УМКД Надежность. Надежность УМКД 2017 (1). Учебнометодический комплекс дисциплины Надежность технологических машин
 Скачать 1.75 Mb.
|
2. КАРТА УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ДИСЦИПЛИНЫУчебная дисциплина «Надежность технологических машин» Кафедра «Технологические машины и транспорт» Специальность 5В072400- Технологические машины и оборудование Форма обучения: дневная Очная: 3 курс 6 семестр Общее количество часов по дисциплине 135 часов, в том числе лекции 30 часов, практические занятия (семинары) ___ часов, лабораторная работа 15 часов, СРС 67,5 часов, СРСП 22,5 часов.
Примечание: Пояснение по заполнению карты: В основной литературе указывать не менее 5 наименований учебной литературы Методические указания, в том числе указания, разработанные преподавателями кафедры записывать в дополнительную литературу Карта обеспеченности должна ежегодно корректироваться учетом новых поступлений литературы и изменения контингента 2-ой пункт в Учебно-методическом комплексе дисциплин «Карта учебно-методического обеспечения дисциплины» подготовлен согласно форме Ф АУНГ 703-19-17 Карта учебно-методической обеспеченности дисциплины. Издание пятое. 3. ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС Модуль I. Введение. Основы теории надежности Лекция 1. Тема: Введение Теоретическая база науки о надежности. Экономический аспект надежности. Несмотря на разнообразие машин, и условий их работы, формирование показателей надежности происходит по общим законам, подчиняется единой логике событий и раскрытие этих связей является основной для оценки, расчета и прогнозирования надежности, а также для построения рациональных систем производства, испытания и эксплуатации машин. Для выполнения этой задачи необходимо создать идеологию надежности. Надежность – это один из основных показателей качества изделий, проявляющийся во времени и отражающий изменения, происходящие в машине на протяжении всего времени ее эксплуатации. Надежность должна рассчитываться уже на стадии проектирования так же, как это делается для оценки прочности, деформаций, тепловых полей и других характеристик ответственных изделий. Человек всегда недоволен собой. Он ищет новые решения, создает новые машины, вырывает у природы новые тайны. Это приводит к тому, что возникают новые научно-технические проблемы, разрешение которых является необходимым условием для дальнейшего развития производительных сил общества. Одной из основных проблем машиностроения является проблема надежности. Надежность отражает свойство машины сохранять требуемые качественные показатели в течение всего периода эксплуатации. Решение проблемы надежности машин – это огромный резерв повышения эффективности производства, производительности общественного труда. Ненадежная машина не сможет эффективно функционировать, так как каждая ее остановка из-за повреждения отдельных элементов или снижения технических характеристик ниже допустимого уровня, как правило, влечет за собой большие материальные убытки, а в отдельных случаях может иметь катастрофические последствия. В настоящее время промышленность даже передовых стран несет огромные потери из-за недостаточной надежности и долговечности выпускаемых машин. Так, за весь период эксплуатации затраты на ремонт и техническое обслуживание машин в связи с их износом в несколько раз превышают стоимость новой машины. Особенностью проблемы надежности является ее связи со всеми этапами проектирования, изготовления и использования машины, начиная с момента, когда формируется и обосновывается идея создания новой машины и кончая принятием решения о ее списании. Основные решения по надежности, принятые на стадии проектирования или изготовления машины, непосредственно сказываются на ее эксплуатационных и экономических показателях, которые нередко вступают между собой в противоречие. Поэтому необходимо выявление связей между показателями надежности и возможностями по их повышению на каждом из этапов проектирования, изготовления и эксплуатации машины. При проектировании и расчете машины закладывается ее надежность. Она зависит от конструкции машины и ее узлов, применяемых материалов, методов защиты от различных вредных воздействий, системы смазки, приспособленности к ремонту и обслуживанию и других конструктивных особенностей. При изготовлении (производстве) машины обеспечивается ее надежность. Она зависит от качества изготовленных деталей, методов контроля выпускаемой продукции, возможностей управления ходом технологического процесса, от качества сборки машины и ее узлов, методов испытания готовой продукции, и других показателей технологического процесса. При эксплуатации машины реализуется ее надежность. Показатели безотказности и долговечности проявляются только в процессе использования машины и зависят от методов и условий эксплуатации машины, принятой системы ее ремонта, методов технического обслуживания, режимов работы и других эксплуатационных факторов. Проблема надежности – комплексная. Она вторгается в сферы производства и эксплуатации машин, для ее решения привлекаются различные отрасли знаний, она требует принятия новых организационно-технических решений. Наука о надежности изучает закономерности изменения показателей качества технических устройства и систем и на основании этого разрабатывает методы, обеспечивающие с наименьшей затратой времени и средств необходимую продолжительность и безотказность их работы. Эта наука на основании прогноза