Надежность оборудования и безопасность труда. Показатели качества продукции по характеризуемым свойствам
Основные понятия надежности. классификация отказов. Составляющие надежности
Термины и определения, используемые в теории надежности, регламентированы ГОСТ 27.002-89 "Надежность в технике. Термины и определения".
1. Основные понятия
Надежность
–
свойство объекта выполнять заданные
функции, сохраняя во времени и в заданных
пределах значения установленных
эксплуатационных показателей.
Объект
–
техническое изделие определенного
целевого назначения, рассматриваемое
в периоды проектирования, производства,
испытаний и эксплуатации.
Объектами
могут быть различные системы и их
элементы.
Элемент – простейшая
составная часть изделия, в задачах
надежности может состоять из многих
деталей.
Система
– совокупность совместно действующих
элементов, предназначенная для
самостоятельного выполнения заданных
функций.
Понятия элемента и системы
трансформируются в зависимости от
поставленной задачи. Например, станок,
при установлении его собственной
надежности рассматривается как система,
состоящая из отдельных элементов –
механизмов, деталей и т.п., а при изучении
надежности технологической линии –
как элемент.
Надежность объекта
характеризуется следующими основными
состояниями и событиями.
Исправность
–
состояние объекта, при котором он
соответствует всем требованиям,
установленным нормативно-технической
документацией (НТД).
Работоспособность
–
состояние объекта, при котором он
способен выполнять заданные функции,
сохраняя значения основных параметров,
установленных НТД.
Основные
параметры характеризуют функционирование
объекта при выполнении поставленных
задач.
Понятие исправность
шире,
чем понятиеработоспособность
.
Работоспособный объект обязан
удовлетворять лишь тем требования НТД,
выполнение которых обеспечивает
нормальное применение объекта по
назначению. Таким образом, если объект
неработоспособен, то это свидетельствует
о его неисправности. С другой стороны,
если объект неисправен, то это не
означает, что он неработоспособен.
Предельное
состояние
–
состояние объекта, при котором его
применение по назначению недопустимо
или нецелесообразно.
Применение
(использование) объекта по назначению
прекращается в следующих случаях:
при неустранимом нарушении безопасности;
при неустранимом отклонении величин заданных параметров;
при недопустимом увеличении эксплуатационных расходов.
Для
некоторых объектов предельное состояние
является последним в его функционировании,
т.е. объект снимается с эксплуатации,
для других – определенной фазой в
эксплуатационном графике, требующей
проведения ремонтно-восстановительных
работ.
В связи с этим, объекты могут
быть:
невосстанавливаемые , для которых работоспособность в случае возникновения отказа, не подлежит восстановлению;
восстанавливаемые , работоспособность которых может быть восстановлена, в том числе и путем замены.
К
числу невосстанавливаемых объектов
можно отнести, например: подшипники
качения, полупроводниковые изделия,
зубчатые колеса и т.п. Объекты, состоящие
из многих элементов, например, станок,
автомобиль, электронная аппаратура,
являются восстанавливаемыми, поскольку
их отказы связаны с повреждениями одного
или немногих элементов, которые могут
быть заменены.
В ряде случаев один и
тот же объект в зависимости от особенностей,
этапов эксплуатации или назначения
может считаться восстанавливаемым или
невосстанавливаемым.
Отказ
–
событие, заключающееся в нарушении
работоспособного состояния объекта.
Критерий
отказа – отличительный признак или
совокупность признаков, согласно которым
устанавливается факт возникновения
отказа.
2. Классификация и характеристики отказов
По типу отказы подразделяются на:
отказы функционирования (выполнение основных функций объектом прекращается, например, поломка зубьев шестерни);
отказы параметрические (некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах, например, потеря точности станка).
По своей природе отказы могут быть:
случайные, обусловленные непредусмотренными перегрузками, дефектами материала, ошибками персонала или сбоями системы управления и т. п.;
систематические, обусловленные закономерными и неизбежными явлениями, вызывающими постепенное накопление повреждений: усталость, износ, старение, коррозия и т. п.
Основные признаки классификации отказов:
характер возникновения;
причина возникновения;
характер устранения;
последствия отказов;
дальнейшее использование объекта;
легкость обнаружения;
время возникновения.
Рассмотрим подробнее каждый из классификационных признаков:
Внезапные
отказы обычно проявляются в виде
механических повреждений элементов
(трещины – хрупкое разрушение, пробои
изоляции, обрывы и т. п.) и не сопровождаются
предварительными видимыми признаками
их приближения. Внезапный отказ
характеризуется независимостью момента
наступления от времени предыдущей
работы.
Постепенные отказы - связаны
с износом деталей и старением материалов.
