Часть I. Надежность металлургических машин 4 страница

Проведение испытаний в процессе эксплуатации металлургических машин с целью получения оценок показателей надёжности предполагает сбор и накопление необходимого объёма информации об отказах оборудования в соответствии с определённым планом испытаний.

Под испытаниями (наблюдениями) на надёжность обычно понимают испытания на безотказность с оценкой и контролем соответствующих показателей безотказности, вычисляемым по статистическим данным о результатах испытаний.

Главными же факторами в сборе информации о техническом состоянии оборудования являются её объективность и полнота. Обеспечить такие требования при существующем положении дел на металлургических предприятиях весьма сложная задача.

Для сбора информации о техническом состоянии оборудования положением о ТО и Р предусмотрено ведение технической документации (книга бригадиров слесарей по приёмке и сдаче смен, агрегатный журнал) по учёту отказов оборудования. Предполагается, что содержащаяся в них информация должна позволять проводить анализ работы оборудования, планировать объёмы ремонтных работ, осуществлять заказы на изготовление запасных частей. Фактически же эта система не оправдала себя, так как даже при идеальном ведении документации ею очень сложно пользоваться для принятия тех или иных решений из-за большого объёма несистематизированной информации. Документация не содержит полной информации об отказах оборудования, а в агрегатных журналах фиксируются отказы или замены только наиболее ответственных узлов.

В такой ситуации все решения по поддержанию оборудования в работоспособном состоянии принимаются интуитивно на основе прошлого опыта, и невозможен поиск оптимальных решений.

Следовательно опыт эксплуатации металлургического оборудования не может быть в полной мере использован при создании новых металлургических агрегатов.

В соответствии с системой качества JSO 9000 должны быть разработаны и поддерживаться в рабочем состоянии методики выполнения, проверки и отчетности о том, что техническое обслуживание соответствует установленным требованиям. Решение данной проблемы и проблемы оптимальной стратегии техобслуживания возможно только при реализации на предприятиях программы техобслуживания на базе компьютерных систем. В основе таких программ лежат математические модели, предоставляющие детальную информацию для анализа надежности, и как инструмент по принятию решений.

Исходными данными для математической модели являются данные информационной системы, включающей:

- каталог оборудования и его составных частей;

- каталог видов отказов;

- каталог видов ремонтов и профилактик;

- каталог стоимостей и затрат на осуществление операций по техобслуживанию;

- мониторинг состояния оборудования.

В общем виде математическая модель описывает взаимосвязи переменных, входящих в базу данных.

К таким переменным относятся:

- операционные переменные;

- переменные надежности;

- переменные техобслуживания;

- переменные поддержки оборудования в рабочем состоянии.

Типичными операционными переменными являются:

- количество лет службы;

- количество рабочих недель в году;

- количество рабочих дней в неделе;

- количество рабочих часов в день;

- количество единиц продукции в час.

Переменные надежности – это переменные, основанные на знании вида распределения и его параметров.

Если они известны, то показатели надежности определены единственным образом. Такими переменными являются для экспоненциального распределения, например, l, для нормального распределения параметры m и s, для распределения Вейбулла параметры a и b. Переменные техобслуживания соответствуют легкости, скорости, аккуратности и сохранности осуществляемых мер техобслуживания. В качестве параметров используется вид вероятностного распределения времени восстановления и его параметры.

Переменные поддержки в рабочем состоянии наиболее полно описывают ресурсы, необходимые для реализации мероприятий по техобслуживанию.

К ним относятся:

- тип и количество запасных частей;

- тип, размер и количество оборудования;

- тип, средства и количество технических данных;

- тип, квалификация и количество персонала;

- тип и количество материальных ресурсов;

- тип и количество инструментов и оборудования.

Реализация подобных моделей позволяет предприятию находить оптимальные решения по техническому обслуживанию оборудования, критериями которых являются:

- минимальная стоимость техобслуживания;

- гарантированная обеспеченность запасными частями;

- необходимый уровень надежности.

