Б. Показатели ремонтопригодности машин, используемые в процессе их эксплуатации

● коэффициент готовности - вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусмотрено (Т - средняя наработка на отказ)

К _Г = Т /(Т + Т _В); (3.13)

● коэффициент оперативной готовности - вероятность безотказной работы объекта в течение заданного времени t, начиная с произвольного, достаточно удаленного момента времени t _µ, т.е. отношение числа объектов n, исправных в произвольный, достаточно удаленный момент времени, и проработавших затем безотказно в течение заданного времени, к общему числу объектов N

К _ОГ = n(t _µ, t _µ+ t)/N; (3.14)

● коэффициент технического использования – отношение математического ожидания наработок на отказ за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий наработок на отказ, плановых ремонтов и аварийных простоев оборудования (Т _Р – время ремонтов)

К _ТИ = Т /(Т + Т _В+ Т _Р). (3.15)

Контрольные вопросы

1) Сущность стратегии восстановления оборудования?

2) Что понимается под аварийными заменами?

3) Плановые и аварийные замены?

4) Восстановление при постепенных отказах?

5) Восстановление с заданным лимитом времени?

6) Эффективность технического обслуживания?

7) Понятие ремонтопригодности машин?

8) Какие показатели ремонтопригодности машин на стадии проектирования?

9) Какие показатели ремонтопригодности машин на стадии эксплуатации?

Эксплуатационная надежность металлургических машин

Испытания на надежность

Общие сведения.

Уровень надежности машин формируется в процессе конструирования, обеспечивается при изготовлении и реализуется в процессе эксплуатации.

Металлургические машины это крупногабаритные уникальные агрегаты, для которых, как правило, не возможны контрольные испытания с целью определения фактического уровня надежности не только для агрегата в целом, но и для отдельных его составных частей. Установить фактический уровень надежности представляется возможным только в процессе эксплуатации, собирая информацию о техническом состоянии, нарушениях и причинах нарушения работоспособного состояния. При экспериментальных оценках надежности, независимо от исследуемого свойства, многообразие оцениваемых параметров сводится к показателям двух типов:

- показатели типа наработок - средняя или γ–процентная наработка до отказа, между отказами, до предельного состояния и т.д.;

- показатели типа вероятности безотказной работы, восстановления за заданное время и т.п.

При определении показателей типа наработок наблюдаемыми величинами являются случайные интервалы наработки до отказа, на отказ, до предельного состояния, времени восстановления и т.д.

При определении показателей наблюдаемыми случайными величинами являются числа событий в испытаниях: число отказов, число предельных состояний, число восстановлений и т. д.

Собранная по определенным правилам и подвергнутая статистической обработке информация позволяет решать задачи, связанные с эффективностью эксплуатации и модернизации оборудования. Накопление информации необходимо для оценивания надежности с целью:

- анализа надежности;

- определения необходимого количества запасных элементов;

- планирования объема ремонтных работ;

- установления оптимальных межремонтных периодов;

- планирования оптимальной периодичности диагностики.

Выбор метода оценивания показателей надежности определяется характером сведений о функции распределения наработок до отказа. Если вид функции известен, то задача сводится к определению показателей надежности. Когда вид функции распределения наработок неизвестен или известен предположительно, то процесс оценивания показателей надежности в качестве обязательных должен включать:

- сбор информации об отказах;

- статистическая обработка информации;

- оценивание показателей надежности.

В этом случае возможно использование непараметрических моделей.

Под испытаниями (наблюдениями) на надежность понимают испытания на безотказность с оценкой и контролем соответствующих показателей безотказности, вычисляемых по статистическим данным о результатах испытаний. Главным фактором в сборе информации о техническом состоянии оборудования является объективность и полнота. Эти требования на металлургических предприятиях выполнять довольно сложно.

Для сбора информации о техническом состоянии оборудования предусматривается ведение технической документации по учету отказов оборудования. Предполагается, что содержащаяся в ней информация должна позволить проводить анализ работы оборудования, планировать объемы ремонтных работ, осуществлять заказы на изготовление запасных частей. Однако этой документацией весьма затруднительно пользоваться для принятия решений из-за отсутствия какой-либо систематизации информации и надежности ее полноты.

