CC BY
13
УДК 338.45:66
ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Т. А. Афанасьева
Ивановский государственный химико-технологический университет
Для обеспечения надежности химико-технологических производств необходим системный подход к этой проблеме, т.е. надо четко знать основы надежности, характеризующие ее показатели, а также применение комплексной системы управления и обеспечения надежности производства (КСУОНП).
Новая экономическая стратегия ускорения развития страны обусловлена переходом к рыночным отношениям, особенности которого состоят в усложнении процесса совершенствования техники и технологии, в комплексном характере изменения взаимоотношений техники и людей, в реорганизации системы управления. Интенсивный тип экономики связан не только с всемерным развитием средств труда, но и с улучшением использования действующих основных
фондов. Таким образом, экономический рост страны обеспечивается двумя группами факторов: 1-я группа - повышение качества продукции, надежности, технологического уровня производства, доведение его до уровня лучших мировых аналогов; 2-я группа - совершенствование организации труда и производства, повышение степени использования
имеющегося оборудования, рост культуры и порядка, улучшение организации системы управления.
Для функционирования организации производства следует обеспечить соблюдение следующих принципов: целевая специализация, наличие программы (плана) функционирования, обеспечение целостности системы [1].
Надежность объекта может быть обеспечена также путем резервирования. Виды резервирования рассматриваются, например, в справочнике [2] под редакцией И.А.Ушакова, способы резервирования рекомендуются в соответствующих тем или иным объектам специализированных источниках. Довольно основа-
тельно излагается точка зрения на этот вопрос Зубовой А.Ф. [3], где указывается, что вопросы резервирования следует решать не только при эксплуатации техники, но и при ее создании и конструировании. Резерв - это не только понятие «запас» чего-либо, но и средство повышения и обеспечения надежности, эффективный результат действия которого должен предусматриваться изначально в процессе прогнозирования и планирования химикотехнологической системы (ХТС).
При решении задач резервирования необходимо более экономично, с наименьшими затратами обеспечить заданные показатели надежности. Обычно в задачах оптимального резервирования предполагается, что стоимость резерва в целом определяется:
т
С(хт ) =£ С (X ) >
I=1
где X....хи - составляющие (элементы, участки) химико-технологической системы в количестве от I до т. Стоимость резервного элемента с (xi) = С X [2]. Оптимальное резервирование определяет задачи и организацию системы обеспечения технических объектов запасными элементами, а также является составной частью ремонтных служб предприятий. А.Ф.Зубова [3] проводит технико-экономическое обоснование целесообразности резервирования для повышения и обеспечения надежности машин и аппаратов химических производств.
Считаем, что обеспечение и оптимизация надежности производства могут
быть реализованы с помощью комплексной системы управления и обеспечения надежности производства. Влияние уровня организации на эффективность работы производства требуют тщательного изучения, исследования и установления зависимости этого уровня от наиболее значимых факторов, одним из которых является надежность производства. Чтобы комплексная система управления и обеспечения надежности производства (КСУОНП) являлась действительно эффективным средством повышения уровня организации производства, необходимо, чтобы на каждом из элементов системы была обеспечена высокая надежность, т.к. надежность всей химико-технологической системы (например, надежности производства КН3, ронгалита, фосфора и других) будет являться статистической суммой надежности ее подсистем.
Показатели надежности могут быть вероятностными и статистическими. Вероятностные показатели необходимы в аналитических расчетах, статистические показатели - при испытаниях, экспериментальных исследованиях или эксплуатации объекта до его отказа.
Один и тот же объект в зависимости от особенностей и этапов эксплуатации может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым. Если восстановление работоспособности объекта в случае его отказа по каким-либо причинам признается неосуществимым или нецелесообразным, то такой объект для данной ситуации является невосстанавливаемым.
