Теоретические сведения №2

Под функциональным состоянием (обобщенной характеристикой служебных свойств) системы понимается ее относительная способность и потенциальные возможности выполнять свои функции или заданный процесс в пределах допустимых отклонений по качеству и экономичности в течение оптимального срока ее службы [21].

Если представить судно в виде системы, а СТС ее элементов то функциональное состояние системы есть функция времени ее использования FS = f(t), которая зависит от состояния отдельных элементов.

Функциональное состояние может расчленяться на части, каждая из которых будет выражать обобщенную характеристику служебных свойств какого-либо узла или элемента системы.

Для определения функционального состояния системы в любой момент времени необходимо четко представлять к какому типу относится данная система и элементы, из которых она состоит. Произведем классификацию систем и элементов системы по признаку ремонтопригодности.

Согласно классификации все системы можно распределить на две категории: неремонтопригодные и ремонтопригодные. К неремонтопригодным относятся системы, в которых все элементы не подлежат замене или восстановлению. К ремонтопригодным относятся системы, в которых хотя бы один элемент подлежит замене или восстановлению [10].

Элементы, из которых состоит система, могут распределяться по следующим группам: конструктивные и неконструктивные.

Конструктивными элементами называются все отдельно изготовляемые элементы, входящие в состав системы, независимо от их материала, размеров и формы.

Неконструктивными элементами называются некоторые неотделяемые элементы, обеспечивающие необходимую активную связь или нормальное функционирование всех конструктивных элементов при работе системы.

По изменению функционального состояния конструктивные элементы следует разделять на четыре группы: несменяемые неремонтопригодные, сменяемые неремонтопригодные, несменяемые ремонтопригодные и сменяемые ремонтопригодные.

Рассмотрим изменение функционального состояния элементов системы по группам, определим и формализуем их функциональную зависимость.

Несменяемые неремонтопригодные - это элементы, которые в течение всего срока эксплуатации по конструктивным или другим особенностям не могут быть заменены или восстановлены. Функциональное состояние таких элементов однородно, оно формируется только на предприятиях, производящих машины или конструктивные элементы. Примером тому могут быть всевозможные корпусные детали, которые обладают относительно большой массой и стоимостью, ремонт которых может быть нецелесообразен с экономической точки зрения [10].

Ф ункциональное состояние несменяемых неремонтопригодных элементов снижается по нисходящей, интенсивность снижения которой зависит от условий эксплуатации данного элемента. При отражении данного процесса в системе координат зависимости функционального состояния от времени зачастую используют один из законов распределения: нормальный, экспоненциальный, Вейбулла или их модификации. Но эффективность использования одного из перечисленных законов прямо пропорциональна количеству известной информации о данном элементе. Другими словами, если речь идет о элементе системы о котором известно только то, что он является несменяемым неремонтопригодным, для прогнозирования вполне будет достаточен линейный закон распределения. Если все вышесказанное отразить в системе координат, то это будет выглядеть так (рис.1.5)

На рис. 1.5 fs₀ - функциональное состояние элемента в период начала его функционирования в системе, fs_Т - функциональное состояние элемента по истечению временного промежутка Т, t_э – срок службы элемента.

Для численного определения значения функционального состояния в момент времени T предложим формулу (1.1)

(1.1)

Сменяемые неремонтопригодные – это элементы по истечению срока эксплуатации которых производится замена аналогичным элементом (рис.1.6). Рассматривая такие элементы, можно охарактеризовать их относительно небольшой стоимостью, простотой конструкции, например: всевозможные крепежные элементы (болты, шпильки, гайки и т.д.), прокладки, фильтра, вкладыши, поршневые кольца и т.д.

Функциональное состояния таких элементов снижается до тех пор, пока не достигнет нулевого значения, затем происходит замена данного элемента на новый и процесс повторяется.

Числовое значение функционального состояния заменяемых неремонтопригодных элементов, в момент времени Т вычисляется следующим образом

, (1.2)

где n – количество смененных элементов к моменту времени T;

, (1.3)

причем учитывается только целое число.

Несменяемые ремонтопригодные элементы схожи по своим свойствам и конструктивным особенностям на несменяемые неремонтопригодные элементы, но с одной поправкой. Говоря о незаменяемых неремонтопригодных элементах подразумеваются элементы сложной конструкции или с относительно большой массой, которые нецелесообразно ремонтировать в отличии от незаменяемых ремонтопригодных элементов, которые с экономической или с точки зрения стратегии подвергаются ремонту (рис.1.7).

Ремонтопригодность таких элементов заранее предусмотрена конструктором или выявлена в условиях эксплуатации системы.

Исходное функциональное состояние fs ремонтопригодных несменяемых элементов состоит из двух составляющих: активного функционального состояния fs_A, которое обеспечивает работоспособность элемента до его ремонта, и пассивного fs_П, обеспечивающего его ремонтопригодность. Следовательно,

fs₀ = fs_A+ fs_П.. (1.4)

Пассивное функциональное состояние, в начале эксплуатации элемента, вычисляется по формуле:

, (1.5)

где k – количество ремонтов.

Время, через которое необходимо произвести следующий ремонт, вычисляется следующим образом:

. (1.6)

После наступления времени t_p элемент восстанавливается на величину fs_p, в роли которой может выступать стоимость ремонта. Функциональное состояние элемента, в любой момент времени, можно вычислить по формуле:

, (1.7)

где n_р – количество пройденных ремонтов (целая величина).

. (1.8)

Если величина стоимости ремонта не является закономерной величиной, а зависимой, например, от уровня автоматизации ремонтного предприятия и может быть меньшей или большей фиксированной то это можно учесть следующим образом:

, (1.9)

Рассмотрим функциональное состояние сменяемых ремонтопригодных элементов.

Сменяемые ремонтопригодные элементы являются общим случаем всех вышерассмотренных элементов. Данная группа элементов в процессе эксплуатации системы могут подвергаться как восстановлению, так и при необходимости, замене.

Графически функциональное состояние таких элементов выглядит таким образом (рис.1.8).

В случае, когда срок эксплуатации системы больше срока эксплуатации элемента необходимо восстанавливать пассивное состояние элемента и функциональное состояние, в отличие от ремонтопригодных незаменяемых элементов, изменится следующим образом:

. (1.10)

Неремонтопригодная система состоит из несменяемых неремонтируемых элементов, функциональное состояние такой системы будет выглядеть так (рис.1.9), где t_max - максимальное время эксплуатации системы, которое совпадает со сроком эксплуатации элемента с минимальным эксплуатационным ресурсом. И функциональное состояние с истемы будет равно сумме состояний конструктивных и неконструктивных элементов:

. (1.11)

Данные системы используются потребителями на протяжении всего срока службы только с исходными образцами составляющих их элементов, т.е. системы не требующие в период их работы ни технического обслуживания и ремонта, ни замены элементов.

Изменение функционального состояния ремонтопригодной системы, с течением времени, имеет неоднородную структуру, которая в свою очередь, в зависимости от условий эксплуатации, может меняться. Если представить ее в системе координат, то она будет выглядеть следующим образом (рис.1.10).

Системы данной категории используются потребителем на протяжении всего срока службы только при условии периодического возобновления в разные сроки части неконструктивных элементов и периодической замены в разные сроки части конструктивных элементов, что, по существу, сводится к проведению потребителем периодического технического обслуживания и ремонта системы по определенной схеме. Причем, замена и ремонт конструктивных и неконструктивных может происходить как в сроки, совпадающие с ремонтом системы, так и в сроки, не совпадающие с ее ремонтом. К такой категории относятся большинство современных ТС.