поведения системы разрабатывает теорию принятия оптимальных решений для обеспечения требуемого уровня надежности. Специфическими особенностями вопросов надежности является: а) фактор времени, поскольку оценивается изменение начальных параметров в процессе эксплуатации машины; б) прогнозирование поведения объекта с точки зрения сохранения его выходных параметров (показателей качества). Следует иметь в виду, что изменение показателей качества машины во времени может быть абсолютным и относительным. Абсолютное изменение качества связано с различными процессами, действующими на машину и изменяющими свойства или состояние материалов, из которых она выполнена, за счет чего и понижаются показатели машины, и происходит ее физическое старение. Относительное изменение качества машины связано с появлением новых машин с более совершенными характеристиками, и ее показатели становятся более низкими по сравнению со средним уровнем, хотя в абсолютных значениях они могут и не измениться, т.е. происходит моральный износ машины. Наука о надежности изучает изменения показателей качества машины под влиянием тех причин, которые приводят только к абсолютным изменениям ее свойств. Проблема надежности связана в первую очередь именно с прогнозом, так как констатация того или иного уровня надежности для машины, уже отработавшей свой ресурс, имеет весьма малую ценность. Особенно на ранних стадиях создания машины – при ее проектировании или при наличии опытного образца – необходимо дать оценку ее надежности в предполагаемых условиях эксплуатации. Следует подчеркнуть, что наука о надежности не рассматривает вопросов достижения определенного уровня показателей качества машин – их точности, мощности, КПД, производительности – это задача других наук, а рассматривает процесс изменения этих показателей с течением времени. Наука и исследования по надежности развивались до последнего времени по двум основным направлениям. Первое направление, которое возникло в радиоэлектронике, связано с развитием математических методов оценки надежности, особенно применительно к сложным системам, со статистической обработкой эксплуатационной информации, с разработкой структур сложных систем, обеспечивающих высокой уровень надежности. Второе направление, которое возникло в машиностроении, связано с изучением физики отказов (износа, усталостной прочности, коррозии), с разработкой методов расчета на прочность, износ, теплостойкость и др., с применением технологических приемов, обеспечивающих необходимую надежность машины. В настоящий период идет процесс взаимного слияния этих двух направлений, перенесение рациональных идей из одной области в другую и формирование на этой основе единой науки о надежности изделий. Теоретическая база науки о надежности. Как всякая прикладная отрасль знаний наука о надежности базируется на фундаментальные математические и естественные науки, на те их разделы и теоретические разработки, которые способствуют решению поставленных задач. Особое значение для науки о надежности, как и для любой науки, имеет вопрос о применении математического аппарата и привлечении уже разработанных или созданных по запросам практики новых методов, позволяющих осуществлять оценку и прогнозирование надежности изделий и сложных систем. Математические методы теории надежности получили в настоящее время достаточно широкое развитие и дают в руки инженера богатый ассортимент возможностей для решения разнообразных задач практики. На основе теории вероятностей и математической статистики, а также смежных с ними дисциплин, созданы и разрабатываются специальные методы расчета, связанные с основными аспектами проблемы надежности изделий. Однако, как показывает анализ применяемых математических методов для расчета надежности в машиностроении, они далеко не всегда используются в точном соответствии с природой происходящих явлений. Развитие математических методов теории надежности – необходимый, но не достаточный этап для формирования теоретической основы этой науки. Второй теоретической основой науки о надежности являются результаты исследований естественных наук, изучающих физико-химические процессы разрушения, старения и измерения свойств материалов, из которых изготовлены машины или которые необходимы для их функционирования (топливо, смазка и т.п.). Сюда относятся науки, изучающие виды механических разрушений материалов (сопротивление материалов, ползучесть), изменения, происходящие в материалах и их поверхностных слоях (физико-химическая механика, триботехника), химические процессы разрушения в материалах (коррозия металлов, старение полимеров) и др. С позиции надежности результаты этих наук концентрируются в области, которая получила название «физика отказов». Физика отказов изучает необратимые процессы, приводящие к потере материалом начальных свойств при эксплуатации изделий. При этом основной особенностью этих исследований является рассмотрение всех явлений во времени. Временные закономерности физики отказов являются базой для решения основных задач надежности. В настоящее время в инженерной практике, как правило, не применяются расчеты на надежность и долговечность машины, нет даже общей схемы такого расчета, а имеются лишь отдельные виды расчетов, представляющие собой по существу разрозненные этапы комплексного решения. Расчеты машин на надежность сложны также и потому, что в основе инженерной задачи по определению параметров машины с учетом износа, коррозии, усталости