Задачі й принципи забезпечення надійності

Наука про надійність базується на фундаментальних математичних та природничих науках - теорії ймовірностей, фізико-хімічній механіці, в тому числі теорії тертя та зношування, розділах динаміки та міцності машин і механізмів, теорії масового обслуговування, теорія Марківських процесів. У теорії надійності залучені ідеї автоматичного регулювання та кібернетики, розвиваються положення теорії технологічних процесів і діагнос­тики. Особливе значення для науки надійності має питання про застосування математичного апарата та залучення вже розроблених або створених на запити практики нових методів, що дають змогу оцінити та прогнозувати надійність об`єктів, виробів і складних технічних систем. Так, на основі теорії ймовірностей та математичної статистики, а також суміжних із ними дисциплін створені й розробляються спеціальні методи розрахунку, які пов'язані з основними аспектами проблеми надійності технологічних систем і окремих об`єктів, чи виробів.

Головним завданням при встановленні надійності об`єктів і систем є вивчення тих процесів, які призводять до зміни початкових показників їх якості. Ці процеси, підпорядковуючись певним фізичним закономірностям, мають стохастичну природу, вступають у різноманітні взаємодії, виявляють складний зв'язок зі зміною вихідних параметрів виробу. Розкриття цих зв'язків можливе на основі функціональних залежностей із залу­ченням теорії ймовірностей та теорії випадкових процесів, методів оптимізації, теорії інформації, математичної логіки та інших розділів математики. Теоретичною основою науки про надійність можуть бути результати досліджень природничих наук, що вивчають фізико-хімічні процеси руйнування, старіння та зміни властивостей матеріалів, з яких виго­товлені технологічні системи та їхні елементи, чи які потрібні для їхнього функціонування (вода, стічна вода тощо). З огляду на необхідність вивчен­ня змін, що відбуваються в матеріалах та їхніх поверхових шарах, виникла галузь теорії надійності під назвою фізика відмов. Фізика відмов вивчає незворотні процеси, що призводять до втрати матеріалами своїх початкових властивостей при експлуа­тації виробів.

Підвищення надійності систем може бути досягнуто двома шляхами:

1) підвищенням надійності і якості елементів, з яких складається система (наприклад, використання більш якісних труб, матеріалів, устаткування, покращення якості будівельно-монтажних робіт, підвищення кваліфікації обслуговуючого персоналу тощо). Цей шлях найбільш оптимальний.

2) резервування (дублювання) елементів систем. Це дозволяє одержати систему більше надійну, ніж надійність її складових елементів.

Обґрунтована довіра до працюючої системи й чисельна оцінка її надійності можуть базуватися виключно на даних досвіду фактичної роботи подібних же систем або їхніх складових елементів. Порушення роботи системи, що перешкоджають нормальному виконанню її функцій, обумовлюються різними випадковими подіями. Єдиним шляхом оцінки можливості появи таких подій, закономірностей їхнього виникнення й повторення є збір, вивчення й обробка статистичних відомостей про роботу систем, що діють (пасивний експеримент). Для окремих елементів у складі систем характеристики їхні поведінки в роботі визначають зазвичай шляхом спеціально поставлених заводських випробувань (активний експеримент). Матеріали, отримані в результаті спостережень у натурних умовах, або в наслідок проведення відповідних експериментів, обробляються методами математичної статистики, і дозволяють установити чисельну вірогідність виникнення тих випадкових подій, які можуть привести до порушення нормального функціонування окремих елементів, і виробів, а отже, і системи в цілому.

Усі оцінки надійності й вхідних у це поняття окремих властивостей та чисельних показників мають імовірнісний характер. Базуючись на даних фактичного досвіду роботи аналогічних об`єктів (елементів), ми можемо визначити вірогідність часу (тривалість періоду) їхньої безвідмовної роботи, вірогідне середнє число відмов у заданий проміжок часу й інші чисельні показники, пов'язані з оцінкою надійності. Чисельні показники вірогідності випадкових подій вимірюються в долях одиниці або у відсотках. Вірогідність, що дорівнює одиниці, характеризує достовірну подію, тобто таку, яка неодмінно відбудеться. Неможливо розглядати вірогідність настання будь-яких випадкових подій без співвіднесення їх до будь-якого кінцевого проміжку часу.

Залежно від характеру споживання води або відведення стічних вод надійність систем може бути обґрунтована як економічними міркуваннями, так і необхідністю забезпечення належного санітарного стану, рівня побутового обслуговування населення та ін. В усіх випадках надійність системи повинна забезпечувати безпеку людей від можливих наслідків порушення функцій водозабезпеченості (вибухи, пожежі й т. п.).

