1.9 Актуальность

Казалось бы, говорить об актуальности разработки метода исследования работоспособности (надежности) химико-технологических производств и не надо. Все-таки приведем цитату из интервью министра химической промышленности СССР Л. А. Костандова журналу “Химия и жизнь”, № 10, 1967 г. На вопрос журналиста: “Какие проблемы, на ваш взгляд, необходимо решить в первую очередь, чтобы помочь химической промышленности развиваться еще более успешно?” министр ответил: “Я назвал бы две проблемы: аппаратурное оформление химических производств и проблему качества. Очень часто мы не можем поставить на службу народному хозяйству ценные научные работы только потому, что сталкиваемся с огромными трудностями в практическом их оформлении - в виде надежно разработанной технологии и современной аппаратуры. Для химии - больше чем для какой-нибудь другой отрасли хозяйства - жизненно необходима тесная связь или, если хотите, постоянная преемственность между учеными, с одной стороны, и технологами, машиностроителями - с другой. Проблема качества заслуживает того, чтобы говорить о ней отдельно и подробно. Пренебрежительное отношение к этому вопросу сегодня может обернуться большой бедой завтра. Качество - это высокая культура всего производства, это самая настоящая экономия не только для тех, кто потребляет химические продукты, но и способ интенсификации нашей собственной химической индустрии”.

В интервью тому же журналу “Химия и жизнь”, № 4, 1970 г. министр химической промышленности СССР Л. А. Костандов связывает эффективность химической промышленности с увеличением в разы «производительности труда на тех заводах, которые только сейчас проектируются». «Один из самых ясных путей - укрупнение агрегатов. Вместо десяти агрегатов вы ставите один, в 10 раз мощнее. И соответственно уменьшается численность обслуживающего персонала». «Но что делать, если единственный агрегат откажет? Такого вопроса быть не может! Ваш агрегат должен работать безотказно, быть абсолютно надежным. Абсолютно надежным должно быть все оборудование - и механическое, и электрическое, и контрольно-измерительное.

Я утверждаю, что без абсолютно надежного оборудования повысить производительность труда в несколько раз просто невозможно. И дело не только в самих агрегатах. Сколько людей у нас в ремонтно-механических службах, в цехах контрольно-измерительных приборов! При надежном оборудовании и гарантийном обслуживании заводом-изготовителем эти службы не нужны совсем. Это принципиальный вопрос экономики”.

Относительно гигантомании возможны возражения, абсолютная надежность просто является нонсенсом, но качество – всегда правильная цель, и здесь же можно вспомнить утверждение К. Маркса: «Качество – это экономия будущего труда».

2. Состояние проблемы

Традиционный подход к решению новой задачи (проблемы), который автору активно (и безуспешно) рекомендовали его замечательные и мудрые учителя, состоит в следующем. Они считают, что после первичного осознания предмета и цели исследования, надо тут же обратиться к опыту человечества, изучить работы предшественников по поставленной задаче, а затем, встав на их плечи, двигаться дальше.

Представляется, что это не единственный способ накопления и генерации знаний. Надо всячески беречь “невинность” научного работника, когда он берется за новую задачу, охранять его дилетантизм, отсутствие традиций, стереотипов, догм, правил, которые неизбежно становятся шорами интеллектуального зрения. Надо всячески охранять свою индуктивную интуицию, не мутить ее чужимимнениями, идеями, ошибками и сомнениями.

Изучение опыта предшественников будем проводить с целью поиска помощи в развитии, в обосновании, в подтверждении актуальности, в укреплении фундамента сделанной работы.

Математические основы теории надежности.

Теория надежности развивается по нескольким направлениям и одно из основных – математические основы теории надежности [3-11]. Эти основы ищутся в теории вероятностей и в ее части – математической статистике.

Важнейшими характеристиками здесь считаются: безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость. Первые две признаются основными для химической индустрии.

Безотказность количественно описывается 8-ю показателями:

1. P(t) – вероятность безотказной работы, , где m(t) – число исправных элементов, N – общее число наблюдаемых элементов.

2. l(t) – интенсивность отказов,.

3. Т₁– средняя наработка до отказа, это математическое ожидание наработки элемента до 1 – го отказа.

4. Т – средняя наработка между отказами.

5. W(t) – ведущая функция потока отказов.

6. w(t) - параметр потока отказов, т.е. средняя частота потока отказов.

7. Q(t) – вероятность отказа в интервале времени (0,t).

8. f(t) - частота или плотность распределения отказов.

Статистический характер этих показателей определяет и метод их нахождения:

, где N₀ - число изделий в начальный момент времени, n(t) – число отказавших изделий за время t;

;

, где N_cp– число изделий, исправно работающих в интервале времениDt;

, где t_i– время безотказной работы i-го изделия.

Здесь в этих формулах черта сверху означает символ оценкивеличины

.

Исходя из математического смысла этих показателей, зная один из них, не сложно найти все другие.

Чтобы этот математический аппарат начал работать, чтобы получить количественно эти критерии надежности, приходится использовать различные распределения вероятностей случайных событий: экспоненциальное, усеченное гауссовское, Релея, g-распределение, Вейбула, логарифмически нормальное и т.д. Наиболее распространенное распределение в теории надежности - экспоненциальное. Оно хорошо описывает (аппроксимирует) внезапные отказы элементов в установившемся режиме работы, а также для описания сложных систем, элементы которых восстанавливаются в процессе работы системы.

Основное свойство экспоненциального распределения - отсутствие “памяти” элемента о прошлом, зато экспериментально искать надо только один параметр в распределении. Нормальное распределение хорошо подходит для описания постепенных отказов, возникающих в результате деградации, износа. Но здесь приходится искать два параметра распределения.

Испытания на надежность [6, 7, 11] проводят с целью нахождения параметров функции распределения. Здесь проводят испытания изделий и далее применяют методы статистики. Используют Б-планы (отказавшие элементы не заменяются новыми), В-планы (с заменой), Т-планы (наблюдение ведется в течении Т времени), r-планы (наблюдения ведутся до появления r-го отказа).

Для увеличения надежности систем используют различные приемы. В частности, в [3, 9, 10] подробно исследуются различные виды резервирования и показываются способы расчета показателей надежности систем с разными видами резервирования.

Комментарий

Рассмотрение этого блока публикаций показывает, что здесь нет речи о системе как совокупности взаимодействующих элементов. В этом направлении развития теории надежности “элементы” рассматриваются как “черные ящики”, и это естественно, т.к. здесь работают математики, а не химики-технологи и физики. Все свое незнание о сути процессов, происходящих в элементах и в системе из этих элементов, закладывается в экспериментальные значения параметров функций распределения. Их подбор определяется тем, какой вид распределения “ближе” аппроксимирует экспериментальные данные. Но, тогда в принципе нет возможности для обобщений и универсальности представления экспериментальных данных, особенно в совокупно-собранных звеньях, т.е. в системном анализе надежности.

Вообще, изобилие показателей надежности, а по ГОСТ 27. 002 - 93 “Надежность в технике. Термины и определения” (их в целом 17 показателей), обескураживает и наводит на мысль, что теория надежности преждевременно присвоила себе титул “теория”. И главная причина здесь в феноменологии выбора поля элементарных событий, над которым формируется сложное случайное событие, которое необходимо для каких-то задач практикам.

Физическая теория надежности.

Второе направление развития теории надежности получило название физической теории надежности (физика отказов). Наиболее яркие работы здесь [10-13]. Физика отказов исследует связи между количественными показателями надежности и физическими свойствами, параметрами материалов и элементов, физическими процессами изменения этих свойств и параметров. Здесь же фигурирует интенсивность эксплуатационных воздействий.

В [12] рассматривается элемент с зависимостью “вход - выход” в виде:

,

где коэффициент «с» объявляется случайным из-за случайных изменений внутренних параметров работы элемента. Если фиксировать x = x₀, то

,

где черта сверху - символ математического ожидания. Тогда вероятность того, что , гдеD- допустимые границы, определяется как

Для случайной величины имеем:

, где- допустимое отклонение по параметру с.

Полагая при x = x₀= const, получаемиз-за линейности связи y и x. Далее в [12]предлагается ввести понятие внешних воздействийи представить

,

где q- температура, при которой эксплуатируется изделие, z - влажность среды, а - ускорение вибраций изделия. Знание частных производных и амплитуд внешних воздействий позволит найтиDс и далее вероятности сложного благоприятного случайного события.

В [12] подробно рассмотрена физика отказов типовых элементов электротехнических схем: конденсаторов, реле, индуктивных катушек и т.д.

Комментарий

Работы [12-15] знаменательны тем, что делается попытка сформировать сложное случайное событие над некоторым полем элементарных, случайных событий, что внешняя среда оказывает влияние на работу радиодеталей и на вероятность нормальной работы их, что необходимо искать взаимосвязь между внешними воздействиями и физическими процессами внутри изделия, что точность изготовления элемента - тоже внешнее воздействие. Эти работы [12-13] показывают, что в теоретическом плане надежники в области радиотехники и электронного машиностроения обогнали надежников химической промышленности по крайней мере лет на 15. Однако, эти же работы показывают, что первые из них, т.е. в области радиоэлектроники, находятся в плену у элементного подхода к расчету надежности систем.

Прикладные теории надежности.

Кроме общей теории надежности одновременно развиваются прикладные теории надежности, рассматриваются вопросы обеспечения необходимой надежности данной конкретной техники (авиация, приборы, механизмы, машины, ХТС и т.д.).

Впервые методы, реализующие системный подход к анализу и оптимизации уровня надежности химических, нефтехимических производств, систематизированы сотрудниками кафедры кибернетики ХТП МХТИ им. Д. И. Менделеева, которые по существу работали в составе научной школы заведующего кафедрой, академика РАН Кафарова В. В. [16-21].

В работах [14, 15] представлены характерные особенности ХТС, как объектов исследования надежности. К таким особенностям эти авторы относят:

1. МногомерностьХТС как по числу составляющих элементов, так и по числу переменных и параметров, характеризующих функционирование системы.

2. Сложность поведенияХТС в процессе эксплуатации, обусловленнаявзаимовлиянием элементов ХТС.

