Нормирование показателей надежности

Эффективность эксплуатации СЭО и ЭСЛ в значительной степени зависит от их надежности. Особое значение вопросы на­дежности приобретают для СЭО и ЭСА, работа которых связа­на с обеспечением бесперебойного электроснабжения судна и безопасности плавания. В связи с этим важной практической за­дачей теория надежности является определение номенклатуры и целесообразных значений показателей надежности СЭО и ЭСА.

Номенклатура показателей.В номенклатуру количественных показателей надежности включаются показатели, которые наи­более полно характеризуют надежность СЭО и ЭСА, поддаются инженерному расчету в процессе проектирования и достаточно просто определяются в процессе испытаний и эксплуатации.

Номенклатура нормируемых показателей надежности выби­рается в зависимости от класса объекта, временного режима эксплуатации, группы надежности и принципа ограничения дли­тельности использования (табл. 3.3).

Объект должен быть отнесен к одному из трех классов:

1-й класс - невосстанавливаемые элементы общего назначе­ния (конденсатор, диод, подшипник и т. п.), входящие в состав сложных устройств; 2-й класс — невосстанавливаемые элементы специального назначения (измерительный прибор, коммутаци­онный аппарат и т. п.); 3-й класс - восстанавливаемые элемен­ты (электрогенератор, электродвигатель и т. п.).

Для объекта должен быть выбран характерный временной режим эксплуатации, определяемый чередованием переходов ожидания и действия: непрерывный (Н), цикличный (Ц), опе­ративный (ОП) и общий (ОБ).

В зависимости от последствий отказа объект должен быть отнесен к одной из трех групп надежности:

К первой группе надежности относятся объекты, последст­виями отказов которых могут быть гибель судна; потеря управ­ления или защиты главных механизмов и механизмов, связан­ных с ходом, маневренностью и безопасностью плавания судна; потеря АПС параметров, характеризующих безопасность плава­ния судна и защиту основного оборудования; потеря энергии приемников, обеспечивающих выполнение перечисленных выше основных функций; нарушение работоспособности основного и дорогостоящего оборудования, требующее заводского ре­монта.

Ко второй группе надежности относятся объекты, последст­виями отказов которых могут быть частичная потеря основных функций, приводящая к ухудшению основных характеристик (снижение скорости, точности и т. д.);отказ основного и доро­гостоящего оборудования, устранимый в условиях плавания; уменьшение степени автоматизации и большая загрузка обслу­живающего персонала; потеря качества управления; непроизво­дительные простои судна, оборудования или ЗСА, приводящие к материальным потерям.

К третьей группе надежности относятся объекты, последст­виями отказов которых могут быть не связанные с материаль­ными потерями простои СТС или средств автоматизации обус­ловленные необходимостью устранения неисправностей СЭО и ЭСА; исключение удобств по обслуживанию аппаратуры или судна.

При затруднении в оценке последствий отказа объект следу­ет относить ко второй группе надежности.

Ограничение длительности использования объекта может быть назначенным - объект выводится из рабо­ты в заранее оговоренные сроки или при достижении оговорен­ной наработки;

вынужденным - объект выводится из работы из-за отказа или при достижении предельного состояния.

Пример. Определить номенклатуру показателей надежности для трансформатора СЭС, класс-3, группа надежности - 1, режим эксплуатации - непрерывный, ограничение длительности использования - вынужденное.

По табл. 3.3 устанавливаем следующий перечень показателей: средняя наработка на отказ Т₀, средняя наработка до отказа Т_ср, средний ресурс Тр.ср, среднее время восстановления Т_в.ср, средние трудозатраты на техни­ческое обслуживание Т_то.ср и коэффициент технического использования К_ти.

Для систем управления судовыми техническими средствами(СУ СТС) номенклатура нормируемых и контролируемых в про­цессе эксплуатации показателей надежности приведена в табл. 3.4.

