Влияние периодичности и объема профилактических мероприятий на надежность систем

Поддержание требуемого уровня надежности элементов и систем — это одна из основных задач по обеспечению высокой безопасности и живучести сложных систем. Среди мероприятий по повышению надеж­ности при эксплуатации оборудования сложных систем важное место отводится техническому обслуживанию.

Под техническим обслуживанием понимается комплекс организаци­онных и технических мероприятий, направленных на предупреждение отказов. К основным задачам технического обслуживания (ТО) отно­сятся предупреждение ускоренного износа, коррозии и старения; под­держание основных технических характеристик оборудования на задан­ном уровне; продление межремонтных сроков эксплуатации оборудова­ния.

Основу ТО составляют профилактические работы и регламентные проверки. Профилактические работы (профилактика) проводятся пери­одически с целью выявления ненадежных, отказавших или неисправ­ных элементов, а также для установления причин, способствующих воз­никновению отказов. Содержанием профилактических работ является чистка, механические, смазочные, контрольно-регулировочные работы.

В энергетике профилактические работы носят название плано­во-предупредительных ремонтов (ППР), периодичность проведения ко­торых обычно совпадает с перегрузкой топлива. Сущность влияния профилактики на надежность оборудования можно пояснить с помо­щью кривых (рисунки 5.13 –5.15). Кривая I (рисунок 5.13) выражает изменение вероятности P(t) имеет безотказной работы системы в предположении отсут­ствия профилактики. Так как реально на оборудовании проводятся профилактические ра­боты, при которых выявленные неисправности устраняются, то кривая P(t) имеет пилообразный вид (кривая 2). В моменты t₁ на оборудовании выполняются профилактические работы, и в дальнейшем кривая P(t) имеет начало на линии, близкой к максимальному значению вероятности исправной работы. Из-за воз­действия на оборудование при эксплуатации факторов внешней среды надежность их постепенно ухудшается. Кроме того после выполнения профилактики могут остаться неисправные элементы, которые не были обнаружены обслуживающим персоналом в ходе проверки работоспо­собности объектов.

Следовательно, и количественно это должно отражаться наклоном линии относительно прямой, соответствующей максимуму вероятности P(t) в момент времени t = 0 (угол φ). Назовем эту линию линией ухуд­шения (прямая 3 на рисунке 5.13). Принципиально линия ухудшения может быть не прямой и иметь начало на оси ординат не обязательно в точке, соответствующей P(t = 0) = 1, ибо сложные объекты по статистике от­казов, покидая завод-изготовитель, не имеют вероятности безотказной работы, равной единице.

Участок аb кривой 2 (рисунок 5.13) показывает, насколько восстанав­ливается надежность оборудования при проведении профилактики. Не-довосстановление надежности до начальной величины с течением вре­мени эксплуатации, как правило, растет, а следовательно, может наступить такой момент, когда надежность оборудования не будет восстанавливаться за счет профилактики. Этот момент време­ни указывает на то, что необходимо про­водить более эффективные работы (сред­ний или капитальный ремонт).

Снижение надежности в недопустимых пределах (на рисунке 5.13 ниже значений Р_доп1 и Р_доп2) может привести к частым отказам в работе систем. Значение допустимой веро­ятности Р_доп выбирается на основании ана­лиза эффективности данного оборудования.

Из рисунка 5.13 видно, что периодич­ность выполнения профилактики сущест­венным образом влияет на значение вероятности безотказной работы P(t). Так, если периодичность профилакти­ки на объектах равна промежутку времени от момента t=0 до t=t₂ и т.д. до t=t_2m, то значение вероятности безотказной работы описыва­ется «зубом пилы» 1,0-е-с. С уменьшением времени между профилакти­ческими работами в два раза вероятность безотказной работы систем повышается и определяется «зубом пилы» 1,0-a-b, b-d-c и т.д.

Таким образом, при назначении периодичности профилактики не­обходимо промежутки времени между циклами работ выбирать так, чтобы обеспечить требуемое значение вероятности безотказной работы.

