Прогнозирование изменения технического состояния объектов диагностирования

Во многих отраслях научной и производственной деятельности для принципиального понимания степени «полезности» функционирования сложных систем используется теория надежности. Основной задачей при эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения (ВиВ) является обеспечение надежности и бесперебойной работы сооружений с заданным технологическим режимом их работы. Для обеспечения надежной и бесперебойной работы систем водоснабжения, водоотведения необходима чёткая координация служб эксплуатации, средств и методов диагностирования.

В качестве объекта диагностирования могут выступать, как отдельные элементы, так и сложные механические системы. В этом случае необходимо диагностировать как систему в целом, так и по составляющим её элементам. Систему условно разбивают на группы элементов с таким расчётом, чтобы количество отказов внутри группы было минимальным.

Например, для системы водоснабжения такими группами являются:

· водоприёмные сооружения подземных вод;

· водоприёмные сооружения на поверхностных источниках;

· трубопроводы;

· запорно-регулирующая арматура;

· насосное оборудование;

· электрооборудование, автоматика;

· водонапорные башни и резервуары;

· очистные сооружения;

· здания и вспомогательные сооружения.

Для принятия окончательного решения о замене (или ремонте) желательно знать действительное состояние объекта, что можно обеспечить только путём его контроля. В настоящее время достоверность оценки по результатам контроля очень и очень низка. Для прогнозирования вероятности отказов и остаточного времени работы оборудования не хватает накопленных статистических наблюдений за объектами систем ВиВ. Поэтому, в настоящее время необходимо продолжить наблюдения за эксплуатацией систем и объектов ВиВ, накапливать статистические данные об отказах и времени восстановления составляющих их элементов, а также необходимы данные о причинах отказов. Это позволит в дальнейшем разобраться в механизме формирования их надежной работы, выявить основные факторы, влияющие на устойчивость и стабильность их функционирования, сформулировать и вычислить показатели надежности и пути их повышения.

Таким образом, решение задач технической диагностики тесно связано с прогнозированием надёжной работы на ближайший период эксплуатации (до следующего технического осмотра). Решение этой задачи обычно основывается на моделях отказов.

Задачи прогнозирования

Термин прогноз происходит от греческого слова prognosis, что означает предвидение, предсказание о развитии чего-либо, основанное на определённых данных. Точность прогноза зависит от того, какой закон используется и насколько правильно и точно он осознан.

Прогнозирование – составление прогноза развития, становления, распространения чего-либо, например, науки, надёжности на основании тщательно отобранных данных. Прогнозирование возможно, если в случайном процессе, характеризующем изменение параметра, можно выделить тренд (trend – тенденция), т.е. сделать предположение о существовании закономерностей, определяющих износ и старение.

При решении задач прогнозирования находят применение два понятия:

Интерполяция (лат. interpolation – изменение), означает определение промежуточных значений функции по известным её значениям.

Экстраполяция (лат. extra + polire – сверх + гладкий), характеризует определение значений функции за пределами интервала, где известны её значения.

В диагностике прогнозируют изменение технического состояния объекта диагностирования (ОД) на основе данных об изменениях, происходящих в объекте с течением времени под влиянием внешних воздействий и внутренних физико-химических превращений.

Прогнозирование вполне осуществимо при наличии постепенных отказов. К постепенным отказам можно отнести снижение давления в напорных трубопроводах, загрязнение фильтров, увеличе6ние потребления энергии двигателями и др. Прогнозировать постепенные отказы – значит определять через какой промежуток времени контролируемый параметр выйдет за допустимые пределы. Прогнозировать внезапные отказа сложнее, но при наличии статистического материала о закономерностях их возникновения можно ориентировочно определить время наступления отказа и принять меры для его устранения.

Различают три вида математического прогнозирования:

1. аналитическое, основанное на степенных рядах и уравнениях регрессии;

2. вероятностное, основанное на теории вероятности;

3. статистическая классификация, основанная на теории распознавания образов.

Так как в настоящее время объекты и системы ВиВ не имеют накопленных в достаточном количестве данных об отказах и времени их восстановления. В условиях ограниченной информации рекомендуется использовать статистический метод прогнозирования надёжности, который наиболее полно описывает эксплуатационное состояние [2].

Решение задачи прогнозирования для конкретного объекта позволит:

· выявить элементы объекта, работоспособность которых изменится в ближайший интервал времени;

· определить сроки проведения профилактических и ремонтных работ;

· обоснованно решать вопросы замены запасных частей на весь период использования объекта.

Прогнозировать состояние систем ВиВ можно не только по статистическим данным, но и по КИП (контрольно-измерительным приборам) и на основании показаний приборов делать выводы о техническом состоянии объекта.

1.2. Основные термины и понятия теории надёжности

Надёжность как наука, возникла в середине прошлого века из потребности разобраться в отказах радиотехнического оборудования, элементы которого характеризует статическая устойчивость однородных событий. Ниже приведены основные термины и понятия теории надёжности [1], [2]:

Надёжность – комплексное свойство, состоящее в общем случае из безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Например, для неремонтируемых объектов основным свойством может являться безотказность. Для ремонтируемых объектов одним из важнейших свойств, составляющих понятие надежности, может быть ремонтопригодность.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Для невосстанавливаемых объектов понятие безотказности и долговечности совпадают.

Безотказность и долговечность являются основными параметрами надежности, в определенной мере управляемыми при эксплуатации инженерных систем.

Например, применительно к трубопроводам подземной прокладки эти два понятия можно трактовать следующим образом [3]:

– безотказность – свойство трубопроводов непрерывно обеспечивать пропуск воды с расчетными параметрами (давление, расход, качество и т. д.) и сохранять герметичность в течение заданного промежутка времени;

– долговечность – свойство трубопроводов выполнять свои функции с возможными отключениями для осуществления ремонтов до наступления предельного состояния.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения, или транспортирования.

Надежность объектов оценивается временными понятиями, такими как наработка, наработка до отказа, наработка между отказами, время восстановления, и т.д.

Наработка – продолжительность или объем работы объекта. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т. п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков и т. п.)

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.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Контрольная работа по дисциплине: «Обследование, диагностика реконструкция систем ВВ» состоит из 10 прикладных задач по следующим темам: обработка статистики отказов, определение показателей надёжности оборудования систем ВиВ, показатели ремонтопригодности и комплексные показатели надёжности. Задачи содержат методические указания необходимые для их решения. Исходные данные к задачам 3 – 10 приведены непосредственно в тексте задачи. Номер варианта соответствует последней цифре номера зачётной книжки.