8.2. Биноминальный план испытаний

Когда в процессе эксплуатации металлургического оборудования необходимо установить вероятность его безотказной работы, то применяют биноминальный план испытаний. По этому плану наблюдения осуществляются на интервале [ 0, t ], значения наработок t _i>t не регистрируются.

Информация, получаемая из испытаний (наблюдений), должна регистрироваться в виде совокупности двух величин (условия схемы Бернулли):

– объём N (количество объектов) испытаний;

– число r отказов в N испытаниях.

Физическая природа объекта по этой схеме не имеет значения.

Предполагается, что отказы при каждом испытании независимы, а их вероятности равны.

Вероятность безотказной работы системы в одном её испытании обозначим через Р.

Точечной оценкой для неизвестной вероятности Р является статистика.

(8.1)

Для вычисления нижней доверительной границы НДГ с заданной доверительной вероятностью хорошие (но несколько завышенные результаты) даёт формула

. (8.2)

Пример 8.1. При эксплуатации шестироликовой секции транспортного рольганга в течение года отказали два ролика. Требуется найти нижнюю доверительную границу вероятности безотказной работы роликов транспортного рольганга для доверительной вероятности q =0,9.

Решение.

По формуле (8.1) и приближённой формуле (8.2) получаем:

  .

Если бы в течение года не было отказов транспортного рольганга, то тогда нижняя доверительная граница вероятности безотказной работы составила бы

8.3. Планы испытаний на надёжность

с измерением наработки

В процессе эксплуатации металлургического оборудования в соответствии с положением о ТО и Р предусмотрено ведение документации об отказах оборудования. Фактически в них регистрируются результаты наблюдений за работой оборудования, т.е. осуществляется испытание на надёжность. Внедрение информационной системы об отказах оборудования, рассмотренной в гл. 1, позволяет повысить эффективность и достоверность проводимых испытаний (наблюдений).

В зависимости от принятой системы и методов ремонта применяются различные планы испытаний. Существуют 14 разновидностей планов испытаний с измерением наработок. Каждый план имеет условное обозначение в виде трёх (четырёх) буквенных символов, заключенных в квадратные скобки.

На первой позиции символом N указывается объём выборки.

На второй позиции проставляется один из следующих символов, характеризующих план испытаний:

U – отказавшие изделия не заменяются и не восстанавливаются;

R – отказавшие изделия заменяются новыми;

M – работоспособность изделия восстанавливается после каждого отказа.

На третьей позиции записывается один или два символа, указывающие на окончание испытаний:

N – отказ всех изделий, поставленных на испытания;

r – отказ r изделий (r Ј N) или наступление r отказов;

T – по истечении определённого времени (наработки);

z – при наработке z _i каждого изделия, где

z _i=min(t _i, t _i), ;

t_i – наработка до отказа i -го изделия;

t_i – наработка до снятия с испытаний работоспособного i -го изделия.

То есть по этому плану испытания прекращаются при достижении наработки z с учётом как наработок изделий до отказа, так и наработок работоспособных изделий, но снятых с испытаний по тем или иным причинам (плановые замены), если величина этой наработки меньше z.

На третьей позиции может записываться и сочетание 2-х символов, например (r,T), это означает, что испытания прекращаются либо при появлении r отказов, либо по истечении времени T, если к этому моменту времени не произошло r отказов.

Поясним на некоторых примерах, как расшифровываются планы испытаний.

Так, при испытаниях по плану [NUN], если выражение в квадратных скобках имеет вид [ 10 U 10 ], то это означает, что исследуется 10 объектов, которые при отказах не заменяются и не восстанавливаются; испытания завершаются отказом всех 10 объектов.

Для плана [NMT] выражение [ 4 M 150 ] означает, что испытываются 4 объекта, изделия восстанавливаются после каждого отказа, испытания прекращаются при достижении 150 сут.

При плане [NRr] выражение [ 10 R 5 ] характеризует испытание на надёжность 10 объектов, при котором отказавшие изделия заменяются новыми, испытание прекращается, когда произойдут отказы 5 объектов.

