Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Надежность технологического оборудования. Анализ видов и последствий отказов. Учебник
.pdf
№ 4493
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ МИСИС
ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИЙ
Кафедра инжиниринга технологического оборудования
Н.А. Чиченев
А.О. Карфидов
НАДЕЖНОСТЬ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Анализ видов и последствий отказов
Учебник
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2024
УДК 658.562.5+681.2 + 620.179
Ч72
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф., профессор кафедры обработки металлов
давлением НИТУ МИСИС Б. А. Романцев;
д-р техн. наук, проф., профессор кафедры проектирования
и эксплуатации металлургических машин и оборудования
МГТУ им. Г. И. Носова В. В. Точилкин
Чиченев, Николай Алексеевич.
Ч72 Надежность технологического оборудования. Анализ
видов и последствий отказов : учебник / Н. А. Чиченев,
А. О. Карфидов. – Москва : Издательский Дом НИТУ
МИСИС, 2023. – 232 с.
ISBN 978-5-907833-07-4
В учебнике изложены общие принципы методов анализа видов и последствий отказов. Рассмотрены цели, задачи, область
применения и процедуры основных методов анализа видов и
последствий отказов: идентификация отказов – HAZID; предварительный анализ опасностей – ПАО (PHA); анализ опасности
работы – АОР (JHA); исследование опасности и работоспособности – HAZOP; анализ вида и последствий отказа – АВПО (FMEA);
анализ вида, последствий и критичности отказа – АВПКО
(FMECA); контрольные карты процессов; распознавание образов
в обнаружении и диагностики отказов; анализ и диагностика отказов с помощью информационных графов.
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению
15.03.02 «Технологические машины и оборудование», и преподавателей, ведущих подготовку по этой дисциплине. Может
быть полезен студентам других направлений подготовки, относящихся к направлению 15.00.00 «Машиностроение», а также
обучающихся по направлению 22.00.00 «Металлургия».
УДК 658.562.5+681.2 + 620.179
Чиченев Н. А.,
ISBN 978-5-907833-07-4 НИТУ МИСИС, 2024
Карфидов А. О., 2024
Содержание
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1. Общие принципы методов анализа видов
и последствий отказов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1. Планирование и организация работ . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2. Краткая характеристика методов анализа . . . . . . . . 17
2. Простые методы идентификации и анализа
опасности работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.1. Методы идентификации опасностей. . . . . . . . . . . . . . 24
2.2. Идентификация опасностей – HAZID . . . . . . . . . . . . 27
2.3. Предварительный анализ опасностей –
ПАО (PHA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4. Анализ опасности работы – АОР (JHA) . . . . . . . . . . . 45
2.5. Методы проверочного листа
и «Что будет, если...?» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3. Исследование опасности
и работоспособности – HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.2. Цели и задачи HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.3. Основные принципы экспертизы . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.4. Процедура исследований HAZOP . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.5. Пример HAZOP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4. Анализ вида и последствий отказа – АВПО (FMEA) . . . . 93
4.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.2. Цели и задачи FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.3. Основные принципы FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.4. Виды FMEA и состав FMEA-команд . . . . . . . . . . . . . 102
4.5. Последовательность проведения FMEA . . . . . . . . . . 104
4.6. Пример FMЕА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
3
СОДЕРЖАНИЕ
5. Анализ видов, последствий и критичности отказа –
АВПКО (FMECA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . 119
5.2. Цели и задачи АВПКО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.3. Основные принципы АВПКО . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.4. Методы проведения АВПКО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6. Контрольные карты процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.2. Контрольные карты Шухарта . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.2.1. Основные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.2.2. Типы контрольных карт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.2.3. Контрольные карты средних и размахов,
средних и стандартных отклонений . . . . . . . . . . . . . . 148
6.2.4. Пример построения контрольной карты
для количественных данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
7. Распознавание образов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
7.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
7.2. Матрица распознавания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
7.3. Кластерный анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
8. Анализ и диагностика отказов с помощью
информационных графов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
8.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
8.2. Анализ дерева неисправностей – АДН (FTA) . . . . . . 183
8.2.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
8.2.2. Методология анализа дерева
неисправностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
8.2.3. Принципы построения дерева
неисправностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8.2.4. Пример построения дерева
неисправностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
8.3. Анализ дерева событий – АДС (ЕTA) . . . . . . . . . . . . 201
8.3.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
8.3.2. Разработка дерева событий . . . . . . . . . . . . . . . . 205
4
СОДЕРЖАНИЕ
8.3.3. Анализ дерева событий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.3.4. Примеры дерева событий . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.4. Анализ дерева решений – АДР (DTA) . . . . . . . . . . . 218
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
Словарь терминов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Предисловие
Дисциплина «Надежность технологических машин» изучается в начале профессиональной подготовки бакалавров
по данному направлению, а полученные при ее изучении
знания, умения и навыки используются при выполнении
выпускной квалификационной работы, а также при изучении последующих профессиональных дисциплин, в которых
рассматриваются вопросы проектирования, изготовления
и эксплуатации технологических машин и оборудования, соответствующих конкретному профилю подготовки.
Данная дисциплина относится к обязательным дисциплинам вариативной части основной образовательной программы
(ОПОП) подготовки бакалавров всех профилей направления
15.03.02 «Технологические машины и оборудование». Она
имеет практико-ориентированную направленность и предназначена для приобретения студентами компетенций в области
надежности технологических машин и оборудования.
