Условия эксплуатации и их влияние на надежность технических систем

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
основная литература
1. Половко, А. М. Основы теории надежности [Текст] : учебное пособие для вузов / А. М. Половко, С. В. Гуров. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб. : БХВ - Петербург, 2008. - 704 с. : ил.
2. Грачева, Е. И. Определение потерь электроэнергии в низковольтных цеховых сетях промышленных предприятий и пути повышения надежности их работы [Текст] : учебное пособие / Е.И. Грачева, В.О. Иванов, Н.В. Денисова . - Казань : КГЭУ, 2008. - 271 с.
3. Аполлонский, С. М. Надежность и эффективность электрических аппаратов [Электронный ресурс] : учеб.пособие / С. М. Аполлонский, Ю. В. Куклев. - Москва : Лань, 2011. - 443 с. : ил., табл. - Режим доступа: http://e.lanbook.com
4. Дорохов, А. Н. Обеспечение надежности сложных технических систем [Электронный ресурс] / А. Н. Дорохов, В. А. Керножицкий, О. Л. Шестопалова, А. И. Миронов. - Москва : Лань, 2011. - 352 с. - Режим доступа: http://e.lanbook.com
5. Острейковский В.А. Теория надежности : учебник для вузов/ В.А.Острейковский. -2-е изд., испр. . -М.: Высш. шк., 2008. -463 с.: ил.
дополнительная литература
1. Надежность систем энергетики. Сборник рекомендуемых терминов [Текст] : сборник / ответ.ред. Н. И. Воропай. - М. : Энергия, 2007. - 192 с.
2. Определение количественных характеристик надежности невосстанавливаемых элементов : лаб. работа №1/ сост.: Е.И. Грачева, О.В. Наумов, А.Х. Сибгатуллин. -Казань: КГЭУ, 2006. -19 с.
3. Составление логических схем надежности по схемам электрических соединений : лаб. работа №2 по курсу "Надежность электроснабжения"/ сост.: Е.И. Грачева, О.В. Наумов, Л.Н. Сафин. -Казань: КГЭУ, 2006. -20 с.

Лекция№1:
Условия эксплуатации и их влияние на надежность технических систем.

1. Периоды жизненного цикла.
2.Теория эксплуатации.
3. Основные понятия эксплуатации и надежности технических систем.
4. Классификация параметров изделий.
5. Схема основных состояний и событий при эксплуатации.

1. Периоды жизненного цикла.

Жизненный цикл - совокупность взаимосвязанных процессов последовательного изменения состояния продукции от формирования исходных требований к ней до окончания ее эксплуатации или применения.
Этапы жизненного цикла
маркетинговые исследования
проектирование продукта
планирование и разработка процесса
закупка
производство или обслуживание
проверка
упаковка и хранение
продажа и распределение
монтаж и наладка
техническая поддержка и обслуживание
эксплуатация по назначению
послепродажная деятельность
утилизация и (или) переработка

Продолжительность эксплуатации
Рисунок - Периоды эксплуатации изделия:
I – приработка;
II - нормальная эксплуатация;
III – ускоренного износа и старения.

Первый – когда интенсивность отказов по времени падает, он называется периодом приработки.
ошибки производства:
-остаточное напряжение,
-неправильная регулировка,
-погрешность при изготовлении отдельныx деталей,
-низкое качество сборки,
-отклонения от принятой технологии изготовления,
-небрежность при изготовлении.
Отказы, возникающие в этот период называются приработочными.
Факторы, влияющие на уровень приработочныx отказов:
- степень соответствия технологии современному уровню;
- достигнутая точность изготовления изделий;
- степень автоматизации производства;
- уровень технологической дисциплины;
- совершенство технического контроля;
- уровень унификации (использование ранее отработанных узлов и деталей);
- степень использования и соблюдения стандартов;
- качество приемо-сдаточных испытаний;
- степень эффективности системы управления качеством продукции на производстве.