План [NUz] в виде выражения [ 10 Uz] трактуется следующим образом: на испытание поставлено 10 объектов, которые при отказах не восстанавливаются и не заменяются; испытания прекращаются, когда из всех объектов одна часть изделий откажет, а другая часть изделий будет снята с испытаний в произвольный момент времени. В плане [NUTr] выражение [ 10 U (100,5) ] показывает, что 10 испытываемых объектов при отказах не заменяются и не восстанавливаются, испытания прекращаются через 100 сут, если ранее не произошло отказа 5 объектов.

При выборе плана испытаний для металлургических агрегатов и машин необходимо учитывать следующие факторы:

* металлургические агрегаты (машины) являются сложными, непрерывно действующими техническими системами;

* существует график остановки агрегатов на плановые текущие ремонты для восстановления исходных показателей надёжности;

* вследствие высокой интенсификации производства для металлургических машин характерна высокая интенсивность отказов;

* восстановление исходных показателей надёжности, а также работоспособного состояния осуществляется либо путём замены изношенной (отказавшей) детали, либо путём замены узла, в состав которого входит изношенная (отказавшая) деталь.

Поэтому для деталей, узлов и машин металлургических агрегатов наиболее применимы планы типа [R] и [M]. Но результаты испытаний по планам [R] сводимы к результатам по планам [U] путём переноса начала испытаний каждого объекта к некоторому условному началу испытаний всех объектов.

Планы типа [M] можно интерпретировать как планы [U], если положить, что каждая наработка между отказами соответствует некоторому условному невосстанавливаемому объекту; восстановление работоспособного состояния объекта после отказа полное.

Планы типа [U] или приводимые к нему, кроме плана [NUN], предусматривают снятие объектов с испытаний до наступления отказа. Такое событие называется цензурированием.

Различают три типа цензурирования:

I тип - при заданной наработке;

II тип - при заданном числе отказов;

III тип - случайное.

Первый тип цензурирования соответствует плану [NUT], второй тип цензурирования - плану [NUr], третий тип - плану [NUz].

Наработка объекта от начала испытания до наступления цензурирования (прекращения испытаний) называется наработкой до цензурирования.

Выборка, элементами которой служат значения наработки до отказа и наработки до цензурирования, называется цензурированной выборкой.

Различают однократно и многократно цензурированные выборки.

Однократно цензурированная выборка - цензурированная выборка, в которой значения всех наработок до цензурирования равны между собой.

Многократно цензурированная выборка - цензурированная выборка, в которой значения всех наработок до цензурирования не равны между собой.

Однократно цензурированная выборка характерна для планов [NUT] и [NUr]. Для плана в общем случае характерна случайно цензурированная выборка, т.е. выборка может быть как однократно, так и многократно цензурированной. В зависимости от принятой системы технического обслуживания для металлургических машин возможны следующие планы испытаний с учётом приведения к плану типа [U]:

[NUN] – замена детали или узла производится только после отказа;

[NUT] – замена детали или узла производится после отказа или в каждый плановый ремонт, если в межремонтный период отказа не произошло;

[NUz] – замена детали или узла производится после отказа или в плановый период, наработка до которого есть величина случайная.

ВЫВОДЫ

Рассмотренный в данной части учебника материал составляет основу понимания закономерностей потери машиной работоспособного состояния с течением времени. На этой основе возможно проведение анализа надежности машин и их структурных составляющих.

Знание закономерностей отказов позволяет прогнозировать возможность выхода машины из работоспособного состояния и разрабатывать пути повышения ее надежности.

Наряду с этим представленные теоретические положения невозможно использовать для конкретной машины, узла, не зная величины параметров распределений.

Да и выбор того или иного распределения представляет определенную сложность. Здесь необходимо учитывать физику отказов, условия и опыт эксплуатации оборудования и иметь объективные данные о наработках или отказах.

Во многом принятию решения о применении того или иного распределения способствуют аналитические методы обработки исходной информации.