3. Как правило, функционирует сравнительно мало однотипных ХТС, что затрудняет сбор статистической информации об отказах. Следовательно, оценку надежности проектируемых ХТС необходимо осуществлять либо на основе анализа надежности технологической топологии ХТС, либо применять методы, учитывающие масштабный фактор надежности. Добавим к этому отсутствие объективной статистики по остановкам ХТС на предприятиях и в отчетности по отрасли.

4. Разнообразие условий эксплуатации и технического обслуживания однотипных элементов.

5. Основными критерияминадежности ХТС являетсядолговечность и ремонтопригодность, а не безотказность.

6. Элементы ХТС относятся в основном к восстанавливаемым.

7. При исследовании характеристик надежности ХТС используются ограничительные допущения:

• ХТС находится в установившемся режиме эксплуатации;

• поток отказов элементов ХТС принят стационарным гауссовским, обладающим следующими свойствами:

а) стационарность, поскольку на любом интервале времениDt вероятность возникновения отказа элемента определяется только величинойDt, независимо от удаленности данного интервала времени от начала эксплуатации элемента ХТС;

б) поток без последействия, т.е. отказ любого элемента не приводит к изменению надежности остальных элементов, т.е.отказы элементов ХТС являются случайными независимыми событиями.

в) поток отказов ХТС является ординарным, т.е. вероятность возникновения в один и тот же момент времени двух и более отказов ничтожно мала.

•отказы элементов ХТС распределены или по Пуассону, или по экспоненциальному закону, или по Г-распределению.

•поток отказов самой ХТС принят суммой независимыхпотоков отказов элементов и также является простейшим потоком с интенсивностью отказов, равной сумме интенсивностей составляющих потоков отказов элементов ХТС. Т. е., i = 1, 2, 3, ... N, где N - число элементов в ХТС,l_i- интенсивность отказов i-го элемента с экспоненциальным законом распределения. Таким образом, время безотказной работы ХТС также подчиняется этому закону распределения.

•вероятность безотказной работы не резервируемой ХТС на интервале времени (0, t) равна:

(1)

Выделение жирным шрифтом в выше приведенном тексте цитирования сделано автором монографии.

Сразу отметим, что все дальнейшие работы, в которых первым автором является акад. Кафаров В.В., базируются на указанных выше характеристиках ХТС и предпосылках.

Отметим, что в этих работах система(т.е. ХТС) состоит изэлементов. Однако, важнейшее свойство системы (взаимодействие элементов)отметаетсявыбором поля элементарных, случайных событий (отказы элементов взаимно-независимые в вероятностном смысле).Следовательно, ХТС - не система.

С одной стороны интенсивность отказов l_iэлементов ХТС приходится находить из статистических наблюдений и испытаний, а с другой стороны авторы признают, что каждая ХТС или уникальна, или имеет малый тираж.Следовательно, где же брать исходные данные, чтобы найти вероятность сложных событий над полем элементарных, случайных событий? Как пользоваться инженеру методами школы акад. Кафарова В. В. и его учеников?

Авторы признают разнообразие условий эксплуатации и обслуживания, и это действительно так, но как же применять статистику для поиска l_i? Статистика требует неизменности условий эксперимента, испытаний, а они, оказывается, разнообразны.

Покажем обоснованность наших сомнений на примере - посмотрим, что значит формула (1). Пусть хочется создать ХТС с вероятностью безотказной работы на интервале времени (0, t) равной Р_ХТС= 0,9. Для простоты расчетов и наглядности предположим, что ХТС состоитвсего из 10элементов, у которых Р_i= const, i = 1, 2, 3, .... 10. Какова же величина Р_i?

.

Вот какими надежными должны быть элементы такой ХТС. И где же такие найти?Обратно, пусть Р_i= 0,9, тогда

.

И кому нужна такая ХТС?

Сам перечень предпосылок, приведенный выше, показывает, что основатели теперь традиционного подхода к определению показателей надежности ХТС страдают камеральностью теоретизирования. Им приходится рассматривать систему и ее элементы как “черные ящики”, и они не опираются на опыт разработки, создания и пуска своих ХТС, ими не привлекается главный документ, на основе которого создается промышленная установка – регламент и его требования. Эта же камеральность заставляет не конкретизировать физическую суть явления, которое они называют отказом, это просто метафора, которая у разных разработчиков вызывает разные ассоциации и представления.

Прошло 30 лет после самой ранней публикации [21], в которой предлагался метод и который потом стал «традиционным» в машиностроении. Если же заглянуть в историю этого метода еще глубже, то, оказывается, что заведующий кафедрой теории вероятностей на мехмате МГУ им. М. В. Ломоносова проф. Борис Владимирович Гнеденко на своих лекциях в 1962 году рассказывал студентам об этом элементном подходе к расчету надежности систем, а на семинарах студенты решали задачи для разветвленных схем соединений элементов. Следовательно, основания традиционного метода определения надежности систем имеют аж 40 летнюю историю.

Но уже в начале 80-х годов возникла насущная потребность сепарировать, различать “хорошие” ХТС и “плохие” - больше нельзя было это делать во время пусковых работ, необходимо было искать метод различения на стадии “бумаги”, т.к. в “железе” очень дорого для экономики страны, в которой всегда не хватает денег на инвестиции. И когда мы ознакомились с работами школы акад. Кафарова В. В., то поняли, что просто не имеем исходных данных для применения «традиционного» метода определения показателей надежности ХТС, по которым можно было бы различать “плохие” ХТС от “хороших”. У нас есть регламент на проектирование, в котором дана технологическая схема (это в [16-21] называют топологией ХТС), потоки и их параметры, перечень стандартного оборудования. Где же брать пресловутые l_i(показатели интенсивности отказов в экспоненциальном законе распределения или в распределении Пуассона)?

Более того, для тех, кто лично разрабатывает “элементы” ХТС, проводит авторский надзор над изготовлением, участвует в монтаже и, главное, потом сам пускает ХТС, отказХТС совсем не гуманитарное понятие на уровне чувств и эмоций. Сошлемся на собственный опыт: если температура в печи обжига мелкозернистых частиц глины превысила допустимые величины, то образовался “козел” весом 2-3 тонны, и вся пусковая бригада с помощью лома и отбойных молотков выгребает это раскаленное создание из печи 2-3 суток. Вот это отказ! Если концентрация нитрат-сульфатных солей в растворе, подаваемом в форсунки гранулятора псевдоожиженного слоя, снизилась, то опять имеем “козел” весом уже 8 тонн да еще и взрывоопасного вещества. Если собственная частота пульсаций псевдоожиженного слоя совпала с собственной частотой колебаний перекрытия, на котором стоит промышленный гранулятор, то последний срывает анкерные болты и идет “гулять” по цеху, разрывая газоходы и трубопроводы. Вот это отказ! Короче говоря, для разработчиков ХТС и “пускачей” отказ характеризуется набором параметров состояния, комплектом физико-химико-процессных величин.

Представляется, что в основе неприменимости инженерами «традиционного» метода определения показателей надежности ХТС находится именно неудачный выбор поля элементарных случайных событий.

Работы акад. Кафарова В. В., его учеников и последователей, предложенные концепции и идеи, логико-математический аппарат - все это оказало огромное влияниена специалистов в области надежности систем. Однако, практическая инженерная потребность в инструменте различения “плохих” ХТС от “хороших” на “бумажной” стадии разработки,осознанная внашем коллективе, заставила отказаться от этих концепций и искать свой путь разработки этого инструмента, тот путь, который обогащен опытом разработки, создания и пусковых работ ХТС. И значимость пути школы акад. Кафарова В.В. и его учеников состоит в том, что намбыло от чего отказываться. Наверное, это и означает “встать на плечи гигантов” и идти вперед.

Почти параллельно с МХТИ развивалось свое направление в области надежности ХТС в МИХМе. Благодаря инициативе и творческой активности видного ученого и педагога Игоря Борисовича Жилинского в МИХМе (теперь МГУИЭ) на кафедре “Конструирование аппаратов химических производств” (теперь АКМА - автоматизированное конструирование машин и аппаратов) была создана группа, которая занялась решением задач надежности. После смерти И. Б. Жилинского руководство школой надежников в МИХМе взял на себя Виктор Степанович Шубин, который любезно предоставил автору этой монографии свой архив по работам в области надежности.

Диссертационная работа И. Б. Жилинского, которая оценена докторской [22], по существу заложила концептуальные основы работы многих коллективов надежников, не только в МИХМе, на многие годы вперед и они явились отражением практики инженера-механика при эксплуатации ХТС в период 1941-1945 гг.

В [22] показано, что увеличение линейных размеров оборудования уменьшает надежность агрегата.Это является сильным ударом по гигантомании в химической промышленности. Это же означает, что для создания крупного изделия высокой надежности при его изготовлении необходимо предъявлять более высокие требования к материалам, точности, технологии обработки, сборки, монтажа, транспортировки от завода-изготовителя на монтажную площадку.

В [22] высказана мысль, которую нельзя не процитировать: “Надежность механических свойств не может полностью характеризовать качественную сторону функционирования оборудования химических производств, ибо работоспособность оборудования в данном случае определяется и характером параметров, необходимых для совершения тех или иных процессов, т.е. параметрической надежностью” (выделено Н.Н.П.). Эта мысль для нашей работы звучит просто как благословение издалека.

Далее, в [22] узнаем: “Известно огромное значение предмета “Процессы и аппараты химической технологии” в химическом машиностроении». В диссертации показывается методика прогнозирования уровня показателей надежности функционирования процессов и аппаратов, т.е. предлагается вслед за традиционными расчетами вводить расчетную оценку технологической надежности объекта. Именно этим мы и занимаемся в настоящей монографии. Принципиальное отличие состоит в том, что у нас нет “вслед за традиционными расчетами”.