На втором участке интенсивность отказов
по времени практически остается
постоянной, этот период называется
периодом нормальной эксплуатации.
Группа факторов, влияющих на уровень отказов в этом периоде:
Первая группа – факторы относящиеся к конструктивному совершенству изделия. Изделие должно быть менее чувствительным к воздействию различных случайных факторов (прочность материала, конструктивные решения охлаждения рабочих деталей).
2) Вторая группа – факторы условий эксплуатации (климатические условия (температура, давление, влажность, высота над уровнем моря, морской климат, пыль, уровень вибрации)
3) Третья группа - ошибки в действиях обслуживающего персонала – относятся к разряду внезапных.

Третий период – период износа и старения. На третьем участке интенсивность отказов начинает возрастать. Появляются отказы, вызываемые старением, износом, усталостью, коррозией, изменением материалов отдельных элементов изделия.
Основные факторы, влияющие на процессы в третьем периоде:
- использование более надёжных узлов;
- упрочнение материала поверхности сопряжённых деталей;
- защита от всех видов коррозий;
- соблюдение технологии изготовления деталей и узлов;
- эксплуатационные нагрузки.

2.Теория эксплуатации.

Вопросы, решаемые при эксплуатации современных технических систем:
- обоснование системы технического обслуживания и ремонта,
- выбор наиболее рациональных методов диагностирования при ремонте и обслуживании,
- разработку научных методов планирования эксплуатации,
- обоснование условий и правил хранения,
- отбор и проверку эффективности новых эксплуатационных материалов,
- разработку вопросов, связанных с повышением надежности.

Под эксплуатацией технических систем понимается совокупность ряда этапов его «жизненного цикла» - ввод в эксплуатацию, приведение в готовность к использованию по назначению, его техническое обслуживание и ремонт, использование по назначению, хранение и транспортирование.

Организация эксплуатации включает следующие основные мероприятия:
- планирование эксплуатации;
- учет, категорирование и ведение эксплуатационной документации;
- организация использования;
- ввод в эксплуатацию и допуск к эксплуатации;
- ведение рекламационной работы;
- контроль и оценка технического состояния;
- организация технического обслуживания и ремонта;
-организация хранения;
- организация транспортирования;
- продление эксплуатации;
- проведение доработок;
- снятие с эксплуатации и списание;
- материально-техническое и финансовое обеспечение эксплуатации;
- организацию гостехнадзора, энергонадзора и метрологического обеспечения;
- подготовка специалистов подразделений обеспечения и ремонта;
- обобщение опыта эксплуатации и внедрение его в практику.

3. Основные понятия эксплуатации и надежности технических систем.

Изделие – это вид продукции.
Количество изделий характеризуется дискретной величиной.
Изделие при использовании расходует свой ресурс в отличие от продукта, который расходуется сам.

С точки зрения конструктивного деления различают четыре вида изделий:
- деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала, без применения сборочных операций;
- сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой при изготовлении сборочными операциями (свинчивание, сварка, склепка и др.);
- комплекс – два и более изделия, не соединенные на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций;
- комплект - два и более изделия, не соединенные сборочными операциями и имеющих общее назначение вспомогательного характера.

При оценке надежности и качества изготовления изделий широко используется деление изделий на целевые и комплектующие.
При этом под целевым изделием понимается изделие, выполняющее определенную целевую заданную функцию.
А) К целевым изделиям относятся образцы и составные части функционального назначения (СФЧН);
Б) К комплектующим – составные части технического назначения (СЧТН) и отдельные комплектующие элементы.

С точки зрения теории надежности различают два вида изделий:
- системы
- элементы.

Системой называется совокупность совместно действующих объектов, предназначенных для выполнения заданных функций.
Под объектами понимаются отдельные образцы техники или их составные части (механизмы, узлы, блоки, пульты и отдельные детали).
В некоторых случаях в понятие «система» включается совокупность нескольких образцов техники (комплекс), а так же совокупность технических устройств и обслуживающего персонала одновременно.
Элементом называется составная часть системы, выделяемая по конструктивному, функциональному или иному признаку.
В качестве элементов различных систем могут рассматриваться отдельные детали, блоки, узлы, агрегаты, а так же отдельные образцы техники из состава комплексов.
Элементом системы так же может являться человек, связанный с системой функционально.