Причем точность аналитических методов возрастает с ростом количества исходной информации об отказах оборудования.

И только приняв определенное решение и получив оценки его параметров, можно приступать к оцениванию показателей надежности. В ряде случаев оценки показателей безотказности можно получить, если распределение наработок неизвестно, одновременно теряя в точности получаемых оценок показателей надежности.

Материал прил.А позволяет освоить методики оценивания показателей безотказности на основе данных, получаемых при испытаниях на надежность металлургического оборудования.

Раздел 2. Повышение надежности

Глава 1. Пути повышения безотказности

Обеспечение работоспособности машин в межремонтный период - одна из важнейших задач ремонтного и эксплуатационного персонала.

Знание положений теории надежности позволяет находить пути решения этой задачи.

Как было установлено ранее наработки металлургических машин могут быть описаны экспоненциальным, нормальным, Вейбулла распределениями и соответственно определены показатели безотказности. Как известно, вероятность безотказной работы в момент t окончания межремонтного периода может быть найдена из следующих зависимостей для:

экспоненциального распределения

P(t)=e^-lt ; (1.1)

нормального распределения

P(t)=0,5-F((t-m)/s); (1.2)

распределения Вейбулла

P(t)=exp(-t/a)^b; a=m*G(1+1/b). (1.3)

Анализ данных зависимостей показывает, что повышение вероятности безотказной работы достигается сокращением времени t межремонтного периода.

Этот путь повышения безотказности ведет к сокращению расходов на аварийные восстановления за счет снижения числа отказов и возрастанию затрат на плановые восстановления работоспособного состояния в связи с их увеличением.

Повышение безотказности за счет сокращения времени межремонтного периода требует экономического обоснования.

Снижение затрат на аварийные восстановления и повышение расходов на плановые восстановления при уменьшении межремонтного периода предполагает существование оптимального межремонтного периода, которому будет соответствовать минимум затрат и, следовательно, этот путь имеет ограничение. Методика определения оптимального межремонтного периода рассмотрена в ч. 2, гл.3. Другой путь повышения безотказности связан с параметрами распределений l, m, характеризующимися средней наработкой, и s, b, характеризующимися среднеквадратичным отклонением от средней наработки.

В этом случае повышение безотказности достигается за счет увеличения средней наработки и снижения величины среднеквадратичного отклонения.

Повышение средней наработки объекта является непростой технической задачей, для решения которой необходимо установить причину отказов и выработать пути их устранения.

Для установления причин отказов необходимо:

- проанализировать характер нагружения и кинематику узлов, в которых происходят отказы;

- проанализировать влияние внешних факторов окружающей среды;

- проанализировать соблюдение эксплуатационным и ремонтным персоналом правил технической эксплуатации (ПТЭ) оборудования;

- установить вид повреждения;

- изучить физику отказов.

При установлении причины отказа оборудования важную информацию несет характер повреждения детали.

Повышение средней наработки при установленной причине отказа основывается на конструктивных решениях, повышении прочностных характеристик материала, повышения износостойкости узлов трения, организационных мероприятиях.

Мероприятия по снижению величины среднеквадратичного отклонения связаны, в основном, с соблюдением технологического процесса производства деталей и материала для них, с ужесточением допусков в процессе их производства, с соблюдением ПТЭ оборудования и технологии ремонта машин.

Такими мероприятиями являются повышение квалификации эксплуатационного и ремонтного персонала и ужесточение требований за соблюдением технологической дисциплины на всех операциях процесса изготовления и эксплуатации машин.

Наиболее приемлемыми уровнями вероятности безотказной работы в межремонтный период с учетом экономической целесообразности являются для:

- машин P(t)=0,8...0,9;

- механизмов (узлов) P(t)=0,85...0,95;

- деталей P(t)=0,9...0,99.

Для металлургических машин межремонтный период узлов и деталей должен быть кратным межремонтному периоду машины.

Глава 2. Повреждения деталей металлургических

Дата добавления: 2014-12-08