Количественные значения показателей. Значения показате­лей следует выбирать с учетом затрат на создание и эксплуата­цию СЭО и ЭСА, а также необходимости обеспечения беспере­бойного электроснабжения судна и безопасности мореплавания.

Повышение надежности СЭО и ЭСА, как правило, связано с увеличением экономических затрат на создание СЭО и ЭСА и сокращением материальных затрат и времени в процессе экс­плуатации на ТО и ремонт. Таким образом, возникает понятие оптимального уровня надежности, соответствующего минималь­ным суммарным затратам на создание и эксплуатацию.

Таблица 3.3. Нормируемые показатели надежности

Класс объекта	Группа надежности	Режим эксплуатации
Н	Ц	ОП	ОБ
назначенное	вынужденное	назначенное	вынужденное	назначенное	вынужденное	назначенное	вынужденное
	I,II, III	или
	I,II		р.ср.	P(t)или (и) или	р.ср. или Тсл.ср.	P(t)	Тсл.ср.	,	р.ср, Тсл.ср.
III	-		-	-
	I	, в.ср ТО.ср	ср, о р.ср в.ср ТО.ср	P(t)или (и) или или Pв(t), в.ср ТО.ср	ср р.ср. или Тсл.ср. Pв(t), в.ср ТО.ср	P(t) в.ср, ТО.ср	Тсл.ср. в.ср ТО.ср	в.ср ТО.ср	ср о р.ср Тсл.ср. в.ср ТО.ср
II	, ТО.ср	ср, то р.ср ТО.ср	или ТО.ср	ср р.ср. или Тсл.ср. ТО.ср	P(t) ТО.ср	Тсл.ср. ТО.ср	ТО.ср	ср о р.ср Тсл.ср. ТО.ср
III	-	ср, р.ср	-	ср р.ср. или Тсл.ср.	-	Тсл.ср	-	ср о р.ср Тсл.ср.
I,II, III	КТИ	КОГ	КГ

Таблица 3.4.

Номенклатура нормируемых показателей надежности СУ СТС

Назначение	Характер	Показатель	Область применения
Характеризует влияние надежности на выполнение возложенных СУ СТС функций.   надежность как самостоятельное свойство СУ СТС, независимо от характера ее использования   надежность по величине затрат на ТО и ремонт	Единичный Комплексный   Единичный   Комплексный	тыс.ч-средний ресурс до заводского ремонта ,количество лет средний срок службы до списания ,количество лет ,чел.ч.-средняя суммарная трудоемкость ТО СУ СТС за период эксплуатации, равный одному году	Показатели нормируются в ТЗ, устанавливаются в ТУ и контролируются на уровне отдельных ФСО (функционально-самостоятельных операций).   Показатель устанавливается в ТУ на уровне отдельных ФСО СУ СТС и приводится в расчете надежности на уровне отдельных элеметов(устройств)   Показатель устанавливается в ТУ на уровне отдельных ФСО СУ СТС и приводится в расчете надежности на уровне отдельных элементов(устройств) автоматизации и СУ СТС в целом   Показатели нормируются в ТЗ, устанавливаются в ТУ и контролируются на уровне СУ СТС в целом     Показатель устанавливается в ТУ и контролируется на уровне СУ СТС в целом

нормируется за период ,равный наработке аппаратуры за год эксплуатации; наработка включает периоды работы и ожидания.

Общая стоимость, непосредственно связанная с на­дежностью СЭО и ЭСА, может быть представлена в виде суммы двух составляющих;

(3.48)

где С_с- составляющая стоимости при создании СЭО и ЭСА, необходимая для повышения надежности; С_э - составляющая стоимости эксплуатации, зависящая от надежности СЭО и ЭСА.

Общая стоимость С должна иметь минимум, которому соответствуют оптимальные значения показателей надежности.

Составляющая стоимости эксплуатации СЭО и ЭСА, пред­ставляющих в основном восстанавливаемые объекты многократ­ного действия, может быть принята равной стоимости устране­ния всех отказов в течение срока службы (ресурса)

(3.49)

где С₁ — средняя стоимость устранения одного отказа.

