Текст книги "Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования перерабатывающих предприятий"

12.7. Показатели надежности оборудования

Техническое состояние (надежность) элементов ПТЛ обеспечивается совершенством проектно-конструктивных решений, принятых при создании конструкции, прогрессивностью производственно-технологического обеспечения завода-изготовителя и рациональностью принятой на перерабатывающем предприятии эксплуатационных и ремонтно-обслуживающих мероприятий оборудования.

Две первые составляющие технического состояния (надежности) машины целиком зависят от конструктивно-технологических особенностей нового оборудования, характеризуемого такими свойствами надежности, как безотказность и долговечность.

Безотказность – это свойство надежности непрерывно сохранять работоспособность изделия в течение заданной наработки и характеризует собой непрерывность работы оборудования до появления первого отказа вне зависимости от его сложности.

Долговечность – свойство надежности длительно сохранять работоспособность изделия до достижения предельного состояния при установленной системе межремонтных обслуживаний текущих, средних и капитальных ремонтов.

Ремонтопригодность – это приспособленность объекта к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтно-обслуживающих работ.

Сохраняемость – это свойство объекта длительно сохранять значения показателей работоспособности после хранения и транспортировки и между ними.

Все четыре свойства надежности полностью зависят от инженерно-технического обеспечения производственного процесса и начальной его стадии – монтажа, выверки и обкатки каждой единицы оборудования и ПТЛ в целом. Следовательно, на обеспечение высокой или низкой степени надежности оборудования ПТЛ определенное влияние оказывает и предпусковая обкатка, результативность которой можно оценить эксплуатационным периодом.

12.8. Оценочные критерии безотказности

Оценочными показателями являются: наработка на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов и вероятность безотказной работы.

Наработка на отказ характеризует математическое ожидание появления отказа или продолжительность функционирования оборудования в учитываемых единицах измерения (час, м³, Т, цикл и т. д.):

Формула № 140.

где m – число отказов за время наблюдения;

N – число одновременно испытуемых объектов;

t_i – наработка каждого изделия после приработки, ч.

Выражение (140) закономерно для восстанавливаемых изделий, у которых появившиеся неисправности и отказы устраняются, тем самым возобновляется работоспособное состояние.

Для невосстанавливаемых изделий неисправности и отказы не подлежат устранению, и их последующая работоспособность не может быть возобновлена. В данном случае искомый параметр определяется средней наработкой на отказ:

Формула № 141.

где t_i¹ – наработка до появления первого отказа.

Интенсивность отказов характеризует количество отказов в единицу времени.

Формула № 142.

где N_p – число работоспособных изделий через период времени dt;

m – число отказов через испытуемый период времени.

Наработку на отказ можно оценить и через показатель интенсивности отказов:

Формула № 143.

Параметр потока отказов характеризует среднее количество отказов изделия в единицу времени:

Формула № 144.

где m_ср. – среднее число отказов, включая повторное, за среднее время наблюдений.

Вероятность безотказной работы характеризует надежность работы изделия до появления отказа. При рассмотрении результатов испытаний N-го числа элементов в течение какого-то времени наработки t и появления при этом n-го числа отказов появляется вероятностная закономерность, называемая вероятностью отказов:

Формула № 145.

Исходя из этого, вероятность безотказной работы есть показатель обратный вероятности отказов:

Формула № 146.

или

Формула № 147.

где f (t) – функция плотности распределения вероятности, определяемая в статистической оценке:

Формула № 148.

в вероятностной оценке:

Формула № 149.

здесь ΔQ(t) и Δn– приращение отказов и числа отказов за время Δt;

N – число одновременно испытуемых объектов.

Вероятность безотказной работы изделия можно оценить и посредством показателей наработки на отказ и потока отказов в экспоненциальной форме:

Формула № 150.

Формула № 151.

Существуют последовательная, параллельная и смешанная системы объединения оборудования в ПТЛ, и для каждой из них рассчитывается вероятность безотказной работы.

Последовательная система самая простая, и в случае отказа одного из элементов происходит отказ всей системы (рис. 132).

Рис. 132. Последовательная система соединения элементов с вероятностями безотказной работы каждой из них Р₁(t), Р₂(t), Р₃(t), – , Р_п(t).

Вероятность безотказной работы этой системы есть произведение вероятностей безотказной работы всех элементов.

