Система технического обслуживания и ремонта

Техническое обслуживание - операция или комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправно­сти изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании. Целью технического обслуживания является увеличение времени работы техни­ческой системы до отказа или перехода в предельное состояние и снижение длительности ее пребывания в неработоспособном состоянии. Планирование технического я обслуживания производится исходя, в том числе, и из экономических критериев.

Стратегия технического обслуживания и ремонта - совокупность принципов, правил и управляющих воздейст­вий, методов организации и производственно-технической базы - определяется видом и структурой технической систе­мы, превалирующим типом отказов (явных или неявных) глубиной восстановления работоспособности системы при обслуживании (от осмотра до замены отказавших элемен­тов) и принятым графиком технического обслуживания. Среди разработанных стратегий технического обслуживания в практике эксплуатации различных техниче­ских объектов наибольшее распространение получили: ка­лендарная, по ресурсу, по наработке, по уровню надежности, по состоянию и комбинированные. «Жесткие» стратегии технического обслуживания (кален­дарная, по ресурсу, по наработке и комбинированные) пре­дусматривают проведение работ через определенные кален­дарные отрезки времени или наработку вне зависимости от технического состояния объекта. Более прогрессивными считаются «гибкие» стратегии (по уровню надежности и по состоянию), при использовании которых объем и периодич­ность выполнения работ по техническому обслуживанию оп­ределяется фактическим состоянием объекта - интенсивно­стью или частотой отказов, значениями его основных харак­теристик (параметров) и т.д.

Соответственно, при использовании календарной страте­гии график технического обслуживания и ремонта может не зависеть от того, произошли ли отказы в предшествующем пе­риоде. В этом случае техническое обслуживание или ремонт назначается в определенные календарные сроки (календарное техническое обслуживание). В противоположном слу­чае после отказа график технического обслуживания и ремонта перестраивается. Для некоторых технических систем обслужи­вание проводится при достижении их параметров определен­ных регламентированных значений (регламентное техниче­ское обслуживание). Наиболее гибкой и достаточно универсальной является планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта, объединяющая жесткое планирование с проведением работ, зависящих от технического состояния оборудования.

Система технического обслуживания и ремонта (ТОиР) - комплекс организационных и технических меро­приятий по обслуживанию и ремонту оборудования. Система ТОиР включает планирование, подготовку, реализацию тех­нического обслуживания и ремонта с заданными последова­тельностью и периодичностью. Для этих целей система ТОиР должна предусматривать нормативы продолжительно­сти межремонтных периодов, ремонтных циклов, ремонтов и технического обслуживания, трудоемкости ремонтов, при­мерное содержание ремонтных работ, указания по организа­ции ремонта и технического обслуживания.

Система ТОиР должна обеспечивать поддержание объек­тов в работоспособном состоянии и предотвращение их отка­зов, оптимальную организацию технического обслуживания и ремонта, увеличение коэффициента технического использова­ния объекта за счет повышения качества технического об­служивания и ремонта и уменьшения простоев, возможность выполнения ремонтных работ в соответствии с графиком ис­пользования объекта по назначению, своевременную подго­товку необходимых запасных частей и материалов.

Система ТОиР сочетает систему технического обслужи­вания и систему планово-предупредительных ремонтов.

Техническое обслуживание предназначено для поддер­жания работоспособности объекта между ремонтами Как правило предусматривается ежесменное и периодическое тех­ническое обслуживание. Ежесменное техническое об­служивание является основным профилактическим меро­приятием, призванным обеспечить надежную работу объекта между ремонтами. Ежесменное техническое обслуживание проводится, как правило, без остановки технологических процессов. Периодическое техническое обслуживание вы­полняется с учетом установленных в нормативно-технической документации значений наработки или через установленные интервалы времени. Основным назначением периодического технического обслуживания является устра­нение дефектов, которые не могут быть обнаружены или устранены в период работы объекта. Для непрерывных тех­нологических процессов периодическое техническое обслу­живание проводится во время планово-периодических оста­новок, для других объектов - в период нахождения в резерве или в нерабочий период.

Ремонт - комплекс мероприятий по восстановлению исправности или работоспособности и ресурса объекта.

