Вопрос 9. Показатели, применяемые для оценки безотказности изделий.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.

Функция P(t) является непрерывной функцией времени, обладающей следующими очевидными свойствами:

Таким образом, вероятность безотказной работы в течение конечных интервалов времени может иметь значения 0

Статистическая вероятность безотказной работы характеризуется отношением числа исправно работающих изделий к общему числу изделий, находящихся под наблюдением.

где - число изделий, исправно работающих к моменту времени t;

Число изделий, находящихся под наблюдением.

Вероятность отказа - вероятность того, что объект откажет хотя бы 1 раз в течение заданного времени работы, будучи работоспособным в начальный момент.

Статистическая оценка вероятности отказа - отношение числа объектов, отказавших к моменту времени t, к числу объектов, исправных в начальный момент времени.

где - число изделий, отказавших к моменту времени t.

Вероятность безотказной работы и вероятность отказа в интервале от 0 до t связаны зависимостью Q (t) = 1 - Р (t).

Интенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента при условии, что до этого момента отказ не возник:

Интенсивность отказов – отношение числа отказавших объектов в единицу времени к среднему числу объектов, исправно работавших в рассматриваемый промежуток времени (при условии, что отказавшие изделия не восстанавливаются и не заменяются исправными).

где - число изделий, отказавших в течение промежутка времени .

Интенсивность отказов позволяет наглядно установить характерные периоды работы объектов:

1. Период приработки - характеризуется относительно высокой интенсивностью отказов. В этот период преобладают в основном внезапные отказы, происходящие из-за дефектов, вызванных ошибками при проектировании или нарушением технологии изготовления.

2. Время нормальной работы машин - характеризуется примерно постоянной интенсивностью отказов и является основным и наиболее длительным за время эксплуатации машин. Внезапные отказы машин в этот период происходят редко и вызываются в основном скрытыми дефектами производства, преждевременным износом отдельных деталей.

3. Третий период характеризуется значительным возрастанием интенсивности отказов. Основная причина - износ деталей и сопряжений.

Средняя наработка до отказа – отношение суммы наработки объектов до отказа к числу наблюдаемых объектов, если они все отказали за время испытаний. Применяется для неремонтируемых изделий.

Средняя наработка на отказ – отношение суммарной наработки восстанавливаемых объектов к суммарному числу отказов этих объектов.

Вопрос 10. Показатели, применяемые для оценки долговечности изделий.

Технический ресурс - это наработка объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние. Наработка может измеряться в единицах времени, длины, площади, объема, массы и других единицах.

Математическое ожидание ресурса называется средним ресурсом .

Различают средний ресурс до первого капитального ремонта, средний межремонтный ресурс, средний ресурс до списания, назначенный ресурс .

Гамма-процентный ресурс - наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , выраженной в процентах. Данный показатель применяется для выбора срока гарантии изделий, определения потребности в запасных частях.

Срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.

Математическое ожидание срока службы называется средним сроком службы. Различают срок службы до первого капитального ремонта, срок службы между капитальными ремонтами, срок службы до списания, средний срок службы, гамма-процентный срок службы и назначенный средний срок службы.

Гамма-процентный срок службы - это календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта, в течение которой он не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , выраженной в процентах.

Назначенный срок службы - это календарная продолжительность эксплуатации объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.

Следует различать также гарантийный срок службы - отрезок календарного времени, в течение которого изготовитель обязуется безвозмездно исправлять все выявляющиеся в процессе эксплуатации изделий недостатки при условии соблюдения потребителем правил эксплуатации. Гарантийный срок службы исчисляется с момента приобретения или получения изделий потребителем. Он не является показателем надежности изделий и не может служить основой для нормирования и регулирования надежности, а лишь устанавливает взаимоотношения между потребителем и изготовителем.

Вопрос 11. Показатели, применяемые для оценки ремонтопригодности и сохраняемости изделий.

Показатели ремонтопригодности

Вероятность восстановления работоспособного состояния - вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданного. Этот показатель вычисляется т по формуле

Среднее время восстановления работоспособного состояния - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния.

d *(t ) - количество отказов

Показатели сохраняемости

Гамма-процентный срок сохраняемости - срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.

Средний срок сохраняемости - математическое ожидание срока сохраняемости.

Вопрос 12. Комплексные показатели надежности изделия.

Коэффициент готовности – вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается.

Коэффициент готовности характеризует обобщенные свойства обслуживаемого оборудования. Например, изделие с высокой интенсивностью отказов, но быстро восстанавливаемое может иметь коэффициент готовности больше, чем изделие с малой интенсивностью отказов и большим средним временем восстановления.

Коэффициент технического использования – отношение математического ожидания интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, простоев, обусловленных техническим обслуживанием, и ремонтов за тот же период эксплуатации.

Коэффициент учитывает затраты времени на плановые и неплановые ремонты и характеризует долю времени нахождения объекта в работоспособном состоянии относительно рассматриваемой продолжительности эксплуатации.

Коэффициент оперативной готовности – вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается, и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени. Характеризует надежность объектов, необходимость применения которых возникает в произвольный момент времени, после которого требуется безотказная работа.

Коэффициент планируемого применения - это доля периода эксплуатации, в течение которой объект не должен находиться на плановом техническом обслуживании и ремонте, т.е. это отношение разности заданной продолжительности эксплуатации и математического ожидания суммарной продолжительности плановых технических обслуживании и ремонтов за этот же период эксплуатации к значению этого периода;

Коэффициент сохранения эффективности - отношение значения показателя эффективности за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы объекта в течение того же периода эксплуатации не возникают. Коэффициент сохранения эффективности характеризует степень влияния отказов элементов объекта на эффективность его применения по назначению.

