4.2 Определение периодичности и объема регламентных работ

При эксплуатации непрерывно работающих объектов различают два вида отказов: внезапные (полные) и постепенные (частичные). При этом внезапные отказы не профилактируются и не прогнозируются, а устраняются по мере возникновения.

Постепенные отказы возникают в результате постепенного изменения параметров изделий (систем), что позволяет своевременно предотвращать их профилактическими мероприятиями – регламентными работами Р.Р.. При этом возникает задача о выборе величины периода выполнения Р.Р. При сокращении межрегламентного периода повышается надежность объектов за счет ТО, в том числе регулировочных работ и контрольных проверок. Однако при этом увеличивается объем ТО. Существует оптимальное значение величины периода выполнения Р.Р., при котором обеспечивается лучшее соотношение между надежностью изделий и объемом профилактики. В качестве основного критерия для оценки эксплуатационных свойств изделий СА непрерывного действия целесообразно принять коэффициент использования объекта К_И или коэффициент простоя К_П.

Среднее суммарное время вынужденного простоя изделия непрерывного действия за период проведения Р.Р.

t_П.∑=T_СР.(t)+t_B.∑+t_ОЖ∑, (4.4)

где T_СР.(t) – объем профилактики, т.е. среднее время, затраченное на выполнение Р.Р. за время эксплуатации t; t_B.∑ - среднее суммарное время восстановления изделия; t_ОЖ∑ - среднее суммарное время нахождения изделия в неисправном состоянии (в ожидании восстановления).

, (4.5)

где Т_Р – период выполнения Р.Р.; n_ОП – число операций при выполнении одного регламентного обслуживания; t_Прi – среднее время i-ой операции; N_ПР(t) – целое число профилактик за время работы изделия t; Т_ПР – среднее время выполнения одной профилактики.

, (4.6)

где t_Bi – время устранения i-ой неисправности (восстановления); Т_В – среднее время устранения одной неисправности (время восстановления).

Время t_ОЖ∑ обусловлено тем, что некоторые неисправности выявляются только при профилактике (для полных отказов t_ОЖ∑=0).

Среднее число неисправностей в изделии за время его работы (эксплуатации):

n=Λt=t/T₀, (4.7)

где Λ – интенсивность отказов изделия; Т₀ – средняя наработка до отказа.

Суммарное время восстановления t_B.∑ определяется выражением:

t_B.∑=ΛТ_Вt, (4.8)

Среднее время нахождения изделия в неисправном состоянии t_ОЖ в течение межрегламентного периода Т_Р может быть найдено путем интегрирования:

, (4.9)

где α(τ) – частота отказов изделия; τ – момент возникновения неисправности, величина случайная, принимающая значения в пределах 0≤τ≤Т_Р.

Моменты появления отказов представляют простейший поток случайных событий. Произведя интегрирование (4.9), получают:

, (4.10)

где Λ_П.О – интенсивность постепенных отказов.

Среднее суммарное время нахождения изделия в неисправном состоянии в течение времени работы t:

t_ОЖ∑=N_ПР(t)t_ОЖ, (4.11)

Используя (4.4),(4.8)-(4.11) записывают коэффициент вынужденного простоя:

, (4.12)

Разделив числитель и знаменатель выражения (4.12) на N_ПР(t), получают:

, (4.13)

Для определения оптимального периода Т_Р.ОПТ производят дифференцирование формулы (4.13) по периоду Т_Р и приравнивают нулю первую производную:

, (4.14)

Учитывая, что величина Λ_П.ОТ_Р<<1, производят разложение функции е^-ΛпоТр в степенной ряд и ограничиваются первыми тремя членами. Тогда Т_Р.ОПТ, при котором обеспечивается максимальный коэффициент использования объекта (системы), определяется выражением:

(4.15)

где Т_ПР – среднее время выполнения одной профилактики; Λ_ПО=1/Т_ПО – интенсивность постепенных отказов объектов, обнаруживаемых с помощью контрольной аппаратуры или визуально (объективно и субъективно, соответственно) во время выполнения регламентных работ.

Рассмотрим практическое применение данной методики определения Т_Р.ОПТ.

Пример 4.1.

Примем значение величины среднего времени ТО объекта во время Р.Р. Т_ПР=1,5 ч. По расчету надежности, интенсивность отказов изделия Λ=10^-2 1/ч. Тогда интенсивность постепенных отказов Λ_ПО=Т_ПРΛ. Время, затраченное на устранение отказов во время Р.Р. Т_ПР=0,5. Тогда Λ_ПО=0,5*10^-2 1/ч. Из общего времени, затраченного на определение и устранение неисправностей, среднее время восстановления Т_В=1 ч.

Оптимальная периодичность Р.Р. в соответствии с формулой (4.15)

При этом обеспечивается минимальный коэффициент вынужденного простоя, вычисленный по (4.13), К_Пmin=0.08. Если, например, взять Т_ПР=2 ч., тогда Т_Р.ОПТ=28,2 ч.; К_Пmin=0,16, т.е. в два раза выше, чем в первом случае.

В случае проведения Р.Р. на изделиях разового действия (например, исполнительные устройства: электромагнитные клапаны, реле, исполнительные двигатели и другие устройства с подобным режимом работы), определение периодичности выполнения ТО при Р.Р. производится с учетом соотношения

Р(t)≥P_ДОП, (4.16)

где Р(t) – вероятность безотказной работы изделия; P_ДОП – допустимый уровень надежности, который необходимо поддерживать за счет проведения Р.Р.:

P_ДОП= P_ДОП1Р_И.Н.(t_И.Н), (4.17)

где P_ДОП1 – минимально допустимое значение вероятности безотказной работы к моменту использования изделия по назначению; Р_И.Н.(t_И.Н) – вероятность безотказной работы изделия в режиме применения по назначению при условии, что к моменту использования оно окажется исправным; t_И.Н – время, в течение которого профилактические работы не проводятся (ИН – использование по назначению).