причина возникновения: |
конструкционный отказ, вызванный недостатками и неудачной конструкцией объекта; |
производственный отказ, связанный с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершенства или нарушения технологии; |
|
эксплуатационный отказ, вызванный нарушением правил эксплуатации. |
|
характер устранения: |
устойчивый отказ; |
перемежающийся отказ (возникающий/исчезающий). последствия отказа: легкий отказ (легкоустранимый); |
|
средний отказ (не вызывающий отказы смежных узлов – вторичные отказы); |
|
тяжелый отказ (вызывающий вторичные отказы или приводящий к угрозе жизни и здоровью человека). |
|
дальнейшее использование объекта: |
полные отказы, исключающие возможность работы объекта до их устранения; |
частичные отказы, при которых объект может частично использоваться. |
|
легкость обнаружения: |
очевидные (явные) отказы; |
скрытые (неявные) отказы. |
|
время возникновения: |
приработочные отказы, возникающие в начальный период эксплуатации; |
отказы при нормальной эксплуатации; |
|
износовые отказы, вызванные необратимыми процессами износа деталей, старения материалов и пр. |
3. Составляющие надежности
Надежность является комплексным свойством, включающим в себя в зависимости от назначения объекта или условий его эксплуатации ряд простых свойств:
безотказность;
долговечность;
ремонтопригодность;
сохраняемость.
Безотказность
–
свойство объекта непрерывно сохранять
работоспособность в течение некоторой
наработки или в течение некоторого
времени.
Наработка – продолжительность
или объем работы объекта, измеряемая в
любых неубывающих величинах (единица
времени, число циклов нагружения,
километры пробега и т. п.).
Долговечность
–
свойство объекта сохранять работоспособность
до наступления предельного состояния
при установленной системе технического
обслуживания и ремонтов.
Ремонтопригодность
–
свойство объекта, заключающееся в его
приспособленности к предупреждению и
обнаружению причин возникновения
отказов, поддержанию и восстановлению
работоспособности путем проведения
ремонтов и технического
обслуживания.
Сохраняемость
–
свойство объекта непрерывно сохранять
требуемые эксплуатационные показатели
в течение (и после) срока хранения и
транспортирования.
В зависимости от
объекта надежность может определяться
всеми перечисленными свойствами или
частью их. Например, надежность колеса
зубчатой передачи, подшипников
определяется их долговечностью, а станка
– долговечностью, безотказностью и
ремонтопригодностью.
4. Основные показатели надежности
Показатель
надежности
количественно
характеризует, в какой степени данному
объекту присущи определенные свойства,
обусловливающие надежность.Одни
показатели надежности (например,
технический ресурс, срок службы) могут
иметь размерность, ряд других (например,
вероятность безотказной работы,
коэффициент готовности) являются
безразмерными.
Рассмотрим показатели
составляющей надежности -
долговечность.
Технический
ресурс
–
наработка объекта от начала его
эксплуатации или возобновления
эксплуатации после ремонта до наступления
предельного состояния. Строго говоря,
технический ресурс может быть
регламентирован следующим образом: до
среднего, капитального, от капитального
до ближайшего среднего ремонта и т. п.
Если регламентация отсутствует, то
имеется в виду ресурс от начала
эксплуатации до достижения предельного
состояния после всех видов ремонтов.
Для
невосстанавливаемых объектов понятия
технического ресурса и наработки до
отказа совпадают.
Назначенный
ресурс
–
суммарная наработка объекта, при
достижении которой эксплуатация должна
быть прекращена независимо от его
состояния.
Срок
службы
–
календарная продолжительность
эксплуатации (в том числе, хранение,
ремонт и т. п.) от ее начала до наступления
предельного состояния.
На рис.
приведена графическая интерпретация
перечисленных показателей, при этом:
t0
= 0 – начало эксплуатации;
t1,
t5 – моменты отключения по технологическим
причинам;
t2, t4, t6, t8 – моменты включения
объекта;
t3,
t7 – моменты вывода объекта в ремонт,
соответственно, средний и капитальный;
t9
– момент прекращения эксплуатации;
t10
– момент отказа объекта.
Технический ресурс (наработка до отказа)Основные понятия теории прав... в готовый продукт. Понятие и классификация трансакционных издержек, способы... экономики, его составляющие К трансакционному... обусловливает_рационально обоснованный отказ 0Т права на... правителя менее надежным . В итоге...
Основные понятия социологии (1)
Шпаргалка >> СоциологияЛогистический анализ основных понятий , входящих в... Классификация вопросов анкеты Основные ... приведет к отказу участвовать в... составляющие ... Основное назначение метода: выявление наиболее существенных, сложных аспектов исследуемой проблемы, повышение надежности ...
Понятие и классификация судебных экспертиз. Органы судебной экспертизы и их функции
Лекция >> Государство и правоТехника, - обеспечивают надежность и достоверность экспертных... органические составляющие наркотиков неустойчивы... на основные и дополнительные. Основные следы... исследованию. Отказ от решения... оставались неизменными. 7.6.Понятие и классификация холодного оружия. ...