Работоспособность системы у нас, как отмечено выше, определяется множеством заданных параметров, подмножество которых состоит из параметров, определяющих свойства оборудования, его деталей и узлов. Кроме того, мы разделяем масштабы временипроцессов переноса субстанций в технологии с масштабом времени деградации и деструкции материи, т.е. «железа»,так как эти масштабы времени несоизмеримы (часы и годы). Это позволяет находить параметрическую надежность ХТС (или, говоря языком [22] - технологическую надежность) при неизменных свойствах “железа” в течение времени, равному 10^-1-10^-2масштаба деградации и деструкции его.

Ученики И.Б. Жилинского проводили исследования «доказательств» своей теории, начиная с бесспорно простых частей ХТС и проводя их усложнения. Так, в [23] рассматриваются резервуары хранения продуктов на химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих заводах, базах хранения, на промыслах. Отказ такого простого аппарата приводит к простоям заводов, затратам на ремонт и экологическому вреду для окружающей среды. Автор [23] показал, что источником отказов являются процессы коррозии и напряжения, возникающие не только при стыковке листов в процессе сварки - оказалось, что максимальная коррозия происходит в верхней части резервуара, где металл оболочки взаимодействует с паро-газовой фазой и на границе раздела фаз. Одновременно, здесь возникают наиболее опасные напряженные состояния в сварных швах верхней части резервуара – бесспорная связь технологии и надежности.

На этой физико-химической основе за модель отказа резервуара принято состояние, при котором значения хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность объекта выполнять заданные функции, не соответствуют требованиям, установленным нормативно-технической документацией. В качестве показателянадежности в [23] выбран комплексный показатель - коэффициент технического использования и параметр потока отказов. Оказалось, чтокоэффициент технического использования резервуара линейно уменьшается с увеличением геометрического объема резервуара для всех исследованных углеводородов. Одновременно, было обнаружено, что величина коррозии (и ее среднеквадратическое отклонение) тоже линейно увеличивается по высоте резервуара. Та же зависимость и для скорости коррозии.

В [23] предложены оригинальные рекомендации, повышающие надежность емкостей.

Работа [24] впервые четко расчетом показала роль совокупности идей, заложенных в метод исследования работоспособности ХТС [22], особенно в части осознания гипотез и предпосылок. В [24] демонстрируется эксплуатационный граф-портрет одной из установок производства экстракционной фосфорной кислоты. По существу результаты анализа просто убийственные. Действительно, из [24] следует, что недополученный целевой продукт из-за простоев составляет 1/3 от полученного за год, что внеплановые простои соизмеримы с плановыми (808 часов и 1037 часов соответственно). Неплановые простои разделены в [24] на внешние и внутренние. К первым относятся: переполнение емкостей с готовой фосфорной кислотой, отсутствие автотранспорта, отсутствие сырья (аппатита или серной кислоты), отсутствия воздуха, отсутствие электроэнергии, отсутствие оборотной воды. К внутренним простоям непланового характера относятся аварии и нарушения технологического процесса. А все аварии еще разделены на 11 видов в зависимости от того, что сломалось. Причем, автор [24] основное внимание обратил на аварии карусельно-вакуумного фильтра, в котором собственно и производилось отделение фосфорной кислоты от кристаллов гипса. Хотя аварии, связанные с узлом выгрузки, с отказами насосов, дают недовыработку продукта, соизмеримую с таковой из-за отказов карусельно-вакуумного фильтра.

Аналогичные граф-портреты были построены по 9 однотипным ХТС производства фосфорной кислоты. Именно из анализа этих граф-портретов следует, что вмакросистеме (по нашей концепции), в которой функционирует ХТС,царит такой хаос и беспорядок, что этамакросистема просто не имеет права требовать от своей части, т.е. самой ХТС, качества и надежности. Это типичный пример влияния системных свойств на функционирование части (у нас ХТС) системы.

Что касается выбора доминирующего фактора в [24], определяющего надежность всей ХТС, в виде карусельно-вакуумного фильтра, то этот выбор неявляется очевидным и обоснованным.Узел выгрузки гипса из экстрактора и насосы для суспензии также часто выходили из строя. Действительно, при нашей попытке применить метод исследования работоспособности ХТС к линии производства экстракционной фосфорной кислоты была обнаружена полная нераспознанность процессов химических и фазовых превращений в экстракторе, где происходит химическая реакция между природным сырьем (аппатитом) и серной кислотой. В результате этой реакции образуется гипс, а далее происходит укрупнение кристаллов гипса с захватом маточника (фосфорной кислоты). Именно эти процессы в экстракторе определяют и надежность карусельно-вакуумного фильтра, и надежность узла выгрузки гипса из экстрактора, и надежность насосов. И именно для этих химико-фазовых процессов не удалось найтиколичественнойинформации, хотя этой теме посвящено много статей в периодической печати, в монографиях и диссертациях. Из-за этого пришлось отказаться от применения нашего метода исследования работоспособности ХТС к установке ЭФК, которое велось автором монографии во ВНИИКомплекте.

В [25] аспирант школы надежников МИХМа гласно формулирует мечту о методах прогнозирования показателей надежности на стадии проектирования.

Автор считает, что “Оценить надежность элементной базы можно двумя основными способами: статистической обработкой экспериментальных данных и аналитическим вероятностным представлением закономерностей физических процессов, протекающих в элементах”. Далее, автор [25] отдает предпочтение второму способу. Он определяет запас надежности как “свойство объекта сохранять, начиная с некоторого момента времени его существования, в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции при наличии действующих процессов разрушения и восстановления”.

В нашей терминологии здесь речь идет о заданных параметрах, которые по определению имеют разрешенный диапазон отклонения от номинала.

Далее, в [25] проводится поиск запаса надежности по одномуиз параметров: активность катализатора, теплообмен, фильтрация, износ, прочность, циклические нагрузки. В прикладных вопросах запаса надежности в [25] предлагается работать по некоторому алгоритму поиска запаса надежности. Первый блок алгоритма - “путем анализа исследуемого объекта выявить параметр функционирования, который определяет работоспособность объекта во время его эксплуатации”. Ну, и как это делать?Как найти определяющий, доминирующий параметр? Что значит анализировать? Ответа в [25] нет.

Работа [26] посвящена проблеме работоспособности газо- и нефте-перерабатывающего и промыслового оборудования для тех месторождений, у которых нефть и пластовые воды имеют высокое содержание агрессивных веществ. Автор [26] показывает, что совместное действие механических напряжений и коррозионно-активных сред отнюдь не имеет свойства аддитивности, их нельзя рассматривать отдельно при оценке долговечности оборудования. Происходит нелинейное взаимодействие, при котором механические напряжения играют автокаталитическую роль.

В [26] “работоспособность оборудования понимается как комплекс характеристик материала и конструктивных элементов, обеспечивающих его способность выполнять заданные функции в условиях одновременного действия внешних нагрузок и коррозионно-активных сред”. Особую роль автор [26] отводит стадии проектирования изделия, влиянию факторов повреждаемости в процессе производства изделия, а так же механической геометрической неоднородности конструктивных элементов.

Одновременно, в [26] убедительно показывается, что работоспособность сильно зависит от технологического наследия при изготовлении, т.е. изделия “помнят” как, из чего их сделали, какие остаточные напряжения, деформации зафиксированы в изделии после стадии изготовления. Сборка изделия из заготовок со своей “памятью” дает свое технологическое наследие и оказывает сильное влияние на интенсивность коррозионных процессов, определяя долговечность изделия. Здесь можно отметить признаки системного подхода: обозначены части, названа сама система и рассмотрено взаимодействие частей, обнаружено системное свойство: интенсификация процесса коррозии в местах концентрации напряжений, именно интенсификация, а не аддитивность.

Автор [26] не замахивается “объять необъятное”, он рассматривает сосуды, аппараты и трубопроводы, которые относит к одной общей группе оборудования - оболочки, что составляет огромный класс оборудования в химической, нефтехимической и нефтедобывающей промышленностях. Далее, ищутся закономерности распределения упругих и упруго-пластических напряжений, деформаций в конструктивных элементах с технологическими дефектами при изготовлении и ищется их влияние на коррозию поверхности материала.

Заключительная стадия изготовления оборудования оболочкового типа - гидравлические испытания изделия, его опрессовка. Автор [26] показывает, что это совсем не безвинная операция, и процедура опрессовки приводит к существенным изменениям свойств материала в зоне дефектов, обусловленным локализацией в них пластических деформаций. Гидравлические испытания содействуют подросту размеров дефектов, деформационному старению и механо-химическим процессам. Увеличение испытательного давления сверх рабочего при опрессовке, предварительная перегрузка изделия приводит иногда к заметному снижению долговечности оборудования при малоцикловых нагрузках в стадии эксплуатации.

Работа [27] тоже является примером физико-аналитического подхода к задаче надежности. Рассматривается торцевое уплотнение, работоспособность которого характеризуется величиной утечки и износом трущихся поверхностей. Отказом здесь называется превышение утечки сверх нормы и уменьшение толщины уплотнения сверх заданной величины.

В [27] рассматривается процесс течения жидкости по системе извилистых и сообщающихся каналов и пор, образованных неровностями поверхностей трения торцового уплотнения, т.е. процесс фильтрации жидкости. Далее применяется известная гидродинамическая модель течения жидкости, и находятся аналитические выражения для искомых функций - давления и скорости жидкости в функции от текущего радиуса. Это позволяет найти величину утечки (расход жидкости). Затем, все параметры задачи фильтрации объявляются взаимно-независимыми равномерно-распределенными случайными величинами. И методом испытаний Монте-Карло находится функция плотности распределения вероятностей сложного случайного события (утечки) над полем элементарных, случайных событий, находятся параметры этого распределения.

Аналогично находился срок службы торцевого уплотнения с позиций процесса износа: предлагался механизм износа, его математическая модель и далее вероятностные характеристики срока службы с точки зрения износа.

Эти два рассмотрения кладутся в основу определения надежности промышленного образца, используя методы теории подобия при масштабном переходе к промышленным образцам от лабораторных. Здесь налицо корректное применение знаний процессов и аппаратов химической технологии: сначала детерминированный подход и запись законов сохранения, которые действуют всегда и действуют объективно, а потом параметры задачи объявляются случайными, а параметр надежности рассматривается как сложное случайное событие.