Планирование профилактики зависит от того, насколько вероятны ожидаемые отказы различной природы. Если отказы – редкие события и носят характер внезапных отказов, то не имеет смысла проводить час­тые плановые замены элементов системы, поскольку заменяемый эле­мент не будет менее надежен, чем новый, и замена его может привести не к повышению, а к снижению надежности. При постепенных отказах плановая замена элементов может существенно повысить надежность системы, если замена своевременна, – преждевременная замена эконо­мически невыгодна, а запаздывание в замене не предупреждает отказа. Таким образом, разработка стратегии профилактических работ (выбор сроков, объема, последовательности, глубины и тщательности) зависит от характера потока отказов и восстановления, вида отказов, требова­ний к надежности и экономической целесообразности.

Кроме безотказности на выбор длительности промежутка времени между циклами профилактических работ оказывают влияние следую­щие факторы: период эксплуатации и характер применения оборудова­ния; долговечность элементов; стоимость; характер возможных послед­ствий отказов.

Время профилактической проверки работоспособности оборудова­ния назначается, исходя из следующих соображений.

1 При нормальном периоде эксплуатации, когда Λ(t) = const и изве­стно значение допустимого снижения надежности Р_доп или Q_яоп, время профилактики выбирается с учетом того, чтобы вероятность появления отказа не превышала допустимого значения (рисунок 5.14):

(5.18)

2 Для определения времени календарного обслуживания оборудования, работающего длительно в непрерывном режиме и ориентированного на замену элементов, выработавших ресурс, предварительно оценивается средняя наработка до постепенного отказа Т_ср и среднее квадратическое отклонение наработки σ_Тср(t) (рисунок 5.15).

Рисунок 5.15 – Выбор периодичности профилактики при постепенных отказах

Тогда

(5.19)

где число n выбирается таким, чтобы вероятность отказа была меньше допустимой вероятности.

3 На λ-характеристиках оборудования в различные моменты време­ни могут появляться «горбы» (рисунок 5.16), характеризующие различный ресурс элементов (в системе могут быть элементы с различной механи­ческой и электрической прочностью). Естественно, что в моменты t¹_пр,t²_пр,t³_пр целесообразно проведение профилактики соответствующего объ­ема (глубины).

Рисунок 5.16 – Вид интенсивности отказов оборудования с заменой критических элементов

4 Для систем, работающих в дежурном режиме (системы управле­ния и защиты, системы безопасности), весьма важно, чтобы профилак­тика не снижала обобщенный показатель надежности:

(5.20)

где К_т = t_сум/(t_сум + t_np + t_рем) — коэффициент технического использова­ния; t_сум — суммарная наработка; t_рем — время ремонта; t_пр — время, за­трачиваемое на профилактику.

5 Работы по техническому обслуживанию сложных систем в про­цессе эксплуатации можно осуществлять двумя способами: проводить регулярно, через заранее выбранные промежутки времени (в том числе рассчитанные оптимально) по моделям типа (5.14) – (5.15) или сначала измерять некоторые параметры системы, которые изменяются в резуль­тате действия внешних факторов и старения, а затем решать вопрос о проведении того или иного вида работ по ТО системы, т.е. организовы­вать это ТО в зависимости от фактического состояния системы. Орга­низация такого ТО получила название эксплуатации по состоянию. При эксплуатации оборудования по состоянию используется более глубокая информация о техническом состоянии системы, чем при календарном ТО, при котором в основу эксплуатации системы закладывается инфор­мация только о моментах отказов системы.

При организации эксплуатации по состоянию возникают следую­щие задачи:

– выбор минимального необходимого числа контролируемых пара­метров, несущих достаточную информацию о состоянии системы в любой момент времени;

– обоснование допустимых областей изменения выбранных для контроля параметров;

– разработка алгоритмов математического обеспечения для обосно­вания программ эксплуатации по состоянию;

– создание технических средств контроля и диагностирования, ре­гистрации и оперативной обработки измеряемой информации.