Для повышения долговечности ремонтируемых машин, отдельных узлов, соединений, а также деталей путем их восстановления, выбора рационального способа восстановления и материала покрытия, определения расхода запасных частей весьма важно знать и уметь оценивать величины предельных! износов и других показателей долговечности.

Согласно ГОСТ 27.002-83, долговечность - свойство объекта (детали, узла, машины) сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. В свою очередь, работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации; предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. При этом следует иметь в виду, что для неремонтируемых объектов предельного состояния может достигнуть не только неработоспособный объект, но и работоспособный, применение которого оказывается недопустимым согласно требованиям безопасности, безвредности, экономичности, эффективности. Переход такого неремонтируемого объекта в предельное состояние происходит раньше возникновения отказа.

С другой стороны, объект может оказаться в неработоспособном состоянии, не достигнув предельного состояния. Работоспособность такого объекта, а также объекта, находящегося в предельном состоянии, восстанавливается с помощью ремонта, при котором происходит восстановление ресурса объекта в целом.

Основными техническими оценочными показателями долговечности являются ресурс и срок службы. При характеристике показателей следует указывать вид действия после наступления предельного состояния объекта (например, средний ресурс до капитального ремонта; гамма-процентный ресурс до среднего ремонта и т. д.). В случае окончательного снятия с эксплуатации объекта, обусловленного предельным состоянием, показатели долговечности называются: полный средний ресурс (срок службы), полный гамма-процентный ресурс (срок службы), полный назначенный ресурс (срок службы). Полный срок службы включает в себя продолжительности всех видов ремонта объекта. Рассмотрим основные показатели долговечности и их разновидности, конкретизирующие этапы или характер эксплуатации.

Технический ресурс - наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.

Срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.

Наработка - продолжительность или объем работы объекта.

Наработка объекта может быть:

1) наработка до отказа - от начала эксплуатации объекта до возникновения первого отказа;

2) наработка между отказами - от окончания восстановления работоспособного состояния объекта после отказа до возникновения следующего отказа.

Технический ресурс представляет собой запас возможной наработки объекта. Различают следующие виды технического ресурса: доремонтный ресурс -наработка объекта до первого капитального ремонта; межремонтный ресурс - наработка объекта от предыдущего до последующего ремонта (число межремонтных ресурсов зависит от числа капитальных ремонтов); послеремонтный ресурс -наработка от последнего капитального ремонта объекта до его перехода в предельное состояние; полный ресурс - наработка от начала эксплуатации объекта до его перехода в предельное состояние, соответствующее окончательному прекращению эксплуатации. Виды сроков службы подразделяются так же, как и ресурсы.

Средний ресурс - математическое ожидание ресурса. Показатели «средний ресурс», «средний срок службы», «средняя наработка» определяют по формуле

где - средняя наработка до отказа (средний ресурс, средний срок службы); f(t)-плотность распределения наработки до отказа (ресурса, срока службы); F(t) - функция распределения наработки до отказа (ресурса, срок службы).

Гамма-процентный ресурс - наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах. Гамма-процентный ресурс , гамма-процентный срок службы определяют по следующему уравнению:

где t γ - гамма-процентная наработка до отказа (гамма-процентный ресурс, гамма-процентный срок службы).

При γ = 100% гамма-процентная наработка (ресурс, срок службы) называется установленной безотказной наработкой (установленным ресурсом, установленным сроком службы). При γ=50% гамма-процентная наработка (ресурс, срок службы) называется медианной наработкой (ресурсом, сроком службы).

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Назначенный ресурс - суммарная наработка объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.

Назначенный ресурс (срок службы) установлен с целью принудительного заблаговременного прекращения применения объекта по назначению, исходя из требований безопасности или: экономического анализа. При этом в зависимости от технического состояния, назначения, особенностей эксплуатации объект после достижения назначенного ресурса может эксплуатироваться дальше, сдан в капитальный ремонт, списан.

Предельный износ - это износ, соответствующий предельному состоянию изнашивающегося изделия. Основными признаками приближения предельного износа являются увеличение расхода топлива, снижение мощности, снижение прочности деталей, т. е. дальнейшая работа изделия становится технически ненадежной и экономически нецелесообразной. При достижении предельных износов деталей и соединений их полный ресурс (Т п) исчерпывается, и необходимо принимать меры для его восстановления.

Допустимый износ - износ, при котором изделие сохраняет работоспособность, т. е. при достижении этого износа детали или соединения могут работать без их восстановления еще целый межремонтный срок. Допустимый износ меньше предельного, и остаточный ресурс деталей не исчерпан.

Качество продукции - совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удов­летворять определенные потребности в соответствии с назначением (ГОСТ 15467-79). Согласно международному стандарту ISO 8402.1994, качество определяется как совокупность характеристик объекта (деятельности или процесса, продукции, услуги и др.), относящихся к его способности.

Качество продукции (работ, услуг) определяется такими понятиями, как «характеристика», «свойство» и «качество». Характеристика – это взаимосвязь зависимых и независимых переменных, выраженная в виде текста, таблицы, математической формулы, графика. Описывается, как правило, функционально. Свойство продукции представляет собой объективную особенность продукции, которая может проявляться при ее создании, эксплуатации или потреблении. Качество продукции формируется на всех этапах ее жизненного цикла. Свойство продукции выражается показателями качества, т.е. количественными характеристиками одного или нескольких свойств продукции, входящих в качество и рассматриваемых применительно к определенным условиям ее создания и эксплуатации или потребления.

В зависимости от роли, выполняемой при оценке, различают классификационные и оценочные показатели. Классификационные показатели характеризуют принадлежность продукции к определенной группе в системе классификации и определяют назначение типоразмер, область применения и условия использования продукции. Вся промышленная и сельскохозяйственная продукция систематизирована, имеет кодовое обозначение и в виде различных классификационных группировок включена в Общероссийский классификатор продукции (ОКП). Классификационные показатели используются на исходных этапах оценки качества продукции для формирования групп аналогов оцениваемой продукции. В оценке качества продукции эти показатели, как правило, не участвуют.