В качестве критики можно отметить, что износ и утечка жидкости объявлены в [27] взаимно-независимыми процессами, хотя они связаны через разность давлений перед и за уплотнением.

Автор [28] обнаружил, что “Возникновение или развитие дефектов в элементах сосудов под воздействием эксплуатационных факторов характеризуется более длительными периодами, чем установленная “Правилами ...” периодичность технических освидетельствований. Следовательно, научно-обоснованное увеличение периода времени между освидетельствованиями становится одним из путей повышения эффективности технологических процессов.

Как принято в статистическом подходе, сосуд высокого давления разбивается на элементы и рассматривается износ стенки сосуда, износ сварного шва, износ защитного (плакирующего) покрытия, износ патрубка штуцера, образование трещин во всех элементах. В основе всех дальнейших рассуждений находится расчетная формула для определения надежности сосуда на стадии проектирования (стр. 6, формула (4)) (однако ее происхождение или вывод в автореферате не приводится). Она позволяет, зная толщину стенки сосуда, избыточную (для запаса) толщину, скорость коррозии, прочностные свойства и коэффициент вариации прочностных свойств и действующих напряжений, рассчитать вероятность надежности (безотказность) на стадии проектирования.

Если в технологии эксплуатируются несколько сосудов, а это типичный случай, то естественно желание планировать осмотр, техническое обслуживание (ТО) и ремонт (Р) у них одновременно, хотя и существует, безусловно, разброс скорости коррозионного износа. Для этого в [28] предлагается искать экспериментально коэффициент вариации скорости коррозионного износа по данным действительных значений скоростей коррозии, получаемых с помощью толщинометрии корпусов сосудов. Отсюда находится некоторый поправочный коэффициент учета возможного разброса скорости коррозионного износа.

Довольно неожиданна идея рассмотрения кожухотрубчатого теплообменника как совокупность двух сосудов: корпуса и пучка труб. По результатам исследований наработок трубных пучков теплообменных аппаратов на отказ установлено, что запредельный период (износ достиг предельного значения) времени составляет 12 лет, а событие демонтажа (замены) трубного пучка при этом становится достоверным (вероятность 0,955). Следовательно, процедуру освидетельствования корпуса теплообменника можно совместить с демонтажем и заменой трубного пучка, а не останавливать основное производство то на освидетельствование, то на демонтаж трубчатки. И такая рекомендация отнюдь не пустяк, учитывая единичные мощности нефтеперегонных и химических заводов.

После каждого освидетельствования сосуда производится его восстановление, ремонт, но, оказалось, что полного восстановления не происходит, что после каждого технического освидетельствования надежность монотонно падает, приближаясь к предельной. И это обстоятельство учитывается при определении периодичности технического освидетельствования.

Через 15 лет после шоковой вивисекции отечественной экономики начинают снова появляться аспиранты, делаются кандидатские и докторские диссертации. Работа [29] посвящена надежности арматуры. На современных производствах общее число таких объектов насчитывается до 20 000. Именно арматура обеспечивает режимы нормальной эксплуатации ХТС и в аварийных ситуациях. Практика эксплуатации и анализ причин аварийных ситуаций на нефтехимических предприятиях свидетельствует, что неисправность арматуры привела к 39% всех событий.

Автор [29] занимался качеством производства арматуры на Благовещенском арматурном заводе. Здесь главное не контролировать брак, а качество изделия. Негерметичность корпуса арматуры – главная причина брака.

Дефекты отливок корпусов арматуры исследователь делит на две категории: первая - по наибольшему числу дефектов определенного типа, вторая - наибольший ущерб от брака. Поэтому дефекты сепарируются: сначала надо заниматься трещинами, потом “песчаными раковинами” в отливках, поскольку это экономически выгодно, т.е. уменьшает себестоимость изделия.

Устранение причин брака проводится в порядке их значимости до тех пор, пока дальнейшее улучшение процесса станет невыгодным.

Монография [30] “Прикладная надежность химического оборудования”, издана в 2002 году и написана д.т.н., проф. Шубиным Виктором Степановичем. Она характерна своеобразной завершенностью элементного подхода к проблеме надежности. Завершенность состоит в том, что предлагается “справочный материал, необходимый для практического применения теории надежности в инженерных задачах”.

В книге две части. Первая - основы надежности, вторая - эксплуатационная надежность, определение остаточного ресурса химического оборудования.

В первой части в самом начале представлены основные понятия теории надежности, далее некоторые сведения из теории вероятностей, демонстрируются те законы распределения вероятностей, которые наиболее часто применяются в теории надежности. Рассматриваются количественные характеристики (показатели надежности): наработка на отказ, вероятность отказа, интенсивность отказов.

Далее автор предлагает свою классификацию изделий по надежности и выбор нормируемых показателей надежности, критериев классификации. В частности, рассматривается таблица для выбора нормируемых показателей надежности. В этой таблице приводится 17 нормируемых показателей надежности.

Глава 7 и параграф 7.1 “Расчет надежности сложных систем” в [30] начинается с определения понятия системы: “назовем сложный объект системой, если он состоит из некоторого количества деталей-элементов”. Что такое “сложный объект” - не определяется (сколько камней образуют кучу?). Во всяком случае, из этого определения «традиционно» для элементного подхода исключаетсявзаимодействие “деталей-элементов” и «традиционно» не рассматриваются процессы в каждом элементе - “черном ящике”.

В этой главе проводится структурный анализ систем технологического оборудования, вводится понятие последовательного, параллельного, комбинированного и сложного соединения элементов системы и для каждого из них довольно просто, доходчиво для инженера показывается способ расчета, причем в качестве примера взята реальная технологическая схема производства некоторого продукта. Здесь показывается, как надо совершать переход от химико-технологической схемы к структурной схеме надежностипроизводства.

В главе 8 рассказывается о приеме реализации мечты надежников - как изненадежных элементов создать надежную систему. Суть приема проста - резервирование различного вида в сочетании с оптимизациейфинансовыхзатрат на реализацию приема.

В главе 10 “Прогнозирование надежности на стадии проектирования” автор [30] приводит пример использования метода Монте Карло для расчета прогноза работы теплообменника (см. также [27]).

Параграф 11 посвящен эксплуатационной надежности и определению остаточного ресурса химического оборудования. Задача поиска остаточного ресурса всегда актуальна, а сегодня, когда химические предприятия не имеют средств для замены изношенного оборудования, актуальность этой задачи особенно остра: нельзя ли ещепоработать старому оборудованию без аварий и экологических катастроф? Химические предприятия предъявляют спрос на проведение НИР для прогнозирования остаточного ресурса, и этот спрос удовлетворяется разработкой основ метода прогнозирования.

Автор [30] указывает на существование двух направлений поиска остаточного ресурса - физические подходы (детерминированные) и вероятностные методы. Автор критикует оба направления. Первое за то, что физико-математические модели “не учитывают многообразие реальных условий эксплуатации, в связи с этим значения показателей ресурса ... часто во много раз превышают значения, полученные путем обработки статистических данных”.

Критика второго направления состоит в том, что для его реализации требуется достаточная достоверность статистических данных о ресурсе анализируемых объектов, а это дорого, хлопотно и долго. Здесь автор находит соломоново решение: “использовать физические представления о ресурсных свойствах с применением вероятностных методов”.

Постановка задачи проста: пусть t_К- время от начала эксплуатации объекта; пусть Т - время от начала эксплуатации до перехода его в предельное состояние; вводится новая случайная величина(это и есть остаточный ресурс); требуется найти вероятностные характеристикиtи по ним указать остаточный ресурс. В зависимости от конкретики объекта проводится количественное и качественное обследование его, существующей информации на заводе (вахтовые журналы, ведомости дефектов, контрольные карты, диаграммы записей приборов в процессе эксплуатации и т.д.).

Иными словами, устанавливается результат действия деградационных процессов, деструктивных эффектов различной физической природы к моменту времени t_К. Затем определяется смысл отказа объекта и далее обычным способом находится средний остаточный ресурс Т(t_К)

Большой победой является то, что предложенная в [30] методика определения остаточного ресурса оборудования химических производств согласована в 1990 году с ГОСПРОМАТОМНАДЗОРом, а далее в 1991 году эта организация выпустила нормативный документ “Методические указания по разработке методик определения остаточного ресурса, остаточной работоспособности действующего технологического оборудования химических, нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих производств”.

Выводы по рассмотренным выше работам

Анализируя цели, задачи, способы их решения, достигнутые в действительности результаты в этих работах, можно сделать следующее обобщение.

0. Эти работы сделаны машиностроителями-надежниками. Их интересуют деградационные, деструктивные процессы в оборудовании.

1. Практически во всех работах этой группы озвучена мечта прогнозирования показателей надежности, мечта управлять надежностью, чтобы можно было еще “на бумаге”, на стадии проектирования установить надежность элемента. Иными словами, большинство хочет априори рассчитать показатели надежности, понимая, что после создания элемента и монтажа его в систему заниматься надежностью его дорого, трудно, да и поздновато.

2. Практически все работы этого блока исследований заканчиваются созданием некоторых нормативных документов, РД, правил, методик, общее число которых становится не меньше числа самих исследователей.

3. Классический элементный подход к созданию целого господствует во всех упомянутых работах. Здесь исследователи по умолчанию, как правило, считают, что свойства элементов будут суммироваться при определении свойств системы. Иными словами, они подошли к системе, но не сделали следующий шаг: определять взаимодействие элементов.

4. Большинство анализируемых работ рассматривают интересующий их элемент как “черный ящик”. Отказ элемента - это “выход” “черного ящика”. Ищутся те “входы”, которые приводят к такому “выходу”. Степень детальности и полноты поиска “входов” - дело сугубо индивидуальное.

5. Призыв И. Б. Жилинского в его докторской диссертации [22] о привлечении дисциплины процессов и аппаратов химической технологии к проблеме надежности систем и их элементов, пожалуй, так и не был услышан надежниками-машиностроителями.

6. Развитие элементного подхода применительно к надежности в машиностроении остановилось, в крайнем случае, происходят экстенсивные изменения: наращивается количество работ, изменяются объекты исследования, происходит вариация вида отказа, а далее все по накатанной дорожке.

