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. Многомерность ХТС как по числу составляющих элементов, так и по числу переменных и параметров, характеризующих функционирование системы.

2.Сложность поведения ХТС в процессе эксплуатации, обусловленная взаимовлияниемэлементов ХТС.

3. Как правило, функционирует сравнительно мало однотипныхХТС, 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 критериями надежности ХТС является долговечность и ремонтопригодность, а не безотказность.

6. Элементы ХТС относятся в основном квосстанавливаемым.

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 времени Dt вероятность возникновения отказа элемента определяется только величиной Dt, 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 независимых потоков 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, чтовсе 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 из элементов. Однако, важнейшее свойство системы (взаимодействие элементов) отметается выбором поля элементарных, случайных событий (отказы элементов взаимно-независимые в вероятностном смысле). Следовательно, ХТС - не система.

С одной стороны интенсивность отказов l_i элементов 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 состоит всего из 10 элементов, 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,отказ ХТС 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 влияние на специалистов в области надежности систем. Однако, практическая инженерная потребность в инструменте различения “плохих” ХТС от “хороших” на “бумажной” стадии разработки, осознанная в нашем 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 нам было 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, ибоработоспособность 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 времени процессов 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^-2 масштаба 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 показателя надежности в [23] выбран комплексный показатель - коэффициент технического использования и параметр потока отказов. Оказалось, что коэффициент 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, чтов макросистеме(по нашей концепции), в которой функционирует ХТС, царит такой хаос и беспорядок, что эта макросистема 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 не является 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 найти количественной информации, 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 одному из 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 исключается взаимодействие “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 надежности производства.

В главе 8 рассказывается о приеме реализации мечты надежников - как из ненадежных элементов создать надежную систему. Суть приема проста - резервирование различного вида в сочетании с оптимизацией финансовых затрат 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 еще поработать 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 характеристики t и 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”.