказчику (контрольные при выпуске продукции; проводит изготовитель)
|
14
|
Приемосдаточные
|
Приёмка готовой продукции (контрольные при приемочном контроле)
|
15
|
Приемочные
|
Решение вопроса о целесообразности постановки на производство (контрольные испытания опытных образцов)
|
16
|
Ресурсные
|
Определение или контроль показателей долговечности (испытания на надежность)
|
17
|
Технологические
|
Оценка технологичности продукции (при производстве)
|
18
|
Типовые
|
Эффективность и целесообразность вносимых изменений в конструкцию или технологию (контрольные испытания выпускаемой продукции)
|
19
|
Функциональные
|
Определение значений показателей назначения
|
В данном курсе нас интересуют лишь испытания на надежность. Эти испытания могут быть определительными или контрольными.
Определительные испытания на надежность – испытания с целью установления значений показателей надежности. Обычно определительные испытания проводятся на опытных образцах или партиях.
Контрольные испытания на надежность – испытания с целью подтверждения соответствия значений показателей надежности установленным требованиям. Обычно контрольные испытания проводят на выпускаемых изделиях данной партии.
И в том, и в другом случаях испытания проводят на отобранных из данной партии продукции образцах. Поэтому выборочные испытания должны быть проведены таким образом, чтобы их результаты и сделанные по ним выводы распространялись на всю партию изделий. Это означает, что и выборка должна быть представительной (быть частью генеральной совокупности) и статистика достаточной для обоснованных статистических выводов. Но и в этом случае имеется риск принять ошибочное решение (сделать ошибочный вывод). Одним из важных условий достижения цели испытаний является их правильное планирование.
Теорией и практикой испытаний на надежность разработано несколько вариантов проведения испытаний, называемых планами испытаний. Классификация планов и содержание испытаний по ГОСТ 27.002-89 приведены в табл. 10.
Символьное обозначение плана составляется по следующим правилам:
Количество объектов – N.
Невосстанавливаемые и незаменяемые объекты – U.
Невосстанавливаемые, но заменяемые объекты – R.
Восстанавливаемые объекты – M.
Наработка не отказавшего объекта – T.
Общее число отказавших объектов – r.
Суммарная наработка всех объектов – TΣ.
Прекращение испытаний в любой момент – S.
Наработка объекта до отказа или прекращения испытаний – z.
Снятие с испытаний n объектов – n.
При одновременных испытаниях символы плана заключают в квадратные скобки, а при неодновременных – в круглые.
Таблица 10
Планы испытаний на надежность
№
|
Вид плана
|
Содержание плана
|
1
|
2
|
3
|
1
|
[NUT]
|
План испытаний, согласно которому одновременно испытывают N объектов, отказавшие во время испытаний объекты не восстанавливают и не заменяют, испытания прекращают по истечении времени испытаний или наработки Tдля каждого, не отказавшего объекта.
|
2
|
[NUr], при r=N [NUN]
|
План испытаний, согласно которому одновременно испытывают N объектов, отказавшие во время испытаний объекты не восстанавливают и не заменяют, испытания прекращают, когда число отказавших объектов достигло r.
|
3
|
[NU(r,T)]
|
План испытаний, согласно которому одновременно испытывают N объектов, отказавшие во время испытаний объекты не восстанавливают и не заменяют, испытания прекращают, когда число отказавших объектов достигло r или по истечении времени испытаний или наработки Tдля каждого, не отказавшего объекта в зависимости от того, какое из условий выполняется раньше.
|
4
|
[NRT]
|
План испытаний, согласно которому одновременно начинают испытывать N объектов, отказавшие во время испытаний объекты заменяют новыми, испытания прекращают по истечении времени испытаний или наработки Tдля каждого из N позиций, в которых располагались первоначальные N объектов.
|
5
|
[NRr]
|
План испытаний, согласно которому одновременно начинают испытывать N объектов, отказавшие во время испытаний объекты заменяют новыми, испытания прекращают, когда число отказавших объектов, суммарное по всем позициям, достигнет r.
