Обеспечение базовой надежности
Необходимый уровень эксплуатационной надежности оборудования достигается как за счет обеспечения высокой базовой надежности в процессе проектирования, изготовления и монтажа, так и соответствующей эксплуатацией оборудования.
Обеспечение базовой надежности включает следующие основные стадии.
Первая стадия – предварительные исследования, сравнительный анализ надежности различных вариантов конструкции оборудования. На этой стадии анализируют требования, предъявляемые к оборудованию, изучают условия его эксплуатации, информацию о надежности аналогичного или подобного оборудования. На основании анализа надежности, различных вариантов конструкции выбирают окончательный вариант. При этом составляют расчетные функциональные схемы оборудования, обеспечивающие выполнение различных функций и принимают к разработке такую из них, при которой надежность будет наибольшей. На этой стадии важную роль в обеспечении надежности играет экспертиза технических проектов оборудования службами технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) заводов.
Вторая стадия – экономический анализ надежности окончательного варианта конструкции. Суть этого анализа заключается в выборе такого варианта, при котором достигается минимум общих затрат на проектирование, изготовление ТО и Р оборудования в течение всего периода эксплуатации до наступления предельного состояния. Затраты на ТО и Р можно разделить на две основные части: затраты на модернизацию (реконструкцию), вызванные необходимостью доработки конструкции оборудования в процессе эксплуатации в связи с низкой базовой надежностью, и собственно затраты на ТО и Р. Общие затраты можно представить в виде суммы трех видов затрат: на проектирование и изготовление; модернизацию; ТО и Р.
Теоретически можно достигнуть весьма высокого уровня надежности оборудования, однако в этом случае общие затраты могут оказаться настолько большими, что сделает его эксплуатацию нерентабельной. Задача экономического анализа заключается в назначении такого уровня надежности, при котором достигается минимум общих затрат при максимальной эффективности функционирования оборудования.
На рис. 6.1 показано изменение затрат в зависимости от заданного уровня надежности. Из этого рисунка следует, что с увеличением назначаемого уровня надежности затраты на проектирование и изготовление возрастают, причем наиболее резкий рост наблюдается с величины надежности, равной 0,75-0,80. Затраты на ТО и Р с увеличением надежности сокращаются и стремятся к нулю при достижении надежности, равной 1.
Оптимальный уровень надежности соответствует минимуму общих затрат (кривая 4).
Однако в случае, когда базовая надежность достаточно высока и для достижения необходимой эксплуатационной надежности не требуется модернизация оборудования в процессе эксплуатации, общие затраты уменьшаются (кривая 5) и назначаемый уровень надежности может быть понижен.
Затраты на проектирование и изготовление в общей сумме затрат не превышают 10%, поэтому нецелесообразно за счет них сокращать общие затраты.
В то же время, если увеличение затрат на проектирование и изготовление исключит необходимость модернизации при последующей эксплуатации оборудования, то на это следует идти, так как в этом случае, во-первых, общие затраты уменьшаются на 20-40%, во-вторых, назначаемый уровень надежности, при котором достигается необходимая эффективность функционирования оборудования, может быть понижен на 15-20%.
На рис. 6.1. три вертикали (Ι, ΙΙ, ΙΙΙ) соответствую различным конструкциям машины, предназначенной для выполнения одинаковых функций. Конструкция Ι характеризуется низкой стоимостью проектирования и изготовления, однако вследствие больших затрат на модернизацию и ТО и Р, вызванных низкой базовой надежностью, общие затраты оказываются выше, чем у конструкций ΙΙ и ΙΙΙ с более высокой базовой надежностью. Оптимальной является конструкция ΙΙ. Конструкция ΙΙΙ неэкономична, несмотря на высокий уровень базовой надежности.
Третья стадия – рабочее проектирование, изготовление и испытание оборудования. Этап рабочего проектирования является весьма ответственным, так как устранение ошибок рабочего проекта на действующем оборудовании требует его модернизации, связано с большими потерями производства и затратами. На этом этапе предусматривают: необходимые решения по обеспечению долговечности деталей оборудования (различные методы упрочнения, необходимую смазку и др.) и их ремонтопригодности, а также
Рис. 6.1. Изменение затрат в зависимости от заданного уровня надежности:
1 – затраты на проектирование и изготовление; 2 – затраты на ТО и Р; 3 – на модернизацию; 4 – общие затраты; 5 – общие затраты без учета затрат на модернизацию.
средства контроля состояния узлов и деталей в процессе эксплуатации, приспособления и устройства для инспектирования и обслуживания оборудования; средства защиты его от перегрузок, максимальную унификацию и стандартизацию узлов и деталей и другие мероприятия по повышению базовой надежности, учитывают факторы инженерной психологии. В рабочих чертежах и технических условиях оговаривают применение специальных технологических процессов, методов изготовления деталей, контроля качества изготовления, способствующих достижению заданной базовой надежности.
Важным этапом третьей стадии является испытание нового оборудования, так как этот этап позволяет значительно сократить период его приработки и сроки освоения проектной мощности. Испытания проводят на специальных стендах, на машиностроительных заводах и в ремонтных цехах металлургических заводов с имитацией реальных условий нагружения.
На третьей стадии разрабатывают также документацию на ТО и Р оборудования. Необходимость разработки такой документации на этой стадии диктуется значительным усложнением и насыщением агрегатов новыми видами оборудования – гидравлическими, электрическими, электронными, системами автоматического регулирования и контроля и т.д. отсутствие такой документации, особенно в начальный период эксплуатации, вызывает длительные простои агрегатов на ремонтах, задерживает освоение проектных мощностей и в некоторых случаях даже вынуждает отказаться от применения новейших машин и использовать морально устаревшие.