В статье продолжается рассмотрение этапов жизненного цикла оборудования, которое было начато в предыдущем материале «Формирование отказов на доэксплуатационных стадиях жизненного цикла оборудования».

5. Эксплуатация

Стадия эксплуатации является наиболее продолжительной, на которой осуществляется реализация ценности активов, происходят процессы физического старения и восстановления технического состояния, проявляются отказы оборудования.

Техническое состояние – состояние объекта, характеризуемое совокупностью установленных в документации параметров, описывающих его способность выполнять требуемые функции в рассматриваемых условиях (п. 3.2.10).

ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения

В ходе эксплуатации оборудования его детали и узлы для выполнения полезной работы осуществляет преобразование видов и передачу энергии от источника к исполнительному органу. Так, например, в электрической лебедке электрическая энергия, подаваемая на электропривод, вначале преобразуется в механическое вращение ротора двигателя, затем посредством редуктора осуществляется изменение параметров вращения (частоты и крутящего момента), после чего механическое вращение преобразуется в поступательное движение исполнительного органа (крюка).

При этом энергия передается не полностью. Принято говорить, что часть ее «теряется» в узлах, в которых происходит взаимодействие, относительное движение деталей, преобразование энергии, что характеризуется коэффициентом полезного действия. Такое описание недостаточно верно представляет суть происходящих процессов. Правильнее понимать, что энергия не теряется, не рассеивается, а воздействует на взаимодействующие детали в местах их контакта. Указанное может сопровождаться процессами изнашивания в результате взаимного трения, развития усталостных трещин, преобразования энергии механического движения в тепловую, электрическую. Другими словами, «потерянную» энергию, которая не используется для выполнения полезной работы, следует рассматривать как ту, которая частично расходуется на процессы физического старения оборудования.

Старение – необратимые изменения свойств или состояния объекта в результате действия различных факторов.

Ловчиновский Э.В., Вагин В.С. Эксплуатационные свойства металлургических машин. – М.: «Металлургия», 1986. – 160 с.

Кроме того, энергию для обеспечения процесса физического старения поставляют:

– внутренние источники – в виде потенциальной энергии, накопленной в деталях при их изготовлении, сборке узлов и монтаже оборудования (внутренние напряжения от литья, термообработки, сварки, монтажные напряжения);

– внешние источники – в виде энергии, поступающей из окружающей среды, в том числе в результате действий эксплуатационного и ремонтного персонала.

В зависимости от текущего технического состояния оборудования, характера внешних условий и количества энергии, поступающей на развитие деградационных процессов, они могут носить как обратимый, который компенсируется после прекращения воздействия (например, упругая деформация, тепловое расширение), так и необратимый нарастающий характер, ведущий к физическому старению (например, увеличение износа поверхностей, развитие усталостных трещин, коррозии).

На рис. 1 схематически показан процесс физического старения и последующего отказа оборудования (постепенный отказ). Наряду с постепенным может иметь место внезапный отказ, который характеризуется скачкообразным переходом объекта в неработоспособное состояние [1, п. 3.4.12]. Часто это бывает обусловлено привнесением в систему значительного количества энергии в результате воздействия случайных внешних факторов.

Рисунок 1 – Схема процесса физического старения и реализации постепенного отказа

Таким образом, для возникновения отказа оборудования необходимо последовательное выполнение следующих условий:

а) наличие достаточного количества энергии для изменения в детали оборудования;

б) изменение в детали оборудования приводит к изменению параметра, характеризующего способность оборудования выполнять требуемые функции;

в) изменение параметра, характеризующего способность оборудования выполнять требуемые функции, превышает предел, установленный в документации.

При этом вероятность отказа оборудования изменяется в течение его эксплуатации. Обычно выделяют три этапа (рис. 2), отличающихся различной вероятностью реализации отказа оборудования:

1) этап приработки – вероятность отказа снижается со временем, что обусловлено преимущественным влиянием характера реализации наиболее критичных дефектов стадии изготовления, а также ошибок, допущенных на стадии монтажа и наладки;

2) этап нормальной (установившейся) эксплуатации – вероятность отказа имеет плавную тенденцию к увеличению, что обусловлено преимущественной реализацией конструктивных недостатков и воздействием случайных внешних факторов (например, влиянием внешней среды, в том числе неквалифицированных действий эксплуатационного и ремонтного персонала), которые условно считаются распределенными равномерно в течение стадии эксплуатации; этап сопровождается постепенным процессом физического старения оборудования;

3) этап катастрофического старения – вероятность отказа прогрессивно увеличивается, что обусловлено преимущественным влиянием характера реализации постепенных отказов в предотказный период.

