1.3. Надежность и общечеловеческие проблемы
Проблема надежности непосредственно связана с нашей жизнью и участвует в решении многих важных проблем общества.
Создавая новые машины, человек стремится не только к их совершенству, но и к тому, чтобы в течение всего периода «жизни» каждой машины использовались возможности, заложенные в ее конструкцию. В связи с этим обеспечение высокого уровня надежности машин и различных изделий становится одной из коренных проблем техники.
Ненадежные машины являются причинами аварий и катастроф, в которых гибнут люди и наносится материальный урон. Даже при обычных отклонениях от нормальной работы машин возникают серьезные проблемы для общества.
Рассмотрим кратко некоторые проблемы общества, связанные с надежностью машин.
Надежность и затраты на восстановление работоспособности машинного парка.
Огромные средства затрачиваются в мире для того, чтобы машинный парк находился в работоспособном состоянии. Создание ремонтных предприятий и заводов по изготовлению запасных частей, применение служб по ремонту и техническому обслуживанию машин — все это является следствием того, что машины теряют свою работоспособность из-за процессов изнашивания, коррозии, усталостного разрушения и других процессов, приводящих к «старению» машины.
По разным источникам на ремонт и техническое обслуживание машин за все время их эксплуатации затрачивается в 5—10 раз больше средств, чем на изготовление новых.
В индустриально развитых странах приблизительно 4,5 % валового национального дохода тратится на трение, износ и коррозию подвижных соединений технических изделий. Это приводит к огромным потерям сырьевых материалов и энергии во всем мире.
Особенно велики потери от недостаточной надежности уникальных дорогостоящих машин. При выходе их из строя по непредвиденным обстоятельствам велика опасность трагических последствий для людей и окружающей среды (например, оборудование атомных электростанций, химических предприятий, пассажирских самолетов, космических аппаратов и т.п.).
Поэтому все большее внимание во всем мире уделяется вопросам совершенствования эксплуатации и ремонта промышленных изделий.
Во многих случаях целесообразно увеличивать затраты на повышение надежности вновь создаваемой машины, чтобы существенно сократить затраты на ее ремонт и техническое обслуживание в процессе эксплуатации.
Надежность деталей и механизмов в последние десятилетия не может угнаться за ростом сложности систем.
Одним из основных путей разрешения противоречия «сложная система — надежность» является введение в систему избыточности.
Именно избыточности обязаны своим существованием чрезвычайно сложные и, тем не менее, высоко надежные устройства. Примером тому могут служить живые организмы. Человеческое существо, в целом, также является «защищенной» восстанавливаемой системой. Существование этой системы обусловлено не столько относительно высокой надежностью его «элементов», сколько большей «избыточностью».
Примеров повышения надежности за счет резервирования можно привести много: применение дублирующих элементов на транспорте и при построении энергосистем, увеличение числа двигателей на самолетах, запасное колесо автомобиля, запасной парашют у парашютиста.
Резервирование остается самым оперативным и действенным средством обеспечения требуемой надежности систем. Это в первую очередь касается многих отраслей техники и в том числе автомобильной промышленности.
Несмотря на большие затраты, повышение надежности за счет резервирования является непременным средством, с помощью которого обеспечивается безопасность летательных аппаратов, эффективность работ различных систем массового обслуживания и наземных систем транспорта.
Обобщение существующих методов определения оптимальной долговечности машин показало, что подавляющее большинство отечественных и зарубежных авторов под оптимальной долговечностью машины по износу понимают такой срок ее службы, при котором затраты на ее использование (затраты на приобретение и капитальный ремонт, а также эксплуатационные расходы) за весь период эксплуатации, отнесенные на единицу произведенной продукции (работы), будут минимальными. Иными словами, в качестве критерия оптимальности здесь принимается достижение минимальной себестоимости продукции (работы), произведенной с помощью данной машины за весь ее амортизационный срок службы.
Наибольшее распространение получила методика определения оптимального срока службы машин по материальному износу.
На рис. 1.2 представлен характер изменения себестоимости единицы продукции (работы) машины по отдельным статьям и группам статей, ее составляющих, в зависимости от изменения амортизационного срока службы.