Основные понятия психологии (2)
Учебное пособие >> ПсихологияРешающему задачи надежности действий операторов... информационного подхода. Основное понятие когнитивной психологии... осуществляются классификация и конкретизация. Классификация - ... системы, составляющие индивидуально-природную... не способен отказаться от...
Рис. 4.1.1. Основные свойства технических систем
В соответствии с ГОСТ 27.002-89 под надежностью понимают свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.
Таким образом:
1. Надежность
- свойство объекта сохранять во времени способность выполнять требуемые функции. Например: для электродвигателя - обеспечивать требуемые момент на валу и скорость; для системы электроснабжения - обеспечивать электроприемники энергией требуемого качества.
2. Выполнение требуемых функций должно происходить при значениях параметров в установленных пределах. Например: для электродвигателя - обеспечивать требуемые момент и скорость при температуре двигателя, не превышающей определенного предела, отсутствии выделения источника взрыва, пожара и т.д.
3. Способность выполнять требуемые функции должна сохраняться в заданных режимах (например, в повторно-кратковременном режиме работы); в заданных условиях (например, в условиях запыленности, вибрации и т.д.).
4. Объект должен обладать свойством сохранять способность выполнять требуемые функции в различные фазы его жизни: при рабочей эксплуатации, техническом обслуживании, ремонте, хранении и транспортировке.
Надежность - важный показатель качества объекта. Его нельзя ни противопоставлять, ни смешивать с другими показателями качества. Явно недостаточной, например, будет информация о качестве очистительной установки, если известно только то, что она обладает определенной производительностью и некоторым коэффициентом очистки, но неизвестно, насколько устойчиво сохраняются эти характеристики при ее работе. Бесполезна также информация о том, что установка устойчиво сохраняет присущие ей характеристики, но неизвестны значения этих характеристик. Вот почему в определение понятия надежности входит выполнение заданных функций и сохранение этого свойства при использовании объекта по назначению.
В зависимости от назначения объекта оно может включать в себя в различных сочетаниях безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Например, для невосстанавливаемого объекта, не предназначенного для хранения, надежность определяется его безотказностью при использовании по назначению. Информация о безотказности восстанавливаемого изделия, длительное время находящегося в состоянии хранения и транспортировки, не в полной мере определяет его надежность (при этом необходимо знать и о ремонтопригодности, и сохраняемости). В ряде случаев очень важное значение приобретает свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (снятие с эксплуатации, передача в средний или капитальный ремонт), т.е. необходима информация не только о безотказности объекта, но и о его долговечности.
Техническая характеристика, количественным образом определяющая одно или несколько свойств, составляющих надежность объекта именуется показатель надежности. Он количественно характеризует, в какой степени данному объекту или данной группе объектов присущи определенные свойства, обусловливающие надежность. Показатель надежности может иметь размерность (например, среднее время восстановления) или не иметь ее (например, вероятность безотказной работы).
Надежность в общем случае - комплексное свойство, включающее такие понятия, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Для конкретных объектов и условий их эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени.
Ремонтопригодность - свойство объекта быть приспособленным к предупреждению и обнаружению отказов и повреждений, к восстановлению работоспособности и исправности в процессе технического обслуживания и ремонта.
Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с необходимым прерыванием для технического обслуживания и ремонтов.
Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение (и после) хранения и (или) транспортировки.
Для показателей надежности используются две формы представления: вероятностная и статистическая. Вероятностная форма обычно бывает удобнее при априорных аналитических расчетах надежности, статистическая - при экспериментальном исследовании надежности технических систем. Кроме того, оказывается, что одни показатели лучше интерпретируются в вероятностных терминах, а другие - в статистических.
Показатели безотказности и ремонтопригодности
Наработка до отказа
- вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет (при условии работоспособности в начальный момент времени).
Для режимов хранения и транспортировки может применяться аналогично определяемый термин "вероятность возникновения отказа".
Средняя наработка до отказа - математическое ожидание случайной наработки объекта до первого отказа.
Средняя наработка между отказами - математическое ожидание случайной наработки объекта между отказами.
Обычно этот показатель относится к установившемуся процессу эксплуатации. В принципе средняя наработка между отказами объектов, состоящих из стареющих во времени элементов, зависит от номера предыдущего отказа. Однако с ростом номера отказа (т.е. с увеличением длительности эксплуатации) эта величина стремится к некоторой постоянной, или, как говорят, к своему стационарному значению.
Средняя наработка на отказ - отношение наработки восстанавливаемого объекта за некоторый период времени к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки.
Этим термином можно назвать кратко среднюю наработку до отказа и среднюю наработку между отказами, когда оба показателя совпадают. Для совпадения последних необходимо, чтобы после каждого отказа объект восстанавливался до первоначального состояния.
Заданная наработка - наработка, в течение которой объект должен безотказно работать для выполнения своих функций.
