Теоретические и методические аспекты надежности промышленных изделий
Понятие надежности промышленных изделий. Основные показатели надежности
Надёжность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
Интуитивно надёжность объектов связывают с недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в «узком» смысле - свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Иначе говоря, надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле - комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.
Для количественной оценки надёжности используют так называемые единичные показатели надёжности (характеризуют только одно свойство надёжности) и комплексные показатели надёжности (характеризуют несколько свойств надёжности).
Надёжность как наука развивается в трёх направлениях:
1. Математическая теория надёжности занимается разработкой методов оценки надёжности и изучением закономерностей отказов.
2. Статистическая теория надёжности занимается сбором, хранением и обработкой статистических данных об отказах.
. Физическая теория надёжности изучает физико-химические процессы, происходящие в объекте при различных воздействиях.
Статистические методы - важный инструмент повышения качества в любом современном производстве, тем более производстве серийном. Все ведущие компании применяют статистические методы практически на всех стадиях жизненного цикла, как для анализа и контроля качества производственных процессов и произведенной продукции, так и для разработок новых технологий и принятия правильных управленческих решений.
В настоящее время в международном стандарте ИСО 9001 одним из элементов Системы качества является элемент «Статистические методы», а в комплекс международных стандартов QS-9000 входит руководство «Статистическое управление процессами».
Внедрение статистических методов управления качеством продукции должно сочетаться с внедрением или совершенствованием технологических процессов и считаться экономически целесообразным, если на управление и убытки от брака после внедрения статистических методов меньше, чем до их внедрения, т.е. основывается на экономическом анализе возможных последствий, вызванных правильными или ошибочными решениями.
Конечной целью внедрения статистических методов управления качеством продукции является оптимизация производственных процессов и производства в целом для значительного повышения эффективности производства, качества продукции, культуры производства, квалификации специалистов и т.д., и получения максимального эффекта от затрачиваемых материальных и трудовых ресурсов.
Использование статистических методов содействует пониманию изменений, а следовательно - помогает организациям устранить трудности и повысить эффективность производства. Эти методы используют имеющиеся базы данных для принятия действенных решений.
Изменения могут наблюдаться непосредственно, а также по последствиям осуществляемых видов деятельности. Указанные изменения могут наблюдаться в результате измерения характеристик продукции и процессов. Наличие наблюдаемых изменений может быть выявлено на различных стадиях жизненного цикла продукта - от изучения рынка до эксплуатации у потребителя и конечной утилизации.
При помощи статистических методов возможны измерения, описание, анализ, толкование и моделирование изменений, даже при наличии относительно ограниченного объема данных. Статистический анализ таких данных позволяет получать более полное представление о природе, размерах и причинах изменений, тем самым содействует устранению и даже предупреждению связанными с этими изменениями трудностей и обеспечению постоянного улучшения.
Планируя развитие предприятий в будущем, специалисты придают большое значение активизации деятельности по управлению качеством на базе сбора и обработки достоверных данных не только в производственных подразделениях предприятий, но и в службах, относящихся к делопроизводству, финансовой и хозяйственной деятельности, в области материально-технического снабжения, в области управления, проектирования, разработки и освоения технологий. Именно для такого рода деятельности видится перспектива развития комплексного ТQМ управления качеством на фоне больших изменений в экономике: нарастающей глобализации рынка, стремительном развитии высоких технологий и информатики.
Источниками данных при статистической обработке служат следующие мероприятия:
. Контроль качества и инспекционный контроль: регистрация данных входного контроля сырья и материалов, регистрация данных контроля готовых изделий, регистрация данных инспекционного контроля и т.д.
. Производство и технологии: регистрация данных контроля процесса, повседневная информация о применяемых операциях, регистрация данных контроля оборудования (неполадки, ремонт, техническое обслуживание), патенты и статьи из периодики и т.д.
. Поставка материалов и сбыт продукции: регистрация движения через склады (входные и выходные нагрузки), регистрация сбыта продукции и т.д.
. Управление и делопроизводство: регистрация прибыли, регистрация возвращенной продукции, регистрация обслуживания постоянных клиентов, журнал регистрации продаж, регистрация рекламаций, материальный анализ рынка.
. Финансовые операции: таблица сопоставления дебета и кредита, регистрация подсчета потерь, экономические подсчеты и т.д.
Под номенклатурой показателей надежности понимают состав показателей, необходимый и достаточный для характеристики объекта или решения поставленной задачи. Полный состав номенклатуры показателей надежности, из которой выбираются показатели для конкретного объекта и решаемой задачи, установлен ГОСТ 27.002-89.
Показатели надежности принято классифицировать по следующим признакам:
. по свойствам надежности:
показатели безотказности;
показатели долговечности;
показатели ремонтопригодности;
показатели сохраняемости;
. по числу свойств надежности, характеризуемых показателем:
единичные показатели (характеризуют одно из свойств надежности);
комплексные показатели (характеризуют одновременно несколько свойств надежности);
. по числу характеризуемых объектов:
групповые показатели;
индивидуальные показатели;
смешанные показатели;
Групповые показатели - показатели, которые могут быть определены и установлены только для совокупности объектов; уровень надежности отдельного экземпляра объекта они не регламентируют.
Индивидуальные показатели - показатели, устанавливающие норму надежности для каждого экземпляра объекта из рассматриваемой совокупности (или единичного объекта).
Смешанные показатели могут выступать как групповые или индивидуальные.
. по источнику информации для оценки уровня показателя:
расчетные показатели;
экспериментальные показатели;
эксплуатационные показатели;
экстраполированные показатели;
Экстраполированный показатель надежности - показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется на основании результатов расчетов, испытаний и (или) эксплуатационных данных путем экстраполирования на другую продолжительность эксплуатации и другие условия эксплуатации.