Оценочные показатели количественно характеризуют те свойства, которые образуют качество продукции как объекта производства и потребления или эксплуатации. Они используются для нормирования требований к качеству, оценки технического уровня при разработке стандартов, проверки качества при контроле, испытаниях и сертификации. Оценочные показатели разделяют на функциональные, ресурсосберегающие и природоохранные.

1. Функциональные показатели характеризуют свойства, определяющие функциональную пригодность продукции удовлетворять заданные потребности. Они объединяют показатели функциональной пригодности, надежности, эргономичности и эстетичности:

1.1. показатели функциональной пригодности характеризуют техническую сущность продукции, свойства, определяющие способность продукции выполнять свои функции в заданных условиях использования по назначению (например, единичные показатели – грузоподъемность, вместимость и водонепроницаемость, комплексные – калорийность, производительность);

1.2. показатели надежности продукции характеризуют ее способность сохранять во времени (в установленных пределах) значения всех заданных показателей качества при соблюдении заданных режимов и условий применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки. Единичными показателями надежности являются показатели безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости, комплексными (обеспечивающими несколько свойств) – безотказность и восстанавливаемость:

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние изделия определяется в зависимости от его схемно-конструктивных особенностей, режима эксплуатации и сферы использования. Для многих неремонтируемых изделий (например, осветительные лампы, шестерни, узлы бытовых электро- и радиоприборов) предельное состояние совпадает с отказом. В ряде случаев предельное состояние определяется достижением периода повышенной интенсивности отказов. Таким методом определяется предельное состояние для компонент автоматических устройств, выполняющих ответственные функции. Применение этого метода обусловлено снижением эффективности эксплуатации изделий, компоненты которых имеют повышенную интенсивность отказов, а также нарушением требований безопасности. Период эксплуатации неремонтируемых изделий до предельного состояния устанавливается по результатам специальных испытаний и вносится в техническую документацию на изделия. Если нельзя заранее получить сведения об изменении интенсивности отказов, предельное состояние изделия определяется непосредственным обследованием его состояния в процессе эксплуатации.

Предельное состояние ремонтируемых изделий определяется неэффективностью их дальнейшей эксплуатации из-за старения и частых отказов или увеличения затрат на ремонт. В некоторых случаях критерием предельного состояния ремонтируемых изделий может быть нарушение требований безопасности, например на транспорте. Предельное состояние может также определяться моральным устареванием.

Долговечность зданий и сооружений - предельный срок службы зданий и сооружений, в течение которого они сохраняют требуемые эксплуатационные качества. Различают Долговечность моральную и физическую. Моральная Долговечность (срок морального износа) характеризуется сроком службы зданий и сооружений до того момента, когда они перестают отвечать изменяющимся условиям эксплуатации или режимам технологических процессов. Физическая Долговечность определяется продолжительностью износа основных несущих конструкций и элементов (например, каркаса, стен, фундаментов и др.) под воздействием нагрузок и физико-химических факторов. При этом некоторые конструктивные элементы и части зданий и сооружений (лёгкое стеновое ограждение, кровля, перекрытия, полы, оконные переплёты, двери и прочее) могут иметь меньшую Долговечность и заменяться при капитальном ремонте. Постепенный физический износ конструкций происходит неравномерно в течение общего срока службы здания; в первый период после постройки - быстрее (что связано с деформациями конструкций, неравномерными осадками грунта и т.п.), а в последующий, преобладающий по длительности, - медленнее (нормальный износ). По окончании первого периода эксплуатации здания отдельные его конструкции могут нуждаться в специальном послеосадочном ремонте.

Долговечность сокращается при неправильной эксплуатации зданий и сооружений, перегрузках конструкций, а также при резко выраженных разрушающих влияниях окружающей среды (действие влаги, ветра, мороза и т.д.). Большое значение для обеспечения Долговечность имеет правильный выбор конструктивных решений с учётом особенностей климата и условий эксплуатации. Повышение Долговечность достигается применением строительных и изоляционных материалов, обладающих высокой стойкостью при замораживании и оттаивании, влагостойкостью, биостойкостью, и защитой конструкций от проникновения в них разрушающих агентов и прежде всего жидкой влаги. В строительных нормах и правилах, действующих в СССР, установлены следующие степени долговечности ограждающих конструкций: I степень со сроком службы не менее 100 лет, II - 50 лет и III - 20 лет.

Показатели долговечности характеризуют свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. К ним относятся ресурс, гамма-процентный ресурс, назначенный ресурс, средний ресурс, ресурс до первого капитального ремонта, межремонтный ресурс, суммарный ресурс, средний срок службы, медианный срок службы, срок службы до первого капитального ремонта, межремонтный срок службы, срок службы до списания.

Долговечность определяется двумя условиями: физическим либо моральным износом

— Физический износ наступает в том случае, когда дальнейший ремонт и эксплуатация элемента или системы становятся уже невыгодными, так как затраты превышают доход в эксплуатации;

— Моральный износ означает несоответствие параметров элемента или системы современным условиям их эксплуатации.

Различают показатели долговечности, характеризующие долговечность по наработке и по календарному времени службы. Показатель, характеризующий долговечность изделия по наработке, называется ресурсом; показатель, характеризующий долговечность по календарному времени, - сроком службы. Различают ресурс и срок службы до первого капитального ремонта, между капитальными ремонтами, до выбраковки изделия.