При уменьшении периода выполнения Р.Р. Т_Р минимальный уровень надежности будет повышаться, но с условием повышения объема Р.Р., поэтому целесообразно брать максимальное значение периода Т_Рmax, который соответствует выражению (4.17). В этом соотношении учитываются параметры режима хранения изделия, т.е. того периода, когда изделие не включено в работу. Этот период характеризуется вероятностью безотказного хранения изделия Р_Х(t_X)=e^-Λxtx за время t_X. Отсюда вероятность безотказной работы изделия определяется выражением:

Р(t)=P_X(t_X)P_P(t_P)P_ИН(t_ИН), (4.18)

где P_P(t_P)= e^-Λрtр – вероятность безотказной работы изделия в стационарных условиях – при подготовке к использованию по назначению (р – работа).

Условия работы изделия в режиме хранения значительно легче, чем при режиме подготовки к использованию или тем более при использовании, что объясняется равенством нулю коэффициентов нагрузки элементов изделия, равенстве температуры элементов только температуре окружающей среды (тема 1.1) и т.п. Зависимость Λ_Х=f(t_X) имеет по форме такой же вид, что и зависимость Λ_Р=f(t_Р), и поэтому при условиях нормальной эксплуатации считают, что Λ_Х=const.

Для оценки сохранности в этом случае используют коэффициент пересчета интенсивности отказов изделий от режима работы (подготовки) к режиму хранения.

К_Х=Λ_Х/Λ_Р, (4.19)

Величина коэффициента пересчета для современных средств автоматизации приближенно оценивается значением К_Х=(1-10)*10^-3 и тем меньше, чем больше элементов содержит изделие.

При подстановке в (4.16) выражений (4.17) и (4.18), получают:

P_X(t_X) P_P(t_P) ≥P_ДОП1, (4.20)

При введении в (4.20) значений Р_Х и Р_Р формула приобретает вид:

P_ДОП =e^-Λрtр e^-Λхtх= e^{-ΛрТр.э.max}, (4.21)

uде Т_Р.Э.max – максимальный эквивалентный период проведения Р.Р., приведенный к режиму работы изделия:

Т_Р.Э.max=t_P+K_Xt_X=t_P+t_PX, (4.22)

]

Из (4.21):

, (4.23)

Из (4.22) следует, что в основе назначения периодичности Т_Р для изделия разового действия должен быть смешанный принцип ТО (календарный и временной). Поэтому, при эксплуатации приборов и СА надо строго учитывать время их работы t_P. Зная величину t_P из формулы (4.22) легко найти допустимое максимальное время хранения, при котором обеспечивается выполнение соотношения (4.20)

, (4.24)

Максимальный период выполнения Р.Р. определяется как сумма времени хранения и работы изделия:

, (4.25)

или

, (4.26)

где Т₀=1/Λ – наработка на отказ.

Таким образом, формула (4.26) позволяет определять максимальный период выполнения Р.Р. на объекте разового действия, при котором обеспечивается поддержание его надежности к моменту использования по назначению в пределах:

P_ДОП1≤ P_X(t_X) P_P(t_P) ≤1, (4.27)

Формула (4.26) справедлива пои следующих условиях:

• потоки отказов элементов изделия при хранении и работе являются простейшими;

• все отказы, возникающие в изделии, при проведении Р.Р. устраняются;

• отказы при хранении и в промежутках между Р.Р. не устраняются.

Пример 4.2.

Пусть Λ=0,01 1/ч, Р_ДОП1=0,95, t_P=2 ч., К_Х=10^-3.

а) Максимальный период выполнения Р.Р. согласно (4.26):

б) Если изделие при эксплуатации только хранится и не работает (t_P=0), то:

Формула (4.26) позволяет также определить оптимальную (рациональную) периодичность выполнения Р.Р. Для этого необходимо обосновать рациональное значение минимального уровня величины надежности Р_ДОП1 и подставить в формулу.

Оптимальный период Р.Р. для изделия разового действия определяется формулой:

, (4.28)

где Т_ПР - среднее время выполнения одной профилактики; Т_В – среднее вреия устранения одной неисправности; Λ_Р и Λ_Х – интенсивности отказов изделия в режимах работы и хранения соответственно.

Если выполняется соотношение Λ_РТ_В<<1, то формула (4.28) упрощается и принимает вид:

, (4.29)

где Т_Х=1/Λ_Х – среднее время безотказного хранения изделия СА.

Объем профилактических (регламентных) работ на изделиях СА оценивается средним временем, которое затрачивается на их выполнение в течение календарного срока t эксплуатации изделия, и определяется формулой трудоемкости Р.Р.:

, (4.30)

где t_Прi – среднее время выполнения i-ой операции; n_ОП – число операций при выполнении одной профилактики; t/T_P=N_ПР(t)≈1,2,3… - количество регламентных работ за время t, округленное до целого числа; Т_Р – периодичность выполнения регламентных работ (профилактики).

Если с помощью критерия Т_СР(t) оценивается объем Р.Р., то n_ОП будет равно числу контролируемых (и регулируемых) параметров. Число контролируемых параметров, сведенное до минимума, должно позволять практически достоверно судить о техническом состоянии объекта (изделия, системы).