Основы теории надежности и диагностика

Приблизительную стоимость  станка можно определить по его весу.

Затраты на непосредственное обслуживание станка в процессе его  эксплуатации

С_экспл = С_э + С₀,   (5)

где С₀ – затраты, обусловленные отказами, руб.; С_э – затраты на непосредственное обслуживание станка в процессе эксплуатации, руб.;

С_э = Е₀ +Е_в + Е_и, (6)

 (7)

 (8)

 (9)

где Е₀ – затраты на основные операции, руб.; Т_ср – средний ресурс станка, мин; q'₀ – затраты на электроэнергию, израсходованную на резание, коп./мин; ε – отношение времени резания к времени работы станка вхолостую; q''₀ – затраты на электроэнергию, при работе станка вхолостую, коп./мин; r – зарплата основного рабочего станочника, коп./мин; r₁ – зарплата подсобного рабочего, коп./мин; а – амортизационные отчисления, коп./мин; b – эксплуатационные расходы (расходы на осмотры, ремонты, смазочные материалы и т. п. ); Е_в – затраты на вспомогательные операции, руб.; t_в - суммарное время, затрачиваемое на вспомогательные операции за весь ресурс станка, мин; ε' – коэффициент, учитывающий долю времени холостого хода станка от общего времени на вспомогательные операции; Е_и – затраты на инструмент, руб.; t_н – время, затрачиваемое наладчиком за смену и подналадку одного инструмента, мин; r_н – зарплата начальника, коп./мин; С_ин – стоимость нового инструмента, коп.; i_зат – количество заточек, допускаемое конструкцией инструмента; С_зат – затраты на одну заточку с накладными расходами заточного отделения, руб.; i_n -  количество режущих инструментов, израсходованных за весь ресурс.

Затраты С₀, обусловленные отказами станка, слагаются из двух компонентов:

С₀ = С'₀ + С"₀,  (10)

С'₀ = 10^-2t_по(r +r₁)m, (11)

С"₀ = 10^-2t_поr_ремm, (12)

где С' – затраты, вызванные  простоем станка по причине отказа, руб.; С" – затраты на ремонтные  операции, руб.; t_по – среднее время простоя станка по причине отказа, мин; r_рем – зарплата рабочего-ремонтника коп./мин; m – количество отказов за весь ресурс станка;

,  (13)

где Т_н – наработка на отказ, мин.

После подстановки значений получаем

 (14)

где а₁ – среднее количество рабочих-ремонтников, устраняющих причины отказа.

Введем в вышеперечисленные  формулы следующие обозначения;

,  (15)

 (16)

,  (17)

 (18)

е = 10^-2t_по(r +r₁ +а₁r_рем). (19)

Запишем выражение (1.2), описывающее  показатель дохода от эксплуатации станка, в общем виде

. (20)

После группировки  слагаемых, содержащих одинаковые члены, получим

. (21)

Анализ формулы свидетельствует  о том, что главными показателями, определяющими экономическую эффективность  станка, является наработка на отказ  Т_н и ресурс станка Т_ср.

1.3. Система  стандартов (НТД) по надежности

Стандартизация на современном этапе научно-технического прогресса становится активным средством управления надежностью машиностроительной продукции. Это управление осуществляется в следующих основных направлениях:

1) обеспечение взаимопонимания  специалистов, сопоставимости результатов расчета и испытаний, внедрение современных концепций организации работ по отработке на надежность. Решение этой задачи достигается путем создания комплекса общетехнических стандартов, методических указаний и рекомендаций, комплекса «Надежность в технике»;

2) установление требований  к надежности серийно изготавливаемой  и проектируемой техники. Эта  задача решается путем регламентации  норм надежности в стандартах и технических условиях на конкретные виды техники;

3) проведение контроля  за соблюдением требований по порядку испытаний на надежность, за соблюдением норм надежности при изготовлении. Эта задача решается службами государственной приемки и государственного надзора за соблюдением стандартов.

При проведении работ  по дальнейшему совершенствованию комплекса общеотраслевой нормативно-технической (НТ) и методической документации по надежности должны использоваться методы программно-целевого планирования, предусматривающие следующую этапность работ:

1) установление основных  принципов; формулировка основной (стратегической) цели; установление частных целей; построение структуры НТД;

2) установление перечня  разрабатываемой и пересматриваемой  документации, сроков разработки и исполнителей.