– Наработка - это продолжительность (или объем) работы изделия, измеряемая в часах (мото-ч), километрах пробега, циклах, кубометрах или других единицах, специфичных для данной машины. Наработку нельзя смешивать с календарной продолжительностью (сроком службы), так как два изделия за один и тот же срок службы могут иметь неодинаковую (различную наработку);

Т = 1/m * Σti

где ti - наработка i-го объекта между отказами; m - число отказов.

Различают: суточная наработка, месячная наработка, наработка до первого отказа, наработка между отказами, наработка между двумя капитальными ремонтами. Наработка - один из показателей надёжности. Измеряется в часах (минутах), кубометрах, гектарах, километрах, тоннах, циклах и т.п. Наработка зависит от технических характеристик изделия и условий его эксплуатации. Так, суточная наработка экскаватора, выраженная в кубометрах вынутого грунта, зависит от продолжительности его работы, от физических свойств почвы, от объёма ковша и т.п. Поскольку на наработку влияют такие факторы, как температура и влажность окружающей среды, различие в структуре и прочности деталей и механизмов, из которых состоит устройство, и т.д., можно считать наработку случайной величиной. Её характеристиками являются средняя наработка до первого отказа для неремонтируемых устройств и средняя наработка между отказами (наработка на отказ) для ремонтируемых устройств.

Наработка на отказ - технический параметр, характеризующий надёжность ремонтируемого прибора, устройства или технической системы.

Средняя продолжительность работы устройства между ремонтами, то есть показывает какая наработка в среднем приходится на один отказ. Выражается обычно в часах.

Для программных продуктов обычно подразумевается срок до полного перезапуска программы или полной перезагрузки операционной системы.

Наработка между отказами — от окончания восстановления работоспособного состояния объекта после отказа до возникновения следующего отказа.

Наработка до отказа - эквивалентный параметр для неремонтопригодного устройства. Поскольку устройство неремонтируемое, то это просто среднее время, которое проработает устройство до того момента, как сломается.

На стадии проектирования изделия его средняя наработка до первого отказа или наработка на отказ рассчитывается по характеристикам безотказности комплектующих элементов; при эксплуатации изделия эти показатели определяются методами математической статистики по данным о наработке однотипных устройств.

– Ресурс - суммарная наработка изделия до определенного состояния, оговоренного в технической документации, Различают ресурс до первого ремонта, межремонтный, назначенный, полный, остаточный, суммарный и др.

Ресурс технический — наработка технического устройства (машины, системы) до достижения им предельного состояния, при котором его дальнейшая эксплуатация невозможна или нежелательна из-за снижения эффективности либо возросшей опасности для человека. Ресурс технический представляет собой случайную величину, так как продолжительность работы устройства до достижения им предельного состояния зависит от большого числа не поддающихся учёту факторов, таких, например, как условия окружающей среды, структура самого устройства и т.п. Различают средний, гамма-процентный и назначенный ресурс.

Назначенный ресурс - наработка изделия, при достижении которой эксплуатация его должна быть прекращена независимо от технического состояния изделия. Этот ресурс назначается в технической документации с учетом безопасности и экономичности.

Технический Средний Ресурс — это математическое ожидание ресурса технического;

Гамма-процентный ресурс технический — наработка, в течение которой устройство не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью (g процентов);

Длительность назначенного ресурса технического определяется условиями безопасной эксплуатации устройства.

Полный технический ресурс - наработка от начала до конца эксплуатации для невосстанавливаемого изделия или до ремонта для восстанавливаемого.

Остаточный технический ресурс -расчетная наработка от рассматриваемого момента до конца эксплуатации или до ремонта.

Суммарный технический ресурс - наработка восстанавливаемого изделия на протяжении его срока службы до списания.

Моторесурс — наработка какой-либо машины с двигателем внутреннего сгорания (автомобиля, трактора и др.) или самого двигателя внутреннего сгорания до предельного состояния, при котором их дальнейшая эксплуатация вообще невозможна или связана с недопустимым снижением эффективности и нарушениями требований техники безопасности. Моторесурс для транспортных машин определяется пробегом в километрах, пройденным от начала эксплуатации до момента достижения предельного состояния. Для тракторов и др. нетранспортных машин, а также для двигателей внутреннего сгорания моторесурс определяется количеством часов работы, для сельско-хозяйственных комбайнов - количеством га убранной площади.

Используются также такие показатели как предельный и допустимый износ.

Предельный износ — это износ, соответствующий предельному состоянию изнашивающегося изделия. Основными признаками приближения предельного износа являются увеличение расхода топлива, снижение мощности, снижение прочности деталей, т. е. дальнейшая работа изделия становится технически ненадежной и экономически нецелесообразной. При достижении предельных износов деталей и соединений их полный ресурс (Тп) исчерпывается, и необходимо принимать меры для его восстановления.

Допустимый износ — износ, при котором изделие сохраняет работоспособность, т. е. при достижении этого износа детали или соединения могут работать без их восстановления еще целый межремонтный срок. Допустимый износ меньше предельного, и остаточный ресурс деталей не исчерпан.

Срок службы — период времени от начала эксплуатации технического устройства до достижения им предельного состояния. Срок службы включает наработку устройства и время простоев всех видов, обусловленных как техническим обслуживанием и ремонтом, так и организационными или иными причинами. Срок службы устройств одного типа может быть различен, т.к. на него влияют многие случайные факторы, не поддающиеся учёту, например проявление особенностей структуры устройства, условия его эксплуатации. Поэтому для количественной оценки срока службы используют вероятностные показатели, например средний срок службы (математическое ожидание срока службы) и гамма-процентный срок службы (календарный период эксплуатации, в течение которого устройство не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью гамма %).

Назначенный срок службы - период эксплуатации, по истечении которого изделие снимается с эксплуатации окончательно (и подлежит списанию) или направляется на обследование его технического состояния с целью определения пригодности к дальнейшей работе. Если устройство эксплуатируется непрерывно, то его срок службы совпадает с ресурсом техническим. Во всех остальных случаях соотношение между сроком службы и ресурсом устройства определяется интенсивностью эксплуатации.

