Лекция №1
Тема: Объекты исследования, основные понятия
Вопросы:
Введение
Объекты исследования, основные понятия и определения.
Проблема надёжности технических объектов и пути её решения.
Заключение.
Введение
Целью преподавания дисциплины «Надёжность систем энергообеспечения» является подготовка магистров по организации и методам расчёта показателей надёжности систем энергообеспечения, при проектировании, в процессе эксплуатации, а также по способам применения этих методов для разработки технических заданий на проектирование, для анализа причин отказов, а также для создания программ обеспечения безотказности.
В результате изучения дисциплины студент должен:
а) уметь:
- выполнять расчеты надёжности энергетических объектов при их проектировании;
- обосновывать решения при разработке программ обеспечения надежности;
- рассчитывать показатели безотказности долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости систем при эксплуатации;
- оценивать ущерб при отказах систем.
б) знать:
- основы теории надёжности технических систем;
- методы оценки показателей надежности объектов на этапах жизненного цикла.
в) быть ознакомленным:
- с современными расчётными и информационными технологиями расчёта надёжности с использованием вычислительной техники.
Изучение дисциплины базируется на знаниях, умениях и навыках, полученных студентами при изучении общеинженерных и, специальных дисциплин и прохождении производственной практики.
Предметом изучения дисциплины является теория надёжности сложных организационно-технических и энергетических систем.
Научными основами дисциплины являются фундаментальные закономерности теории надёжности, теории вероятности и прикладной статистики, а также вопросы системного анализа и информатики.
1. Объекты исследований, основные понятия и определения
Среди наиболее актуальных проблем, с решением которых связан прогресс современной техники, особое место занимает проблема качества.
Качество - это совокупность свойств объекта, обусловливающих его пригодность удовлетворять определённые потребности в соответствии с его назначением.
Объект – техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.
Объектами могут быть различные системы и их элементы, в частности: сооружения, установки, технические изделия, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали.
В качестве объекта мы будем рассматривать технические системы и их совокупность, а также элементы этих систем. Необходимо заметить, что разбиение системы на элементы является делом произвольным и условным, т.к. оно зависит от самых различных факторов: от цели исследования, наличия тех или иных исходных данных, уровня качественного представления объекта и исследования, наконец, от вкуса исследователя и др. Во всяком случае, элемент – это та часть системы, дальнейшая детализация которой в данном исследовании не представляется целесообразной. Кроме понятий система и элемент мы будем использовать и другие термины например подсистема, т.е. часть исследуемой системы, состоящая из элементов.
Понятия системы, подсистемы и элементы являются относительными: то, что в одном исследовании является элементом, может при более детальном изучении объекта стать уже подсистемой или системой, наоборот, система (подсистема) при рассмотрении некоторой суперсистемы (надсистемы) может для исследователя приобрести характерные свойства элемента. Такое последовательное представление: надсистемы - система – подсистема – элемент, весьма характерно при построении иерархических математических моделей различных реальных объектов большой структурной и функциональной сложности, к которой относятся электроэнергетические, газоснабжающие, нефтеснабжающие, теплоснабжающие, водоснабжающие системы.
Отдельные объекты системы называют также системными элементами. В теории надёжности под элементом обычно понимают такую часть системы, надёжность которой в процессе функционирования может быть рассмотрена независимо от надёжности входящих в эту часть более простых составляющих. Так, например, котлоагрегат, турбина, сетевой подогреватель могут рассматриваться как элементы более сложной системы ТЭЦ, а сама ТЭЦ является элементом более сложной системы теплоснабжения района. С другой стороны, при анализе надёжности, например, котлоагрегата его поверхности теплообмена, коллекторы, арматура, устройства подачи топлива выступают в роли элементов. Учитывая условность деления системы на элементы, часто в теории надёжности используют обобщающие понятия устройство, изделие или объект, которые относят к любой заранее выделенной и функционально самостоятельной части системы. Ниже чаще всего будет использоваться понятие объект, который может состоять из элементов.
Таким образом, качество проявляется только через свойства, которые в свою очередь характеризуются показателями.