Формула № 152.

При параллельном соединении элементов отказ одного из них не ведет к потере работоспособности в целом, но при этом снижается вероятность безотказной работы системы (рис. 133).

Вероятность безотказной работы этой системы есть произведение вероятностей появления отказов всех элементов:

Формула № 153.

Рис. 133. Параллельная система соединения элементов с вероятностями безотказной работы каждой из них Р₁(t), Р₂(t), Р₃(t), – , Р_n(t).

Преобразовав вероятность появления отказов в вероятность безотказной работы, получим:

Формула № 154.

Просто последовательное или параллельное соединение элементов характерно для малых предприятий с наибольшим числом технологических операций, выполняемых специальным оборудованием при достаточно интенсивном использовании ручного труда.

В средних же и особенно в крупных перерабатывающих предприятиях с большой степенью механизации всех видов работ используется смешанная система соединения элементов.

Формула № 155.

Рис. 134. Смешанная система соединения элементов.

12.9. Оценочные критерии долговечности

Долговечность оценивается следующими показателями:

Средний ресурс (срок службы) – математическое ожидание ресурса (срока службы).

Назначенный ресурс (Т_н) – суммарная наработка объекта, по достижении которой его эксплуатация должна быть прекращена независимо от состояния.

Средний ресурс (срок службы) (Т_ср) до ремонта – наработка объекта между смежными ремонтами.

Средний ресурс (срок службы) (Т_{ср. сп}) до списания – наработка объекта от начала эксплуатации до его списания, обусловленного его предельным состоянием.

Предельное состояние объекта – состояние, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена по причинам:

необеспечения безопасности труда – возможности появления аварийной ситуации;

резкого ухудшения функциональных и параметрических показателей, характеризуемых ухудшением качества выпускаемой продукции, снижение объема ее выпуска, значительных ресурсных потерь;

экономической нецелесообразности выпуска продукции вследствие резкого повышения стоимости его производства и рыночной неконкурентоспособности.

Гамма-процентный ресурс – регламентированная наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью γ (%).

Если задаваться гарантированной вероятностью γ (%), то по функции надежности Р (t) можно найти гамма-процентный ресурс t_γ т. е. наработку, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью у (%).

Формула № 156.

По распределению Вейбулла – Гнеденко:

Формула № 157.

где в – параметр распределения;

t₀ – наработка на фиксируемый период времени, ч.

При логарифмировании выражения (157), получим:

Формула № 158.

откуда

Формула № 159.

При t₀ = Т_ср. и в = 1 γ (%) ресурс определяется выражением:

Формула № 160.

К примеру, если следует определить 90 % гамма-ресурс, то, исходя из выражения (160), он будет составлять: t₉₀= 0,105T_ср.

12.10. Оценочные критерии ремонтопригодности

К ним относят среднее время восстановления работоспособности оборудования. Применительно к отдельным агрегатам и узлам ремонтопригодность следует характеризовать как:

• приспособленность к проведению контроля, замене деталей и восстановлению работоспособности непосредственно на оборудовании;

• приспособленность к проведению ремонта и замене отдельных элементов в ремонтных подразделениях.

К числу основных факторов, определяющих уровень ремонтопригодности оборудования, относятся:

Доступность к объектам обслуживания. В это понятие входит, прежде всего, удобство для исполнителя ремонтно-обслуживающих работ, и при этом подразумевается, что:

• исполнитель может достать рукой до любой нужной точки на оборудовании в зоне рабочего места, не меняя удобной позы;

• вся зона рабочего места отчетливо видна;

• рабочее место не отгорожено, и работа на ощупь исключена;

• инструмент правильно и надежно захватывает и держит нужную деталь.

Контролепригодность оборудования. Под этим параметром понимается состояние конструкции, заранее заданное и конструктивно реализованное для обеспечения возможности профилактического, косвенного или прямого контроля состояния основных элементов оборудования различными техническими средствами.

Легкодоступность к элементам оборудования. Это означает пригодность оборудования и его составляющих к замене с минимальными затратами времени и труда на проведение работ.

Взаимозаменяемость агрегатов, узлов и деталей. Под взаимозаменяемостью понимается такое конструктивное состояние агрегата, узла и детали, когда из множества одноименных элементов ремфонда можно взять любой из них и без дополнительных подгоночных работ установить на соответствующее место.

