13.2. Методы оценки надежности и качества па

Надежность ПМ, их механизмов и систем тесно связана с их качеством. В теории надежности машины, механизмы и их элементы называют изделиями.

Понятие качества включает соответствие изделий условиям их эксплуатации, приспособленность их к эффективному использованию, к возможностям человека. Перечисленные требования – необходимые условия создания качественных изделий. Однако они недостаточны. Низкая надежность изделий в эксплуатации обесценивает их, какими бы другими высокими показателями они не обладали. Поэтому надежность – важнейшая составная качества.

Надежность изделий оценивается на всех этапах их создания и применения. Ошибки проектирования, недостатки изготовления и упущения в эксплуатации сказываются на их надежности. Поэтому появление теории надежности - это следствие проблемы: как сохранить основные параметры технических характеристик изделий в допустимых пределах на протяжении заданного срока службы.

Существует два основных подхода к оценке надежности изделий: функциональный и вероятностно-статистический.

При первом подходе о надежности машины служат по одному или нескольким параметрам или показателям, определяющим его техническое состояние. Выход параметра (показателя) за допустимые пределы означает недопустимое падение надежности. Этот подход позволяет давать заключение о надежности конкретного образца изделия, используя безразборную диагностику машин.

При вероятностно-статистическом подходе оценивается надежность не конкретного образца, а данной модели (марки) изделия.

Надежность и ее оценка. Надежность – это свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. При этом должны соблюдаться два условия. Во-первых, изделие должно использоваться только в заданных условиях и режимах работы. Во-вторых, изделие должно обслуживаться в полном объеме и с рекомендованной периодичностью.

Надежность – сложное свойство, слагающееся из более простых: безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости.

Безотказность. Изделие, выполняющее свои функции с установленными параметрами, работоспособно. Нарушение работоспособности называют отказом.

Причинами отказов являются случайные или закономерные изменения в изделиях. Например, повреждение пожарного напорного рукава на пожаре подающим элементом конструкции – явление случайное. При этом рукав станет неработоспособным, наступит внезапный отказ. Такие отказы в оценке надежности не учитываются.

Все отказы, появляющиеся вследствие закономерных изменений называются постепенными. Они и приводят к постепенному изменению технического состояния изделия. Отказы могут проявляться и внезапно (рис.13.12). Так, непрерывное изнашивание деталей уплотнения вала пожарного насоса приведет к тому, что невозможно будет забрать воду из постороннего источника.

Причинами отказов могут быть недостатки конструкций изделий, дефекты производства. Отказы могут появляться вследствие несоблюдения режимов использования изделий. На АЦ около 60…70% отказов приходится на специальные агрегаты (вакуумные системы, насосные установки).

Свойство изделий сохранять работоспособность называют безотказностью.

Безотказность ремонтируемых изделий оценивается наработкой на отказ Т_о

, (13.4)

где: t_i – наработка i-го изделия (объекта) до отказа (в км или часах работы); N – число испытываемых объектов; r – число отказов за время испытаний.

В случае неремонтируемых изделий оценивается вероятность безотказной их работы.

, (13.5)

где: N(t) – число изделий, оставшихся работоспособными ко времени t.

На практике возможна оценка вероятности безотказной работы и ремонтируемых изделий, при условии, что они не восстанавливаются. Примеры оценки таких изделий показаны на рис.13.13. На основании такой оценки возможно определять количество изделий, которые могут потребовать ремонта после определенного пробега, например, пожарного автомобиля.

В настоящее время промышленности предъявляются жесткие требования по безотказности изделий. Так, в Нормах пожарной безопасности установлены гамма-процентная ( = 80%) наработка пожарного насоса и его привода до отказа должна быть, не менее, для насоса типа ПН-40УВ – 150 часов, а для насосов НЦП – 200 часов. Гамма-процентный ( = 80%) ресурс специальных агрегатов до первого капитального ремонта ПА должно быть не менее 1500 часов.

Кроме безотказности, оценивается ремонтопригодность, сохраняемость и долговечность.

Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов путем проведения ремонтов или технического обслуживания. Оценивается она средним временем восстановления работоспособности изделия

, (13.6)

где: m – количество восстанавливаемых изделий; _i – продолжительность восстановления.