и др. лежат разнообразные по физической сущности и характеристике процессы. Если учесть, что для многих современных машин характерен не только широкий диапазон скоростей и нагрузок, но и воздействие коррозионно-агрессивных сред, высоких и низких температур, наличие вакуума, электромагнитных влияний, ядерных облучений и других воздействий, то отыскание закономерностей протекания процесса разрушения возможно только на основе применения методов и средств физико-химической механики материалов. Но как бы ни были сложны закономерности процесса разрушения материала изделия – это лишь первый этап инженерных расчетов на надежность. Кроме того, должны быть разработаны методы расчета на долговечность и безотказность различных элементов машины с учетом характера действующих сил и скоростей, размеров и конфигурации сопряжения, условий эксплуатации, служебного назначения данного узла и требований, предъявляемых к его выходным параметрам. При этом должна быть учтена вероятностная природа протекающих процессов разрушения материалов изделия вот почему вопросам расчета на надежность и прогнозированию потери машиной работоспособности должно, уделяться первостепенное внимание. Экономический аспект надежности. Оценка достигнутого уровня надежности и необходимость его повышения должна решаться в первую очередь с экономических позиций, ибо экономика является основным критерием для решения большинства практических вопросов надежности. Ведь современный уровень развития техники позволяет достичь практически любых показателей качества и надежности изделия и все дело заключается в затратах на достижение поставленной цели. Эти затраты могут быть столь высоки, что эффект от повышенной надежности объекта не возместит их, и суммарный результат от проведенных мероприятий будет отрицательным. Конечно, очень многое зависит от характера принимаемых решений. Часто мероприятия по повышению надежности могут и не требовать существенных затрат, поскольку наука и практика подсказывают рациональные решения. Однако всегда имеется широкий диапазон самых разнообразных возможностей по повышению начального качества машины и изменению ее конструкции, по применению более качественных материалов, по выбору различных вариантов технологического процесса и использованию специальных методов, повышающих надежность изделии, по применению той или иной системы ремонта и технического обслуживания машин и т.п. Сравнение различных вариантов достижения требуемого уровня надежность надежности должно исходить из условия получения наибольшего суммарного экономического эффекта с учетом затрат в сферах производства и эксплуатации машины и того положительного экономического эффекта, который дает использование машины по назначению. В общем случае изменение во времени суммарного экономического эффекта при эксплуатации машины слагается под влиянием двух основных факторов. С одной стороны, необходимо учитывать затраты на изготовление новой машины Qи, включая ее проектирование, изготовление, испытание, отладку, транспортировку к месту работы и другие затраты, а также затраты на эксплуатацию Qэ, включая техническое обслуживание, ремонт, профилактические мероприятия – все то, что связано с поддержанием и восстановлением работоспособности машины. Эти затраты Qэ + Qи являются отрицательными в балансе эффективности. С другой стороны, работа машины дает положительный экономический эффект Qр (прибыль) в зависимости от ее целевого назначения, например, для технологического оборудования, в результате выпуска продукции, для транспортных машин при перевозке грузов, для двигателей как следствие преобразования энергии и т.п. Изменение Qэ в функции времени имеет тенденцию к возрастанию, так как старение отдельных элементов машины приводит к необходимости вкладывать все большие средства для восстановления утрачиваемых свойств. Изменение Qр во времени, наоборот, имеет тенденцию к уменьшению интенсивности роста, поскольку более частые простои машины в ремонте и техническом обслуживании снижают ее производительность. Поэтому кривая суммарной эффективности Q (t) = Qи + Qэ (t) + Qр (t) Имеет максимум и два раза пересекает ось абсцисс t . При возрастании Q период времени t = Ток, при котором Qи + Qэ = Qр, будет являться сроком окупаемости, когда машина при эксплуатации возвратила затраты, которые были в нее вложены при изготовлении. Начиная с этого момента при t = Т ок, машина начинает приносить прибыль. Однако прирост полученного эффекта постепенно снижается из-за возрастания эксплуатационных затрат до t = Тпр, когда Qи+ Qэ = Qр. При t > Т пр затраты на эксплуатацию больше того экономического эффекта, который может обеспечить машина. Длительность экономически целесообразной эксплуатации машины Тэ находится в диапазоне между Тmax в предельным сроком службы машины Тпр: Тmax< Тэ < Т пр . Выбор варианта машины с позиций надежности должен исходить из сравнения затрат на изготовление и эксплуатацию машины с тем экономическим эффектом, который она сможет обеспечить. Например, как это видно из рис.1, начальная стоимость машины № 2 выше, но за счет показателей производительности, качества и надежности она дает больший экономический эффект и ее целесообразно эксплуатировать более длительное время. При оценке разнообразных возможностей по повышению и обеспечению надежности машин экономический критерий является важнейшим для выбора оптимальных решений /Л.1, Л.2./. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||