Интенсивность эксплуатации, показатель, характеризующий режим использования изделия; выражается отношением продолжительности эксплуатации изделия к календарному периоду (в часах), в течение которого осуществляется наработка.

То есть показатели ресурс и срок службы имеют много общего, так как они определяются одним и тем же предельным состоянием, однако существенно отличаются один от другого. При одном и том же ресурсе может быть различный срок службы в зависимости от интенсивности эксплуатации изделия. Например, два двигателя каждый с ресурсом 12 тыс. мото-ч в год с интенсивностью эксплуатации 3 тыс. и 6 тыс. мото-ч будут иметь соответственно срок службы первый 4 года, второй 2 года.

Таким образом, для повышения долговечности ремонтируемых машин, отдельных узлов, соединений, а также деталей путем их восстановления, выбора рационального способа восстановления и материала покрытия, определения расхода запасных частей весьма важно знать и уметь оценивать величины предельных износов и других показателей долговечности.

Основными техническими оценочными показателями долговечности являются ресурс и срок службы. При характеристике показателей следует указывать вид действия после наступления предельного состояния объекта (например, средний ресурс до капитального ремонта; гамма-процентный ресурс до среднего ремонта и т. д.).

Список использованной литературы

1. Басовский Л. Е., Протасьев В. Б. Управление качеством: Учебник. — М.: ИНФРА — М, 2001. -212 с.

2. Белейчева А.С., Гаффорова Е.Б. Экспертная оценка продукции-инструмент определения удовлетворенности потребителей//Методы менеджмента качества.-2002-№6

3. Гиссин В.И. Управление качеством продукции: Учебн. пособие. — Ростов н/Д: Феникс, 2000.

АННОТАЦИЯ. Рассматриваются понятия «назначенный ресурс» и «назначенный срок службы оборудования». Обсуждается взаимосвязь этих показателей с техническим состоянием оборудования.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: парковый ресурс, назначенный ресурс, назначенный срок службы, индивидуальный ресурс, техническое состояние, техническое диагностирование.

Ведение

Основную причину катастрофы на гидроагрегате № 2 Саяно-Шушенской ГЭС в августе 2009 г. многие связывают с высокой степенью износа оборудования. В качестве основного аргумента приводятся данные об исчерпании назначенного срока службы данного гидроагрегата в ноябре 2009 г. Другими словами, авария произошла за три месяца до достижения этого срока. Данное утверждение не выглядит бесспорным, ем более что временное рабочее колесо гидротурбины (её наиболее ответственный и повреждаемый узел) было заменено на штатное на ГА b 2 в ноябре 1986 г. Чтобы разобраться в этом тросе, необходимо ещё раз обратиться к терминам, относящимся к показателям надежности оборудования, и вспомнить историю назначения этих характеристик.

Что такое «назначенный ресурс» и «назначенный срок службы»

Согласно ГОСТ 27.002-89 под назначенным ресурсом понимается «суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния», а под понятием «назначенный срок службы» - «календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния».

Оба определения достаточно категоричны и не допускают их различного толкования, если бы не приведенное в том же стандарте примечание: «Примечание. По истечении назначенного ресурса (срока службы...) объект должен быть изъят из эксплуатации, и должно быть принято решение, предусмотренное соответствующей нормативно-технической документацией - направление в ремонт, списание, уничтожение, проверка и установление нового назначенного срока и т.д.».

Оказывается, жизнь оборудования не заканчивается с исчерпанием его назначенного ресурса (срока службы). Именно это и реализуется на практике и в нашей стране, и за рубежом. Российская экономика не готова сегодня выводить из эксплуатации энергетическое оборудование, отработавшее назначенный ресурс или срок службы.

Но это не означает, что на электростанциях страны должно эксплуатироваться оборудование, не удовлетворяющее требованиям безопасности и надежности. Продление ресурса (срока службы) оборудования, зданий и сооружений сверх назначенного должно обосновываться и должным образом оформляться.

Следует дать пояснения к определениям назначенного ресурса и назначенного срока службы.

Несмотря на схожесть определений этих терминов, они между собой в корне отличаются. Ресурс, как правило, назначается для элементов оборудования, работающего при температуре 450°С и выше, т.е. в условиях протекания в металле процессов ползучести и активных структурных превращений, приводящих к неминуемому достижению предельного состояния металла, потере оборудованием работоспособного состояния. Под назначенный ресурс конструктор оборудования подбирает типоразмер деталей, материал и условия их эксплуатации. Ресурс оборудования можно рассчитать и спрогнозировать.

Назначенный срок службы выбирается из экономических соображений и трактуется как срок накопления амортизационных начислений, достаточных для замены устаревшего оборудования на новое. Часто для оборудования с различным назначенным сроком службы используются одни и те же нормы расчета на прочность. Предполагается, что оборудование должно эксплуатироваться не менее назначенного срока службы. При исчерпании назначенного срока службы при удовлетворительном состоянии оборудования назначается новый срок, который обосновывается опытом эксплуатации и гарантированно не приведет к выходу из строя оборудования до очередной ревизии. Неверно требовать от организации, эксплуатирующей оборудование, и экспертных организаций, проводящих техническое диагностирование, рассчитывать и обосновывать остаточный ресурс низкотемпературных элементов энергоустановок, поскольку для этих деталей корректно рассчитать остаточный ресурс нельзя.

Назначение срока службы не исключает протекания низкотемпературных процессов износа, приводящих к более раннему выходу из строя оборудования, таких, как коррозия, эрозия и др. Если конструктивно не удается исключить риск раннего выхода из строя оборудования, ему присваивается статус быстроизнашиваемого. Для такого оборудования порядок контроля и замены специально описывается в нормативных документах.