При цьому слід виділити технологічну надійність як забезпечення певних технологічних параметрів на рівні не нижче ніж нормативний, та конструктивну надійність, яка передбачає забезпечення необхідної (заданої) надійності системи при проектуванні й розрахунку за сучасними методиками, при виготовленні (використання надійних матеріалів і устаткування), при спорудженні системи (висока якість будівельно-монтажних робіт), та у процесі експлуатації — шляхом необхідної організації аварійно-відновної служби, планово-запобіжних ремонтів і високої кваліфікації обслуговуючого персоналу. Слід мати на увазі, що підвищення надійності системи завжди призводить до зростання матеріальних витрат, а тому повинно виправдовуватися зниженням матеріальних збитків, що викликаються її можливими відмовами. Сучасний рівень розвитку техніки дає змогу досягти майже будь-яких показників якості, у тому числі показників надійності виробів, споруд, об`єктів чи то технічних систем.

Використовуючи техніко-економічні (оптимізаційні) розрахунки, можна визначити оптимальні об'єми витрат на забезпечення надійності систем ВІВ. У кожному конкретному випадку досягнутий рівень надійності треба оцінювати насамперед з економічної точки зору. Різноманітні варіанти досягнення потрібного рівня надійності слід порівнювати, виходячи з умови найбільшого сумарного економічного ефекту, з урахуванням затрат на виготовлення нового об`єкта, у тому числі на його проекту­вання, випробування, налагодження, транспортування окремих складових елементів до місця спорудження (зведення), та інші витрати, а також затрати на експлуатацію, у тому числі на технічне обслуговування, ремонт, паливо, оливу, мастило тощо. З іншого боку, робота будь-якого об`єкту дає позитивний економічний ефект (прибуток) залежно від його цільового призначення.

Затрати на експлуатацію у функції часу мають тенденції до зрос­тання, бо старіння окремих елементів об`єкту призводить до необхідності вкладати дедалі більші кошти для відновлення втрачених властивостей. Прибуток у функції часу спочатку зростає, а потім починає знижуватися, оскільки часте виникнення простоїв об`єкту під час ремонту та технічного обслуговування знижують його продуктивність

, (1.67)

де - затрати на виготовлення виробу (спорудження об`єкту); - експлуатаційні затрати у функції часу; - дохід від роботи об`єкту у функції часу.

Як видно із графіка (рис.1.3), величина(дохід) має максимум і два рази перетинає вісь абсцис.

, (1.68)

Період часу точка А функції називається терміном окупності ().

Фактично, це термін, протягом якого об`єкт відшкодував матеріальні затрати, вкладені в нього при виготовленні та експлуатації за певний період. Із цього моменту прибуток почне зменшуватись, і настане час, коли об’єкт почне приносити збитки.

Загалом, чим менший термін окупності та чим більший граничний час експлуатації Т_гр,, тим більш надійна споруда. Слід прагнути до мінімального значення коефіцієнта К_е

, (1.69)

де Т_е – час експлуатації.

Досягається це за рахунок раціонального розподілу капіталовкладень між сферою виробництва, а також сферою експлуатації. За інших однакових умовах здешевлення вартості спорудження об`єкту приводить до збільшення витрати на їхню експлуатацію.

Рис.1.9. Зміна економічної ефективності в часі: B(t) - функція змінюваності доходу; Вв - затрати на виготовлення (зведення) об`єкту; Ве(t) - експлуатаційні затрати у функції часу; Вр(t) - дохід від роботи (функціювання) об`єкту у функції часу.

Співвідношення між вартістю виготовлення (спорудження) об`єкту, виробу чи технологічної системи, а також експлуатацією характеризується коефіцієнтом експлуатаційних витрат

, (1.70)

У зв'язку з тим що вища надійність, як правило, досягається за рахунок додаткових затрат, то часто використовують поняття ціни надій­ності - В_н. Ці змінні затрати на виготовлення виробу, які обумовлюються встановленими вимогами надійності. Для прогнозування затрат на підвищення надійності в деяких випадках застосовують метод порівняння із прототипом за результа­тами обробки дослідних даних про ціну надійності

, (1.71)

де В_{н.а .} - ціна надійності аналога чи прототипу; - напрацювання на відмову об`єкту (елементу, виробу), що запроектований або технологічної системи; - напрацювання на відмову (середній термін служби) прототипу; а – емпіричний показник, що характеризує рівень підвищення надійності виробу, об`єкту, технологічної системи (показник ступеня а = 0,5…1,5)

Дата добавления: 2014-01-07