Глава 8. Испытание на надежность

8.1. Сбор информации

Определённый уровень надёжности машины формируется при конструировании, обеспечивается при изготовлении и реали-зуется в процессе применения её по назначению.

Специалист, занимающийся техническим обслуживанием металлургических агрегатов и машин, должен обеспечить их рабо-тоспособность в процессе эксплуатации.

Металлургические машины - это крупногабаритные, уни-кальные агрегаты, для которых в большинстве случаев невозмож-ны контрольные испытания с целью установления фактического уровня надёжности как в целом для агрегата, так и для отдельных составных его частей.

Установить фактический уровень надёжности возможно только непосредственно в процессе эксплуатации машин, собирая информацию о техническом состоянии оборудования, о нарушени-ях и причинах нарушения его работоспособного состояния.

При экспериментальных оценках надёжности независимо от того, какое свойство исследуется, всё многообразие оцениваемых показателей сводится к показателям двух типов:

– показатели типа наработки - средняя или γ -процентная наработка (до отказа, между отказами, до предельного состояния и

т.п.);

– показатели типа вероятности (вероятность безотказной работы, вероятность восстановления за заданное время и т.д.).

При определении показателей типа наработки непосредст-венно наблюдаемыми величинами являются случайные интерва-лы: наработки до отказа, на отказ, до предельного состояния, вре-мени восстановления и т.п. Существует 14 планов испытаний на надежность с измерением наработки.

При определении показателей типа вероятности непосред-ственно наблюдаемыми случайными величинами являются числа событий в испытаниях: число отказов, число предельных состоя-ний, число восстановлений и т.д. В этом случае применяется би-номинальный план испытаний.

Информация, собранная по определённым правилам и под-вергнутая статистической обработке, позволяет решать задачи, связанные с эффективностью эксплуатации и модернизацией обо-рудования.

Накопление достаточного объёма информации необходимо для оценивания показателей надёжности с целью:

* анализа надёжности машин;

* определения необходимого количества запасных час-

тей;

* планирования объёма ремонтных работ;

* установления оптимальных межремонтных периодов;

* планирования оптимальной периодичности диагности-

рования.

Выбор того или иного метода оценивания показателей на-дёжности определяется характером априорных сведений о функ-ции распределения наработок до отказа.

Если вид функции распределения известен, то задача сво-дится к получению показателей надёжности.

Когда вид функции распределения наблюдаемой случайной величины (наработки) неизвестен или известен лишь предположи-тельно, то процесс оценивания показателей надёжности в качест-ве обязательных должен включать следующие этапы:

– сбор информации об отказах оборудования;

– статистическая обработка информации;

– оценивание показателей надёжности.

Оценивание показателей надёжности (безотказности) при отсутствии информации о виде функции распределения наработок возможно при использовании так называемых непараметрических методов.

Проведение испытаний в процессе эксплуатации металлур-гических машин с целью получения оценок показателей надёжно-сти предполагает сбор и накопление необходимого объёма ин-формации об отказах оборудования в соответствии с определён-ным планом испытаний.

Под испытаниями (наблюдениями ) на надёжность обычно понимают испытания на безотказность с оценкой и контролем со-ответствующих показателей безотказности, вычисляемым по ста-тистическим 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 оборудо-вания положением о ТО и Р предусмотрено ведение технической документации (книга бригадиров слесарей по приёмке и сдаче смен, агрегатный журнал) по учёту отказов оборудования. Предпо-лагается, что содержащаяся в них информация должна позволять проводить анализ работы оборудования, планировать объёмы ре-монтных работ, осуществлять заказы на изготовление запасных частей. Фактически же эта система не оправдала себя, так как да-же при идеальном ведении документации ею очень сложно поль-зоваться для принятия тех или иных решений из-за большого объ-ёма несистематизированной информации. Документация не со-держит полной информации об отказах оборудования, а в агрегат-ных журналах фиксируются отказы или замены только наиболее ответственных узлов.

В такой ситуации все решения по поддержанию оборудова-ния в работоспособном состоянии принимаются интуитивно на ос-нове прошлого опыта, и невозможен поиск оптимальных решений.

Следовательно опыт эксплуатации металлургического обо-рудования не может быть в полной мере использован при созда-нии 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 обслу-живание соответствует установленным требованиям. Решение данной проблемы и проблемы оптимальной стратегии техобслу-живания возможно только при реализации на предприятиях про-граммы техобслуживания на базе компьютерных систем. В основе таких программ лежат математические модели, предоставляющие детальную информацию для анализа надежности, и как инстру-мент 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 взаимо-связи переменных, входящих в базу данных.

К таким переменным относятся:

− операционные переменные;

− переменные надежности;

− переменные техобслуживания;

− переменные поддержки оборудования в рабочем состоя-

нии.

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 экспо-ненциального распределения, например, λ, для нормального распре-деления параметры µ и σ, для распределения Вейбулла параметры a и b. Переменные техобслуживания соответствуют легкости, скорости, аккуратности и сохранности осуществляемых мер техобслуживания. В качестве параметров используется вид вероятностного распреде-ления времени восстановления и его параметры.