Показатель – количественная характеристика свойств объекта, входящих в состав его качества, рассматриваемая применительно к определённым условиям его создания и эксплуатации.
Одним из важнейших свойств технических объектов, характеризующих их качество, является надёжность. Без высокой надёжности не может быть изделий с высоким качеством. Надёжность по существу и заключается в сохранении качества объектов и изделий при их эксплуатации.
Надёжность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность его выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. ГОСТ 27.002-89 (утратил силу).
Надёжность – свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования.
Для конкретных объектов и условий их эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость.
Заданные функции технических объектов определяются, с одной стороны, его назначением, а с другой – самим фактом его создания. Заданными функциями, определяемыми назначением систем энергетики (СЭ), является снабжение потребителей в необходимом количестве соответствующей продукцией (производимой энергией или энергоносителем – электроэнергией, теплом, газом, нефтью, нефтепродуктами и д.р.) требуемого качества.
Заданной функцией, определяемой фактом создания СЭ, является недопущение ситуаций, опасных для людей и окружающей среды, которые могут возникнуть при различных аварийных условиях. Многофункциональность СЭ определяется не только приведенным перечнем функций (связанных в том числе с многопродуктовностью), но и многоцелевым характером СЭ, т.е. тем, что СЭ предназначен для снабжения соответствующей продукцией множества потребителей.
Заданным перечнем функций системы может не предусматриваться выполнение некоторых возможных ее функций. Невыполнение незаданных функций не является проявлением ненадежности системы.
Заданную функцию система может выполнять в большем или меньшем объеме. Поэтому определением надежности подчеркивается необходимость выполнения каждой из заданных функций в заданном объеме. Например, объем выполнения функций питания какого либо потребителя рассматриваемой СЭ может определиться заданным графиком потребления; объемом функций срабатывания какого – либо устройства защиты, автоматики или коммутационного аппарата определяется заданными условиями срабатывания. Неудовлетворение спроса потребителя сверх заданного графика в первом случае условиях (несмотря на целесообразность срабатывания) во втором являются проявление технического несовершенства объекта. Но не его ненадежностью.
Надежность и ее составляющие
Как мы уже отметили выше надежность является комплексным свойством объекта, которое в зависимости от назначения объекта, условий его эксплуатации, рассматриваемого территориального или временного уровня иерархии управления может включать: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость (для технических объектов, которые являются потенциальными источниками опасности важным является понятия безопасности и живучести).
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течении некоторого времени или некоторой наработки (наработка - временное понятие, служащее для количественной оценки надежности объекта и характеризующее продолжительность или объем работы объекта, может измеряться в часах, циклах функционирования, километрах пробега и других величинах).
Долговечность – свойство объекта сохранять, работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
В отличие от свойства безотказности долговечность характеризует продолжительность работы объекта по суммарной наработке, прерываемой периодами для восстановления его работоспособности в плановых и неплановых ремонтах и техническом обслуживании.
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения, ТО и ремонта ГОСТ 27.002-89.
Ремонтопригодность – свойство объекта заключается в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения ТО и ремонта.
Это свойство характеризует пригодность объекта к восстановлению ( путем проведения ТО и ремонтов) не только работоспособности, снижаемой вследствие отказов, но и неисправности в целом, снижаемой вследствие повреждений.
Сохраняемость – свойство объекта, сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции в течение хранения и (или) транспортирования ГОСТ 27. 002. – 89.
Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять исправное или только работоспособное состояние в течении и после хранения и (или) транспортировки.
Безопасность - свойство объекта не допускать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды
Живучесть – свойство объекта противостоять возмущениям, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением питания потребителя.
Состояния
Исправное соответствие - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Неисправность – состояние объекта, при котором он не удовлетворят хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризуется способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
Неработоспособное - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Предельное - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.
Признаками технического состояния объекта могут быть качественные или количественные характеристики его свойств, фактические значения которых определяют техническое состояние объекта. Каждое из перечисленных состояний объекта характеризуется одним или несколькими признаками, установленными в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Значения этих признаков при предельном состоянии объекта называются критерием предельного состояния.