В зависимости от вида и значимости объекта и принятой стратегии технического обслуживания система планово-предупредительных ремонтов строится из планово-периодических ремонтов или из ремонтов по техническому состоя­нию. Сущность планово-предупредительного ремонта за­ключается в том, что все виды ремонта планируются и вы­полняются в установленные сроки. Сущность ремонта по техническому состоянию заключается в том, что все виды и сроки ремонта устанавливаются в зависимости от техни­ческого состояния объекта, определяемого при периодиче­ском техническом обслуживании. Классификация видов ремонта по регламентации, степени восстановления ресурса объекта и планирования приведена на рис.11.2.

В зависимости от вида и особенностей повреждений и отказов, износа элементов объекта, а также сложности и трудоемкости ремонтных работ система ТОиР может предусматривать проведение текущего, среднего и капитального ремонта. Текущий ремонт выполняется для обеспечения или восстановления работоспособности объекта и состоит, как правило, в замене или восстановлении его отдельных узлов и деталей. Капитальный ремонт выполняется для восстановления исправности и полного или частичного вос­становления ресурса объекта с заменой или восстановлени­ем любых его частей, включая базовые. При капитальном ремонте производится частичная, а в случае необходимости-

полная разборка объекта.

Система ТОиР предусматривает установление структу­ры ремонтного цикла и межремонтного периода. Ремонтный цикл - это наименьший повторяющийся период эксплуата­ции, в течение которого осуществляются в определенной последовательности установленные виды технического обслуживания и ремонта, предусмотренные системой ТОиР. Межремонтный период - время работы оборудования меж­ду двумя последовательно проводимыми ремонтами. Струк­тура ремонтного цикла отражает чередование предусмот­ренных видов ремонта в определенной последовательности через определенные промежутки времени.

Основные понятия, связанные с надежностью

1. Исправность – состояние изделия, при котором оно в данный момент соответствует всем требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций, так и в отношении второстепенных (дополнительных) параметров, характеризующих удобство эксплуатации, внешний вид и т.д.

2. Неисправность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени не соответствует хотя бы одному из требований, характеризующих нормальное выполнение заданных функций.

3. Работоспособность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям, установленным в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций.

4. Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате изделием его работоспособности.

5. Полный отказ – отказ, до устранения которого использование изделия по назначению становится невозможным.

6. Частичный отказ – отказ, до устранения которого остается возможность частичного использования изделия.

7. Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого интервала времени.

8. Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность (с возможными перерывами для технического обслуживания и ремонта) до разрушения или другого предельного состояния. Предельное состояние может устанавливаться по изменениям параметров, по условиям безопасности и т.д.

9. Ремонтопригодность – свойство изделия, выражающееся в его приспособленности к проведению операций технического обслуживания и ремонта, т.е. к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов.

10. Надежность (в широком смысле) – свойство изделия, обусловленное безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью самого изделия и его частей и обеспечивающее сохранение эксплуатационных показателей изделия в заданных условиях.

11. Восстанавливаемость – свойство изделия восстанавливать начальные значения параметров в результате устранения отказов и неисправностей, а также восстанавливать технический ресурс в результате проведения ремонтов.

12. Сохраняемость – свойство изделия сохранять исправность и надежность в определенных условиях хранения и транспортировки.

Количественные характеристики надежности

1. Показатели, характеризующие безотказность:

• вероятность безотказной работы, P(t);

• частота отказов, a(t);

• интенсивность отказов, λ(t);

• среднее время наработки на отказ, Т_о;

• средний срок службы элемента, Т_ср.

2. Показатели, характеризующие восстанавливаемость:

• вероятность восстановления, V(r);

• частота восстановления, ν(r);

• интенсивность восстановления, М(r);

• среднее время восстановления, Т_в.

3. Обобщенные показатели:

• коэффициент готовности, К_г;

• коэффициент простоя, К_п;

• вероятность нормального функционирования, Р_нф(t).

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в определенных условиях эксплуатации в пределах заданной продолжительности работы t отказ не возникнет. В момент t появился отказ

.

Вероятность появления отказа – величина, обратная вероятности безотказной работы

Вероятность безотказной работы может быть определена статистическими методами. Если в эксплуатации находится N систем (элементов), а через некоторое время t количество отказавших систем (элементов) равно n(t), то можно записать

. (11.1)

Если отказы независимы, и каждый из них приводит к отказу всей сис­темы, то

,

где P_i – вероятность безотказной работы i-гo элемента.