Для оборудования тепловых электростанций отдельно назначается ресурс для высокотемпературных элементов и срок службы для остальных деталей. Так, в ГОСТ 27625-88 отмечается:

«2.1.4. Полный назначенный срок службы энергоблока и входящего в него основного оборудования выпуска до 1991 г. - не менее 30 лет, оборудования выпуска с 1991 г. - 40 лет, кроме быстроизнашиваемых элементов оборудования, перечень и сроки службы которых установлены в стандартах или технических условиях на конкретный вид оборудования.

2.1.5. Полный назначенный ресурс составных частей оборудования энергоблока, работающих при температуре 450°С и выше, - не менее 200000 ч, кроме быстроизнашиваемых элементов, перечень и сроки службы которых установлены в стандартах или технических условиях на конкретный вид оборудования.»

История появления терминов парковый ресурс и индивидуальный ресурс

Согласно под парковым ресурсом понимается: «наработка однотипных по конструкции, маркам стали и условиям эксплуатации элементов теплоэнергетического оборудования, в пределах которой обеспечивается их безаварийная работа при соблюдении требований действующей нормативной документации». Индивидуальный ресурс - это «назначенный ресурс конкретных узлов и элементов, установленный расчетно-опытным путем с учетом фактических размеров, состояния металла и условий эксплуатации».

При создании энергоблоков 150 - 300 МВт назначенный ресурс их высокотемпературных элементов составлял 100 тыс.ч. Наработка головных блоков приблизилась к этому ресурсу к концу 70-х годов прошлого века. При существовавшей в то время степени загрузки энергомашиностроительных предприятий реализовать программу повсеместной замены оборудования достигшего назначенного ресурса не представлялось возможным. Поэтому по инициативе, прежде всего, турбостроительных заводов, было высказано пожелание увеличить назначенный ресурс энергоблоков. Для решения данной проблемы по заданию трёх министерств (министерств энергетики, энергетического машиностроения и тяжелого машиностроения) были образованы несколько межведомственных комиссий, которые организовали проведение серии комплексных научно-исследовательских работ. В рамках этих работ анализировался опыт эксплуатации энергоблоков, исследовался длительно работавший металл ответственных элементов оборудования, разрабатывались методы и средства контроля металла и технического диагностирования. Силами специализированных бригад проводился выборочный контроль этих элементов на электростанциях. Итогом работы межведомственных комиссий стало решение об увеличении назначенного ресурса энергоблоков сначала до 170 тыс.ч, а затем и до 220 - 270 тыс.ч. Для того чтобы отличить новый назначенный ресурс от ресурса, назначенного при проектировании оборудования, его назвали парковый ресурс. Было принято волевое решение приравнивать ресурс энергоблока к ресурсу паровой турбины, а её ресурс, в свою очередь, к ресурсу высокотемпературных роторов. Считается, что замена этой наиболее ответственной и дорогостоящей детали турбины и блока делает нерентабельным и нецелесообразным продолжение срока эксплуатации остальных узлов и деталей блока. При этом другие высокотемпературные элементы котлов, турбин и паропроводов могут иметь свой парковый ресурс, не совпадающий с парковым ресурсом энергоблока. В случае более раннего исчерпания этими элементами своего ресурса должна производиться их замена, а эксплуатация блока будет продолжена.

Понятие парковый ресурс относится только к высокотемпературным элементам тепломеханического оборудования ТЭС.

Увеличить более чем в два раза назначенный ресурс энергоблоков позволили два фактора:

Существовавший ранее при проектировании подход к расчету на прочность был избыточно консервативен;

В 1971 г. из-за массовых повреждений труб поверхностей нагрева паровых котлов директивно была снижена температура острого пара и пара горячего промперегрева с 565 до 545°С. Для применяемого в теплоэнергетике класса сталей снижение температуры на 20° эквивалентно увеличению остаточного ресурса металла высокотемпературных элементов, ориентировочно, в четыре раза.

Позднее (в середине 80-х годов) аналогичная попытка увеличения назначенного ресурса была предпринята применительно к блокам 500 - 800 МВт. Но для этих энергоблоков по итогам всестороннего рассмотрения значение паркового ресурса было оставлено на уровне 100 тыс.ч., поскольку эти блоки уже изначально проектировались на ресурс 100 тыс. ч. при температуре эксплуатации 540°С, а нормы расчета на прочность к тому времени были актуализированы.

Справедливости ради следует отметить, что не для всех элементов оборудования энергоблоков парковый ресурс превысил значения первоначально назначенного ресурса 100 тыс.ч. Для некоторых типоразмеров паропроводов парковый ресурс гибов по результатам анализа составил 70-90 тыс.ч.

К 90-м годам наработка головных блоков приблизилась к значениям паркового ресурса, но актуальность продления срока их службы сохранилась. Второй этап кампании по продлению ресурса установленного оборудования был связан с ведением понятия индивидуального ресурса. Значения паркового ресурса устанавливаются, исходя из наиболее неблагоприятного сочетания показателей, характеризующих эксплуатацию оборудования и свойства металла ответственных элементов. При рассмотрении возможности продления ресурса конкретного оборудования, как правило, имеются дополнительные резервы, позволяющие назначить дополнительный ресурс эксплуатации без снижения показателей надежности. По опыту ВТИ прогнозируется, что индивидуальный ресурс ответственных элементов тепломеханического оборудования превысит парковый ресурс в среднем в полтора раза. Из-за фактора -неопределенности при назначении индивидуального ресурса оборудования не разрешается единовременно продлевать его ресурс (срок службы) более чем на 50 тыс.ч. или 8 лет. Поэтому за срок службы оборудования возможно несколько процедур продления ресурса (срока службы).