Сохраняемость. Свойство изделия сохранять работоспособное состояние в течение и после хранения. Оценивается по Т₀ и Т_в.

Долговечность. Это свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и Р. Для ее оценки устанавливается срок службы в годах и  % ресурс до капитального ремонта. Например, при  + 80 не менее 90% всех изделий должны быть работоспособными до капитального ремонта.

Комплексные показатели надежности. Сопоставляя Т₀ и Т_в, трудно однозначно оценивать надежность, поэтому введены комплексные показатели:

- коэффициент готовности ,

• коэффициент технического использования

, (13.7)

где: t_сум – суммарная наработка всех объектов; t_рем = суммарное время простоев в ремонте; t_обс – суммарное время обслуживания; К_ог – коэффициент оперативной готовности

К_ог = К_г· Р(t). (13.8)

Ставится требование, чтобы в течение средней продолжительности тушения пожара, принятой 2 часам, не было отказов. Это оценивается коэффициентом оперативной готовности

К_ог = К_г · Р(t) ≥ 0,96 , (13.9)

т.е. не менее 96% всех ПА при тушении пожаров не должны иметь отказов.

Управление надежностью. Надежность объектов закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и поддерживается в эксплуатации (рис.13.14).

При проектировании пожарной техники обеспечение требуемого уровня надежности обеспечивается: рациональной схемой устройств или механизмов, использованием стандартных деталей. Кроме того, предусматривается ограничение режимов использования, введение в конструкцию ограничительных устройств и т.д.

В обсуждении эскизных и рабочих проектов принимают участие специалисты ПО. Они проверяют выполнение требований технических условий в проектах.

В производстве ПА контроль осуществляет военная приемка из представителей ГУ ГПС. Под их руководством производятся заводские испытания выпускаемых машин.

Приемосдаточным, периодическим испытаниям и испытаниям установочной серии подвергается продукция, выпускаемая серийно.

Оценка надежности и ее поддержание осуществляется в эксплуатации. На основании обобщения надежности, проводимой исследователями разрабатывается комплекс мероприятий, перечисленных в правой части рис.13.14. Разработка этих мероприятий – основа управления надежностью.

Оценка качества изделий. Качество продукции – это совокупность свойств, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.

Для оценки качества ПТ приняты три уровня: нулевой, первый и второй. Поэтому оцениваются комплексные показатели, групповые  и единичные.

Единичные показатели оценивают следующим образом

или , (13.10)

где: i – число принятых к оценке показателей; F_i и F_i - значения оцениваемого (i) и базового (i) показателя.

Для всех показателей q_i устанавливают (экспертным путем) их значимость (весомость m_i , см. табл.13.2). При этом сумма всех ∑m_i = 1.

Если часть q_i > 1, а часть q_i < 1, то используют другие показатели.

Главный показатель качества отражает основное назначение изделия. Для автоцистерн это может быть их вместимость, для двигателей внутреннего сгорания – мощность и т.д.

Интегральный показатель качества применяется при установлении суммарного полезного эффекта от эксплуатации изделия и затрат на его изготовление. Его определяют по формуле

, (13.11)

где: П_∑ - суммарный полезный годовой эффект, руб/м³; З_с – суммарные капитальные затраты на изготовлении продукции, руб.; З_э – суммарные годовые эксплуатационные затраты, руб.; φ(f) – поправочный коэффциент (табл.13.2).

Таблица 13.2

Таблица 13.3

Средневзвешенный арифметический показатель качества. Для пожарных автомобилей принято семь «К» обобщенных групповых показателей с коэффициентами весомости М_j: назначения, надежности, эргономические, эстетические, технологичности, унификации и стандартизации и патентно-правовые. Показатели весомости определяются экспертами, они должны удовлетворять условию  _j = 1, а также ∑m_i = M_j, где l – число показателей в каждой группе j (см.табл.13.2).

Для оценки качества выбирается лучший образец в качестве базового. Для всех j показателей определяют относительные показатели

или ,

где: j = 1…7 – число принятых в оценке показателей; F_j – значение j-го показателя оцениваемого изделия; F_j - значение j-го базового показателя.

Комплексный показатель качества определяют

Р = ∑ M_j Q_j , (13.12)

где: К – число групповых показателей в рассматриваемом случае К = 7.

Оценку качества производят для обоснования требований к новой пожарной технике.