Стандартизация или унификация. Эти понятия означают максимально возможное сокращение типоразмеров деталей.

К количественным показателям ремонтопригодности относятся: вероятность восстановления в заданное время, т. е. вероятность того, что время восстановления работоспособности оборудования (куда входит также и время, затраченное на обнаружение неисправности и причины ее возникновения) не превысит заданного:

Формула № 161.

где П_в – число неустраненных отказов за период времени t;

N_в – общее число неисправностей.

• среднее время восстановления характеризует математическое ожидание времени восстановления работоспособности оборудования.

При наличии статистических данных о длительности восстановления работоспособности оборудования, среднее время восстановления определяется выражением:

Формула № 162.

где m – число обнаруженных и устраненных отказов оборудования;

N – общее число отказов;

t_Bi – время восстановления i-х отказов.

Поток восстановления определяется выражением:

Формула № 163.

Коэффициент ремонтопригодности характеризует конструктивную приспособленность оборудования к проведению ремонтно-обслуживающих работ:

Формула № 164.

где t_ср – среднее суммарное время на монтаж и демонтаж элементов оборудования при устранении неисправностей и проведении всех видов обслуживающих работ;

Σt_бал. – суммарное время на проведение дополнительных балластных работ при устранении неисправностей и проведении обслуживающих работ.

Коэффициент нерегламентированной технической загрузки линии:

Сохраняемость характеризует способность оборудования сохранять исправное и работоспособное состояния в период его хранения и транспортирования и после них.

Здесь важным характеристическим показателем является срок гарантии – период, в течение которого завод-изготовитель гарантирует потребителю, что оборудование при соблюдении правил технической эксплуатации, хранения и транспортировки не претерпит существенных изменений по своим функциональным и параметрическим показателям.

12.11. Обеспечение надежности работы поточно-технологических линий (ПТЛ) и оценка их производительности

Под надежностью работы ПТЛ понимается ее способность обеспечить выпуск пищевой продукции, удовлетворяющей всем требованиям нормативной документации (ГОСТ, ОСТ и ТУ) в установленном объеме и в течение заданного периода времени. При этом производственные затраты на выпуск пищевых продуктов не должны превышать установленные разработчиками ПТЛ.

В этой связи особое внимание следует уделять обеспечению показателей качества и ритмичности выпуска продукции.

Высокая надежность ПТЛ в первую очередь обеспечивается проектно-конструкторскими решениями. Только конструктивное совершенство каждой единицы оборудования в совокупности с технологической продуманностью работы ПТЛ в целом способны обеспечить ее бесперебойную и ритмичную работу.

Но какой бы ни была совершенной техника и технологический процесс, особое внимание следует уделять также и чисто эксплуатационным, обслуживающим и ремонтно-восстановительным мероприятиям.

Рациональные проектно-конструкторские решения обеспечиваются:

• совершенством конструкции оборудования;

• современными материалами и технологиями их обработки и упрочнения;

• уменьшением (гашением) знакопеременных динамических нагрузок;

• обеспечением высоких показателей ремонтопригодности оборудования;

• рациональной компоновкой элементов оборудования в ПТЛ.

Повышение надежности эксплуатационными методами предполагает:

• обеспечение установленной нормативно-технической документацией режимов работы оборудования;

• использование современных горюче-смазочных материалов;

• подачу стабильных энергетических ресурсов;

• проведение своевременной и качественной диагностики оборудования, всех видов технических обслуживаний и ремонтов;

• совершенствование системы сбора, анализа и прогнозирования ресурса работы оборудования.

Высокая эксплуатационная надежность оборудования обуславливается также и созданием избыточности отдельных, особо ответственных и нагружаемых единиц оборудования.

Под термином «избыточность» понимается целесообразность применения дополнительных средств или использование резервных возможностей, которые сверх номинально необходимых обеспечивают стабильную работу ПТЛ в нестандартных ситуациях.

