Основы теории надежности и диогностики / 01 Общие положения

ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

1.1. Введение

Теория надёжности является наукой, изучающей общие закономерности поведения сложных систем, установок и элементов, из которых они состоят. Она устанавливает:

- методы расчёта характеристик надёжности;

- методы достижения оптимальной надёжности в условиях эксплуатации.

Математической основой этой науки являются вероятностные дисциплины:

- теория вероятностей;

- математическая статистика;

- теория случайных процессов.

Теория надежности, как наука, возникла и начала развиваться в первой половине 20-го века с появлением сложных технических устройств. Попытки количественно оценить надёжность были сделаны в самолётостроении в 30-х годах: надёжность измерялась числом отказов, которые могут привести к авариям на 1 ч. полёта.

Другой областью, где проблема надёжности стояла особенно остро, являлась радиоэлектроника с ее многоэлементной базой.

В судовом машиностроении вопросы, связанные с надёжностью СЭУ, получили своё развитие со 2-ой половины 20 века с появлением сложных судовых технических средств и качественно новых типов судовых двигателей (паровых и газовых турбин, мощных средне- и высокооборотных двигателей).

Крупные работы по вопросам надёжности проведены российскими учёными (А.И.Берг, Н.Г.Бруевич, Б.В.Гнеденко, А.М.Половко и др.), внесшими значительный вклад в развитие теории надёжности. В их работах отказы элементов рассматриваются в качестве случайных событий.

Характеристики надёжности носят вероятностный характер. Они необходимы для количественной оценки уровня надежности судовой техники. Информацией для расчёта характеристик надежности являются статистические данные, которые получают после обработки информации по отказам элементов, из которых состоят судовые системы и установки. Необходимую информацию по отказам получают после анализа эксплуатационного периода или в итоге испытаний технической системы за определенное время.

Решения по повышению надёжности СЭУ принимают на основании анализа расчетных величин надежности и мероприятий по улучшению характеристик СЭУ.

1.2. Задачи теории и практики надежности

Рост энерговооруженности судов, повышение уровня автоматизации приводит к дальнейшему усложнению СЭУ и выдвигает вопросы надёжности на первый план.

Для повышения эффективности использования судов большое значение имеет совершенствование практических методов исследования надёжности судовой техники.

Судовая энергетическая установка представляет собой сложный комплекс тепловых двигателей, механизмов, устройств, аппаратов и систем, при помощи которых осуществляются процессы преобразования энергии, заключённой в топливе, в энергию механическую, тепловую и электрическую. Энергия этих видов необходима для обеспечения движения судна с заданной скоростью, функционирования судовых систем, устройств, средств управления, навигации, связи, выполнения специальных задач, обусловленных назначением судна, а также для удовлетворения нужд экипажа и пассажиров.

Сложность СЭУ определяется многообразием и специфичностью задач, которые она выполняет на различных режимах эксплуатации судна в морских условиях.

Для СЭУ характерна большая номенклатура оборудования и комплектующих элементов. Отказ любого из элементов при некотором стечении обстоятельств может вызвать тяжёлые последствия для установки и судна в целом.

К задачам теории и практики надёжности СЭУ относятся:

- разработка методов количественной оценки надёжности СЭУ с учетом режимов их эксплуатации на стадии проектирования;

- определение количественных показателей надёжности элементов установки, исследование методов резервирования;

- разработка методов сбора информации по отказам СЭУ и обработка этих данных для расчёта количественных характеристик надёжности элементов установки;

- разработка методов ускоренных испытаний на надежность и анализа их результатов;

- разработка основных понятий и определений надёжности, учитывающих особенности СЭУ и условия их эксплуатации.

На основе анализа надёжности можно:

• определить нормы надежности установок при проектировании;

• разработать мероприятия по повышению безотказности и долговечности судовых систем;

• определить объёмы и стоимость ремонтов;

• обосновать межремонтные периоды;

• определить нормативы расхода запасных частей;

• сформулировать требования по надёжности применительно к заданным условиям эксплуатации;

• оценить уровень безотказности изделий при государственной аттестации.

Изучение методик определения надёжности позволяет не только прогнозировать ресурсы, но и решать обратную задачу: устанавливать необходимые запасы надёжности и долговечности при заданных условиях эксплуатации, т.е. обеспечивать надёжность элементов конструктивно– технологическими способами на стадии проектирования.

При разработке технического задания на проектирование судна выдвигается ряд требований к его качественным показателям. При этом основными являются:

- надежность;

• экономичность;

• скоростные манёвренные качества;

• массогабаритные характеристики;

• строительная стоимость;

• условия работы и отдыха экипажа.

В число обязательных критериев оценки судна и СЭУ при их проектировании включают показатели надежности, т.к. выполнение всех остальных требований при недостаточной надёжности теряет смысл.

Основные задачи надёжности СЭУ, которые должны быть решены с использованием теории надёжности, заключаются в определении оптимального, экономически оправданного уровня надёжности с учётом обеспечения безопасного плавания.

Отказы установок с малым запасом надёжности приводят к большим материальным затратам и снижению экономической эффективности судов, могут служить причиной нарушения условий перевозки грузов и создания неудобств для пассажиров.

1.3. Значение Правил классификационных обществ в обеспечении надёжности СЭУ и судов.

До появления работ по теории надёжности не представлялось возможным количественно оценить надёжность судов и СЭУ.

В этих условиях большое значение имели правила Регистра по классификации и постройке морских судов, правила других классификационных обществ по обеспечению безопасности плавания, охране человеческой жизни на море и по перевозке грузов. Эти правила обобщают большой практический опыт эксплуатации судов.

Создание классификационных обществ сыграло большую роль в повышении надёжности СЭУ. В частях Правил по механическим установкам, системам, трубопроводам, котлам, электрическому оборудованию и др. приведены требования к установкам в целом, их размещению в МКО. Даны формулы для расчёта на прочность ряда ответственных деталей установок /гребных и промежуточных валов, толщины стенок напорных трубопроводов и т.д. /.

В настоящее время быстрый технический прогресс в области развития СЭУ при решении вопросов надёжности не позволяет ограничиться только выполнением требований и норм Регистра, которые не содержат методов количественных оценок надёжности СЭУ. Для количественных оценок надежности необходимы специальные методики их расчета.

4