Переменные поддержки в рабочем состоянии наиболее пол-но описывают ресурсы, необходимые для реализации мероприя-тий 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 на-

ходить 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 оборудо-вания необходимо установить вероятность его безотказной рабо-ты, то применяют биноминальный план испытаний. По этому плану наблюдения осуществляются на интервале [ 0, t ], значения нара-боток τ _i>t не регистрируются.

Информация, получаемая из испытаний ( наблюдений), должна регистрироваться в виде совокупности двух величин (ус-ловия 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 незави-

симы, а их вероятности равны.

Вероятность безотказной работы системы в одном её испы-тании обозначим через Р.

Точечной оценкой для неизвестной вероятности Р является статистика.

^	r
Р=1−	r	N ^.	(8.1)
Р=1−		N ^.

Для вычисления нижней доверительной границы НДГ с за-данной доверительной вероятностью Р хорошие (но несколько

завышенные результаты) даёт формула

^	1
Р ≅Р(₁ − q ) ^{( N} ⁻^{r )} .		(8.2)

Пример 8.1. При эксплуатации шестироликовой секции транспортного рольганга в течение года отказали два ролика. Тре-

буется найти нижнюю доверительную границу вероятности безот-казной работы роликов транспортного рольганга для доверитель-ной вероятности q =0,9.

Решение.

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

	r	(		)	1		2		)	1	=0,375 .

Р= 1−			1− q		N −r	= 1 −		1 − 0,9		6 −2

	N						6	(

Если бы в течение года не было отказов транспортного роль-ганга, то тогда нижняя доверительная граница вероятности безот-казной работы составила бы

1
Р= (1 − 0,9)
Р= (1 − 0,9)	6	= 0,6 8 1.

8.3. Планы испытаний на надёжность

с измерением наработки

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

В зависимости от принятой системы и методов ремонта при-меняются различные планы испытаний. Существуют 14 разновид-ностей 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 сим-

волов, характеризующих план испытаний:

U –отказавшие изделия не заменяются и не восстанавлива-

ются;

R –отказавшие изделия заменяются новыми;

M –работоспособность изделия восстанавливается послекаждого отказа.

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

N –отказ всех изделий,поставленных на испытания;r –отказrизделий(r≤N)или наступлениеrотказов;T –по истечении определённого времени(наработки);z –при наработкеz _iкаждого изделия,где

z _i=min(t _i,τ_i), i=₁,N;

t_i –наработка до отказаi-го изделия;

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

То есть по этому плану испытания прекращаются при дости-жении 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 прекраща-ются 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 [ 10U10], то это означает, что ис-следуется 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 испы-тываются 4 объекта, изделия восстанавливаются после каждого отказа, испытания прекращаются при достижении 150 сут.

При плане [NRr] выражение [10 R 5] характеризует испыта-ние 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 отка-зах не восстанавливаются и не заменяются; испытания прекраща-ются, 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 вос-

станавливаются, испытания прекращаются через 100 сут, если ра-нее не произошло отказа 5 объектов.

При выборе плана испытаний для металлургических агрега-тов и машин необходимо учитывать следующие факторы:

* металлургические агрегаты (машины) являются слож-ными, непрерывно действующими техническими системами;

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

* вследствие высокой интенсификации производства для металлургических машин характерна высокая интенсивность отка-зов;

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

Поэтому для деталей, узлов и машин металлургических аг-регатов 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 не-которому условному невосстанавливаемому объекту; восстановле-ние 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:

Iтип-при заданной наработке;

IIтип-при заданном числе отказов;IIIтип-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 наработкойдо цензурирования.

Выборка, элементами которой служат значения наработки до отказа и наработки до цензурирования, называется цензурирован-ной выборкой.

Различают однократно и многократно цензурированные вы-борки.

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 пла-нов [NUT] и [NUr]. Для плана в общем случае характерна случай-но цензурированная выборка, т.е. выборка может быть как одно-кратно, так и многократно цензурированной. В зависимости от при-нятой системы технического обслуживания для металлургических машин возможны следующие планы испытаний с учётом приведе-ния к плану типа [U]:

[NUN] –замена детали или узла производится только послеотказа;

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

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

ВЫВОДЫ

Рассмотренный в данной части учебника материал состав-ляет основу понимания закономерностей потери машиной работо-способного состояния с течением времени. На этой основе воз-можно 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 оп-ределенную сложность. Здесь необходимо учитывать физику отка-

зов, условия и опыт эксплуатации оборудования и иметь объек-тивные 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 рос-том количества исходной информации об отказах оборудования.

И только приняв определенное решение и получив оценки его параметров, можно приступать к оцениванию показателей надежно-сти. В ряде случаев оценки показателей безотказности можно полу-чить, 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 ис-пытаниях на надежность металлургического оборудования.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 351; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!