Для практики определенный интерес представляет решение следующих задач: требуется определить вероятность безотказной работы системы в период времени от t₁ до t₂ , т.е. .

Для решения задачи необходимо знать вероятность безотказной работы системы на участках 0–t₁ и 0–t₂.

.

Так как выполнение условия безотказной работы на участке 0–t₂ включает в себя и условие безотказной работы на участке 0–t₁, то

.

Из этого выражения с учетом предыдущего получим

. (11.2)

Вероятность безотказной работы системы на участке времени t₁ – t₂ определяется отношением количества безотказно проработавших элементов в период времени 0–t₂ к количеству безотказно проработавших элементов период времени 0–t₁.

Частота отказов – дифференциальный закон распределения времени безотказной работы. Частота отказов представляет собой скорость «падении» надежности. Статистическое значение частоты отказов равно

, (11.3)

где Δn – число отказавших элементов за время Δt на интервале (t, t+Δt);

N₀ – число систем, поставленных на испытание.

Частота отказов является характеристикой восстанавливаемой аппаратуры.

Интенсивность отказов – отношение количества систем (элементов), отказавших в течение рассматриваемого промежутка времени, к произведению количества систем (элементов), работоспособных к началу этого промежутка времени, на его длительность.

, (11.4)

где n(t) – число отказавших элементов за время испытания;

N₀–n(t) – число элементов, оставшихся исправными к рассматриваемому интервалу времени.

Интенсивность отказов является характеристикой невосстанавливае-мой аппаратуры.

Опыт эксплуатации показывает, что изменение интенсивности отказов во времени происходит по закону, изображенному на рисунке 11.3.

Рис.11.3. Характеристика интенсивности отказов

Зависимость λ = f(t) имеет три явно выраженных участка.

Участок I – период приработки. Характерна повышенная интенсивность отказов за счет отказов слабых элементов со скрытыми дефектами.

Участок II – период нормальной работы. Характерен пониженный уровень и постоянство интенсивности отказов. Для участка II зависимость вероятности безотказной работы от времени определяется экспоненциальным законом

Участок III – период износа и старения. Для этого участка вероятность безотказной работы может быть определена нормальным законом.

Среднее время наработки на отказ определятся как среднее время работы между отказами

, (11.5)

где n – число отказов за время испытаний t;

t_i – время исправной работы от (i–1)-го отказа до i-гo отказа.

При экспоненциальном законе наработка на отказ может быть определена следующим образом

.

При известной зависимости вероятности безотказной работы системы от времени наработка на отказ определяется следующим образом

.

При экспоненциальном законе (рис.11.4)

.

При t=T₀ вероятность безотказной работы P(t) = 0,37, т.е. среднее время безотказной работы равно времени, в течение которого значение P(t) уменьшается до величины 0,37.

Рис.11.4. Экспоненциальный закон вероятности

Вероятность восстановления – вероятность того, что система будет восстановлена за время не больше заданного значения τ.

Среднее время восстановления представляет собой среднее время, затрачиваемое на восстановление системы

,

где t_Вi – время на восстановление отказа.

Если известно среднее время восстановления отдельных подсистем, то среднее время восстановления системы определяется следующим образом

, (11.6)

где Т_Bi – среднее время восстановления i-й подсистемы;

λ_i – интенсивность отказов i-й подсистемы.

При известной вероятности восстановления среднее время восстановления равно

. (11.7)

Коэффициент готовности – вероятность того, что произвольно взятая система будет находится в исправном состоянии в любой момент времени

. (11.8)

Коэффициент простоя .

Вероятность нормального функционирования – обобщенный показатель надежности системы многоразового применения. При этом учитываются: начальное состояние системы, ее безотказность и восстанавливаемость. Это вероятность сложного события, заключающегося в том, что система будет исправной в начале использования и безотказно проработает заданное время t.

.

Методы повышения надежности

1. Конструктивно-производственные.

2. Эксплуатационные.

1.

1. Выбор схемных решений.

2. Выбор элементов и режимов их работы.

3. Выбор конструкционных материалов и самой конструкции.

4. Учет опыта эксплуатации аппаратуры.

5. Разработка мер, обеспечивающих удобство технического обслуживания и эксплуатации.

6. Учет возможностей обслуживающего персонала.

7. Производственное обеспечение надежности (соблюдение технологии, предварительная тренировка элементов и аппаратуры, настройка и налаживание, текущий и выходной контроль).