Существует четыре формы назначения избыточности:

• структурная, – она достигается путем установки дополнительных независимых резервных единиц оборудования, работающих одновременно с основным или замещающих основные во время его отказа;

• параметрическая, – она представляет собой резерв с использованием предельных значений эксплуатационно-технических параметров действующих элементов ПТЛ (к примеру, производительности);

• режимная, – она заключается в создании для недостаточно надежных элементов ПТЛ облегченных режимов нагружения (технологического или энергосилового) или в использовании избыточности для восприятия временных перегрузок;

• функциональная, – она позволяет при снижении показателя работоспособности ПТЛ или отказе одного из ее элементов передать его функции другим, представляющим собой недогруженный резерв.

Работоспособное состояние ПТЛ определяется обобщенным коэффициентом готовности, зависящим от коэффициента готовности, нерегламентированной технической загрузки и нерегламентированной эксплуатационной загрузки:

Формула № 165.

Коэффициент готовности ПТЛ определяется выражением:

Формула № 166.

где Σ(t₀ —t_B) – сумма основного и вспомогательного времени, затрачиваемого на операцию, ч;

t_тп – время, затрачиваемое на простои по техническим причинам, ч.

Коэффициент нерегламентированной загрузки ПТЛ:

Формула № 167.

где t_оп – простои ПТЛ по организационным причинам, ч.

Коэффициент нерегламентированной эксплуатационной загрузки ПТЛ:

Формула № 168.

где t_нп – нормированные простои на проведение мероприятий, связанных с проведением технических обслуживаний и ремонтов, ч.

По вышеприведенной методике рассчитываются пооперационные показатели, а затем путем их суммирования определяется обобщенный коэффициент готовности ПТЛ.

Анализом данных обобщенного коэффициента готовности ПТЛ в начальный период ее работы и в дальнейшем (обычно рекомендуется вести ежегодный анализ) можно получить ясное представление, по какой причине происходят производственные спады или всплески по показателям объемов выработки продуктов питания и себестоимости их производства.

Очень важным аналитическим элементом работы ПТЛ представляется показатель надежности технологического процесса, составной частью которого являются все входящие в него технологические операции (ТО). Данный показатель в равной мере следует отнести как к принятой технологии производства продукта питания, так и к эксплуатации ПТЛ, где наряду с техническим состоянием линии появляется еще и работающий и обслуживающий персонал.

Если каждую i-ю ТО характеризовать долей дефектного продукта, поступающего для переработки q_вхi, а также временем t, расходуемом на всю операцию, то доля выхода дефектной продукции может быть выражена:

Формула № 169.

где P_i(t) – вероятность безотказного выполнения i-ой ТО по параметрам качества и производительности;

P_кi(t) – вероятность нахождения контролируемого параметра в пределах поля допусков;

P_oi(t) – вероятность безотказной работы оборудования.

Доля выходящей с ПТЛ дефектной продукции без проведения пооперационного контроля качества и доля дефектной продукции после контроля q_ki при доле выявленной бракованной продукции σ_i в готовом продукте равны:

Формула № 170.

При проведении выборочного контроля качества выходящей с ПТЛ продукции и при условии, что вероятность выбраковки годной продукции будет составлять α_0i и приема дефектной продукции β_0i, доля дефектной продукции после контроля составит:

Формула № 171.

И доля выявленной бракованной продукции готового продукта:

Формула № 172.

При проведении сплошного пооперационного контроля качества продукции:

Формула № 173.

Если учитывать вероятность выпуска годной продукции при условии, что выход годной продукции после i-ой операции и годной продукции, выходящей с ПТЛ, являются величинами противоположными выходу дефектной продукции после i-ой операции и выходу брака, то вероятность безотказной работы ПТЛ определяется выражением:

Формула № 174.

Как бы совершенна ни была техника, она требует постоянного оперативного вмешательства человека. Следовательно, при анализе надежности ПТЛ появляется необходимость изучения дополнительной цепочки «человек – машина». Человек, являясь сложным логико-информационным звеном, способен значительно реальнее, чем управляющая аппаратура, оценивать производственную ситуацию и, исходя из этого, принимать наиболее рациональные решения. Наряду с этим он, как психофизиологический объект, подвержен случайным «отказам», зависящим от многочисленных факторов. Нервные перенапряжения, болезни, особенно гипертонического характера, вчерашние алкогольно-наркотические злоупотребления и многое другое делает возможным появление брака и по причине неустойчивой работы человека. В связи с этим современная техника при эксплуатации предусматривает двойную управляющую и контролирующую систему, состоящую из аппаратного и оперативного человеческого вмешательства в работу ПТЛ.

