4.3.3. Оценивание остаточного ресурса

Вопрос о замене того или иного узла металлургического оборудования в плановый ремонт может определяться величиной остаточного ресурса соответствующего узла на данный момент времени. Под остаточным ресурсом объекта (после времени τ) понимают его наработку, начиная с момента τ до перехода в предельное состояние при установленных режимах применения и условиях эксплуатации.

Одним из основных показателей остаточной долговечности является средний остаточный ресурс - математическое ожидание остаточного ресурса после времени τ

где - вероятность безотказной работы в момент времени τ.

Точечную оценку остаточного ресурса находят с использованием зависимости

.

Здесь , где - наработка после времени τ; k - число отказавших объектов на интервале [0,τ]; коэффициент

.

Нижняя доверительная граница остаточного ресурса уровня q определяется зависимостью

,

где r и ρ - число объектов на интервале [τ; τ+t] соответственно наблюдаемых и отказавших; t - предположительность наблюдения после времени τ.

Пример 4.9. По наблюдениям за 23 карданными валами (план [NUN]) были получены следующие наработки (сутки): 54; 36; 7; 21; 24; 77; 12; 14; 94; 10; 13; 77; 25; 21; 4; 10; 94; 63; 13; 3; 13; 4; 15. Найти точечную оценку остаточного ресурса после 20 суток.

Решение.

Число отказавших объектов на интервале от 0 до τ = 20

k = 12.

Суммарная наработка 11 валов, не отказавших на интервале [τ; τ+20]

Находим значение коэффициента

Точечная оценка остаточного ресурса равна

суток.

Контрольные вопросы

1. Какова цель и задачи испытания на надежность?

2. Применение биноминальных планов испытаний?

3. Испытания на надежность с измерением наработок?

4. Какие варианты испытаний на надежность?

5. Какие факторы учитываются при испытании металлургических машин?

6. Что такое цензурирование?

7. Оценивание показателей безотказности на основе параметрических методов?

8. Оценивание показателей безотказности на основе непараметрических методов?

9. Оценивание показателей безотказности по измерениям износа?

10. Какие модели используются для оценивания долговечности?

11. Непараметрические модели оценивания долговечности?

12. Оценивание среднего ресурса по величине износа?

13. Способы оценивания остаточного ресурса?

5. Повышение надежности технологического оборудования

1. Пути повышения надежности

Важность проблемы повышения надежности непрерывно возрастает с интенсификацией технологических процессов, повышением производительности оборудования и увеличением воздействующих на него нагрузок. Низкая надежность металлургического оборудования приводит к вынужденным простоям, которые влекут за собой невосполнимые потери в производстве металла и требуют существенных затрат на восстановление его работоспособности.

По подсчетам специалистов на все виды ремонтов технологического оборудования ежегодно расходуется около 25% капитальных вложений. В машиностроении и металлообработке на ремонтных работах занято более 20% всех рабочих, а количество проката черных металлов, расходуемого на ремонт машин и оборудования, составляет более 15% годовой потребности.

Металлургическое оборудование имеет весьма низкие показатели эксплуатационной надежности и долговечности, поэтому для него проблема повышения надежности приобретает особое значение. В ремонтной службе занято около 30% общей численности производственного персонала, а стоимость механического оборудования достигает 40% общей стоимости основных производственных фондов. По разным источникам на техническое обслуживание и ремонт оборудования за время его эксплуатации затрачивается в 5…10 раз больше средств, чем на изготовление нового.

Разработчики оборудования, технологический и эксплуатационный персонал должны уметь правильно выбирать и использовать наиболее эффективные средства повышения надежности в каждом конкретном случае. Оптимальный уровень надежности и срока службы следует назначать с учетом экономической целесообразности принимаемых решений.

Мероприятия, проводимые по обеспечению высокого качества и надежности оборудования, затрагивают все стадии его создания и реализации, включая этапы проектирования, изготовления, испытания, хранения и эксплуатации. Каждый этап жизненного цикла вносит свой вклад в решение задачи создания оборудования требуемого уровня надежности с наименьшими затратами времени и средств.

Основные решения по обеспечению надежности оборудования, принятые на этапах его проектирования и изготовления, сказываются на его эксплуатационных и экономических показателях. Поэтому необходимо выявлять связи между показателями надежности и возможностями их повышения на каждом этапе создания и реализации оборудования.