1. Объективные факторы (влияние внешней среды)

2. Субъективные факторы, связанные с подготовкой обслуживающего персонала, организацией эксплуатации и др.

При соответствующей организации эксплуатации уменьшается влияние обоих факторов, что позволяет увеличить вероятность безотказной работы P(t) и время наработки на отказ.

Наиболее просто реализуются мероприятия второй группы:

- повышение квалификации обслуживающего персонала;

- улучшение организации технического обслуживания;

- прогнозирование постепенных отказов;

- уменьшение времени на отыскание и устранение отказов.

Резервирование и его свойства.

Резервированием называют метод повышения надежности систем путем применения резервных систем и элементов. Присоединение резервных систем к основным должно производится параллельно. При этом вероятность безотказной работы для системы из m параллельно соединенных элементов определяется следующим образом:

.

Если система состоит из k групп однотипных элементов, то

.

Т.о. надежность параллельно соединенных систем (элементов) всегда будет выше надежности одной наиболее надежной системы. Различают два способа резервирования:

- общее;

- раздельное.

При общем резервировании повышение надежности достигается применением резервных систем, т.е. резервируется система в целом (рис.11.5).

Рис.11.5. Общее резервирование системы

. (11.9)

Для одной ветви, состоящей из N элементов, соединенных последовательно

.

Для случая равнонадежных элементов

,

где q – вероятность отказа. (11.10)

Вероятность безотказной работы системы с общим резервированием при бесконечном числе последовательно соединенных элементов в ветви уменьшается до 0 даже в том случае, когда число параллельных ветвей увеличивается до бесконечности.

Раздельное резервирование предусматривает резервирование отдельных участков систем или ее элементов (рис.11.6).

Рис.11.6. Раздельное резервирование

Для отдельной группы из m параллельно включенных элементов

.

Для всей системы с раздельным резервированием

.

При равнонадежных элементах

. (11.11)

Т.о. вероятность безотказной работы приближается к 1 при безграничном увеличении числа резервирующих элементов в группах. Даже если число последовательно соединенных групп т.ж. приближается к бесконечности.

Выводы:

1. При общем резервировании для полного отказа системы достаточно, чтобы в каждой из цепей вышло из строя по одному какому-либо элементу.

2. При раздельном резервировании отказ системы происходит только в том случае, если в каждой группе выйдут из строя все элементы. Раздельное резервирование дает выигрыш в надежности.

Способы включения резерва

1. Постоянное включение.

2. Замещение.

Постоянным резервированием называют такое, при котором резервные системы (элементы) присоединены к основным в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ним режиме. В этом случае ресурс работы резерва начинает расходоваться с момента включения всей системы. Если при этом резервная система находится в рабочем режиме, то такой резерв называют нагруженным. Достоинства постоянного резервирования:

- простота включения;

- мгновенная готовность резерва к работе.

Недостаток заключается в том, что с повышением отказов в резерве изменяются параметры всей системы.

Резервирование замещением предусматривает замещение резервной системой (элементом) основной после ее отказа. Различают два возможных состояния резерва: облегченный и ненагруженный.

Облегченный резерв – это нахождение резервной системы (элемента) в неполном рабочем режиме. Ресурс работы начинает расходоваться с момента включения, но интенсивность его расхода до подключения значительно ниже, чем в обычных условиях работы.

При ненагруженном резерве резервная система (элемент) не находятся в состоянии работы.

Расход ресурса начинается с момента включения.

При резервировании замещением обязательно наличие коммутирующего устройства для подключения резерва. Достоинства метода:

- в большей степени сохраняется ресурс работы резерва;

- не изменяется режим работы при отказе;

- отпадает необходимость в специальных регулировках при отказе;

- появляется возможность использовать одно резервное устройство для резервирования нескольких однотипных.

Недостатки:

- наличие коммутирующего устройства;

- необходимо дополнительное время на переключение резерва и его прогрев (ненагруженный резерв).

Часто аппаратура содержит несколько групп одинаковых блоков. В этом случае, используя резервирование замещением, нет необходимости в таком же количестве резервных блоков. Достаточно иметь один или несколько блоков. Такое резервирование называют скользящим. Это резервирование позволяет при относительно небольших затратах повысить надежность системы.

При резервировании замещением есть возможность восстановления вышедшего из строя резерва, в то время как система работает с другими резервными элементами.