К числу основных принципов, которые должны быть положены в основу программ работ по совершенствованию состава НТД по надежности, относятся:

- учет новой системы  экономического хозяйствования;

- перспективность;

- преемственность с  ранее выполненными работами;

- законченность решения  отдельных задач;

- комплексное использование достижений теории и практического опыта;

- учет физической природы  отказов;

- автоматизация;

- системность.

Стратегическая (общая) цель системы стандартов «Надежность  в технике» - создание нормативной базы для обеспечения оптимального уровня надежности объекта. В общем случае может быть несколько критериев ,по которым оценивается оптимальность объекта: их число и вид определяются целевым назначением исследуемого объекта.

Для построения дерева частных (тактических) целей состава НТД  по надежности должны учитываться следующее:

1. Свойства надежности. По этому признаку могут ставиться  цели обеспечения безотказности,  долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости или одновременно нескольких свойств.

2. Стадии жизненного  цикла. Частные цели должны предусматривать решение задач по обеспечению надежности на стадиях планирования, разработок, изготовления ,эксплуатации и ремонта. При этом условно можно выделить следующие уровни надежности (рис. 3):

- при планировании  – нормативный,

- при проектировании – проектный,

- при технологической  подготовке производства – технологический,

- при изготовлении  – производственный,

- при эксплуатации  – эксплуатационный,

- при ремонте –  послеремонтный.

Идеальным будет являться случай, когда показатели надежности всех уровней равны. Однако практически это редко имеет место. При построении дерева целей в зависимости от стадии жизненного цикла объекта необходимо учитывать их взаимосвязь.

В настоящее время  становится необходимой интеграция функций разработки и эксплуатации сложных технических систем в рамках метасистемы «наука-техника-производство». Составляющие данной метасистемы рассматриваются не только как последовательная цепь, состоящая из пространственно-временных (структурно-функциональных) автономных составляющих, но и как органически единая система, объединения общностью целей функционирования метасистемы в целом.

Стадии                               Уровни                               Определяется

                                           Надежность

 

Планирование                  Нормативный                     Плановые                Технические

                                                                                         задания                   задания

 

Проектирование              Проектный                         Конструкторская    Выбранное

                                                                                      документация          конструкторское

                                                                                                                        решение

 

Технологическая          Технологический          Технологическая      Свойство материалов

подготовка                                                                документация        Надежность комплек-

производства                                                                                             тующих изделий

Изготовление               Производственный        Материально-          Свойство материалов

                                                                                техническое             

                                                                                оснащение               Надежность комплек-

                                                                               Организация            тующих изделий

                                                                               работы                       

 

Эксплуатация и          Эксплуатационный            Условия и           Качество технического

техническое                                                             режимы               обслуживания

обслуживание                                                          эксплуатации     

Ремонт                         Послеремонтный             Надежность      Материально- техническое

                                                                                запасных          оснащение ремонтных

                                                                               частей                служб

 

Рис. 3. Уровни надежности и их обеспечение 

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО  ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

2.1. Основные  понятия теории надежности

Термины и  определения по надежности стандартизованы (ГОСТ 13377-75).

Надежность – это свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность.

В машиностроении изделием называют объект рассмотрения. В зависимости от поставленной задачи  изделием может быть отдельная деталь, кинематическая пара, узел, агрегат, машина в целом или система машин.

Обычно каждое изделие характеризуется рядом  выходных параметров и их допустимое значение оговаривается в нормативной  документации.

Работоспособность – это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Техническая документация предусматривает уровень  внешних воздействий, методы технического обслуживания и ремонта, нормы и допустимые отклонения от установленных параметров.

Надежность  машин обусловливается безотказностью, ремонтопригодностью и долговечностью ее частей.

Безотказность – это свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого периода времени или некоторой наработки.

Основным показателем безотказности изделия является вероятность безотказной работы Р(t) (коэффициент надежности)- вероятность того, что в заданном интервале времени (или в пределах заданной наработки) не возникает отказа изделия. Значение Р(t), как всякой вероятности, может находится в пределах от 0 до 1.

Например, если вероятность безотказной работы машины в течении Т = 1000ч равняется 0,95, то это означает, что из большего количества машин данной модели в  среднем около 5% машин потеряют свою работоспособность раньше, чем через 1000 ч работы.

Допустимое  значение Р(t) выбирается в зависимости от степени опасности отказа.

Ремонтопригодность – это свойство изделия, которое заключается в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путей проведения технического обслуживания и ремонтов. Ремонтопригодность определяет затраты времени на ремонт за период эксплуатации – суммарную продолжительность ремонтов.

Долговечностью машин называется их свойство охранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.