Пути повышения надежности
Вопросы:
Общая характеристика методов повышения надежности
Уменьшение интенсивности отказов элементов системы
Сокращение времени непрерывной работы
Выбор рациональной периодичности и объема контроля систем
Общая характеристика методов повышения надежности
Как указывалось ранее, надежность объектов закладывается при проектировании, реализуется при изготовлении и расходуется при эксплуатации. Поэтому естественным является рассмотрение методов повышения надежности на этих трех этапах жизненного цикла объектов.
Анализ эксплуатационной надежности электрооборудования позволяет наметить основные направления повышения его надежности, которые должны проводиться на всех стадиях разработки и применения электрооборудования. Эти направления можно подразделить на две группы: мероприятия, направленные на повышение безотказности, и мероприятия, направленные на повышение восстанавливаемости.
Все методы повышения надежности оборудования принципиально могут быть сведены к следующим основным:
1) резервированию;
2) уменьшению интенсивности отказов элементов системы:
а) применение наиболее надежных элементов;
б) отбраковка («выжигание») малонадежных элементов системы;
в) облегчение режимов работы элементов.
3) сокращению времени непрерывной работы;
4) уменьшению времени восстановления;
5) выбору рациональной периодичности и объема контроля систем.
Реализация указанных методов может осуществляться при проектировании, изготовлении и в процессе эксплуатации оборудования.
Рис.1 Зависимость вероятности безотказной работы системы
от надежности и числа элементов
По горизонтали – надежность элементов системы, по вертикали – надежность самой системы.
|
Уменьшение числа элементов при прочих равных условиях приводит к увеличению вероятности безотказной работы системы (рис.1), а также благоприятно сказывается на ее массе, габаритах и стоимости. Однако при этом необходимо помнить, что сокращение числа элементов не должно увеличивать коэффициент нагрузки у оставшихся элементов КН =НР /НПР, где НР – рабочая нагрузка, НПР – предельно допустимая нагрузка, в противном случае эффект может быть прямо противоположным.
Резервирование – это один из наиболее эффективных методов повышения надежности объектов. При резервировании в конструкции заранее предусматривается замена неисправного элемента исправным.
Уменьшение интенсивности отказов элементов системы
Остановимся на вопросе повышения надежности систем в процессе эксплуатации. Существует мнение, что надежность объекта в процессе эксплуатации можно лишь поддерживать на определенном уровне, который заложен при проектировании и изготовлении. Превзойти же этот уровень невозможно.
Действительно, объекты, находящиеся в эксплуатации, обладают так называемой «встроенной» надежностью с параметром ТСР. Под встроенной надежностью понимается рассчитанное конструктором значение средней наработки до отказа (на отказ) ТСР. Это значение определяется исходя из интенсивности отказов комплектующих элементов λ i, которые получены для условий работы, оговоренных нормами или заказчиком в техническом задании (ТЗ), и необходимости выполнения предписанных инструкций по эксплуатации.
Параметр встроенной надежности можно определить из выражения:
где n— общее число отказов за период работы t; nпост — ожидаемое расчетное число постепенных отказов; nвн— среднее число внезапных отказов.
В процессе эксплуатации систем имеется возможность активно воздействовать на величину фактического уровня параметра надежности ТСР, который может измениться в зависимости от эффективности обслуживания объектов.
Можно показать, что вероятность выявления дефектного элемента в процессе обслуживания и, тем самым, предотвращения постепенного отказа в интервале времени t равна:
где tП — среднее время, затрачиваемое на поиск дефектного элемента.
Время tП зависит от числа обслуживаемых элементов, методики и производительности аппарата прогнозирования, а также от квалификации и опыта работы обслуживающего инженерно-технического состава.
Прогнозирование – определение технического состояния объекта с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени, основанное на опыте эксплуатации и (или) данные в инструкциях изготовителя.
Следовательно, величина Р(t) определяется процессом эксплуатации объекта. Так что число постепенных отказов может быть фактически уменьшено до значения
В случае, когда реальные условия эксплуатации мало отличаются от расчетных (или оговоренных разработчиком) условий, усилиями обслуживающего персонала воздействие факторов внешней среды может быть ослаблено и, следовательно, интенсивность отказов λ эксп элемента в условиях эксплуатации будет меньше расчетной λ i.
Тогда число внезапных отказов элементов уменьшится
Таким образом, в процессе эксплуатации общее число отказов может быть уменьшено, и
В этом заключается сущность активного воздействия эксплуатационных мероприятий по повышению надежности.
Выбор наиболее надежных элементов. При проектировании и конструировании систем недопустимо применение элементов с устаревшими характеристиками. Необходимо производить тщательный отбор даже среди рекомендованных типов элементов. С этой целью разрабатываются специальные нормы надежности элементов и систем.
В зависимости от назначения оборудования и количества входящих в системы элементов, требуются различные уровни надежности элементов.
Из опубликованных в отечественной и зарубежной литературе данных следует, что требования к надежности элементов современных сложных систем высокие. Надежность же элементов такова, что удовлетворить этим высоким требованиям зачастую при создании систем, не прибегая к специальным мерам по повышению надежности, пока почти невозможно.
Кроме этого, при выборе элементов необходимо учитывать реальные условия эксплуатации системы. Значения интенсивностей отказов элементов, определенные в лабораторных (заводских) условиях, нуждаются в обязательной корректировке на действительные условия работы.
Отбраковка («выжигание») малонадежных элементов системы
Уменьшить интенсивность отказов можно путем отбраковки, или «выжигания» элементов, имеющих конструктивные и производственные дефекты. Для этого осуществляется тщательная тренировка элементов системы в тяжелых условиях работы. Идея метода выжигания дефектных элементов состоит в исключении начального участка λ – характеристики.
Численные значения КН времени выжигания определяются путем проведения специальных испытаний элементов при различных коэффициентах нагрузки и на основании статистических данных об отказах этих элементов. По этим сведениям строятся кривые λ(t) и по характеру кривых устанавливаются коэффициент нагрузки и время выжигания (рис.2), (рис.3).
| Рис. 2. Повышение надежности путем исключения периода приработки |
| Рис. 3. Вид зависимости λ(t) при различных режимах работы элементов |
Если интенсивность отказов по статистическим данным сохраняет постоянную величину, а параметры элемента уходят за допустимые пределы, то такой режим выжигания является недопустимым.
Облегчение режимов работы элементов. Снижение нагрузки элементов, уменьшение их тепловых, вибрационных и других режимов приводит к уменьшению вероятности появления отказа. Поэтому облегчение режимов работы во время эксплуатации является одним из возможных путей повышения надежности оборудования. В подавляющем большинстве современных систем элементы работают в разгруженном режиме.
При разгруженном режиме работы элементов интенсивность отказов в течение периода нормальной эксплуатации по-прежнему, остается постоянной; ее величина уменьшается по сравнению с интенсивностью отказов при номинальном режиме работы, а длительности периодов приработки и нормальной эксплуатации увеличиваются.
Облегчать режимы работы особенно выгодно в том случае, если элементы работают в перегруженном режиме. Если же элементы работают в режимах, близких к номинальным режимам, то дальнейшее понижение коэффициента нагрузки дает менее значительный эффект.
Облегчение режимов работы элементов практически означает, что в систему ставятся элементы, имеющие запас по прочности или мощности. Однако при замене элементов одного типа другим необходимо обращать внимание не только на их прочность, но и на зависимость интенсивности отказов от значения коэффициента нагрузки.