|
6
|
[NR(r,T)]
|
План испытаний, согласно которому одновременно начинают испытывать N объектов, отказавшие во время испытаний объекты заменяют новыми, испытания прекращают, когда число отказавших объектов, суммарное по всем позициям, достигнет r или по истечении времени испытаний или наработки Tдля каждой из позиций в зависимости от того, какое из условий выполняется раньше.
|
7
|
[NMT]
|
План испытаний, согласно которому одновременно испытывают N объектов, после каждого отказа объект восстанавливают, каждый объект испытывают до истечения времени испытаний или наработки T.
|
8
|
[NMTΣ]
|
План испытаний, согласно которому одновременно испытывают N объектов, после каждого отказа объект восстанавливают, испытания прекращают по истечении суммарного по всем объектам времени испытаний или наработки TΣ.
|
9
|
[NMr]
|
План испытаний, согласно которому одновременно испытывают N объектов, после каждого отказа объект восстанавливают, испытания прекращают, когда суммарное по всем объектам число отказов достигнет r.
|
10
|
[NM(r,TΣ)]
|
План испытаний, согласно которому одновременно испытывают N объектов, после каждого отказа объект восстанавливают, испытания прекращают, когда суммарное по всем объектам число отказов достигнет r или по истечении суммарного по всем объектам времени испытаний или наработки TΣ в зависимости от того, какое из условий выполняется раньше.
|
11
|
[NU(r1,n1),...(rk-1,nk-1),rk]
|
План испытаний, согласно которому одновременно испытывают N объектов, отказавшие во время испытаний объекты не восстанавливают и не заменяют, после возникновения r1 отказов с испытаний снимают n1 не отказавших объектов, после возникновения r2 отказов с испытаний снимают n2 не отказавших объектов и т.д.; испытания прекращают после возникновения rk отказов (цензурирование).
|
12
|
[NU(T1,n1),...(Tk-1,nk-1),Tk]
|
План испытаний, согласно которому одновременно испытывают N объектов, отказавшие во время испытаний объекты не восстанавливают и не заменяют, по истечении времени испытаний или наработки T1 с испытаний снимают n1 не отказавших объектов и т.д.; испытания прекращают по истечении времени испытаний или наработки Tk.
|
13
|
[NUz]
|
План испытаний, согласно которому одновременно испытывают N объектов, отказавшие во время испытаний объекты не восстанавливают и не заменяют, каждый объект испытывают в течение наработки zi, где zi=min(ti,τi), ti – наработка до отказа, а τi – наработка до снятия с испытаний работоспособного i–го объекта.
|
14
|
[NUS]
|
План испытаний, согласно которому последовательно или одновременно испытывают N объектов, отказавшие во время испытаний объекты не восстанавливают и не заменяют, по суммарному времени испытаний или наработке и числу отказов в любой момент принимают решение о приёмке, браковке или продолжении испытаний; испытания прекращают решением о приёмке или браковке.
|
15
|
[NRS]
|
План испытаний, согласно которому последовательно или одновременно начинают испытывать N объектов, отказавшие во время испытаний объекты заменяют новыми, по суммарному времени испытаний или наработке и числу отказов в любой момент принимают решение о приёмке, браковке или продолжении испытаний; испытания прекращают решением о приёмке или браковке.
|
16
|
[NMS]
|
План испытаний, согласно которому последовательно или одновременно испытывают N объектов, после каждого отказа объект восстанавливают, по суммарному времени испытаний или наработке и числу отказов в любой момент принимают решение о приёмке, браковке или продолжении испытаний; испытания прекращают решением о приёмке или браковке.
|
Накопленный опыт оценки надежности технических устройств позволил выработать рекомендации по планированию испытаний на надежность в зависимости от вида изделия и оцениваемого показателя надёжности (табл. 11).
Таблица 11
|
Скачать 0.82 Mb.