В такой ситуации все решения по поддержанию оборудования в работоспособном состоянии принимаются интуитивно на основе прошлого опыта и, естественно, далеко не оптимальны. Кроме того, при таких условиях опыт эксплуатации металлургического оборудования не может быть в полной мере использован при создании новых металлургических машин и агрегатов. Решение этой задачи возможно на базе создания автоматизированной информационной системы об отказах оборудования. Основу этой системы должна составлять база данных, включающая:

- каталог оборудования и его составных частей;

- каталог видов отказов;

- каталог видов ремонтов и профилактик;

- мониторинг состояния оборудования.

Вся эта информация об отказах и заменах оборудования должна храниться в течение всего срока эксплуатации и по мере ее накопления подвергаться статистической обработке. По требованию пользователя в любой момент должна выдаваться информация о состоянии оборудования. Наиболее важным является сохранение информации о наработках оборудования. Это позволяет использовать теорию надежности для решения практических задач по планированию ремонтных работ по минимуму затрат на поддержание оборудования в работоспособном состоянии.

4.1.2. Биноминальный план испытаний.

Биноминальный план испытания применяется, чтобы в процессе эксплуатации оборудования установить вероятность его безотказной работы. Этим планом предусматриваются наблюдение на интервале [0, t ]. Значения наработок τ > t не регистрируются.

Информация о результатах испытаний (наблюдений) должна регистрироваться в виде совокупности двух величин (схема Бернулли):

- объем N (количество объектов) испытаний;

- число r отказов в N испытаниях.

Физическая природа объектов испытания значения не имеет. Предполагается, что отказы при каждом испытании независимы, а их вероятности равны. Точечной оценкой для неизвестной вероятности является статистика

Оценку доверительной нижней границы с заданной доверительной вероятностью q осуществляют по формуле

Пример 4.1. При эксплуатации 6-ролковой секции транспортного рольганга в течение года отказали 2 ролика. Найти нижнюю доверительную границу вероятности безотказной работы роликов транспортного рольганга для доверительной вероятности q = 0,9.

Решение.

По приведенной выше формуле находим

Если в течение года не было отказов транспортного рольганга, то тогда r= 0, и нижняя доверительная граница вероятности безотказной работы составит

Планы испытания на надежность с измерением наработок.

Экспериментальные методы оценки показателей надежности основаны на использовании статистических данных, получаемых при испытаниях изделий на надежность, или данных опытной или подконтрольной эксплуатации.

План испытаний на надежность должен содержать число испытуемых образцов, стратегию проведения испытаний с восстановлением и (или) заменой отказавших изделий, без восстановления и (или) замены отказавших изделий, правила прекращения испытаний, число независимых наблюдений и отрицательных исходов этих наблюдений, позволяющих принять решение о соответствии или несоответствии изделий заданным требованиям к уровню надежности, а также правила принятия решения.

При испытаниях на надежность наблюдением может быть время безотказной работы изделия, продолжительность его восстановления и т.п., отрицательным исходом наблюдения - наступление отказа (предельного состояния), невозможность восстановления в течение заданного времени и т.п.

При контроле надежности невосстанавливаемых изделий объем выборки (число испытуемых объектов) равен необходимому числу наблюдений. Для восстанавливаемых изделий объем выборки может быть уменьшен (до одного образца), если независимость наблюдений обеспечена к началу очередного наблюдения.

ГОСТ 27.410-87 предусматривает 16 разновидностей планов испытаний на надежность. Основные варианты планов испытаний металлургического оборудования приведены в таблице 4.1. Каждый план имеет условное обозначение в виде трех (иногда четырех) буквенных символов, заключенных в квадратные скобки [ *** ].

Талица 4.1 – Варианты планов испытаний на надежность

На первой позиции символом N указывается объем выборки.

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

- U - отказавшие изделия не восстанавливаются и не заменяются;

- R - отказавшие изделия заменяются новыми;

- М - работоспособность изделий восстанавливается после каждого отказа.