1. Вероятность безотказной работы объекта в интервале времени от 0 до 10:
а) вероятностное определение
Р(1,) = Р(0,Г,) = Р{| > Г,} = 1 -^((0);
б) статистическое определение
Л
Р(0) = N (1а )| N (о) = 1 - п(0 )| N (о),
где ^10) = р{£ < 1} - распределение времени до первого отказа,
- случайная наработка объекта до первого отказа;
n(t) - число отказавших объектов к моменту t;
N (t) - число работоспособных объектов к моменту t;
р (to) - отношение числа объектов, безотказно работавших до момента времени to к числу объектов, исправных в начальный момент времени t = 0.
2. Вероятность отказа объекта в интервале времени от 0 до to определяется как дополнительная по отношению к вероятности безотказной работы:
А А
Q(ta) = 1 - P(t0) и Q (to) = 1 - р (to).
3. Плотность распределения отказов.
а) вероятностное определение
f(t) = dF(t) = dQ(t) = - dp(t);
at at dt
б) статистическое определение: n(t + At) — n(t) N (t + At) — N (t)
fit) =
Nio)At Anit, t + At)
Nio)At
N (о)Аг
4. Интенсивность отказов объекта в момент времени t.
а) вероятностное определение:
A(t) = ■
1 ..dF(t) = f(t)-
1 — F(t) dt P(t)
б) статистическое определение:
n(t + A t) — n (t) N(t + At) — N(t)
Ср
Я (г) =
Я N (г )Аг N (г )Аг
Ап (г, г + Аг)
= N (г)Аг '
едняя наработка объекта до отказа.
а) вероятностное определение:
ад ад ад
Т = М {^ } = | х/ (х)dx = | xdQ( х) = | P(x)dx; 0 0 0
б) статистическое определение:
1
N io)
1 Nio)
fc»>+^<2>+N <°>')
N io) ,-i
Л
Выбор вида показателей надежности зависит, в основном, от назначения характеризуемого объекта и следующих рекомендаций:
1) общее число показателей должно быть минимальным;
2) следует избегать сложных комплексных показателей;
3) каждый показатель должен иметь простой физический смысл;
4) выбранные показатели должны соответствовать нормам надежности и допускать их задание в количественной форме.
Все приведенные выше показатели надежности действительны как для восстанавливаемых, так и для невосстанав-ливаемых объектов.
Значительной и не менее важной в комплексной системе управления и обеспечения надежности производства является такая составляющая часть этой системы как технологическое оборудование, так называемая механическая система, определение которой дается в справочнике под редакцией И.А.Ушакова [1]: «Под механической средой будем понимать некоторый объект, взаимодействующий с окружающей сферой и выполняющей определенные функции, связанные с изменением во времени и пространстве взаимного расположения взаимодействующих между собой элементов. В зависимости от типов рассматриваемых элементов механическая система представляет собой систему материальных точек, твердое тело, сплошную среду и т.д. По характеру изменения во времени и взаимодействия ее элементов, состояние механической системы описывается уравнениями статики, кинематики или динамики. Методы исследования механических систем широко применяются при расчетах машин, механизмов, строительных сооружений и конструкций, транспортных средств, летательных аппаратов и т.п.». Научно-технический прогресс, со-
временный уровень развития науки и техники позволяют создавать машины и аппараты, приборы и конструкции высокой надежности. «Теория надежности -молодая наука, она не насчитывает и пятидесяти лет. Развиваться же ей предстоит столько времени, сколько будет существовать промышленность и массовое производство» [4, том II]. Каждый объект, созданный мыслью и руками человека, обладает определенным жизненным циклом (рис.1). Состояние каждого слагаемого в процессе создания новой техники характеризуется определенным уровнем надежности, т.е. надежность машины (аппарата) определяется не только уровнем надежности при ее эксплуатации, но и должна обеспечиваться с момента зарождения идеи создания этого объекта.