Среднее время простоя - математическое ожидание случайного времени вынужденного нерегламентированного пребывания объекта в состоянии неработоспособности.
Среднее время восстановления - математическое ожидание случайной продолжительности восстановления работоспособности (собственно ремонта).
Вероятность восстановления - вероятность того, что фактическая продолжительность восстановления работоспособности объекта не превысит заданной.
Показатель технической эффективности функционирования
- мера качества собственно функционирования объекта или целесообразности использования объекта для выполнения заданных функций.
Этот показатель определяется количественно как математическое ожидание выходного эффекта объекта, т.е. в зависимости от назначения системы принимает конкретное выражение. Часто показатель эффективности функционирования определяется как полная вероятность выполнения объектом задачи с учетом возможного снижения качества его работы из-за возникновения частичных отказов.
Коэффициент сохранения эффективности - показатель, характеризующий влияние степени надежности к максимально возможному значению этого показателя (т.е. соответствующему состоянию полной работоспособности всех элементов объекта).
Нестационарный коэффициент готовности - вероятность того, что объект окажется работоспособным в заданный момент времени, отсчитываемый от начала работы (или от другого строго определенного момента времени), для которого известно начальное состояние этого объекта.
Средний коэффициент готовности - усредненное на заданном интервале времени значение нестационарного коэффициента готовности.
Стационарный коэффициент готовности (коэффициент готовности) - вероятность того, что восстанавливаемый объект окажется работоспособным в произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации. (Коэффициент готовности может быть определен и как отношение времени, в течение которого объект находится в работоспособном состоянии, к общей длительности рассматриваемого периода. Предполагается, что рассматривается установившийся процесс эксплуатации, математической моделью которого является стационарный случайный процесс. Коэффициент готовности является предельным значением, к которому стремятся и нестационарный, и средний коэффициенты готовности с ростом рассматриваемого интервала времени.
Часто используются показатели, характеризующие простой объект, - так называемые коэффициенты простоя соответствующего типа. Каждому коэффициенту готовности можно поставить в соответствие определенный коэффициент простоя, численно равный дополнению соответствующего коэффициента готовности до единицы. В соответствующих определениях работоспособность следует заменить на неработоспособность.
Нестационарный коэффициент оперативной готовности - вероятность того, что объект, находясь в режиме ожидания, окажется работоспособным в заданный момент времени, отсчитываемый от начала работы (или от другого строго определенного времени), и начиная с этого момента времени будет работать безотказно в течение заданного времени.
Средний коэффициент оперативной готовности - усредненное на заданном интервале значение нестационарного коэффициента оперативной готовности.
Стационарный коэффициент оперативной готовности
(коэффициент оперативной готовности) - вероятность того, что восстанавливаемый элемент окажется работоспособным в произвольный момент времени, и с этого момента времени будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.
Предполагается, что рассматривается установившийся процесс эксплуатации, которому соответствуют в качестве математической модели стационарный случайный процесс.
Коэффициент технического использования - отношение средней наработки объекта в единицах времени за некоторый период эксплуатации к сумме средних значений наработки, времени простоя, обусловленного техническим обслуживанием, и времени ремонтов за тот же период эксплуатации.
Интенсивность отказов
- условная плотность вероятности отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.
Параметр потока отказов - плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени.
Параметр потока отказа может быть определен как отношение числа отказов объекта за определенный интервал времени к длительности этого интервала при ординарном потоке отказов.
Интенсивность восстановления - условная плотность вероятности восстановления работоспособности объекта, определенная для рассматриваемого момента времени, при условии, что до этого момента восстановление не было завершено.
Показатели долговечности и сохраняемости
Оценка безопасности зданий и сооружений.
Техническое освидетельствование сооружений позволяет установить их надежность на момент обследования. Однако для заключения о дальнейшей эксплуатации, установления срока службы и ремонта сооружения необходимо знать изменение этих свойств с течением времени. Например, если с течением времени бетонные конструкции сохраняют свои прочностные характеристики, то многие новые синтетические материалы зачастую теряют свои строительные свойства в период 10-20 лет, что не может быть приемлемым для капитальных зданий и сооружений.
При эксплуатации сооружений для оценки технического состояния конструкций широко применяют визуальные обследования. Для этой цели существуют методические рекомендации и табличные данные для оценки результатов наблюдений, по которым устанавливается надежность обследуемых конструкций по внешним признакам их состояния и оценка повреждений. Более точные данные получают при инструментальных измерениях различными приборами на основе физических, радиологических, электромагнитных и других воздействий.
Как показали наблюдения, в процессе эксплуатации конструкций происходит циклическое изменение их надежности, что связывают с изменчивостью нагрузок и несущей способности вследствие различных повреждений.