7. Характерной чертой всех рассмотренных работ – наследие машиностроителей - является тот масштаб времени, в котором по умолчанию работают надежники: это год, два, в крайнем случае - сотни часов. Они считают, что изменения технологическогорежима в установке, колебания параметров потока(давления, температуры, концентраций компонент, влажности, запыленности и т.д.) происходят так быстро (часы), что эти колебания не существенны для надежности их элементов. Хотя для ХТС иногда секунды, как показывает практика пуска и эксплуатации, определяют отказ технологической системы.

Совсем недавно на прилавках учебно-методической литературы появилась книга [31] “ Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем” с обозначением “учебник” да еще под грифом “Учебник ХХ1 века”. Авторы [31] явно много работали в области производства вооружения, самолетостроения, космической техники, т.е. в областях, где надежностью занимаются постоянно под эгидой комиссии надежности при отделении РАН (институт Машиноведения им. А.А. Благонравова).

Предметом рассмотрения и пристального внимания в [31] являются технические системы, состоящие из некоторых деталей, узлов, устройств, совместная работа которых и должна обеспечить качество самой системы.

Авторы проследили историю научно-технического направления “надежность”: 50-е годы прошлого века - становление направления, 60-е годы - этап классической теории надежности, с 70-х годов по настоящее время - этап системных методов надежности.

На первом этапе (50-е годы) развитие направления “надежность” стимулировалось малой надежностью радиоэлектронного оборудования, при этом казалось, что основная причина отказов этого оборудования состоит в низкой надежности элементов. Здесь рассматривались вопросы: каковы причины низкой надежности элементов и есть ли пути ее устранения, можно ли создать надежную систему из ненадежных элементов, как прогнозировать надежность проектируемой системы? Далее, источник ненадежности перемещается на механическое и электромеханическоеоборудование, на конструкцию, на стыковку его, на эксплуатацию в слабо распознанных условиях. Оказывается, в США в 1953 году появляютсяпервые контракты, требующие экспериментального подтверждения надежности аппаратуры.

На втором этапе развития научно-технического направления “надежность” все внимание и усилия были брошены на анализ причин отказов, показано, что они существенно зависят от конструкции изделия, технологии его изготовления и условий его эксплуатации. Оказалось, что причины отказов можно обнаружить и устранить. Выявилась малая эффективность выборочного контроля и статистических испытаний на надежность, не исключающихотказы техники при эксплуатации. Здесь встали новые задачи: как на ранних этапах создания систем заложить высокую надежность изделия, как соразмеритьпрограммуобеспечения высокой надежности со степенью ответственности решаемых задач и с ожидаемым эффектом?

С 1968 года начинается переход к третьему этапу развития научно-технического направления “надежность”. NASA опубликовала новый вариант требований к надежности, заложивший основу создания современных систем и программ обеспечения надежности, и эти основы сейчас активно применяются при создании самых разных видов техники (не только космической). Типовая методика проведения мероприятий по обеспечению надежности закреплена в многочисленных нормативно-технических направлениях. Здесь с одной стороны занимаются потенциальной надежностью, которая основана на конструктивных методах (выбор материала, запаса прочности, уменьшения взаимовлияния элементов конструкции и т.д.), а с другой стороны - технологией изготовления (ужесточение допусков, повышение чистоты поверхности элементов конструкции и пр.). С третьей стороны занимаются обеспечением надежности на стадии эксплуатации путем стабилизации ее условий (термостатирование, защитные экраны, стабилизация напряжений и пр.) и техническим обслуживанием (ремонт, профилактика).

В [31] приводится впечатляющий перечень международных стандартов и их проектов, показывается четкая тенденция в стандартизации в области надежности в РФ, которая проявляется в сближении и слиянии со стандартами международного плана. Эта тенденция обусловлена стремлением к экспорту высокотехнологичного оборудования (в том числе вооружения).

Это же стремление к экспорту сложной наукоемкой продукции встречает ожесточенную конкуренцию продукции оборонного комплекса. Именно уровень надежности становится решающим фактором сохранения и расширения рынка сбыта военной техники. “Без четких, понятных зарубежным фирмам доказательств высокой надежности выход на внешний рынок становится все более проблематичным” [31]. А доказательством высокой надежности является подтверждение (сертификат) так называемой третьей стороны, т.е. авторитетной международной организации, независимой во всех смыслах и от производителя, и от покупателя. Итак, требуется сертификация сложной и наукоемкой продукции, требуется сертифицированная системакачества (надежности) на производящих предприятиях, а создание такой системы потребовало организацию своих подсистем обеспечения надежности на всех стадиях производства.

В учебнике [31] подробно перечисляются показатели надежности сложных технических систем: долговечность, безотказность, ремонтопригодность. Последнему показателю надежности авторы уделяют особое внимание: “В настоящее время затраты на ремонт и ТО изделий общего машиностроения в 10 раз и более превышают затраты на их изготовление”.

В качестве примера в [31] приведена таблица определения показателей безопасности полета самолета, надежности, контролепригодности, эксплуатационной и ремонтной технологичности. Всего в таблице 63 показателя.

В [31] приводится статистика: по различным оценкам общее число аварийных или опасных ситуаций из-за ошибок персоналасоставляет 40 - 60%, значителен “вклад” персонала и в число отказов по общей причине. Оказывается, персонал совершает ошибки и в процессе управления, и при техническом обслуживании, проверках и ремонтах оборудования, и при составлении эксплуатационных инструкций или малом контроле над их соблюдением, и при монтаже. Заметим, что аналогичная ситуация наблюдается и в атомной промышленности [22].

В [31] формулируются основные принципы обеспечения бездефектного производства и рассматривается современная концепция обеспечения качества. Эта концепция в своем развитии прошла два этапа.

Первыйэтап- потребитель должен покупать только годные изделия; основные усилия должны быть направлены на отсечение от потребителей брака и негодных изделий. Последовательное воплощение в жизнь этой концепции привело к тому, что численность контролеров в высокотехнологичных отраслях (авиация, военная техника) стала составлять 30 - 40% от численности производственных работников, не считая военпредов. Иными словами, повышение качества приводит к росту затрат на ее обеспечение, т.е. цели повышения качества и эффективность производства приходят в противоречие.

Второй этап - место концепции недопущения брака до потребителя в 50-е годы заняла концепция “ноль дефектов”. Здесь наиболее известна программа Ф. Кросби, которая широко внедрялась в США и затем в СССР. В этой программе основной упор делается на предупреждение появления дефектов, а не на их обнаружение и исправление (превентивный подход). Здесь стали считать, что появление брака, дефектов и отказов обусловленонедостаточной надежностью элементов технологической системы, что необходимо проведение оперативных мероприятий по их ликвидации. Трудность мы показали при анализе [29], а по мнению [31] дефекты носят скрытый характер, установление причин их появления представляет сложную самостоятельную задачу. Один и тот же дефект может быть следствием многих причин конструктивного, производственно-технологического или эксплуатационного характера. Адостоверностьустановления причины появления дефекта во всем определяет эффективность мероприятий по его устранению.

Комментарий

Конкуренция на мировом рынке вооружения требует от производителя-продавца четких и ясных для покупателя доказательств высочайшей надежностиизделий. А так как покупатель вооружения, как правило, дик и невежественен, то доказательством является сертификат третьей независимой компетентной в глазах покупателя организации. Здесь требуется сертификация и самого изделия и, главное, сертификат на сам процесс изготовления.

Очень показательно сближение системы стандартов качества в РФ с международной системой стандартов, и это вполне объяснимо с точки зрения стремления отечественных производителей к выходу на мировой рынок.

Учебник [31] рекомендован для студентов высших учебных заведений, обучающихся по инженерно-техническим направлениям и специальностям, а издан тиражом в 1000экземпляров.

Достижения оборонной промышленности, производства вооружений не усваиваютсяостальными отраслями экономики, в том числе, и в отрасли химической промышленности и химического машиностроения. Одна из причин этого - культурная отсталость, консервативный менталитет и, главное, недостаток ресурсов (людских, материальных и финансовых), направленных на достижение высокого качества и надежности отечественных ХТС.

Оборонная промышленность создала некоторую организацию по разработке систем качества с общим названием “Оборонсертификат”, располагающую в настоящее время экспертами высокой квалификации, включая аттестованных в международных системах сертификации. “Оборонсертификат” работает в полном соответствии с требованиями международных стандартов, ее сертификат, как правило, признается зарубежными фирмами и лишь в редких случаях требует подтверждения зарубежными органами сертификации. Стимулом к созданию такой организации явилось то, что расходы отечественных предприятий на разработку и создание систем качества снижаются в «разы», а то и на порядок, так как расценки “Оборонсертификата” существенно ниже, чем у зарубежных фирм. Возникает соблазнительная идея конверсии “Оборонсертификата” в “ХТС - сертификат”, взять у оборонщиков все самое разумное, проверенное на практике, создать свой институт экспертов по качеству (надежности) ХТС. Это пока, конечно, мечта.

Одновременно, суперновый учебник “Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем” [31] демонстрирует, даже не осознанно, свои родимые пятна, свою генетику. Действительно, свежий взгляд дилетанта видит, что “надежники” в оборонной промышленности, в производстве вооружений находятся в плену у элементного подхода в задаче оценки надежности системы. Все внимание элементу, его порокам и дефектам, причинам их появления, способам обнаружения, методам различения плохих от хороших. Через весь “учебник ХХ1 века” проходит понятие - элемент, элемент и еще раз элемент,а не система.

Правда, на каждой странице много раз читаешь слово “система”, но под ней авторы [31] понимают эдакий калейдоскоп элементов, их механическую смесь. Важнейший, императивный смысл системы - взаимодействие частей (даже элементов) - совершенно не звучит в учебнике ХХ1 века, всюду его величество “Элемент”. Все это говорит о том, что зарождающаяся сейчас системология, ее часть - системотехника еще не проникла в умы и сознание даже лидеров-надежников оборонной промышленности, они все еще в плену индуктивного подхода к созданию надежных технических систем (система, созданная из хороших элементов, - хорошая). Но ведь такой взгляд содержит лишь одно из необходимых условий создания “хороших” систем. Но каковы же достаточные условия? А они, по-видимому, должны быть дополнены анализом системных свойств объекта, т.е. тех свойств, которых нет ине может быть у самого замечательного элемента, но появляются при их взаимодействиимежду собой и окружающей средой.