На третьей позиции записывается один (или два) символа, указывающих на условие окончания испытаний:

N – после отказа всех поставленных на испытание изделий;

- r – отказ r изделий (r < N) или наступление r отказов, при отказе всех изделий r = N;

- Т – по истечении определенного времени (наработка);

- z – при наработке каждого изделия z_i = min(t_i, τ_i), где i = 1, 2,…, N – номер изделия, t_i - наработка до отказа i -го изделия, τ_i - наработка до снятия с испытаний работоспособного i – го изделия. Таким образом, по этому плану испытание прекращается при достижении наработки z с учетом как наработок изделия до отказа, так и наработок работоспособных изделий, но снятых с испытаний по какой либо причине (плановая замена), если величина этой наработки меньше z.

На третьей позиции может записываться два символа, например [**(r,T) ]. Это означает, что испытания прекращаются либо при появлении r отказов, либо по истечению времени Т, если к этому моменту не произошло r отказов.

Например, для плана испытания типа [ NUN ] запись [10 U 10] означает, что исследуется 10 объектов, которые при отказах не заменяются и не восстанавливаются. Испытания заканчиваются при отказе всех 10 объектов.

Для плана [ NMT ] запись [4 M 150] означает, что испытывается 4 объекта, причем изделия восстанавливаются после каждого отказа, Испытания заканчиваются после истечения 150 суток.

Для плана [ NRr ] запись [10 R 5] характеризует испытание 10 объектов, причем отказавшие изделия заменяются новыми. Испытание заканчивается, когда произойдет отказ 5 объектов.

В плане [ NU(T,r) ] запись [10 U (100,5)] обозначает, что испытанию подвергается 10 объектов, при отказе объекты не заменяются и не восстанавливаются. Испытания прекращаются после истечения 100 суток, если при этом не произошли отказы 5 объектов.

Для плана [ NUz ] запись [20 Uz ] характеризует испытание 20 объектов, которые при отказе не заменяются новыми и не восстанавливаются. Испытание прекращается, когда из всех объектов одна часть изделий откажет, другая часть изделий будет снята с испытаний в произвольный момент времени.

При выборе планов испытаний для металлургических машин и агрегатов следует учитывать следующие факторы:

- металлургические агрегаты (машины) являются сложными, непрерывно действующими техническими системами, для которых характерна высокая интенсивность отказов;

- существует график остановки агрегата на плановые текущие ремонты для восстановления исходных показателей надежности;

- восстановление исходных показателей надежности, а также работоспособного состояния осуществляется путем замены изношенной (отказавшей) детали или заменой узла, в который входит отказавшая деталь.

Поэтому для деталей, узлов и машин металлургических агрегатов наиболее приемлемы планы типа [ NR *] и [ NM *], результаты испытаний по которым можно привести к результатам по плану [ NU *]. Результаты испытаний по плану [ NR *] можно свести к результатам по плану [ NU *], если начало испытаний каждого объекта перенести к некоторому условному началу испытаний всех объектов. План испытаний [ NM *] также можно привести к плану [ NU *] в предположении, что каждая наработка между отказами соответствует некоторому невосстанавливаемому объекту.

Ряд планов типа [ NU* ] предусматривают снятие объектов с испытаний до наступления отказов. Такое событие называется цензурированием.

Различают три типа цензурирования (прекращения испытаний):

I тип – при заданной наработке, ему соответствует план [ NUT ];

II тип – при заданном числе отказов, ему соответствует план [ NUr ];

III тип – случайное, ему соответствует план [ NUz ].

Наработка объекта от начала испытаний до наступления цензурирования (т.е. до момента прекращения испытаний) называется наработкой до цензурирования. Выборка, элементами которой служат значения наработки до отказа и наработки до цензурирования, называется цензурированной выборкой.

Выборки могут быть однократно и многократно цензурированными. В однократно цензурированной выборке значения всех наработок до цензурирования равны между собой. В многократно цензурированной выборке значения наработок объектов до цензурирования не равны между собой. Для планов [ NUT ] и [ NUr ] характерна однократно цензурированная выборка. В общем случае для планов характерна случайно цензурированная выборка.

В зависимости от принятой системы технического обслуживания для металлургических машин возможны следующие планы испытаний с учетом приведения к плану типа [ NU *];

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

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

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

Для выбранного плана испытаний объем выборки N, который обеспечивает требуемую точность и достоверность оценки показателя надежности, может быть определен по специальным формулам, номограммам или таблицам.