Удельные амортизационные отчисления на реновацию (восстановление), как известно, с увеличением срока службы машины уменьшаются по гиперболическому закону (кривая 3).
Оптимальный срок службы машин по материальному износу имеет и самостоятельное значение, так как позволяет найти наилучшее соотношение между затратами на изготовление и эксплуатацию машины.
Надежность и эффективность труда.
Последствия недостаточной надежности машины связаны не только с необходимостью восстановления ее работоспособности или замены новой, но и с тем, что в этот период машина не выполняет своих функций. В результате нарушается ритм производства, возможна остановка связанных с данной машиной других механизмов и машин. Все это может привести к снижению качества выпускаемой продукции и эффективности труда на производственном предприятии. Это особенно проявляется в работе автоматизированных систем, когда в единый комплекс связаны машины и агрегаты различного назначения, но выполняющие общую задачу.
Следовательно, эффективность работы таких систем непосредственно связана с проблемой надежности машин.
Надежность и безопасность.
Недостаточный уровень надежности изделий приводит к большим экономическим потерям.
Низкий уровень надежности изделий может привести к таким последствиям, которые нельзя оценить никакими экономическими показателями. Это гибель людей в результате катастроф, отказов техники в ответственные моменты, необратимых разрушений окружающей среды.
Например, авария на Чернобыльской атомной электростанции привела к таким трагическим последствиям, влияние которых на общество ощущалось на протяжении десятилетий. К сожалению, в мире постоянно происходят многочисленные аварии и катастрофы.
Надежность подвижного состава и его систем является одним из основных факторов в проблеме безопасности движения.
Рис. 1.2. Изменение себестоимости единицы продукции А в зависимости от срока службы машины Т:
I — удельные эксплуатационные расходы, возрастающие с увеличением срока службы машины; 2 — удельные эксплуатационные расходы, не изменяющиеся с увеличением срока службы машины; 3 — удельные амортизационные отчисления на восстановление; 4 — себестоимость единицы продукции по сумме всех затрат; То — время достижения минимальной себестоимости единицы продукции
Надежность и экология.
Нарушение работоспособности и выход из строя машин и технических устройств приводит не только к ухудшению безопасности жизнедеятельности человека и увеличению экономических затрат, но и оказывают непосредственное влияние на окружающую среду и экологическую обстановку на нашей планете.
Работа машин, когда их характеристики, такие как состав отработавших газов, динамические нагрузки, температура и другие, выходят за допустимые пределы, приводят к вредным, часто разрушительным воздействиям на биосферу, на неживую природу, на атмосферу, на весь механизм взаимодействия в окружающем нас мире. Это особенно проявляется при непредвиденных обстоятельствах или при ликвидации последствий аварии.
От уровня надежности различных по своему назначению машин и технических устройств непосредственно зависят выбросы в атмосферу вредных веществ (автотранспорт, авиация, металлургия), тепловые воздействия на окружающую среду, последствия аварий, особенно если это связано с радиоактивным заражением (аварии на АЭС, на атомных подводных лодках), пожары, вызванные, например, падением самолета, загрязнение океана нефтью при аварии танкера и другие аналогичные события.
Учитывая огромный машинный парк планеты, даже незначительные воздействия на окружающую среду суммируются и порождают серьезные проблемы, заставляют ужесточать требования к выходным параметрам машин, не допускать нарушения установленных требований при их эксплуатации, т.е. повышать надежность машин.
Надежность и маркетинг.
В проблеме создания конкурентоспособной продукции и отыскания наиболее эффективных путей ее сбыта существенную роль играет уровень надежности поставляемой потребителю продукции.
Отказ машины в процессе использования, если даже это не приводит к тяжелым последствиям, наносит серьезный моральный ущерб фирме-изготовителю и подрывает доверие к ней.
Чем выше гарантированный изготовителем уровень надежности машины, тем, при прочих равных условиях, большей конкурентоспособностью она будет обладать.
Таким образом, проблема надежности активно внедряется во все сферы человеческой деятельности, устанавливает свои требования и ограничения к уровню надежности создаваемых машин.