Повреждения в конструкции могут быть двух видов в зависимости от причин их возникновения: от силовых воздействий и от воздействия внешней среды (температурные перепады, коррозионные процессы, микробиологическое воздействие и т.д.). Последний вид повреждений снижает не только прочность конструкции, но и уменьшает ее долговечность.
Особое внимание должно быть уделено опасности террористических воздействий, ставшей актуальной в последнее время. Степень зашиты от террористических и других аварийных воздействий и экономическое обоснование мер зашиты должны определяться в зависимости от значимости этих объектов для жизнедеятельности города (объекты управления и т.п.).
Прогнозирование аварийных ситуаций
Анализ экстремальных ситуаций в строительной практике показал, что аварии прямо или косвенно связаны с нарушением требований норм и правил проектирования и технологии строительства зданий и сооружений.
Соблюдение действующих норм и правил гарантирует надежность строительных объектов при различных природных воздействиях и обеспечивает безопасность человека в процессе их квалифицированной эксплуатации. Вероятность повреждений этих объектов обычно не превышает 2,4 · 10-6, что является приемлемым из условий экономической целесообразности.
Оценка риска в условиях прогноза ЧС
Исследование причин аварий послужило основанием для оценки возможности возникновения условий, влияющих на надежность сооружения. К числу этих условий относятся надежность проектных решений, качество строительства и эксплуатации.
Недостаточная надежность проекта может возникнуть вследствие:
- 1) несоответствия принятой расчетной модели действительной работе конструкций из-за отсутствия или неполноты использования требований норм и стандартов на проектирование, неясности расчетных схем, неправильного определения нагрузок и условий эксплуатации объекта, а также неверного учета сопротивляемости несущих и ограждающих конструкций временным и случайным воздействиям;
- 2) недостаточной проверки и неверной инженерной оценки принимаемого конструктивного решения в реальных условиях (отсутствие опыта эксплуатации проектируемых зданий и сооружений, значительного отличия размеров проектируемого объекта и нагрузок в сравнении с построенными ранее аналогичными сооружениями и т.д.);
- 3) нарушения строительных норм и правил при выполнении проектирования в части: полноты и достоверности инженерно-геологических исследований, учета агрессивности внешней среды, ошибки в определении нагрузок и воздействий, неверных допусков на изготовление конструкций и изделий, низкое качество материалов, нарушения методов строительства и правил эксплуатации и др.;
- 4) допущенных ошибок из-за отсутствия достаточного опыта и квалификации проектировщиков, недостатка времени или средств на детальное проектирование.
Некачественное строительство объектов может возникнуть вследствие:
- - применения материалов и конструкций, не соответствующих проекту;
- - низкого качества строительно-монтажных работ;
- - использования необычных или неапробированных методов возведения;
- - плохого контроля за качеством исполнении строительства, неудовлетворительного взаимодействия проектировщиков и строителей;
- - низкой квалификации производственного персонала или их частой смены;
- - неудовлетворительной обстановки на стройке: недостаток времени, средств, плохие взаимоотношения персонала;
- - отступлений от строительных норм и правил строительной практики при строительстве сооружения, отступлений от первоначального проекта;
Некачественная эксплуатация может возникнуть вследствие:
- - превышения нагрузок над расчетными проектными величинами;
- - отсутствия контроля за состоянием сооружения и эксплуатации сооружения с неустраненными дефектами;
- - отступлений от правил эксплуатации, использования сооружения не по назначению.
Анализ аварий показал, что при несоблюдении любого из указанных условий возможна авария строительного объекта.
Определение вероятности аварии производится на основании анализа объемно-планировочных и конструктивных решений, влияющих на надежность сооружений, использования экспертных оценок, а также расчетных данных или материалов натурных обследований.
Опросная анкета, на которую анонимно отвечают эксперты, содержит ряд оценочных условий, каждое из которых имеет свой удельный вес, с общей суммой всех условий, равной 1 (см. прил. 3). В этом приложении приведены типовые условия анализа надежности сооружения с учетом особенностей проектирования и условий эксплуатации.
В конкретных условиях, при необходимости, может быть проведен анализ надежности проекта с учетом дополнительных требований, а число условий может быть увеличено или изменено.
Каждое условие оценивается по балльной шкале и имеет пять вариантов ответа: 1 (неприемлемо), 2 (неудовлетворительно), 3 (удовлетворительно), 4 (хорошо), 5 (отлично).
Условную надежность здания или сооружения β определяют по формуле
где Р i - удельная оценка надежности, получаемая умножением удельного веса условия на оценку в баллах.
Полученные значения для сооружения сравнивают со шкалой оценок надежности (табл. 6.1).
Таблица 6.1. Шкала оценок надежности и вероятности аварии сооружений по экспертным опенкам
Хотя определение подверженности сооружений аварии по приведенной методике может быть выполнено довольно приблизительно, однако преимуществом указанной методики является меньшая ее зависимость от субъективных оценок.
