Классификация методов повышения надежности

Все методы повышения надежности оборудования принципиально могут быть сведены к следующим основным:

• резервированию;

• уменьшению интенсивности отказов элементов системы;

• сокращению времени непрерывной работы;

• уменьшению времени восстановления;

• выбору рациональной периодичности и объема контроля систем.

Реализация указанных методов может осуществляться при проекти­ровании, изготовлении и в процессе эксплуатации оборудования.

Очевидно, что надежность систем в основном закладывается при проектировании, конструировании и изготовлении. От работы проекти­ровщика и конструктора, в первую очередь, зависит, как будет работать оборудование в тех или иных условиях эксплуатации. Из этого вовсе не следует, что организация процесса эксплуатации не влияет на надеж­ность объекта. При эксплуатации обслуживающий персонал может су­щественным образом изменить надежность систем как в сторону умень­шения, так и в сторону увеличения.

В процессе проектирования и конструирования используются схем­ные и конструктивные методы повышения надежности систем.

Схемные методы включают в себя:

-создание схем с минимально необходимым числом элементов;

- применение резервирования;

- разработку схем, не допускающих опасных последствий отказов их элементов;

- оптимизацию последовательности работы элементов схемы;

- предварительный расчет надежности проектируемой схемы.

Уменьшение числа элементов при прочих равных условиях приво­дит к увеличению вероятности безотказной работы системы (рисунок 5.4), а также благоприятно сказывается на ее массе, габаритах и стоимости. Однако при этом необходимо помнить, что сокращение числа элемен­тов не должно увеличивать коэффициент нагрузки у оставшихся эле­ментов, в противном случае эффект может быть прямо противополож­ным.

Резервирование — это один из наиболее эффективных методов по­вышения надежности объектов. При резервировании в конструкции за­ранее предусматривается замена неисправного элемента исправным.

При создании схем с ограниченным последствием отказов применя­ется включение в схемы специальных защитных и предохранительных устройств, которые предотвращают аварийные последствия отказов.

Под оптимизацией последовательности работы элементов схемы по­нимается согласование тактов автоматической работы схем не только по времени, но и по достижении тем или иным параметром заданного зна­чения.

Рисунок 5.4 – Зависимость вероятности безотказной работы системы от надежности и числа элементов

В число конструктивных методов повышения надежности входит:

– использование элементов с малой величиной интенсивности от­казов при заданных условиях эксплуатации;

– обеспечение благоприятного режима работы элементов;

– рациональный выбор совокупности контрольных параметров;

– рациональный выбор допусков на изменение основных парамет­ров элементов и систем;

– защита элементов от вибраций и ударов;

– унификация элементов и систем;

– разработка эксплуатационной документации с учетом опыта при­менения системы, подобной конструируемой;

– обеспечение эксплуатационной технологичности конструкции (применение встроенных контрольных устройств, автоматизация контроля и индикация неисправностей, удобство подходов для обслуживания и ремонта).

Среди способов повышения надежности при производстве основ­ными являются следующие:

– совершенствование технологии и организации производства, его автоматизация;

– применение инструментальных методов контроля качества про­дукции при статистически обоснованных выборках;

– тренировка элементов и систем.

Перечисленные методы повышения надежности должны применя­ться в совокупности с учетом влияния каждого из них на работоспособ­ность системы. В тех случаях, когда меры противоречивы, нужно при­нимать компромиссное решение.

Методы повышения надежности систем, применяемые в эксплуата­ции, могут быть разбиты на две группы. В первую группу входят все изложенные методы. На основе изучения опыта эксплуатации инже­нер-эксплуатационник имеет возможность разработать ряд рекоменда­ций для проектировщиков и конструкторов, направленных на улучше­ние качества систем (изменение схемы, замена элементов, изменение конструкции, материалов и т.п.). Эти рекомендации согласовываются с конструкторами и вводятся специальными указаниями (доработками).

Однако нельзя считать, что в эксплуатации только устраняются ошибки конструктора и производства, хотя доля таких ошибок еще ве­лика.

Вторая группа мероприятий, повышающих качество систем при эк­сплуатации, относится к воздействию обслуживающего персонала. К этим мероприятиям относятся:

– повышение квалификации обслуживающего персонала;

– применение инструментальных методов контроля технического состояния систем;

– обоснование объема и сроков проведения профилактических ме­роприятий, основанных на применении методов теории надежно­сти;

– обоснование сроков службы элементов и состава ЗИПа;

– разработка и внедрение способов прогнозирования неисправно­стей.

Остановимся на вопросе повышения надежности систем в процессе эксплуатации. Существует мнение, что надежность объекта в процессе эксплуатации можно лишь поддерживать на определенном уровне, ко­торый заложен при проектировании и изготовлении. Превзойти же этот уровень невозможно.

Действительно, объекты, находящиеся в эксплуатации, обладают так называемой встроенной надежностью с параметром Т_ср. Под встроенной надежностью понимается рассчитанное конструктором зна­чение средней наработки до отказа Т_ср. Это значение определяется ис­ходя из интенсивности отказов комплектующих элементов λ_i, которые получены для условий работы, оговоренной нормами или заказчиком в техническом задании (ТЗ), и необходимости выполнения предписанных инструкций по эксплуатации.

Параметр встроенной надежности можно определить из выражения

(5.8)

где n — общее число отказов за период работы t, n_пост — ожидаемое рас­четное число постепенных отказов; n_вн — среднее число внезапных от­казов.

В процессе эксплуатации систем имеется возможность активно воз­действовать на величину фактического уровня параметра надежности Т_ср, который может измениться в зависимости от эффективности об­служивания объектов.

Можно показать, что вероятность выявления дефектного элемента в процессе обслуживания и, тем самым, предотвращения постепенного отказа в интервале времени t равна

(5.9)

где t_n — среднее время, затрачиваемое на обнаружение дефектного эле­мента.

Время t_n зависит от числа обслуживаемых элементов, методики и производительности аппарата прогнозирования, а также от квалифи­кации и опыта работы обслуживающего инженерно-технического со­става.

Следовательно, величина P(t) определяется процессом эксплуатации объекта. Так что число постепенных отказов может быть фактически уменьшено до значения

(5.10)

В случае когда реальные условия эксплуатации мало отличаются от расчетных (или оговоренных разработчиком) условий, усилиями обслу­живающего персонала воздействие факторов внешней среды может быть ослаблено и, следовательно, интенсивность отказов λ_э элемента в условиях эксплуатации будет меньше расчетной λ_i.

Тогда число внезапных отказов элементов уменьшится

(5.11)

Таким образом, в процессе эксплуатации общее число отказов может быть уменьшено и

(5.12)

В этом заключается сущность активного воздействия эксплуатаци­онных мероприятий по повышению надежности, которое, к сожале­нию, часто отрицается некоторыми авторами, утверждающими, что надежность объекта при эксплуатации не может быть выше встроен­ной.

Ряд мероприятий по повышению надежности систем может быть отнесен к категории организационных. Такими мероприятиями явля­ются:

– постановка широких экспериментальных исследований надежно­сти объектов на всех этапах их разработки, изготовления и эксп­луатации;

– создание единой системы информации о работоспособности объ­ектов;

– обоснование, выбор и включение в ТЗ норм надежности;

– организация доработок и рекламационная практика.

Очевидно, что приведенный перечень путей по повышению надеж­ности объектов представляет собой весьма широкий комплекс меропри­ятий, в том числе требующих проведения в государственном масштабе.