Рассмотрение взаимодействия элементов, частей системы, наверное, невозможно без рассмотрения процессов физико-химической природы, происходящих в частях системы и обуславливающих взаимовлияние элементов и их взаимодействие со средой. В [31] совершенно нет такого рассмотрения, природа процессов в элементе “надежников” не интересует, и это обстоятельство будет клишироваться в сознание студентов, для которых предназначен учебник.

Математическое моделирование химических производств.

В предлагаемом нами ниже методе исследования работоспособности ХТС математическое моделирование химических производствявляется самой интересной и новой, творческой и наукоемкой частью самого метода. Поиск способов и приемов такого моделирования в информационном море по этому вопросу позволяет особо отметить монографию К. Кроу, А. Гамильца и др. [32]. Оказалось, что многие рекомендации по построению моделей, которые мы отрабатывали в период 1980 - 1984 годах, совпадают с рекомендациями в [32]. В частности, авторы [32] тоже предлагают строить модель процесса, реактора, как на стадии эксплуатации: знаем все “входы” - пишем систему уравнений для поиска всех “выходов”. Там же имеется указание принимать “выходы” из одного аппарата как “входы” в следующий по схеме аппарат.

В [32] впервые поставлена проблема автоматизациипрограммирования задач исследования сложных схем, что должно позволить искать оптимальный режим не одной схемы, а многих. Конкретнее, здесь говорится о создании программирующей программы, которую авторы назвали “моделирующая программа”. Она состоит из двух крупных блоков: библиотеки программ (моделей) типовых аппаратов сложных технологических схем и организующей программы (программной оболочки). Исходные данные для “моделирующей программы” содержат структуру схемы в виде матрицы, таблицы связей частей установки, типы аппаратов, чтобы найти соответствующую модель в библиотеке, физико-химические свойства, теплофизичекие параметры сырья, промежуточных и конечных продуктов. Переход от одного варианта технологической схемы к другому осуществляется изменением матрицы связей частей ХТС.

Авторы [32] отмечают, что практическое применение математического моделирования даже для очень простых производств обнаружило огромные трудности дляформирования исходных данныхкак по объему и разрозненности справочных данных, так и по их достоверности. В частности, во весь рост встала задача поиска приемлемых значений физических, химических и теплофизических свойств веществ. Отмечается, что в литературе данные не всегда надежны, их точность и области применимости зависят от способа и метода измерений, класса точности измерительной аппаратуры, формы представления результатов. Область применимости экспериментальных данных не всегда совпадают с условиями, потребными для исследуемой технологии, а можно ли их экстраполировать - неизвестно. Литературные данные о свойствах веществ не всегда согласовываются друг с другом, а посему приходится пользоваться каким-то одним источником.

Те свойства веществ и смесей, которые не удается ни измерить, ни найти в литературе, приходится определять расчетным путем, пользуясь физически не всегда корректным принципом аддитивности. Заметим, что подобные осложнения последние годы оказали большое влияние на учебную и научно–прикладную литературу и диссертационные работы.

При моделировании аппаратов, агрегатов ХТС авторы [32] предлагают собирать рабочие данные на действующемпроизводстве. Здесь речь идет о коэффициентах интенсивности переноса теплоты и массы с учетом загрязнений поверхностей, о характеристиках насосов, вентиляторов и компрессоров. Предлагается различать точность моделирования частей ХТС и самой ХТС, понимая, что это совсем разные вещи.

Моделирование с использованием сравнительно простых моделей позволяет изучить взаимодействиепроцессов в аппаратах, найти новые значения параметров входных потоков и рабочих характеристик аппаратов. Моделирование процессов в конкретном аппарате позволяет установить саму возможность функционирования его, если он включен в некоторую систему. Авторы [32] признают необходимость проверки адекватности своих моделей и считают, что расчетные данные должны совпадать с измеренными в пределах 10 %.

Комментарий

1.Можно с превеликой готовностью согласиться с авторами [32] в том, насколько трудно формировать исходные данные для построения физико-химико-процессно-аппаратурной математической модели отдельных процессов в аппаратах исследуемой ХТС. Эту же трудность отмечают в [16-21]. Казалось бы, во внешнем мире море разливанное всевозможной информации, а найти нужное, да еще хорошего качества по точности и широте интервала применимости - подчас просто невозможно. В США уже давно принято, что, если стоимость поиска необходимой информации будет превосходить 10⁵долларов, то проще, дешевле и быстрее самим провести научное исследование для получения необходимой количественной информации.

2.Авторы [32] занимаются оптимизацией работы ХТС, традиционно нисколько не задумываясь о работоспособности (надежности) ХТС, которая будет функционировать при найденном оптимальном режиме.

3.Отмечая огромные трудности с формированием исходных данных для моделирования, жалуясь на низкое качество необходимой количественной информации, авторы [32], кажется, и не подозревают, чтоточно в такой же ситуации находятся и разработчики ХТС, проектировщики, создатели новых ХТС. Именно это обстоятельство, собственно, и делает эти ХТС ненадежными и для последних остается совершенно крамольный путь:прежде чем заниматься созданием высоконадежных ХТС, придется провести весь комплекс собственных экспериментальных исследований с целью получения качественной количественной исходной информации. Но это могут себе позволить только в оборонной промышленности.

4.Хотя работа [32] опубликована в 1973 году, но некоторые идеи и представления в ней до сих пор являются революционными и не получившими продолжения современными разработчиками ХТС. В частности, четко оглашена и подтверждена мысль, что работа одного аппарата, скажем, на экспериментальном стенде завода-изготовителя не имеет ничего общего с работой его в составе технологической системы. Авторы [32] количественно определяютвзаимодействиепроцессов в разных аппаратах и находят “системные” значения выходных и входных параметров потоков.

5.Современна и прекрасна идея о необходимости создания библиотеки математических моделей хотя бы для типовых, наиболее часто используемых видов оборудования ХТС. Для нестандартного вида оборудования придется создавать соответствующую математическую модель отдельно. Здесь же осознается необходимость разработки программирующей программы, которая бы создавала алгоритм и программу расчета параметров технологического потока ХТС.

Это просто мечта, а реализация ее выведет процесс алгоритмизации и программирования из области искусства в сферу технической, рутинной работы.

В целом монография [32] (1973 г.) замечательна богатством и множественностью идей, мыслей, предложений. Ее идеи, вслед за методологией исследований школы МИХМа [22, 30] (1979 г.) легли в основу наших разработок теории и расчета работоспособности ХТС (начало 1980 г.).

Надежность АСУ ТП.

Надежностью систем довольно плотно занимаются разработчики систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Работа [33] является учебным пособием для студентов, обучающихся по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств» (1989 г. издания). Содержание [33] соответствует программе курса «Надежность АСУ ТП».

.Для целей нашей монографии важны экспериментальные данные промышленной эксплуатации некоторых технических систем (ТС). Оказалось, что наработка на отказ элементов ТС (блок измерительный и регулирующий, пускатель, усилитель, исполнительные механизмы, электросоединительные линии и т.п.) составляет 10⁴– 10⁵часов, а время восстановления элемента < 10⁰часа.

Комментарий

Прежде всего, обращает на себя внимание то, что в [33] не показывается связь процессов в ХТС и ее АСУ ТП. И авторам [33] и студентам - будущим автоматчикам совершенно все равно, что автоматизировать. Вообще, название [33] не соответствует содержанию, хотя во введении авторы честно заявили, что будут рассматривать только локальные системы управления. Надежность всей АСУ ТП с ее сложной функциональной и структурной (иерархической или сетевой) особенностью оказалась вне рассмотрения авторов. Остался открытым вопрос влияния многих взаимно-независимых локальных систем управления на работоспособность управляемого объекта, даже если все они вполне работоспособны. Вероятно, это тоже вне рассмотрения [33], хотя очень волнует разработчиков этих объектов.

Для целей нашей монографии важной информацией из [33] является то обстоятельство, что время релаксации процессов в ХТС несоизмеримо мало по сравнению с наработкой на отказ технических систем (ТС) управления, из которых создается АСУ ТП.

Системология, системотехника и системный подход.

В этом литературном обзоре невозможно обойтись без анализа состояния того, что сейчас называют “система”, “системность”, “системный подход” [34, 35].

Оказывается, еще в 1945 году, академик С. И. Вавилов указывал на необходимость исследования проблемы целостностидля сектора философских вопросов естествознания в Институте философии АН СССР [34].

Мировая наука содержит такие направления, как “общая теория систем”, “системный анализ”, “системотехника” и т.д., в основе которых лежит принцип системности, целостности.

Общая теория систем рассматривает некоторые свойства систем вообще безотносительно к их качественной специфике. Структурализмсосредоточивает внимание на внутреннем строении системы, изучает взаимную связь ее частей.Функционализмоценивает систему по движению, по проявлению вовне, в ее функциях, привязывая их к структуре. Все эти направления пытаются использовать количественные методы в исследовании систем, разрабатывают понятийный аппарат.

В тоже время, авторы [35] признают, что сейчас мы находимся лишь у истоков науки о системах, что успехи в ряде наук будут связаны с развитием системологии. Авторы [35] считают, что наступило время для формирования интегративной науки - системологии, создания “методологии, категорийного и математического аппарата такой науки”.

В [35] глубоко и всесторонне рассматриваются системы с точки зрения морфологической(анализ внутреннего устройства),функциональной(анализ деятельности, взаимодействия со средой и между компонентами системы),информационной(анализ степени неопределенности состояния и его изменения).

При всех разногласиях, многообразии подходов системные теоретики единодушны, по крайней мере, в одном: системный подход - это методология познания частей на основании целого и целостности в отличие отклассического,ориентированного на познание целого через части.Именно этот постулат используем и мы при разработке концепции методологии анализа работоспособности ХТС.