Для более достоверной оценки надежности сооружения и определения возможных аварийных ситуаций осуществляется проверка несколькими независимыми экспертами.
В случае неблагоприятного прогноза назначают дополнительные меры по проверке достоверности исходных материалов для проектирования, качества проектных решений, процессов строительства и эксплуатации с целью выявления и устранения причин возможного снижения степени надежности объекта.
Помимо экспертных оценок надежность проекта сооружения может быть установлена из анализа сооружения как конструктивной системы, состоящей из отдельных конструкций, связанных между собой в определенной последовательности и находящихся во взаимодействии с различными событиями.
Опыт строительства показал, что различные конструктивные системы сооружений одинакового назначения могут обладать различной надежностью, а аварии случаются тогда, когда один или несколько совместных отказов в составе системы приводит к опасной ситуации.
Решение сложной проблемы установления отказа всей системы производится методом ее упрощения путем построения так называемого логического древа отказов.
Древо отказов является графическим представлением взаимосвязей между исходными отказами отдельных элементов системы и событиями, приводящими к возникновению различных аварийных ситуаций, соединенных логическими знаками "и", "или".
Исходными отказами являются события, для которых имеются данные о вероятности их возникновения. Обычно это отказы элементов системы: разрушение конструкций и узлов соединения конструкций, различные инициирующие события (ошибки персонала при эксплуатации, случайные повреждения и т.п.).
Установление надежности сооружения начинают с предварительного анализа опасностей, которые затем используют при построении древа отказов.
Анализ проводят на основе изучения процесса работы и эксплуатации конструктивной системы, детального рассмотрения воздействий окружающей среды, существующих данных по отказам аналогичных сооружений.
Прежде всего определяют, что является отказом системы, и вводят необходимые ограничения на анализ. Например, устанавливают необходимость учета интенсивности и повторяемости землетрясений, аварий оборудования, рассмотрения только начального отказа сооружения (отказа в начальный срок эксплуатации) или отказа в течение всего срока службы и т.п.
Затем выявляют элементы системы, которые могут вызвать опасные состояния, например, конструкций, узлов соединений, грунтов оснований и фундаментов сооружения, внешние инициирующие события и т.д. При этом ставят вопрос, что будет с системой, если произойдет отказ какого-либо из элемента.
Для того чтобы получить количественную оценку надежности с помощью древа отказов, нужно иметь данные об исходных отказах. Эти данные могут быть получены на основе опыта эксплуатации отдельных строительных объектов, экспериментов и экспертных оценок специалистов.
Построение древа отказов производят с соблюдением определенных правил. Вершина древа обозначает конечное событие. Абстрактные события заменяют на менее абстрактные. Например, событие "авария нефтяного резервуара" заменяют на менее абстрактное событие "разрушение резервуара".
Сложные события разделяют на более элементарные. Например, "отказ резервуара" (рис. 6.1), который может произойти в течение срока его службы, разделяют на отказ в стадии испытания и отказы в первые и последующие 10 лет эксплуатации. Такое разделение вызвано различными причинами отказов: начальной надежностью сооружения и накоплением повреждений в результате длительной эксплуатации.
Рис. 6.1. Древо отказов стального нефтяного резервуара при эксплуатации
При построении древа отказов с целью упрощения обычно не включают события с очень малой вероятностью.
Количественным показателем отказа системы является вероятность (Q) возникновения одного отказа в течение принятого срока эксплуатации. Надежность системы (Р ) определяется выражением
Если система состоит из i элементов, соединенных с помощью знака "или", ее отказ будет определяться как
где q, - вероятность отказа i-го элемента системы.
При малой величине q i формулу (6.3) можно приближенно выразить как
Для системы или подсистемы из i элементов, соединенных знаком "и", отказ будет
Таким образом, исследование надежности конструктивных систем позволяет решить несколько важных для практики задач: качественно оценивать надежность запроектированного строительного объекта и в случае повышенной опасности осуществлять мероприятия для ее повышения, определять при проектировании относительную надежность сооружения для различных вариантов конструктивных схем, количественно оценивать надежность сооружений и безопасность окружающей среды.
Определение ожидаемого ущерба и дестабилизирующих факторов
Ожидаемый ущерб от природных и техногенных воздействий зависит от двух основных дестабилизирующих факторов:
- - интенсивность и частота природных и техногенных воздействий на здания и сооружения;
- - инженерные (количественные) знания о сопротивляемости или защищенности строительных объектов и селитебных территорий от разрушительных воздействий техногенных и природных явлений.
Алгоритм расчетов и оценки экономических последствий от ожидаемых воздействий следующий.