Этому должен служить комплекс мер, применяемых на стадиях проектирования (конструирования), изготовления, монтажа, эксплуатации (в т.ч. ремонта). Всему этому должны предшествовать прогнозные исследования, т.е. необходимо определение перспективности надежной работы объекта. Эту проблему В.В.Болотин [5] считает наиболее актуальной. Центральное место в указанной монографии занимает проблема прогнозирования ресурса и срока службы машин и конструкций на основании информации о материалах, деталях, узлах, машины и аппарата в целом, также о нагрузках и воздействиях, влияющих на их надежность.
В предисловии [5] В.В.Болотин отмечает, что надежность объекта должна создаваться и обеспечиваться на всех этапах (рис.1) жизненного цикла объекта. «На стадии проектирования - это выбор рациональных конструктивных схем и материалов, надлежащий расчет с учетом всех воздействий, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации.
Слагаемые процесса создания новой техники Теоретическ ие НИР Прикладные НИР Техническая подготовка опытного производства Опытное производство Техническая подготовка промышленного производства Промышленное производство (массовое, серийное, единичное) Снятие оборудован ия с эксплуатац ИИ
Краткая характеристик а выполненных работ Разработка теории эксперимент ОБ, методов решения задач Методы расчета конструкций, ТЗ дня ОКР, оценка экономической эффективности ТПП. КПП. Эскизный проект. Рабочие чертежи. Разработка оснастки Изготовление и ис пытание изделия, корректировка документации Полная те дологическая (ТПП), конструкторская (КПП), материальная (МПП) подготовка производства Организация и планирование производства Физически йи моральный износ изделий Е процессе эксплуатац ИИ
П р е дпр О ИЗВО ДС ТВ е ННЬШ цикл ДСТБО»
Цикл «исследование - произвс
Жизненный цикл
НИР - научно-исследовательские работы, ТЗ - техническое задание, ОКР - опытно-конструкторские работы
Рис.1. Схема процесса создания новой техники
На стадиях изготовления и монтажа
- это тщательный контроль материалов и комплектующих изделий, высокий уровень организации и контроля технологических процессов, промежуточные контрольные испытания отдельных элементов, узлов и агрегатов, отработанная система приемо-сдаточных мероприятий. Устранение скрытых дефектов на стадии обкатки и приработки, система технического обслуживания, включающая комплекс диагностических и планово-
предупредительных мероприятий, позволяет снизить до минимума вероятность возникновения отказов в процессе эксплуатации». Специалисты и ученые в своих работах весьма обстоятельно рассматривают постановку задач о прогнозировании ресурса оборудования на стадии проектирования. На этапе проектирования (конструирования), а в дальнейшем и подготовке к серийному выпуску современных видов оборудования [5], во-первых, должны быть разработаны технические решения, во-вторых, должны быть разработаны и просчитаны показатели надежности объекта, а также одной
из главных задач на стадии проектирования является согласование прогнозируемых показателей надежности с плановыми показателями, т.к. предметом прогнозирования служит идеализированный объект. В.В.Болотин отмечает, что «вероятностный характер прогноза вызван не только отсутствием исчерпывающей информации о проектируемом объекте, но и разбросом показателей долговечности, которые обладают большой чувствительностью к различным факторам».
ЛИТЕРАТУРА
1. Надежность технических систем: справочник под ред. Ушакова И.А. - М.: Радио и связь, 1985.
2. Зубова, А.Ф. Надежность машин и аппаратов химических производств / А.Ф. Зубова. - Л.: Машиностроение, 1971, 1978.
3. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ процессов химической технологии. Кн. 1, 2, 3. М.: Наука, 1976, 1979, 1981 г.г.
4. Надежности и эффективности в технике: Справочник: В 10т. (ред. Совет. В.С. Адуевский (предс.) и др. М. Машиностроение, 1986.
5. Болотин В.В. Прогнозирование ресурсов машин и конструкций. «Машиностроение», 1984.
BASES OF RELIABILITY A CHEMIST-TECHNOLOGICAL PRODUCTION
T. Afanasjeva
It is necessary system approach to ensuring reliability a chemist-technological production, i.e. it is necessary clearly know bases of reliability, characterizing its factors, as well as using a complex managerial system and ensuring production reliability.