Системотехника опирается на эксперимент и ориентирована на выявление закономерностей, следующих из наблюдений и экспериментов. Эксперименты ставятся, исходя из целей и задач исследователя, поэтому они заведомо носят прагматический и ситуационный характер. На основании обнаруженных фактов и закономерностей создается модель объекта, среды и ситуации. Далее исследователь имеет дело с моделью, модель заменяет ему теорию, модель ориентирована на потребность исследователя, становится источником последующих выводов, домыслов и гипотез.

Авторы [35] отмечают, что строго обоснованного метода и рабочего аппарата построения моделей пока не создано. Основная причина здесь в неполноте концепции системотехники и, в частности, определения, описания и объяснения способа действия сложных систем. В [35] делается попытка рассмотрения сложных систем с физических позиций и обоснования достаточности физических законов для объяснения действия систем различной природы.

Рассматривая весь комплекс идей, взглядов, концепций, изложенных в [34, 35], невольно начинаешь осознавать, что проблема работоспособности ХТС является частным случаем, причем не самым сложным, системных проблем, что создание надежных иэффективных химических производств без применения системного подхода просто невозможно. Иначе мы будем и далее обречены узнавать свойства ХТС только «post factum” во время пусковых работ, когда что-то изменить уже практически невозможно, когда истрачены ресурсы, время, а созданная в “железе” ХТС “не хочет” слушаться своих создателей.

Здесь очень будет мешать прагматизм проектировщиков и их, по роду работы, догматизм мышления: соберем систему из “распознанных” частей, и пусть она работает. А на самом деле, разрабатывая части ХТС (подготовка сырья, смешение, химические превращения в реакторе, теплообмен, разделение смесей и т.д.), не учитывается обратное - влияние системы на свою часть, это влияние просто неизвестно заранее, следовательно, части будут вести себя иначе, чем иллюзорно задумывались разработчиками.

Индуктивное мышление (сначала части, а потом -система) свойственно всей системе воспитания и образования людей, это заложено почти на генетическом уровне.

Но, нет главного - априорного знания системных свойств совокупности взаимодействующих частей, тех свойств, которых нет ни у одной из частей.

Химики-технологи о проблеме системности.

Химики-технологи так же демонстрируют, что проблема системности давно назрела [36], что без системного подхода теперь не обойтись в деле создания, разработки ХТС. «Задачи создания и совершенствования производства основного органического синтеза должны решаться на основе системного подхода, базирующегося на рассмотрении изучаемого объекта во взаимосвязи с окружающими его объектами». « …. системный подход дает возможность при создании и проектировании любого производства рассматривать его как целое, когда разрабатываются и проектируются его части, а также выбрать способ соединения его частей».

В книге [36] авторы представили целую главу - «Системные закономерности в технологии основного органического синтеза». Здесь вводятся понятия сложной системы, системы и ее частей, свойства и характеристики систем. Рассматриваются модели технологических установок, варианты соединения аппаратов, предлагаются принципы разработки технологий производств, наконец, приемы оптимизации производств по каким-то критериям.

Последние два параграфа этой главы имеют многозначительное название: «Надежность работы отдельных аппаратов и химико–технологических систем» и «Оценка работоспособности системы».

Комментарий

Авторы [36] честно признают, что «Решение задачи синтеза схемы ХТС с помощью простого перебора всех возможных вариантов и последовательной их оптимизации практически невозможно, поскольку число таких вариантов схемы становится огромным уже при сравнительно небольшом числе аппаратов». Поэтому, «на первом этапе» часто используют эвристические методы синтеза технологической схемы. Говоря яснее, прикладной инженерный инструментарий системного подхода к решению проблемы синтеза оптимальной технологической схемы отсутствует; решение этой проблемы отдается опытному химику-технологу-эксперту: именно он рисует технологическую схему и расставляет в ней аппараты. Уверения, что эвристический метод используется лишь «на первом этапе», не подтверждаются практикой: эксперт разработал технологическую схему, и далее включается машина разработки и создания этой технологии. Так, например, оценивают системонадежность в атомной промышленности.

Что касается надежности отдельных аппаратов и ХТС, то авторы [36] послушно пользуются терминологией и методом элементного подхода, т.е. классическим приемомрасчета вероятности отказов системы через отказы взаимно-независимых частей. И это не их вина, а наша общая беда: знаем, что плохо, но другого ничего нет!

В последнем параграфе этой главы «Оценка работоспособности системы» авторы [36] ушли от ГОСТовского определения работоспособности. По существу здесь показывается, что поиск заданных параметров, т.е. их номиналов и разрешенных диапазонов отклонений прощевсего делать на малой экспериментальной установке в связи большой гибкостью изменения ее параметров процесса. Но, вот, что неубедительно: а сохранятся ли эти заданные параметры (и номиналы, и амплитуда разрешенного отклонения от номинала) при масштабном переходе к пилотной установке и далее к опытно-промышленной – в этом случае к проблеме работоспособности добавится проблема масштабирования, т.е. осложнения задачи.

Изучение [36] позволяет признать, что ведущие, современные химики-технологи серьезно озабоченыотсутствием «третьей грамотности» - системности мышления (напомним, что «первая грамотность» - книжная, «вторая грамотность» - компьютерная).

Дисциплина «Общая химическая технология» и надежность систем.

Изучение учебников по общей химической технологии очень показательно для целей нашей монографии. Действительно, студенты, получающие специальность химиков-технологов в наших вузах, сначала изучают всевозможные «химии» (неорганическую, органическую, аналитическую, физическую). Далее, согласно учебному плану, проходят курс процессов и аппаратов и, наконец, приступают к изучению синтеза систем – общей химической технологии. Такая последовательность представляется традиционно правильной: сначала части системы, потом синтез системы из частей.

Интересно проанализировать курс общей химической технологии прошлого века (~ 70^егоды) [37] (современные курсы рассмотрим далее), который осваивали студенты химико-технологической специальности. Сегодня эти студенты стали маститыми учеными, авторитетными экспертами, опытными руководителями-технологами в НИИ химической промышленности. Эти же студенты сегодня стали профессорами, членами Ученых Советов, экспертами ВАКа. В предисловии [37] отмечается: «С развитием химической технологии наряду с быстрым ростом числа химических производств, происходит все возрастающаяих типизация (выделено П.Н.Н.), т.е. в различных производствах усиливается применениеаналогичных технологических приемов, (выделено П.Н.Н.) аппаратов и способов осуществления процессов». «Важно, чтобы будущий специалист знал основные закономерности химической технологии, наиболее типовые химические процессы и соответствующие им реакторы. Взаимосвязь процессов и комплектование аппаратов в технологические схемы можно изучить на сравнительно небольшом количестве производств, …».

Согласно этой концепции в первой части [37] рассматриваются теоретические основы химической технологии, во второй – важнейшие химические производства.

Основанием к «типизации» химических производств являлся бурный рост и числа самих производств, и номенклатуры их продуктов, и единичной мощности. Все это происходило под лозунгом «Химизация всего народного хозяйства». В 60^егоды в СССР по существу сразу, одномоментно появилась гигантская отрасль промышленноститяжелой химии.

Как можно понимать слово «типизация»? Наверное, это отбор аналогов наиболее удачных решений в технологии, в аппаратурном оформлении. Удачных – значит хорошо работающих, т.е. надежных (работоспособных) в каких-то производствах.

Комментарий

Посмотрим на важнейшие химические производства, показанные во второй части учебника ОХТ [37], не глазами беззащитных студентов, а с позиции надежности систем сегодня, т.е. спустя 30 лет.

В качестве аналога для «типизации» предлагается производство серной кислоты из серного колчедана с применением печей обжига с псевдоожиженным слоем типа КС-450. Уже в середине 60^хгодов стала ясна низкая работоспособность этой ХТС и, далее ее не стали тиражировать. Одна из причин этого обстоятельства –слабая изученностьгидродинамики и процессов тепло-массообмена в псевдоожиженном слое.

Другой аналог для «типизации» - производство азотной кислоты из аммиака под двумя давлениями. Глядя на рис. 25 на стр. 63 в [37], где изображена принципиальная технологическая схема этого производства, воочию видно, что авторы [37] предлагают студентам в их будущей деятельности технологами функционально связывать «хвост» ХТС с ее «головой». Причем, видно, что эта связь обратная и положительная: чем хуже, тем хуже. Студенты тех лет так хорошо освоили курс ОХТ по учебнику [37], что через некоторое время стали разрабатываться и создаваться энерготехнологические ХТС с ничтожной надежностью. В частности, линия АК–72 (первый запуск осуществлен в 1975 году) характерна тем, что часть их из общего тиража даже запустить не удалось, а линия К–700 из-за малой работоспособности не дошла даже до стадии проекта.

В [37] рассказывается о линии производства фосфорной кислоты (правда, довольно кратко) из природного апатита. Эта технология является до сих пор головной болью в химической промышленности из-за малой надежности. Последнее связано со слабой изученностью процесса кристаллизации гипса, которая приводит к внезапным отказам то карусельного вакуум фильтра, то устройства выгрузки гипса из кристаллизатора, то насосов для суспензии.

Сама концепция «типизации» технологических приемов, оборудования, клишируемаяв сознание студентов-технологов, представляется совершенно криминальной. Действительно, один и тот же технологический прием, один и тот же вид оборудованиявразныхХТС имеет самразную вероятность работоспособностии разную работоспособность самой ХТС. Более того, в одной ХТС какой-то агрегат в разных местах по схеме имеет разную вероятность работоспособности. И примеров этому несть числа.

В обеих частях учебника [37] слово «надежность» или «работоспособность» не встречается ни разу. Студенту внушается идея: «Технолог, фантазируй как угодно, а твоя ХТС все равно будет прекрасно работать!»