Для природных воздействий:
- - определяют научно обоснованную возможность возникновения разрушительных природных явлений на рассматриваемой территории, способных нанести вред инженерным сооружениям (транспортные коммуникации, объекты гидротехники и энергетики), промышленным и гражданским объектам;
- - оценивают вероятность возникновения каждого вида природных воздействий, их интенсивность и частоту повторяемости;
- - определяют состояние грунтовой среды и устанавливают прочностные характеристики несущих и ограждающих конструкций;
- - выполняют комплекс аналитических работ и инженерных расчетов по определению надежности работы фундаментов и сопротивляемости строительных конструкций нагрузкам, возникающим при природных и техногенных воздействиях за расчетный период эксплуатации;
- - выполняют работы по усилению конструкций зданий и сооружений, если в этом есть необходимость, по изменению схем транспортных коммуникаций (например, в лавиноопасных районах или на селевых участках) и другие необходимые решения.
Для техногенных воздействий:
- - определяют возможность возникновения техногенных аварий и вероятность их возникновения;
- - оценивают влияние техногенных аварий на окружающую среду и безопасность проживания населения;
- - рассматривают возможность предотвращения или предупреждения техногенных воздействий;
- - выполняют работы по реконструкции и модернизации объекта для повышения уровня безопасности и надежности потенциально опасных объектов;
- - разрабатывают мероприятия по локализации воздействия аварии на окружающую среду и для защиты населения и производственного персонала.
По данным ожидаемых воздействий и определению возможных повреждений и разрушений строительных объектов и наносимому вреду окружающей среде подсчитываются расчетные значения ущерба и убытков, как в сфере экономических потерь, так и в вопросах здоровья и жизнедеятельности населения. При этом рекомендации и выводы могут быть восстановительного характера либо реконструкции и модернизации, а также кардинального изменения структуры экономики района и даже переселения населения из районов с серьезными опасностями и ущербами, которые экономически развивать нецелесообразно (например, в районах сильных землетрясений, постоянных наводнений и сходов лавин). В каждом конкретном случае должны выполняться квалифицированный анализ и серьезное общественное обсуждение.
Разработка мероприятий по повышению надежности строительных объектов и жизнедеятельности населения
Для обеспечения надежности строительных объектов должны быть определены прочностные характеристики зданий и сооружений и выполнены сопоставления их со всеми видами нагрузок и воздействий, которые могут возникнуть за расчетный период эксплуатации.
При обнаружении недостаточной устойчивости и несущей способности строительных объектов по отношению к действующим нагрузкам и воздействиям должны выполняться следующие виды работ:
- - обследуют с помощью приборов и инструментов все объекты, надежность которых вызывает сомнения или опасения;
- - определяют прочностные характеристики несущих конструкций и оценивают состояние грунтов оснований с учетом их поведения при вибрационных и других нагрузках, способных снизить устойчивость грунтовой среды или вызвать повреждения фундаментов;
- - разрабатывают проект усиления или реконструкции, исключающий повреждения или разрушения объекта либо потерю его общей устойчивости при возможных и ожидаемых нагрузках и воздействиях в чрезвычайных ситуациях;
- - в соответствии с разработанным проектом выполняют необходимый комплекс усиления или реконструкции строительного объекта;
- - осуществляют строгий контроль качества исполнения строительно-монтажных работ с учетом повышенных требований, предусмотренных нормами и стандартами для районов с высокими нагрузками и воздействиями;
- - при выполнении строительно-монтажных работ необходимо требовать сертификат качества на используемые материалы и конструкции с гарантированными сроками долговечности в течение расчетного периода эксплуатации объектов;
- - осуществляется согласно нормам и стандартам приемка в эксплуатацию усиленного либо реконструированного объекта в соответствии с материалами проекта и данными фактического исполнения;
- - разрабатывают рекомендации по эксплуатации зданий и сооружений с учетом обеспечения их надежности и долговечности при максимальных расчетных нагрузках и воздействиях в течение нормативного периода.
К атегория:
Кузнечные работы
Надежность и долговечность работы оборудования
Долговечность и надежность-важнейшие эксплуатационные характеристики оборудования. Надежностью называется свойство оборудования выполнять свои функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность - важнейший эксплуатационный показатель работы машины, характеризующий ее качество.
Одним из элементов надежности является безотказность, т. е. свойство машины сохранять работоспособность без вынужденных перерывов. Безотказность определяется временем непрерывной работы машины без простоев, связанных с регулировками и ремонтом. Разные детали машины, естественно, имеют различные сроки службы. В качестве характеристики безотказности принимается срок, близкий к наименьшему из сроков службы деталей.
Однако понятие безотказности недостаточно полно раскрывает эксплуатационные качества оборудования. Пусть, например, один пресс обладает высокой безотказностью, т. е. длительное время работает без регулировок, но затем требует продолжительного ремонта. А при эксплуатации другого пресса обязательны частые непродолжительные регулировки, но зато нет необходимости в длительном ремонте. В ряде случаев второй пресс, несмотря на более низкую безотказность, имеет преимущества, связанные с большей его долговечностью.
Свойство машины сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта называется долговечностью.