Схематически систему «человек—машина» можно представить следующим образом (рис. 135).

Рис. 135. Принципиальная схема работы системы «человек-машина».

После пуска машины и начала производства продукции появляется осведомительная информация, характеризующая вполне определенные параметры ее работы и показатели перерабатываемого продукта. Осведомительная информация, оцененная приборами и человеком, формируется в виде конкретной командной информации, передаваемой оператором на системы управления. Системы управления в свою очередь готовят обобщенную информацию, непосредственно связанную с внесением корректива в работу ПТЛ.

С целью уменьшения воздействий психофизических факторов на работу человека очень важным моментом является окружающая производственная среда, в которой он работает.

Рис. 136. Среды, воздействующие на психофизическое состояние человека.

Как следует из рисунка 136, на устойчивое рабочее состояние человека огромное влияние оказывает окружающая его среда.

Непродуманная освещенность на начальной стадии работы ведет только к визуальному утомлению, переходящему с течением рабочего дня к нервному дискомфорту. В соответствии со СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» преимущественно следует проектировать использование естественного освещения. Для этой цели создаются широкие оконные проемы, оборудование устанавливается под благоприятным углом к окнам, в некоторых случаях делается второй свет (остекленное чердачное помещение). Но создание больших окон, в свою очередь, ведет к необходимости повышения затрат на отопление производственных помещений. Поэтому в сочетании с естественным освещением следует создавать такую обстановку, чтобы тень от оборудования и собственная тень не загораживала рабочее место. Выбор источников света по цветовым характеристикам производится в зависимости от характеристики зрительной работы по требованиям к цветоразличию.

При специальных повышенных санитарных требованиях, что характерно для предприятий пищевой промышленности, освещенность от системы общего освещения должна быть не менее 500 лк. При отсутствии в помещении естественного света и постоянного пребывания в них рабочих, освещенность от системы общего освещения должна быть не менее 750 лк. В цехах с полностью автоматизированным технологическим процессом следует предусматривать освещение для наблюдения за работой оборудования, а также дополнительно включаемые светильники общего и местного освещения для обеспечения необходимой освещенности при ремонтно-наладочных работах.

В соответствии со СНиП 2.04.05–91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» температуру и скорость воздуха в помещениях следует принимать:

• для теплого периода года для помещений с явным избытком теплоты – максимальную из допущенных температур, а при отсутствии избытков теплоты – экономически целесообразную в пределах допустимых температур;

• для холодного периода года и переходных условий – экономически целесообразную в пределах оптимальных температур определенных для всех географических зон страны.

Установлены также особые условия для производственных помещений управления технологическими процессами при выполнении операторских работ, связанных с нервно-эмоциональным напряжением:

• температура воздуха 22–24 °C;

• относительная влажность воздуха – 40–60 %;

• скорость движения воздуха – 0,1–0,4 м/с.

Исходя из анализа системы «человек-машина» следует, что она будет работать с высокими показателями надежности в течение времени (t, t + τ) при стечении следующих событий:

отказы техники при работе не произошли, и оператор не совершил ошибки;

оператор не совершил ошибку, однако произошел отказ техники, но благодаря вмешательству оператора система выполнила свои функции.

Статистически вероятность безотказной работы системы «человек-машина» в течение времени (t, t + τ) определяется выражением:

Формула № 175.

где P_0τ– вероятность безошибочной работы оператора в течение времени τ при условии, что техника работала безотказно;

Р_и – вероятность мгновенной компенсации оператором своей ошибки;

P_t(t,t+τ) – вероятность безотказной работы техники в течение времени (t+t+τ);

P_y(t,t+τ; σ_и) – условная вероятность безотказной работы системы «человек-машина» с компенсацией ошибок оператора при условии, что отказ техники произошел в течение времени σ_и, при условии, что (t < σ_и < t+τ) и отказ был своевременно компенсирован.

Оценка деятельности оператора при принятии решений в течение контролируемого цикла управления технологическим процессом Т_ц при надежности работы i-го звена поточно-технологической линии Р_i(Т_ц) осуществляется выражением:

Формула № 176.

где Р_ц – требуемая надежность поточно-технологической линии, состоящей из «n» последовательно соединенных элементов.