Для оценки надежности принципиальное значение имеет режим работы.
В зависимости от режима работы изделия разделяются на две группы:
- непрерывного использования;
циклического использования.
Изделия с циклическим режимом работы имеют две разновидности:
- с регулярным периодом использования;
- с нерегулярным периодом использования.

4. Классификация параметров изделий.

Одним из важнейших требований, предъявляемых к техническим системам, находящимся в любом режиме эксплуатации, является задача сохранения и поддержания исправности или только работоспособности изделия, а так же быстрейшего их восстановления в случае возникновения отказов и повреждений.
Эта задача напрямую связана с понятием показателей (параметров) работоспособности конкретных изделий
Для систем устанавливается несколько параметров. Эти параметры обычно называются эксплуатационными показателями; они разрабатываются конструкторами и указываются в рабочей (Xо) и эксплуатационной (Xпр) документации
Для элементов устанавливается один или несколько параметров, которые разрабатываются так же конструктором и указываются в чертежах основного производства (Хо) и ремонтной документации (Хр).

Параметры систем и элементов разделяются на две группы:
- основные, характеризующие способность изделия выполнять заданные функции, то есть обеспечивать его работоспособность;
неосновные (второстепенные), характеризующие удобство работы, внешний вид, хранение, сбережение и длительность эксплуатации изделия.
Для неосновных параметров устанавливаются:
- конструктивные Zo;
- предельные Zпр..
Кроме того, различают выходные и первичные параметры. При этом, считается, что выходные параметры относятся к системам, а первичные – только к элементам, входящим в данную систему.

Все рассмотренные выше параметры разделяются на контролируемые и неконтролируемые. К контролируемым относятся такие параметры, которые измеряются какой-либо физической величиной и которые можно измерить с помощью инструмента или прибора. К неконтролируемым относятся такие параметры, которые определяются органами чувств человека (внешний осмотр).
В зависимости от численного значения для контролируемых и относительной величины для неконтролируемых все основные параметры разделяются на три группы:
- конструктивные (Xо), соответствующие новому изделию; устанавливаются для систем и элементов; величина этих параметров указывается для систем в технических условиях и сборочных чертежах основного производства, а для элементов – в рабочих чертежах;
- предельные (Xпр.), соответствующие предельному значению параметра, с превышением которого эксплуатация изделия должна быть прекращена;
- параметры, допустимые к эксплуатации без восстановления (Хр) (ремонтные допуски), соответствующие изделиям, выпускаемым после капитального ремонта.

Конструктивный параметр Хо или допуск на него δо определяется при проектировании изделия и его составных частей.
В конструкторской документации, как правило, приводится два значения параметра (допуска):
- максимальное ;
- минимальное .
Действительные фактические значения параметров изделий после их производства находятся в пределах поля допуска
Среднее значение (математическое ожидание) может быть определено по формуле:
где N - количество изготавливаемых изделий, у которых производился замер параметра Хо;
Х0, i– величина i-го измеренного параметра.

Предельный Xпр. или допуск на него δпр.
Считается, что если параметры изделия Хi находится в поле предельного допуска
то такие изделия работоспособны.
Событие, при котором параметр изделия Хi выходит
за границу или , считается отказом.
Величины Xпр. и δпр являются детерминированными.
Предельные значения параметров для систем Xпр. указываются в перечне основных проверок технического состояния изделия, помещаемом в инструкции по эксплуатации изделия.

5. Схема основных состояний и событий при эксплуатации.

Исправное состояние - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
Неисправное состояние - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Исправное и работоспособное состояние не тождественны. Исправный объект обязательно работоспособен. Работоспособный объект может быть неисправным.
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

В процессе длительного периода эксплуатации изделия могут находится в следующих технических состояниях:

Переход из одного состояния в другое обычно происходит вследствие отказов или повреждений. В этой схеме выделены пять основных состояний объекта. Указаны пять событий, определяющих переход объекта из одного состояния в другое: повреждение (1), отказ (2), переход в предельное состояние (3), восстановление (4) и ремонт (5).