Ожидаемое количество отказов при экспоненциальном рас­пределении

составит

(3.50)

где — суммарная наработка объекта (ресурс) за вре­мя, соответствующее числу отказов п.

С учетом (3.50) выражение (3.49) запишем в виде

(3.51)

Из (3.51) видно, что стоимость эксплуатации при неизменной вероятности безотказной работы Р(t) возрастает пропорцио­нально средней стоимости устранения одного отказа и величине ресурса; с увеличением Р(t) стоимость эксплуатации резко уменьшается особенно при высоких значениях С₁ и Т_p.

Составляющую стоимости создания СЭО и ЭСА можно оце­нить, приняв уровень надежности существующего оборудования (системы) в виде интенсивности отказов . Тогда можно записать

(3.52)

где Со - стоимость дополнительных затрат по обеспечению на­дежности аналогичного оборудования (системы); - интенсив­ность отказов создаваемого оборудования; — коэффициент, за­висящий от уровня разработки и производства, по опытным дан­ным

Если представить в виде , то (3.52) будет иметь вид

, (3.53)

откуда следует, что С_с растет с ростом и .

Рис. 3.8. Зависимость стоимости, выраженной в условных единицах от вероятности

безотказной работы

Общая стоимость затрат на повышение надежности находится с учетом (3.51) и (3.53)

Функция имеет яв­но выраженный минимум, со­ответствующий оптимальному значению с точки зре­ния затрат на повышение надежности (рис. 3.8).

Взяв производную от Со по аргументу Р(t) и приравняв ее нулю, можно получить выра­жение для расчета Р_опт (t). В частности, при = 1

(3.55)

откуда можно получить формулу для оптимальной наработки па отказ

(3.56)

и оптимального ресурса

(3.57)

Установленные нормы показателей надежности для СЭО и ЭСА приводятся в соответствующих нормативных доку­ментах и Правилах Регистра, в ряде случаев такие нормы еще находятся в стадии разработки. Например, нижние значения по­казателей надежности судовой аппаратуры при нормировании задаются в соответствии с табл. 3.5. Более высокие значения принимаются по согласованию с основным потребителем, заказ- чиком и разработчиком.

При нормировании показателей долговечности значения ве­роятности обеспечения ресурса до капитального ремонта или до списания рекомендуется принимать следующими: для ответст­венного электрооборудования и базовых элементов (первая группа по долговечности) = 0,95...0,99; для невосстанавливаемых и отсутствующих в одиночном комплекте запасных ча­стей (вторая группа по долговечности) = 0,90...0,95; для восстанавливаемых элементов и имеющихся в одиночном комплек­те запасных частей (третья группа по долговечности) =0,85...0,90;для элементов, работоспособность которых связа­на с безопасностью людей, принимаются максимально возмож­ные значения >0,99.

Таблица 3.5.

Значения нормируемых показателей надежности судовой аппаратуры

Показатель	Группа надежности	Род аппаратуры	Условия хранения	Числовое значение
Kг, Ко.г, P(tH) Tр.з, Т сл.ср     Тв.ср	Не регламентируется	Не регламентируется То же ‘’ ‘’ Электрическая, электронная, электромеханическая аппаратура в кассетном и блочном исполнении Электрическая, электронная, электромеханическая аппаратура с навесным монтажом Электрогидравлическая, лектропневматическая	Не регламентируется	25 тыс.ч 20 лет     ч     ч ч
Тсохр.ср	То же	Не регламентируется	Неотапливаемые хранилища Отапливаемые хранилища с кондиционированием воздуха при условии переконсервации через 5 лет	3 года     10 лет

В заключение следует отметить, что требования к надеж­ности СЭО и ЭСА будут непрерывно повышаться по мере соз­дания новых элементов и развития методов обеспечения надеж­ности электрических систем.