Рисунок 2 – Изменение вероятности отказа оборудования на стадии эксплуатации

Таким образом, в ходе эксплуатации оборудования, благодаря привнесению в систему энергии (внутренней, внешней и рабочей), реализуются отказы, заложенные в виде недостатков, дефектов и ошибок на доэксплуатационных стадиях жизненного цикла и обусловленные неблагоприятным воздействием случайных внешних факторов. Следует отметить, что привнесение энергии может носить как положительный (например, при взаимной приработке трущихся поверхностей), так и отрицательный (например, при концентрации дислокаций на границах зерен металла, образовании и развитии трещин) эффект. Условия работы (наличие и качество смазки, температурный режим, загрязнение и так далее) определяют характер и скорость развития дефектов.

Поэтому с целью противодействия физическому старению на стадии эксплуатации осуществляются мероприятия по обеспечению благоприятных условий работы оборудования (техническое обслуживание), а также по восстановлению его исправности, работоспособности (ремонт).

Исправное состояние – состояние объекта, в котором он соответствует всем требованиям, установленным в документации на него (п. 3.2.1).

Работоспособное состояние – состояние объекта, в котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям, установленным в документации на этот объект (п. 3.2.3).

ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения

Если техническое обслуживание направлено на увеличение этапа нормальной эксплуатации оборудования, то ремонт имеет целью «перезапустить», начать заново цикл эксплуатации (рис. 2).

Необходимо обратить внимание, что в результате ремонта смежные детали оборудования могут оказаться на различных этапах эксплуатации (например, вновь установленный подшипник начнет эксплуатацию с этапа приработки, а корпус, к примеру, уже может находиться на стадии катастрофического старения). Это способствует ускоренному износу деталей и узлов, которые были заменены или восстановлены, вплоть до «выравнивания» их технического состояния со взаимодействующими деталями, узлами. Кроме того, следует учитывать усугубляющее влияние повреждений, которые практически во всех случаях наносятся при разборке и сборке.

Поэтому принятие решения о проведении ремонта должно быть технически и экономически обоснованным, учитывать возможные риски. В еще большей степени это актуально в случае капитального ремонта, модернизации или реконструкции, которые приводят к повторному прохождению доэксплуатационных стадий жизненного цикла оборудования со всеми присущими им возможностями привнесения дополнительных недостатков, дефектов, ошибок, что вместо восстановления фактически может привести к ухудшению технического состояния. Тем не менее, будучи рационально организованной, система технического обслуживания и ремонтов позволяет не только значительно увеличить срок службы оборудования, но и минимизировать вероятность возникновения отказов.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после капитального ремонта до момента достижения предельного состояния (п. 3.3.6).

ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения

6. Вывод из эксплуатации

При достижении оборудованием предельного состояния, когда его дальнейшая эксплуатация недопустима (на основе анализа рисков) или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или также нецелесообразно [1, п. 3.2.7], принимается решение о выводе оборудования из эксплуатации, что влечет за собой его демонтаж и утилизацию. Эта стадия как финальная рассматривается в управлении отказами оборудования с точки зрения определения оптимальных условий и срока прекращения эксплуатации оборудования в рамках планирования его жизненного цикла.

Перечень ссылок

  1. ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения [Текст]. – М.: Стандартинформ, 2016. – 24 с.
Материал предоставили СИДОРОВ Александр ВладимировичСИДОРОВ Владимир Анатольевич.

Больше информации по указанной теме можно найти в книге «Управление отказами оборудования», подготовленной под эгидой Ассоциации эффективного управления производственными активами (Ассоциации EAM). Первая часть издания доступна здесь.

Сидоров А.В., Сидоров В.А. Управление отказами оборудования. Часть I: Расследование и учет

0 0 vote
Article Rating