Применительно к современным условиям наиболее актуализированная процедура продления ресурса описана в стандарте организации СТО "7330282.27.100.001-2007 . Ответственность за организацию процедуры продления ресурса установленного энергетического оборудования возлагается на руководителя эксплуатирующей организации. К техническому диагностированию ответственных элементов оборудования должна привлекаться специализированная или квалифицированная экспертная организация. По результатам технического диагностирования с учетом оценки целесообразности дальнейшей эксплуатации решение о продлении индивидуального ресурса оборудования принимает владелец оборудования. Федеральный орган исполнительной власти, уполномоченный в области промышленной безопасности, утверждает заключение специализированной или экспертной организации, если объект относится к оборудованию, работающему под избыточным давлением, либо при температуре более 115°С.

В исключительных случаях, даже при приближении состояния металла к предельному, ресурс оборудования можно продлить, применяя соответствующие технологии ремонта или накладывая ограничения на режимы его эксплуатации. Среди ремонтных технологий наибольшее распространение получила восстановительная термическая обработка (ВТО) паропроводов. В ряде случаев после проведения ВТО удается назначить паропроводу повторно ресурс, равный по величине парковому.

Взаимосвязь технического состояния оборудования с его наработкой и сроком службы

Техническое состояние оборудования можно оценивать как по показателям надежности, так и по эффективности эксплуатации.

Бытует мнение, что физический ресурс оборудования, установленного на объектах электроэнергетики, исчерпан и, того и гляди, завтра начнутся массовые разрушения и отказы. На самом деле ресурс (срок службы) оборудования можно продлевать до бесконечности, но при условии, что оборудование своевременно и качественно проходит техническое диагностирование и его элементы, исчерпавшие физический (предельный) ресурс, своевременно ремонтируются или заменяются. Не сами технические устройства имеют предельный ресурс, а их высоконагруженные элементы и детали. К примеру, не паровой котел имеет предельный ресурс по показателям надежности, а его элементы, такие, как трубы поверхностей нагрева, коллекторы, барабан, перепускные трубы. Зачастую, за срок службы котла его часто повреждаемые элементы заменяются несколько раз.

Однако это не означает, что энергетическое оборудование целесообразно эксплуатировать сколь угодно долго. С наработкой оборудования неминуемо будут расти затраты на его ремонт и техническое обслуживание. В условиях сдерживания роста тарифов на электрическую и тепловую энергию, начиная с определенного момента, будет невыгодно эксплуатировать длительно работавшее оборудование. Это момент и следует отождествлять с физическим износом оборудования.

Как отмечалось выше, не только показатели надежности характеризуют техническое состояние оборудования. С наработкой оборудования неминуемо будут ухудшаться и его технические показатели, отражающие эффективность энергоустановки. При ремонте тепломеханического оборудования большой объем работ связан с восстановлением зазоров, сокращением присосов и т.п. Требование поддержания технических показателей на приемлемом уровне будет также приводить к росту ремонтных затрат по мере старения оборудования. Так как эффективность эксплуатации энергоустановок не относится к категории безопасности, решение о приемлемом уровне эффективности оборудования принимает его владелец самостоятельно без участия федеральных органов власти.

Оценка технического состояния по обоим показателям напрямую зависит от качества проведения технического диагностирования оборудования, а именно - от применяемых методов и средств диагностики, квалификации экспертов и понимания ими реальных процессов, приводящих к исчерпанию ресурса. Применительно к большинству элементов тепломеханического оборудования ТЭС накопленный за многие десятилетия опыт позволяет сформулировать необходимый и достаточный объем контроля металла и иных видов диагностики, исключающий массовый выход оборудования из строя. Для некоторых элементов оборудования протекающие в металле процессы пока не достаточно изучены. Например, с 2003 г. стали обнаруживаться массовые повреждения валов сборных роторов паровых турбин частей низкого и среднего давления. До окончательного изучения природы этих повреждений и решения данной проблемы, чтобы исключить разрушение роторов при эксплуатации, в действующих стандартах предусмотрен контроль валов всех типов роторов после наработке 100 тыс.ч, далее -каждые 50 тыс.ч со снятием насадных дисков.

В электроэнергетике наряду с описанным подходом, основанным на изучении физических процессов, протекающих при эксплуатации оборудования, все большее распространение получает формализованный подход, увязывающий напрямую техническое состояние оборудования с его наработкой. Примером такой методологии может служить нормативный документ ОАО РАО «ЕЭС России» , в основу которого положена широко применяемая в международной практике методология фирмы Deloitte&Touche.

Согласно этой методологии физический износ оборудования рассчитывается как отношение его фактического срока службы к назначенному. Анализ степени физического износа оборудования осуществляется по шкале приведенной в табл. 2. По данной методологии ЗАО «АйТи Энерджи Аналитика» провел оценку технического состояния оборудования гидроэлектростанций России . По его анализу больше половины установленных на ГЭС гидротурбин имеют физический износ, превышающий 95% (группа «3» по табл. 2). Иными словами, это оборудование может быть использовано только в качестве металлолома. В работоспособные группы (от «А» до «Д») попало всего лишь 23% проанализированного парка гидротурбин. При этом гидроагрегат № 2 Саяно-Шушенской ГЭС по данной оценке занимал далеко не самую худшую позицию.

Данный подход может, конечно, служить неким ориентиром для владельца о сроках подготовки к замене оборудования, но ни в коем случае не снимает с него ответственности за проведение диагностики оборудования и адекватное реагирование на её результаты.

Выводы

1. Не исчерпание срока службы оборудования определяет угрозу безопасности и надежности его эксплуатации, а отсутствие объективной информации о техническом состоянии оборудования.