Очень показательно отношение некоторых химиков-технологов к практической реализуемости, т.е. надежности, разрабатываемых ХТС, которое демонстрирует работа [38]. Это, ни много, ни мало, учебник для студентов ВУЗов, обучающихся по химико-технологическим специальностям. Название учебника очень моногозначительное: «Введение в теорию химико-технологических систем». Это по существу учебник в двух частях по ОХТ (общая химическая технология), издан в 1997 году. Следовательно, в учебнике, рекомендованном Министерством общего и профессионального образования РФ, отражено современное концептуальное состояние умов преподавателей ОХТ. Эти концепции и принципы анализа и синтеза ХТС сейчас клишируются, впечатываются в сознание студентов, будущих разработчиков и создателей ХТС.

В предисловии постулируются позитивные идеи: студент должен «уяснить значение отношений между процессами и элементами и научиться прогнозировать поведение элемента в системе и системы в целом при изменении условий функционирования». Авторы поставили «перед собой задачу развития системного мышления у обучаемых» и использовали «методологию системотехнического изучения ХТС на всех ее уровнях». «Главную задачу, на которую ориентирован курс ОХТ, можно сформулировать как обучение основам системного проектирования».

Однако, конкретные рекомендации студентам расходятся с идеями - самая показательная в этом глава 9 в [38]: «Синтез ХТС (проектирование систем)». Авторы [38] являются сторонниками иерархического метода проектирования систем, разработанного М. Дугласом. В этом методе проблема синтеза решается поэтапно.

Исходными данными для синтеза является состав и фазовое состояние входящих потоков сырья; состав и состояние покидающих систему продуктов, режимные параметры процессов.

Требуется разработать состав и структуру производящей системы, ее технологические и технические характеристики.

Сначаларассматривается подсистема у будущей ХТС – обработка сырья, подготовка его к химическому превращению. Строится функциональная схема: сделай то, добейся такого-то результата, потом сделай это и … . В соответствии с функциональной схемой далее строится структурная схема с указанием аппаратуры и оборудования. Получается что-то вроде украшения – бус, а ниткой является технологический поток, бусинки – аппараты. Связь между переделами прямая: выход сырьевого потока из одного передела является входом в другой. По существу, здесь показывается, ЧТО надо делать с сырьем, чтобы приготовить его для входа в химический реактор. Конечно, здесь неизбежна многовариантность и в последовательности переделов, и в выборе процессов, и в переборе аппаратуры и оборудования.

На втором этапепроводится классификация компонентов реакционной смеси с позиций направлений переработки (маршрутов) для каждого из них, назначается цепочка переработки компонент в реакторах.

На третьем этапеиз всей ХТС выделяется еще одна подсистема – разделение. Снова разрабатывают функциональную схему (ЧТО делать и в какой последовательности), и на ее основе создают структурную схему разделения компонентов в реакционных смесях с указанием соответствующей аппаратуры. И здесь, конечно, неизбежна многовариантность и в выборе процессов, и в выборе оборудования.

Для каждого варианта структурной схемы подсистем ХТС рассматривается степень превращения компонент сырья в целевые продукты. Если эта степень по экономическим показателям недостаточна, то организуется рецикл: ценные компоненты сырья из стадии разделения направляются в «голову» ХТС для повторной переработки. Конечно, рецикловый поток надо снова подготовить для входа в подсистему реакторов: снова разрабатывается функциональная и затем структурная схема обработки этого потока, и снова многовариантность.

Особое внимание авторы [38] отводят синтезу тепловых сетей. Этот синтез проводят после того, как разобрались с материальными потоками, но теплообменники пока не имеют теплоносителей (хладоагентов) для изменения температуры технологического потока вдоль всей ХТС. Здесь поступают предельно рационально: для нагрева используют переделы с выделением теплоты, для охлаждения – с поглощением. Иными словами, организуются потоки масс из одного места ХТС в другое с целью изменения термического потенциала технологического потока. Это делается для экономии энергии и количества хладоагента со стороны. И здесь при разработке тепловой сети ХТС возникает многовариантность и в структуре и в выборе теплового оборудования.

Общее число вариантов создания подсистем и самой ХТС огромно, как выбирать «хороший»? И что такое «хорошо»? В [38] концепция выбора – экономическая, есть много критериев экономической природы и в натуральном выражении и в стоимостном. Но, оказалось, что эти критерии антагонистичны, тогда в [38] предлагается проводить сравнение вариантов по крупным экономическим показателям: прибыль, себестоимость, приведенные затраты и т.п.

Комментарий

Все огромное число вариантов технологической схемы ХТС в глазах специалистов по ОХТ одинаковыс трех точек зрения:

- все они перерабатывают данное сырье в целевые продукты с необходимой производительностью (секундной, минутной или часовой) и качеством;

- по умолчанию все они работоспособны с вероятностью 1;

- экономические показатели каждого варианта рассчитываются без учета потерь продукта и затрат из-за внезапных остановок будущей ХТС и последующих простоев на ремонт.

Такой концептуальный подходк синтезу ХТС явноне корректентем, что от результата разработкине требуется практической реализуемости, т.е. надежности ХТС. Вообще, слова «надежность» в обеих частях [38] ни разу не встречается! Тоже можно сказать о другом учебнике ОХТ [39] издания 2003 года.

Наша концепция такова: с точки зрения надежности систем все огромное количество вариантов организации и подсистем, и самой ХТС следует сразуразделить, дифференцировать, сепарировать на подмножества с вероятностью работоспособности Р_i= const. Далее, макросистема, в которой будет работать будущая ХТС, должнаопределитьсяс величиной оптимальной вероятности работоспособности Р_ОПТ. И тогда из всего огромного числа вариантов необходиморассмотреть только те, у которых Р_i³P_ОПТ. Останется не более 10¹вариантов, а вот теперь можно заняться оптимизацией (т.е. просто отбором вариантов) по прибыли, себестоимости, приведенным затратам, металлоемкости, энергозатратам, удельным затратам сырья, воды и т.п. Причем, оптимизировать с учетом внезапных остановок и последующих простоев ХТС.Наша концепция синтеза систем предельно проста: сначала надежность, потом эффективность, т.к. без первой не будет второй.

С интервалом в 20 лет после [38] выходит еще один учебникпо ОХТ [40] - сменилось целое поколение людей и, следовательно, химиков-технологов. В главе «Общие положения» появилось слово «надежность»: «Надежность характеризуют средним временем безаварийной работы либо числом аварийных остановок оборудования или производства в целом за определенный отрезок времени.Этот показатель зависит от качества используемого оборудования и правильности его эксплуатации»(выделено П.Н.Н.) (стр. 23).Следовательно, и сейчас студенту-технологу вбивается в сознание мысль, что химик-технолог не имеет никакого отношения к надежности химического производства, все дело, видите ли, в оборудовании.

Рассматривая принципы создания ХТС,авторы современного учебника [40] призывают к применению решений, направленных на выполнение заданных требований: максимальное использование сырьевых и энергетических ресурсов, минимизации отходов, эффективное использование оборудования (стр. 241). Следовательно, указывая эти компоненты вектора целей создания ХТС, ее надежность, т.е. практическая реализуемость создаваемой системы, опять-таки не причем.

В главе 3.11 «Эксплуатация химико-технологических систем» авторы учебника [40] подходят к проблеме надежности. Обращаем внимание на важное обстоятельство: авторов учебника [40] проблема надежности не интересовала на стадии анализа и синтеза ХТС, а вот на стадии эксплуатации они сочли нужным обратиться к этой проблеме. Опоздали!!! Все мины замедленного действия против надежности уже заложены и взведены на стадии синтеза ХТС.Во время пусковых работ и на стадии эксплуатации остается только недоуменно наблюдать внезапные отказы и последующие простои ХТС.

Комментарий

Ознакомление с учебниками по ОХТ для студентов-технологов показывает их эволюцию, динамику в направлении развития системного мышления в сознании их авторов, использования системного анализа и синтеза ХТС. В учебниках рассматривается проблема устойчивости работы химических производств (а это важнейший аспект проблемы надежности). В современных, самых последних учебниках хоть глухо, не очень внятно, начинает мелькать понятие надежности.

В периодической печати появился отклик [41] на наши две публикации о работоспособности ХТС. В этой статье рассказывается об обеспечении надежности технических систем с помощью математизации анализа безопасностиядерных технологий. Оказывается, здесь создан целый аппарат, носящий название “вероятностного анализа безопасности” (ВАБ). Из 6-ти пунктов, составляющих содержание ВАБ, есть и такой: “...оценка надежности систем с учетом отказов по общей причине”.

В [41] рассказывается о человеческом факторе, о влиянии ментальности людей, занимающихся разработкой, созданием и эксплуатацией АЭС, на надежность и безопасность. Оказывается, разработан мониторинг ментальности “человеческого фактора”, определяющий осознаниекачества элементов системы (какого-то оборудования, подразделения АЭС) иготовностьуправлять процессом повышения качества обслуживания. Высшим достижением здесь признается совпадение модельных представлений ВАБ ипонимания проблемы безопасности обслуживающим персоналом.

В заключение в [41] автор желает Н. Н. Прохоренко и химической промышленности “не восторгаться (выделено П.Н.Н.) концепцией системного подхода и вероятностных методов. И не смешивать надежды с реальными возможностями, а посмотреть на несоответствие реальных результатов тем ожиданиям “вероятностного чуда”, которые накопились за последние 20 лет в атомной энергетике”. Оканчивается статья совсем отчаянно: “Ядерные технологии загоняют себя в тупик избыточностью требований к обоснованию безопасности и надежности своих систем”.

Комментарий

Работа [41] по существу показывает, что ядерные технологии прошли уже эмбриональный путь освоения системного подхода и вероятностных методов применительно к безопасности (надежности) своих технических систем. Дальнейшее существование и развитие этих взглядов вызывает у автора [41] разочарование из-за несоответствия прагматических результатов и амбиций вероятностного анализа безопасности (ВАБ).

Пожелание автора [41] “не восторгаться” системным подходом и вероятностными методами при разработке, создании ХТС с управляемым качеством, надежностью и безопасностью будет выполнено автоматически.До тех пор, пока надобность в таких ХТС не станет проблемой государственной безопасности и национального суверенитета РФ, как это было при создании атомной бомбы. Пока доходы и прибыль владельцев промышленного капитала не встанут в прямую зависимость от надежности и безопасности создаваемых ХТС.