Показатели надежности

Оборудование может потерять работоспособность в двух случа­ях: когда его узлы перестают функционировать или когда оно в процессе работы не обеспечивает требуемые параметры в задан­ных пределах (технологическую и геометрическую точность, рав­номерность перемещений и т.д.). В связи с этим различают отказы элементов и параметрические отказы.

Отказы элементов являются явными и обнаруживаются обычным наблюдением. Это поломки, пластические деформации и разрушение контактирующих поверхностей, которые сопровождаются остановкой машины. Они легко обнаруживаются в общем потоке от­казов. Различают внезапные и постепенные отказы элементов.

Внезапные отказы возникают как следствие перегрузок, свя­занных с неизбежными случайными колебаниями внешних усло­вий и флуктуациями взаимодействия элементов. Если в случайном стационарном процессе наблюдается колебание нагрузки R(t) око­ло среднего уровня R, возможен момент t₀, когда она достигнет значения, превосходящего допустимый, предельный уровень R_n, и тогда произойдет отказ. Этот процесс носит название схемы мгно­венных повреждений.

Постепенные отказы элементов машины происходят в резуль­тате накапливания износных, или усталостных, повреждений. Вследствие потери начальной прочности происходит поломка или пластическое деформирование детали.

Наиболее типичная для реальных машин схема возникновения отказа — это нарушение характеристик в результате действия не­скольких причин, например нагрузки R(t) стационарного случай­ного процесса при уменьшающемся вследствие износа предельно допустимом уровне нагружения R_n(t).

Надежность — сложное свойство, которое в зависимости от назначения машины и условий ее применения представляет собой сочетание свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригод­ности и сохраняемости.

где T_раб — математическое ожидание суммарного времени работы машины за некоторый период эксплуатации;

— математическое ожидание суммарной продолжительности ремон­тов и обслуживания машины за этот же период эксплуатации.

Коэффициент К_TИ — безразмерная величина (0 < К_ТИ < 1). Он численно определяет вероятность того, что в данный произвольно взятый момент времени машина работает, а не ремонтируется.

Для оценки надежности с учетом непредусмотренных простоев оборудования служит коэффициент готовности К_г, который чис­ленно равен вероятности того, что машина окажется работоспо­собной в произвольный момент времени, кроме планируемых пе­риодов, в течение которых использование машины по назначе­нию не предусматривается:

Показатели технологичности.Эти показатели характеризуют свойства продукции, обуславливающие оптимальное распреде­ление затрат материалов, средств, труда и времени при техно­логической подготовке производства, изготовлении и эксплуата­ции продукции. К числу основных показателей этой группы от­носят показатели трудоемкости, материалоемкости и себесто­имости.

Показатели унификации.Эти показатели характеризуют насы­щенность машины стандартными, унифицированными и ориги­нальными составными частями, а также уровень унификации с другими машинами. К ним относят: коэффициент повторяемости, коэффициент изменяемости и коэффициент унификации.

Патентно-правовые показатели.Группа патентно-правовых по­казателей подразделяется на подгруппы показателей патентной за­щиты и патентной чистоты. Показатели патентной защиты выражают степень защиты машины авторскими свидетельствами в Российской Федерации и патентами в странах предполагаемого экспорта или продажи лицензий на отечественные изобретения.

Показатель патентной чистоты выражает степень во­площения в машине, предназначенной для реализации только внутри страны, технических решений, не попадающих под действие вы­данных в России патентов исключительного права, а для машины, предназначенной для реализации и за рубежом, технических реше­ний, не попадающих также под действие патентов, выданных в стра­нах предполагаемого экспорта. Он позволяет судить о возможности беспрепятственной реализации машин в России и за рубежом.

Экологические показатели.Эти показатели характеризуют уро­вень вредных воздействий на окружающую среду, возникающих при эксплуатации машин. Для обоснования необходимости учета этих показателей проводится анализ процессов эксплуатации машины в целях выявления возможных химических, механических, звуко­вых, биологических и других воздействий на окружающую природ­ную среду. К экологическим показателям относятся: содержание вред­ных примесей или пыли, выбрасываемых в окружающую среду; ве­роятность вредного излучения в окружающую атмосферу и т. д.

При выборе экологических показателей надо исходить из стан­дартов, рекомендаций, правил международных организаций, за­нимающихся вопросами охраны природы, системой государствен­ных стандартов в области охраны природы и др.

Показатели безопасности.Эти показатели характеризуют особен­ности машины, обуславливающие при ее эксплуатации или потреб­лении безопасность обслуживающего персонала. Помимо этого по­казатели безопасности должны отражать требования, обуславлива­ющие меры и средства защиты человека в условиях аварийной ситу­ации, не санкционированной и не предусмотренной правилами эксплуатации, в зоне возможной опасности. Примерами показате­лей безопасности могут служить: вероятность безопасной работы человека в течение определенного времени; время срабатывания защитных устройств; сопротивление изоляции токоведущих частей, с которыми возможно соприкосновение человека; наличие блоки­рующих устройств или аварийной сигнализации и т.д.

При выборе показателей безопасности необходимо руководство­ваться системой государственных стандартов по безопасности труда; правилами и нормами по технике безопасности, пожарной безопас­ности, производственной санитарии; стандартами, рекомендациями, правилами СЭВ, ИСО и др.

Экономические показатели.Эти показатели представляют собой особую группу показателей, характеризующих затраты на разра­ботку, изготовление и эксплуатацию машины.

Себестоимость изготовления продукции.Этот показатель использу­ется для оценки эффективности внедрения нового оборудования. Когда при применении новой машины меняется стоимость материалов, составляют расчет общей стоимости изделия, т.е. суммируют затраты по следующим элементам: материал основной и вспомогательный,

заработная плата с начислениями, электроэнергия и сжатый воздух, эксплуатация режущего инструмента и приспособлений и т.д.

Если общезаводские затраты до и после внедрения машины не меняются, то достаточно рассчитать цеховую себестоимость изде­лия. Когда применение новой машины не влияет на стоимость ма­териалов, можно ограничиться сопоставлением себестоимости ее обработки. Себестоимость обработки (С₀) может быть определена через ее трудоемкость q и стоимость единицы трудоемкости С в которую включены все виды эксплуатационных затрат:

Эффективность окупаемости капитальных затрат.Этот показа­тель определяется временем t, лет, по истечении которого допол­нительные капитальные затраты К_доп на новую машину окупаются уменьшением эксплуатационных расходов С_э на каждое изделие:

где С_э — разница себестоимости С₂ нового и С[ старого изделия, С_э = С, — С₂; /д — годовой действительный фонд времени работы машины, ч; — часовая фактическая производительность машины.

Этот показатель не должен превышать 3... 4 лет с момента нача­ла эксплуатации нового оборудования.

При выборе новой машины часто приходится сравнивать эконо­мическую эффективность нескольких вариантов машин. В этих слу­чаях удобно пользоваться формулами, по которым лучший вариант будет определяться наименьшей суммой приведенных затрат:

где К_i — капитальные вложения по каждому варианту; Т₀ — отрас­левой нормативный срок окупаемости; С_i — себестоимость про­дукции за год по тому же варианту; Е — коэффициент сравнитель­ной эффективности, безразмерная величина, обратная числу лет окупаемости капитальных вложений.