. по размерности показателя различают показатели, выражаемые:
наработкой;
сроком службы;
безразмерные (в том числе, вероятности событий). От понятия «надежность» следует отделять понятие «живучесть» - характеризующее способность сохранять во времени значения всех требуемых параметров при наличии воздействий, не предусмотренных нормальными условиями эксплуатации (пожар, взрыв, и т.п.).
С понятием надежности связано понятие технического состояния - состояние объекта, характеризующееся совокупностью подверженных изменению свойств объекта, определяемый в данный момент времени признаками, установленными в технической документации. Соответствие или несоответствие качества объекта установленным в документации требованиям характеризуется видом технического состояния. Все множества технических состояний представляют следующими подмножествами:
¾ Исправное и неисправное;
¾ Работоспособное и неработоспособное;
¾ Правильного и неправильного функционирования;
¾ Предельное состояние.
Переход из одного состояния в другое обычно происходит вследствие повреждения или отказа.
. Отказ - нарушение работоспособного состояния. Имеется один или несколько дефектов;
. Повреждение - нарушение исправного состояния при сохранении работоспособного состояния. Имеется один или несколько дефектов;
. Дефект - каждое отдельно несоответствие объекта установленным требованиям;
. Неисправность - нахождение объекта в неисправном состоянии.
Система управления надежностью оборудования выполняет сбор информации о надежности (по использованию, наработке, отказам, ремонтам), анализ показателей надежности, анализ влияния видов и методов ТОиР на надежность (пассивный эксперимент), прогнозирование показателей надежности.
Система управления надежностью позволяет более точно выбирать виды ТОиР и их параметры благодаря мониторингу и прогнозированию данных о надежности основных фондов.
Одним из основных методов анализа надежности и безопасности промышленного оборудования является анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО), или FMECA (в англоязычной формулировке). Для реализации этого подхода в практических целях во многих странах разработаны соответствующие национальные и фирменные стандарты, а также международный стандарт МЭК. В Российской Федерации для анализа видов и последствий отказов применяют государственный стандарт ГОСТ 27.301-95.
АВПКО проводят с целью обоснования, проверки достаточности, оценки эффективности и контроля за реализацией управляющих решений, направленных на совершенствование конструкции, технологии изготовления, правил эксплуатации, системы технического обслуживания и ремонта объекта и обеспечивающих предупреждение возникновения и / или ослабление тяжести возможных последствий его отказов, достижение требуемых характеристик безопасности, экологичности, эффективности и надежности.
В процессе АВПКО решают следующие задачи:
¾ выявляют возможные виды отказов составных частей и изделия в целом, изучают их причины, механизмы и условия возникновения и развития;
¾ определяют возможные неблагоприятные последствия возникновения выявленных отказов, проводят качественный анализ тяжести последствий отказов и / или количественную оценку их критичности;
¾ составляют и периодически корректируют перечни критичных элементов и технологических процессов;
¾ оценивают достаточность предусмотренных средств и методов контроля работоспособности и диагностирования изделий для своевременного обнаружения и локализации его отказов, обосновывают необходимость введения дополнительных средств и методов сигнализации, контроля и диагностирования;
¾ вырабатывают предложения и рекомендации по внесению изменений в конструкцию и / или технологию изготовления изделия и его составных частей, направленные на снижение вероятности и / или тяжести последствий отказов, оценивают эффективность ранее проведенных доработок;
¾ оценивают достаточность предусмотренных в системе технологического обслуживания контрольно-диагностических и профилактических операций, направленных на предупреждение отказов изделий в эксплуатации, вырабатывают предложения по корректировке методов и периодичности технического обслуживания;
¾ анализируют правила поведения персонала в аварийных ситуациях, обусловленных возможными отказами изделий, предусмотренные эксплуатационной документацией, вырабатывают предложения по их совершенствованию или внесению соответствующих изменений в эксплуатационную документацию при их отсутствии;
¾ проводят анализ возможных (наблюдаемых) ошибок персонала при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте изделий, оценивают их возможные последствия, вырабатывают предложения по совершенствованию человеко-машинных интерфейсов и введению дополнительных средств защиты изделий от ошибок персонала, по совершенствованию инструкций по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту изделий.
АВПКО в общем случае представляет сочетание качественного анализа видов и последствий отказов объекта с количественными оценками критичности выявляемых при АВПО возможных или наблюдаемых при испытаниях и в эксплуатации отказов.
Важным вопросом организации управления надежностью является задача сбора данных об отказах оборудования. Часто сложно определить, случился ли отказ либо это повреждение, особенно для резервированного оборудования. Также причиной неверной статистики повреждений и отказов часто бывает нежелание эксплуатационников и ремонтников указывать в документах такие события, тем более если они устраняются в короткое время. Для обеспечения сбора достоверных данных необходимо изменить мотивацию сотрудников по учету отказов и повреждений.
Выполняемые работы:
Сбор исходных данных по способам получения данных по использованию, наработке, отказам, ремонтам;
Разработка классификаторов причин, первопричин, последствий, виновных, отказавших узлов оборудования;
Реализация сбора данных в АСУ;
Анализ показателей надежности в OLAP:
. безотказность (МРП, МРЦ),
. долговечность (ресурс, срок службы),
. ремонтопригодность (время восстановления),
. коэффициенты готовности и технического использования;
Анализ влияния надежности на экономический эффект;
Рекомендации по выбору видов ТОиР и расчет их параметров;
Анализ результатов применения рекомендаций, корректировка (1-3 месяца).
Таким образом, надёжность выступает как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Интуитивно надёжность объектов связывают с недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в «узком» смысле - свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Иначе говоря, надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле - комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.