Лекция 2

Надежность как фактор безопасного и эффективного использования машин. Эффективность эксплуатации технических и технологических систем в зависимости от уровня их надежности. Факторы, влияющие на надежность.

1 Надежность как фактор безопасного и эффективного использования машин.

Машины и механизмы как сложные технические системы имеют определенный так называемый жизненный цикл, особенности которого необходимо учитывать в процессе создания и эксплуатации систем.

Жизненным циклом сложной технической системы (СТС) принято называть интервал времени от начала создания СТС до конца её эксплуатации, при этом за начало жизненного цикла можно принять зарождение идеи о необходимости создания СТС, а конец - снятие системы с эксплуатации.

Иногда с целью экономии средств вместо создания новой СТС модернизируют старую.

Жизненный цикл любой машины (или комплекса машин) включает в себя несколько стадий, которые укрупненно представлены ниже:

- исследование и обоснование разработки;

- проектирование;

- создание опытного образца;

- испытания опытного образца;

- серийное производство;

- эксплуатация;

- снятие с эксплуатации (утилизация).

На стадии исследования и обоснования разработки формируют исходные данные и технические задания (ТЗ) на проведение научно-исследовательских работ (НИР) и опытно-конструкторских работ (ОКР).

На стадии проектирования выполняют эскизный или технический проект, в том числе и разрабатывают конструктивно-компоновочную схему машины.

После выпуска эскизного проекта ведется разработка рабочей документации и наземная экспериментальная отработка, которые включают в себя:

- выпуск рабочих чертежей создаваемого изделия;

- проведение комплекса расчётов по всем направлениям;

- проектный анализ возможных последствий и критичности отказов;

- лабораторные и доводочные испытания;

- комплексные испытания по подтверждению основных характеристик изделия в целом.

На стадии серийного производства выпускают установочную партию для отработки технологического процесса и тщательно контролируют качество изделий. На этой стадии возможны изменения и доработки изделий. В дальнейшем технологию поддерживают неизменной.

Эксплуатация машин ведется в эксплуатирующих организациях и включает в себя основные технологические процессы:

- применение машины по назначению;

- поддержание и (или) восстановление работоспособного состояния путем выполнения технических обслуживаний и ремонтов машины и ее элементов.

На стадии эксплуатации возможны отдельные доработки по замечаниям, выявленным в процессе эксплуатации, а также модернизация элементов машины.

Надёжность любого изделия в основном определяется этапом проектирования. На остальных этапах она уточняется и подтверждается. Только при наличии грубых ошибок в проектировании количественные значения надёжности могут существенно меняться.

В процессе эксплуатации машины ее надёжность растет за счет устранения конструктивных ошибок и стабилизации производственных (технологических) процессов.

Тем не менее, ошибки при проектировании неизбежны и задача состоит в том, чтобы как можно больше ошибок устранить на ранних стадиях создания машины или механизма. При пропуске ошибок на этапах проектирования, испытаний, серийного производства и эксплуатации приходится дорабатывать проект или технику. Чем позже выявлены ошибки, тем большие финансовые средства необходимы на доработки. В литературе по надёжности приводится примерное соотношение затрат на исправление ошибок (1:10:100:1000). Это соотношение следует понимать следующим образом: на исправление проектной ошибки, если она выявлена сразу, требуется столько же средств, сколько потрачено на её «совершение». Если проектная ошибка обнаружена на этапе отработки, то на её устранение требуется средств на порядок больше, так как это связано с производством опытных образцов. Если проектная ошибка обнаружена на этапе серийного производства, то на её устранение требуется средств на два порядка больше, так как это связано с корректировкой технологического процесса и заменой некоторых составных частей изделия. Если проектная ошибка обнаружена на этапе эксплуатации, то на её устранение требуется средств на три порядка больше, чем на её «создание», так как это связано еще и с заменой эксплуатируемых образцов техники (пример с массовым отзывом легковых автомобилей в автопроме).

Накопление информации о надёжности машины и ее составных частей происходит последовательно на всех стадиях жизненного цикла.

Отличительной особенностью создания надежных машин и механизмов является учет изменения их состояния во времени при эксплуатации. С этой целью все время «жизни» готового изделия разделяется на этапы эксплуатации или периоды функционирования. Эти этапы или периоды могут быть более или менее крупными и степень подробности зависит от типа машины и поставленных задач по анализу надёжности.

Обычно принято выделять следующие укрупненные этапы эксплуатации машин и механизмов:

- хранение в ожидании применения;

- транспортировка;

- функционирование.

На каждом этапе и периоде машины должны характеризоваться своими показателями надежности (показатель надёжности - это количественная характеристика свойств надёжности; более подробно показатели надёжности рассмотрены в последующих разделах). Можно привести аналогию со здоровьем человека. Например, нормальная температура тела человека еще не означает, что он здоров. Существует множество показателей, характеризующих здоровье человека, в частности показателей качества крови и др.

Так же обстоит дело и в подъемно-транспортной и строительной технике. Нельзя характеризовать надёжность сложных технических систем одним показателем. Показатели надёжности должны учитывать: сложность состава; целевое функционирование во времени; различные этапы эксплуатации; отдельные периоды функционирования и др. Причём, чем больше показателей надёжности используется при проектировании и эксплуатации машин, тем объективнее картина с точки зрения надёжности.

Связь надежности с этапами «жизненного цикла» машины

Особенностью проблемы надежности является ее связь со всеми этапами проектирования, изготовления и использования машины, начиная с момента формирования и обоснования идеи создания новой машины и кончая принятием решения о ее списании. Поэтому особенно важным является выявление связей между показателями надежности и возможностями их повышения на каждом этапе проектирования, изготовления, эксплуатации, ремонта машин.

Этап 1. Проектирование. 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.

Этап 2. Производство. При изготовлении машины обеспечивается ее надежность. Она зависит от качества изготовления деталей, методов контроля выпускаемой продукции, возможностей управления ходом технологического процесса, качества сборки машины и ее узлов, методов испытаний готовой продукции и других показателей технологического процесса.

Этап 3. Эксплуатация. 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.

Этап 4. Ремонт. При ремонте машины обеспечивается повышение уровня ее надежности, близкого к номинальному значению. Показатели ремонтопригодности и сохраняемости проявляются только в процессе ремонта машины и зависят от конструкции машины и ее узлов, технологических способов и процессов ремонта, системы организации сборки и методов испытания отремонтированной продукции, а также от других показателей технологического процесса ремонта.