Отказы, повреждения, дефекты
Переход объекта из одного вышестоящего технического состояния в нижестоящее происходит вследствие определённых событий: отказов и повреждений. Появление и развитие каждого события обусловлены, как правило, внутренними процессами, происходящими в элементах и деталях объекта, характером нагружений и действием внешних условий.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния при сохранении работоспособного состояния. В ГОСТ 15.467-79 предусмотрено понятие дефект, под которым понимают каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. Этот термин часто применяют при контроле качества продукции на стадии изготовления или при ремонте. Иначе можно сказать, что событие возникновения дефекта соответствует переходу объекта от исправного состояния к неисправному.
Термин дефект отличается от термина отказ. В результате влияния неустранённых дефектов для объекта, находящегося в работоспособном состоянии, может наступить одно из двух состояний: повреждение или отказ. Так, например, случайное и не устранённое при монтаже разрушение (дефект) тепловой изоляции подземной магистрали может вызвать различные последствия. Если при таком дефекте магистраль остаётся работоспособной, то подобное событие называется повреждением. Если наличие дефекта изоляции вызывает коррозию металла, появление свищей, язв, и в результате разрыв трубопровода, то такое событие называется отказом.
Каждый отказ имеет определённую причину, а его возникновение наблюдают по появлению признаков неработоспособного состояния, которые называют критерием отказов.
Критерий отказа – признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Существует множество классификаций отказов, но основная из них приведена в ГОСТ 27.002-89. В данном стандарте выделяется тринадцать видов отказов, некоторые из которых ниже рассмотрены подробнее.
Ресурсный отказ – отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния.
Независимый отказ – отказ, не обусловленный отказами.
Зависимый отказ – отказ, обусловленный другими отказами.
Внезапный отказ – отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта.
Постепенный отказ – отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта.
Перемежающийся отказ – многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера.
Явный отказ – отказ, обнаруживающий визуально ила штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению.
Скрытый отказ – отказ, не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики.
Конструктивный отказ – отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования и конструирования.
Производственный отказ – отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии.
Эксплуатационный отказ – отказ, возникший по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации.
Деградационный отказ – отказ, обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления в эксплуатации.
Сбой – самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.
Временные понятия -
Наработка – продолжительность или объем работы объекта.
Наработка до отказа – наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа.
Наработка между отказами – наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа.
Время восстановления – продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта.
Ресурс – суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.
Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.
Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта в течение которой сохраняются в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции.
Остаточный ресурс – суммарная наработка объекта от момента контроля его технического состояния до перехода в предельное состояние.
Назначенный ресурс – суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.
Назначенный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.
Назначенный срок хранения – календарная продолжительность хранения, при достижении которой хранение объекта должно быть прекращено независимо от его технического состояния.
Техническое обслуживание и ремонт
Техническое обслуживание – по ГОСТ 18322.
Восстановление – процесс перевода объекта в работоспособное состояние из неработоспособного состояния.
Ремонт – по ГОСТ 18322.
Обслуживаемый объект – объект, для которого проведение технического обслуживания предусмотрело нормативно-технической документацией и (или) конструкторской (проси нон) документацией.
Необслуживаемый объект – объект, для которого проведение технического обслуживания не предусмотрено нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией.
Восстанавливаемый объект – объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной)) документации.
Невосстанавливаемый объект – объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния не предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Ремонтируемый объект – объект, ремонт, которого возможен и предусмотрен нормативно-технической, ремонтной и (или) конструкторской (проектной) документацией.
Неремонтируемый объект – объект, ремонт которого не возможен или не предусмотрен нормативно-технической, ремонтной и (или) конструкторской (проектной) документацией.
Теория надёжности содержит сформировавшуюся систему терминов, определений и понятий. Большинство из них приведено в Государственных стандартах, объединённых в единую систему. Некоторые из основных понятий рассмотрены выше. В процессе изучения разделов дисциплины необходимые термины и определения будут подробно разъясняться.