Особое значение для создания высоконадежных машин и агрегатов имеет этап их расчета и проектирования, когда закладываются их основные технические характеристики. При проектировании оборудования устанавливаются и обосновываются необходимые требования к надежности, что обеспечивается за счет конструкции и применяемых материалов. На этом этапе разрабатываются методы защиты оборудования от вредных воздействий, рассматриваются возможности автоматически восстанавливать утраченную работоспособность, оценивается приспособленность к ремонту и техническому обслуживанию. Для обеспечения оптимальных показателей надежности оборудования конструктор должен на этапе проектирования предусмотреть определенный их уровень, который должен гарантировать работу оборудования в течение заданного периода времени в определенных условиях эксплуатации при минимальных затратах на его изготовление и эксплуатацию.

При изготовлении (производстве) оборудования его надежность зависит от качества изготовления деталей и сборочных единиц и методов их контроля, возможностей управления ходом технологического процесса, качества сборки оборудования в целом и его узлов, методов испытания и доводки и других показателей технологического процесса.

При эксплуатации оборудования реализуется его надежность, при этом она зависит от условий эксплуатации, принятой системы технического обслуживания и ремонта (ТОиР), режимов работы и других факторов.

Уровень надежности машины должен быть таким, чтобы при ее ис­пользовании в оговоренных техническими условиями (ТУ) ситуациях не возникали отказы, т.е. не нарушалась ее работоспособность. Кроме того, желательно, чтобы оборудование имело запас надежности для повышения сопротивляемости экстремальным воздействиям, когда машина попадает в условия, не предусмотренные ТУ. Запас надежности также необходим для обеспечения работоспособности оборудования при его износе, который приводит к постепенному ухудшению технических характеристик машины. Поэтому, чем выше запас надежности, тем дольше при прочих равных условиях, машина будет находиться в работоспособном состоянии.

Современный уровень развития техники позволяет достичь практически любых показателей качества и надежности изделия. Однако сделанные затраты на эти мероприятия могут быть столь высоки, что эффект от повышенной надежности объекта не возместит их, и суммарный результат от проведенных мероприятий будет отрицательным. Таким образом, высоконадежную машину целесообразно создавать не только по требованиям безотказности и престижности, но и с позиции экономической эффективности.

В общем случае, суммарный экономический эффект (прибыль) С_эфф от использования оборудования определяется разницей между доходом С_дох, который обеспечивает применение данного оборудования, и затратами на создание и эксплуатацию оборудования С_зат = С_изг + С_экс (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 - Изменение экономической эффективности С технологического оборудования во времени: С_изг – начальная стоимость; С_экс – эксплуатационные расходы; С_зат – суммарные затраты; С_дох – доходы от применения; С_эфф – положительный эффект от применения; T_ок – срок окупаемости; T_lim – предельный срок, соответствующий нулевой прибыли; T_max – срок эксплуатации, соответствующий максимальной прибыли.

Затраты на создание оборудования С_изг включают все этапы от его проектирования и изготовления до пуска в эксплуатацию. Они отражают начальную стоимость оборудования в зависимости от его конструкции, технологии изготовления, выбранных материалов и др.; их можно рассматривать как условно постоянные в процессе эксплуатации. Затраты на эксплуатацию С_экс связаны с расходами, связанными с поддержанием и восстановлением работоспособности оборудования; они включают затраты на техническое обслуживание и ремонт. Эти затраты, как правило, возрастают с течением времени вследствие старения элементов оборудования и ухудшение её технических характеристик, что приводит к увеличению средств на проведение ТОиР.

Применение оборудование дает положительный экономический эффект (доход) С_дох, который для технологического оборудования обусловлен выпуском продукции, повышения его качества и т.п. Интенсивность роста величины С_дох во времени имеет тенденцию к снижению, так как в процессе работы оборудования увеличивается продолжительность и частота ремонтов и технического обслуживания.

Кривая С_дох два раза пересекает кривую суммарных С_зат; разница между ними показывает, какая прибыль получена в каждый период времени при использовании оборудования по назначению.

Период времени до первой точки пересечения соответствует сроку окупаемости t = T_ок, к этому времени оборудование окупило средства, вложенные при его приобретении. Начиная с этого момента, т.е. при t > T_ок, оборудование дает прибыль С_эфф.

При некотором значении T_max значение прибыли достигает максимального значения (С_эфф)_max, после чего постепенно снижается из-за роста эксплуатационных затрат С_экс.

Вторая точка пересечения t = T_lim кривых С_дох и С_зат соответствует случаю нулевой прибыли С_эфф’ = 0, когда доход от использования оборудования полностью идет на эксплуатационные расходы. При t > T_lim оборудование эксплуатировать экономически нецелесообразно, поскольку затраты на ТОиР превышают экономический эффект от его применения.

Продолжительность экономически целесообразной эксплуатации Т_экс оборудования находится в диапазоне T_max  Т_экс  T_lim.