2. Формализованный подход к оценке технического состояния оборудования, основанный на сопоставлении фактического и назначенного сроков службы, не может заменить необходимость проведения технического диагностирования конкретных объектов, а лишь дополняет его.

Основным источником всех наших проблем является человеческий фактор, определяющий уровень безопасности и надежности оборудования на всех этапах его жизненного цикла, включая формирование общей технической политики в отрасли.

Литература

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

2. ГОСТ 27625-88. Блоки энергетические для тепловых электростанций. Требования к надежности, маневренности и экономичности.

3. РД 10-577-03. Типовая инструкция по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций. М., ФГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2004.

4. СТО 17230282.27.100.005-2008. Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС. Контроль состояния металла. Нормы и требования. М., НП «ИНВЭЛ», 2009.

5. Тумановский А.Г., Резинских В.Ф. Стратегия продления ресурса и технического перевооружения тепловых электростанций. «Теплоэнергетика», №6,2001 г., с. 3-10.

6. СТО 17330282.27.100.001 - 2007. Тепловые электрические станции. Методики оценки состояния основного оборудования. М., НП «ИНВЭЛ», 2007.

7. Методология и руководство по проведению оценки бизнеса и/или активов ОАО РАО «ЕЭС России» и ОАО ДЗО РАО «ЕЭС России», Deloitte&Touche, 2003 г.

8. Рэнкинги физического износа оборудования ГЭС. ЗАО «АйТи Энерджи Аналитика». М., 2009,с. 49.

Время нормального функционирования всякого ТУ ограничено неизбежными изменениями свойств материалов и деталей, из которых они изготовлены. Именно поэтому долговечность определяется сроком службы и ресурсом.

Срок службы определяется календарной продолжительностью эксплуатации ТУ от ее начала или возобновления после ремонта до предельного состояния .

Различаются: - средний срок службы или математическое ожидание срока службы:

Где t сл i – срок службы i -го ТУ; f (t сл ) – плотность распределения срока службы;

Средний срок службы до списания T ср .сл .сп – это средний срок службы от начала эксплуатации ТУ до его списания;

Гамма-процентный срок службы T сл .γ – это срок службы, в течение которого объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ процентов:

Кроме срока службы, долговечность ТУ характеризуется его ресурсом.

Ресурсом называется наработка ТУ от начала эксплуатации или же ее возобновления после ремонта до наступления предельного состояния . В отличие от определения понятия срок службы , понятие ресурс оперирует не календарной продолжительностью, а общей наработкой ТУ. Эта наработка в общем случае является величиной случайной. Поэтому, наряду с понятиями назначенного ресурса, долговечность оценивают средним ресурсом, гамма-процентным ресурсом и другими видами ресурсов.

Календарный срок службы и наработка ТУ. ПР – профилактика; t пс – время наступления предельного состояния Назначенный ресурс R н – это суммарная наработка ТУ , при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена , не зависимо от его состояния . Средний ресурс R ср – математическое ожидание ресурса .

где r – ресурс некоторого ТУ; f (r ) – плотность вероятности величины r .

Гамма - процентный ресурс R γ – наработка , в течение которой ТУ не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ процентов .

Гарантийный ресурс R г является понятием юридическим. Этот ресурс определяет, когда предприятие-изготовитель принимает претензии по качеству выпущенных изделий. Гарантийный ресурс совпадает с периодом приработки.

12. Надежность программного обеспечения (по). Безотказность и отказ по, устойчивость функционирования по.

Решение любой задачи, выполнение любой функции, возложенной на ЭВМ, работающей в сети или локально, возможно при взаимодействии аппаратных и программных средств. Поэтому при анализе надежности выполнения ЭВМ заданных функций следует рассматривать единый комплекс аппаратных и программных средств. По аналогии с терминами, принятыми для обозначения показателей надежности ТУ, под надежностью программного обеспечения (ПО ) понимается свойство этого обеспечения выполнять заданные функции , сохраняя свои характеристики в установленных пределах при определенных условиях эксплуатации .

Надежность ПО определяется его безотказностью и восстанавливаемостью. Безотказность ПО – это свойство сохранять работоспособность при использовании его для обработки информации в ИС . Безотказностью программного обеспечения оценивается вероятность его работы без отказов при определенных условиях внешней среды в течение заданного периода наблюдения . В приведенном определении под отказом ПО понимается недопустимое отклонение характеристик функционирования этого обеспечения от предъявляемых требований . Определенные условия внешней среды - это совокупность входных данных и состояние самой ИС . Заданный период наблюдения соответствует времени , необходимому для выполнения на ЭВМ решаемой задачи .

Безотказность ПО может характеризоваться средним временем возникновения отказов при функционировании программы. При этом предполагается, что аппаратные средства ЭВМ находятся в исправном состоянии. С точки зрения надежности, принципиальное отличие ПО от аппаратных средств состоит в том, что программы не изнашиваются и их выход из строя из-за поломки невозможен. Следовательно, характеристики функционирования ПО зависят только от его качества, предопределяемого процессом разработки. Это означает, что безотказность ПО определяется его корректностью и зависит от наличия в нем ошибок, внесенных на этапе его создания. Кроме того, проявление ошибок ПО связано еще и с тем, что в некоторые моменты времени на обработку могут поступать ранее не встречавшиеся совокупности данных, которые программа не в состоянии корректно обработать. Поэтому входные данные в определенной мере влияют на функционирование ПО.

В ряде случаев говорят об устойчивости функционирования ПО . Под этим термином понимается способность ПО ограничивать последствия собственных ошибок и неблагоприятных воздействий внешней среды или противостоять им. Устойчивость ПО обычно обеспечивается с помощью введения различных форм избыточности, позволяющих иметь дублирующие модули программ, альтернативные программы для одних и тех же за-

дач, осуществлять контроль за процессом исполнения программ.