Цель данной дисциплины – формирование у студентов
знаний, умений и навыков по оценке надежности технологических машин и оборудования, умению пользоваться основными критериями оценки показателей надежности, долговечности и ремонтопригодности технологических машин,
применению планов испытаний для оценки надежности,
установлению причин отказа деталей, узлов и механизмов,
применению методов повышения надежности технологических машин и методике расчета их надежности.
Задачи дисциплины – научить:
– использовать основные критерии оценки показателей
надежности, долговечности и ремонтопригодности механизмов и систем технологических машин;
– применять планы испытаний для оценки надежности
и установления причин отказа деталей, узлов и механизмов
технологических машин;
6
– выбирать методы повышения работоспособного состояния деталей, узлов и механизмов технологических
машин;
– пользоваться необходимой нормативно-технической
документацией, справочной литературой и методическими
рекомендациями.
Дисциплина вносит вклад в формирование следующих
результатов обучения.
Знать:
– назначение, область применения и методику определения основных критериев надежности технологических
машин;
– основные положения по расчету показателей надежности механизмов и деталей технологических машин;
– стратегии восстановления работоспособного состояния
деталей, узлов и механизмов технологических машин;
– методические, нормативные и руководящие материалы, касающиеся выполняемой работы.
Уметь:
– использовать формулы математической теории надежности и пакеты прикладных программ для расчета основных
критериев оценки надежности, долговечности и ремонтопригодности механизмов и систем разного типа;
– применять законы распределения случайной величины для расчета и оценки параметров надежности, безотказности, долговечности и ремонтопригодности технологических машин и оборудования;
– выбирать стратегии восстановления работоспособного
состояния деталей, узлов и механизмов технологических
машин;
– использовать необходимую нормативно-техническую
документацию, справочную литературу и методические рекомендации, касающиеся выполняемой работы.
7
ПРЕДИСЛОВИЕ
Владеть:
– основными понятиями и определениями в области теории надежности, эксплуатации и ремонта технологических
машин и оборудования;
– методами расчеты надежности деталей, механизмов и
систем технологических машин и оборудования;
– методикой повышения надежности типовых узлов и
механизмов технологических машин;
– навыками подготовки отчетов по выполненным расчетно-графическим работам с использованием необходимой
нормативно-технической документации, справочной литературы и методических рекомендаций.
По мере укрупнения промышленных систем возрастают
общие расходы энергии и материалов, что вызывает настоятельную необходимость раннего обнаружения неполадок
и правильной их диагностики как для повышения надежности производства, так и для снижения производственных
затрат. Цель контролирования неполадок состоит в том, чтобы уменьшить возможность внезапных повреждений оборудования и несчастных случаев с персоналом, а также облегчить техническое обслуживание оборудования. В связи
с этим возникает необходимость в теоретической разработке
и практическом применении методов обнаружения и диагностики неполадок для специалистов в области надежности
технологических машин и оборудования.
В основу настоящего учебника положены лекции, которые в течение более 15 лет читались в НИТУ МИСИС
на кафедре инжиниринга технологического оборудования
для студентов, специализирующихся в области разработки и эксплуатации технологических машин и оборудования. Содержание учебника соответствует образовательному стандарту НИТУ МИСИС подготовки бакалавров
по направлению 15.03.02 «Технологические машины
и оборудование».
8
ПРЕДИСЛОВИЕ
В учебнике приведено достаточно большое количество
примеров использования методов анализа видов и последствий отказов, что определяет его практическую направленность и делает полезным не только для студентов бакалавриата, но и для магистрантов, аспирантов и специалистов,
связанных с решением задач повышения надежности технологических машин и оборудования в своей научной и производственной деятельности. Кроме того, по каждой теме
в учебнике приведены контрольные вопросы для самостоятельного изучения, что способствует успешному освоению
представленного материла. Более подробное изложение отдельных вопросов по данной теме можно найти в прилагаемом библиографическом списке.
Введение
В настоящее время в отечественной промышленности
идет непрерывный процесс обновления технологического
оборудования, совершенствуются существующие и появляются новые образцы техники, для которых характерно улучшение технико-экономических характеристик: увеличение
скорости, повышение уровня нагрузки, расширение диапазона температур, снижение габаритов и массы, повышение
степени автоматизации и т.д. Растут требования к точности
функционирования и эффективности работы машин, происходит их объединение в системы с единым управлением.
При этом чем выше технический уровень машин, тем актуальней требования к их надежности.
В последнее время надежность технологических машин
и оборудования становится одной из основных инженерных
проблем и приобретает все более важное значение, что обусловлено следующими основными причинами:
– усложнение конструкций современных технологических машин и оборудования, что приводит к снижению их
надежности, так как увеличение числа входящих в них элементов обусловливает снижение их надежности;
– интенсификация эксплуатационных режимов работы,
которое сопровождается увеличением рабочих скоростей и
нагрузок, повышением температур и давлений, что приводит к значительному росту интенсивности отказов элементов
оборудования;
– повышение требований к качеству технологических
машин и оборудования с целью снижения материальных,
трудовых и финансовых затрат на техническое обслуживание и ремонт;
– рост важности и ответственности функций, выполняемых техническими системами и их элементами, и, как следствие, повышение требований к их надежности;
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]