С течением времени свойства материалов, в том числе прочность деталей, а также их геометрия, изменяются. Следовательно, и показатели надежности не остаются постоянными. Тем не менее машина должна оставаться работоспособной, что обеспечивается не только ее качеством, но и правильной организацией обслуживания и ремонта.
Долговечность определяется затратами времени и средств на ремонт и регулировку машины за весь период ее эксплуатации. При этом имеется в виду, что та машина, которая при прочих равных условиях за длительный срок дает больше продукции, обладает и большей долговечностью. Иными словами, понятие долговечности связано и с производительностью оборудования.
Износ детали -это результат постепенного изменения ее размеров от трения при действии различных нагрузок в условиях, в которых эксплуатируется машина.
Износ и повреждения, возникающие в процессе эксплуатации, делятся на нормальные (допустимые) и недопустимые (аварийные). К допустимым, возникающим при обычных условиях эксплуатации, относятся абразивный износ, смятие поверхностных слоев и т. д. Эти повреждения нельзя полностью исключить. Однако необходимо свести их к минимуму, чтобы отрицательные последствия проявлялись через возможно более длительные сроки. Допустимые износ и повреждения устраняются во время плановых ремонтов.
При недопустимых износах и повреждениях происходит либо разрушение детали, либо такая ее деформация, которая полностью исключает нормальную работу машины. Недопустимые (аварийные) повреждения устраняются при аварийном ремонте, так как они проявляются внезапно.
Долговечность деталей зависит от правильности подбора материалов трущейся пары. При этом следует учитывать условия работы оборудования, так как одна и та же пара в одних условиях может быть износостойкой, а в других - быстроизнашивающейся.
Материалы, используемые для направляющих, должны иметь высокую износостойкость, низкий коэффициент трения, обладать способностью без изменения свойств выдерживать значительные механические нагрузки. В качестве антифрикционных материалов применяют бронзы, а также пластмассы. Из пластмасс изготавливают и малонагруженные зубчатые передачи, что делает их не только износостойкими, но и бесшумными в работе.
Материалы для деталей тормозных устройств и органов управления, таких, как диски тормозов и муфт включения, должны, наоборот, обладать фрикционными свойствами, т. е. иметь высокий коэффициент трения.
Особое внимание следует обращать на износ следующих деталей кузнечно-прессовых машин: подшипников, направляющих гидравлических прессов и кривошипных машин, плунжеров, уплотнений, дисков фрикционных муфт и тормозов и т. д. Так как износ сказывается на точности оборудования, нормы износа определяются нормами точности.
Надежность. - это свойство машины, ее узла или детали выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели (производительность, мощность, расход энергии, точность и др.) в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки (в километрах, гектарах, кубометрах, циклах или др.)
Терминология по надежности в технике распространяется на любые технические объекты-изделия, сооружения и системы, а также их подсистемы, рассматриваемые с точки зрения надежности на этапах проектирования, производства, испытаний, эксплуатации и ремонта. В качестве подсистем могут рассматриваться сборочные единицы, детали, компоненты или элементы. При необходимости в понятие "объект" могут быть включены информация и ее носители, а также человеческий фактор (например, при рассмотрении надежности системы "машина-оператор").
На стадии разработки термин “объект” применяется к наугад выбранному представителю из генеральной совокупности объектов.
Надежность - комплексное свойство, состоящее в общем случае из безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Например, для неремонтируемых объектов основным свойством может являться безотказность. Для ремонтируемых объектов одним из важнейших свойств, составляющих понятие надежности, может быть ремонтопригодность.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.
Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Объект - техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.
Элемент - простейшая составная часть изделия, в задачах надежности может состоять из многих деталей.
Система - совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.
12 .Показатели безотказности: вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа, интенсивность отказов, параметр потока отказов, наработка на отказ. Закон Вейбулла для характеристики распределения отказов, типичная кривая изменения плотности вероятности отказов в процессе эксплуатации объектов.
Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает. На практике этот показатель определяется статистической оценкой
где N0 - исходное число работоспособных объектов, n(t) - число отказавших объектов за время t.
Средняя наработка до отказа Математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.
Наработка до отказа - эквивалентный параметр для неремонтопригодного устройства. Поскольку устройство неремонтируемое, то это просто среднее время, которое проработает устройство до того момента, как сломается.
Наработка - продолжительность или объем работы объекта, измеряемая в часах, мото-часах, гектарах, километрах пробега, циклов включений и др.
Измеряется статистически, путём испытания множества приборов, или вычисляется методами теории надёжности.
Т = 1/m * Σti где ti - наработка i-го объекта между отказами; m - число отказов.
Интенсивность отказов. Условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник. Интенсивностью отказов называется соотношение числа отказавших образцов аппаратуры в единицу времени к среднему числу образцов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие образцы не восстанавливаются и не заменяются исправными.
Параметр потока отказов. Отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки.