Показатели долговечности характеризуют свойство технического изделия сохранять во времени работоспособность до наступления предельного состояния, когда оно теряет работоспособность при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
Перечень используемых показателей долговечности таков:
Т р – среднийресурс, т.e. средний технический ресурс до капитального ремонта;
Т рγ - гамма-процентный ресурс;
Т р.н - назначенный ресурс;
Т р.у - установленный ресурс;
Т сл - средний срок службы;
Т слγ -гамма-процентный срок службы;
Т сл.н - назначенный срок службы;
Т сл.у - установленный срок службы;
Т сп - срок службы до списания изделия или предельный срок службы.
Понятие «ресурс» характеризует долговечность, по наработке изделия, а «срок службы» - по календарному времени.
Исходные данные для расчета ресурса, порядок его расчета и статистической оценки, а также привила усыновления требуемого ресурса изделий регламентированы методическими указаниями МУ10-71 «Промышленные изделия. Определение ресурса». М.: Изд-во стандартов, 1972.
Так как под ресурсом понимается суммарная наработка до предельного состояния, то его показатели определяются по формулам, аналогичным формулам наработки на отказ.
Средний ресурс изделия - это математическое ожидание его ресурса. Статистическая оценка среднего ресурса такова:
где Т р - ресурс i -го объекта;
Ν - число изделий, поставленных на испытания или в эксплуатацию.
Гамма-процентный ресурс выражает наработку, в течение которой изделие с заданной вероятностью γ процентов не досигает предельного состояния. Гамма-процентный ресурс является основным расчетным показателем, например для подшипников и других изделий. Существенное достоинство этого показателя в возможности его определения до завершения испытаний всех образцов. В большинстве случаев для различных изделий используют критерий 90%-го ресурса.
Вероятность обеспечения ресурса Т рγ , соответствующую значению γ /100, определяют по формуле
где Т р - наработка до предельного состояния (ресурса);
γ - число изделий (%), не достигающих с заданной вероятностью предельного состояния.
Значение гамма-процентного ресурса определяют с помощью кривых распределения ресурсов (рис. 23).
Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой применение изделия по назначению должно быть прекращено независимо от его технического состояния.
Рисунок 9 – Определение значения гамма-процентного ресурса:
а и б – кривые соответственно убыли и распределения ресурсов
Под установленным ресурсом , понимается технически обоснованная или заданная величина ресурса, обеспечиваемая конструкцией, технологией и условиями эксплуатации, в пределах которой изделие не должно достигать предельного состояния.
Средний срок службы - математическое ожидание срока службы. Статистическую оценку среднего срока службы определяют по формуле: , (5.22)
где Т сл - срок службы i -гo изделия.
Гамма-процентный срок службы представляет собой календарную продолжительность эксплуатации, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах. Для его расчета используют соотношение
. (5.23)
Назначенный срок службы - суммарная календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой применение изделия по назначению должно быть прекращено независимо от его технического состояния.
Под установленным сроком службы понимают технико-экономически обоснованный срок службы, обеспечиваемый конст
Рисунок 10-Типичная кривая износа поверхности изделия
рукцией, технологией и эксплуатацией, в пределах которого изделие не должно достигать предельного состояния.
Предельный срок службы Т сп представляет собой календарную продолжительность эксплуатации или использования изделия до момента его списания и снятия с эксплуатации (использования). Он определяется аналогично тому, как определяют, например, средний срок службы.
Известно, что основной причиной снижения показателей долговечности изделия является износ его деталей.
Изнашиванием называется процесс постепенного поверхностного разрушения материала деталей машин в результате трения о них других деталей, твердых тел или частиц. Известно, что сопротивление материала изнашиванию зависит не только от свойств этого материала, но и от многих условий, в которых происходит трение. К этим условиям (факторам) относятся: свойства сопряженного тела, свойства промежуточной среды, температура на поверхности и т.д.
На рисунке 10 приведена типичная кривая зависимости характеристик износа от длительности испытаний или эксплуатации изделий
Износ характеризуется тремя периодами:
1. Период начального износа или период приработки, когда происходит переход от исходного состояния поверхности трения к состоянию относительно устойчивому. В течение периода приработки темп износа со временем уменьшается, приближаясь к некоторой постоянной величине, характерной для периода установившегося износа.
2. Период установившегося износа, при неизменных условиях работы трущейся поверхности, характеризуется постоянным темпом износа.
3. Период ускоренного износа.
Результаты испытаний на износ и наблюдений за плюсом впроцессе эксплуатации техники обычно выражают в относительных величинах.
Относительная износостойкость:
размерная
где Δl э - линейный износ эталона,
Δl м - линейный износ материала испытуемого изделия (образца или детали);
весовая
Е = ΔG э / ΔG м,
где ΔG э - весовой износ эталона,
ΔG м - весовой износ материала испытуемого изделия (образца или детали).
Износ может быть оценен не только относительной характеристикой линейного износа, но и по относительному изменению объемов эталона и объекта испытания.
На практике часто износостойкость (износность) оценивают в абсолютных величинах таких как мм/км, мм 2 /час и т.п.
Установлены три группы факторов, влияющих на вид и интенсивность износа поверхности деталей машин: 1 - факторы, обусловливающие внешне механические воздействия на поверхность трения; 2 - характеристики внешней среды; 3 - факторы, связанные со свойствами трущихся тел.
Конкретными факторами мерной группы являются: а) род трения (качение, скольжение); б) скорость относительного перемещения трущихся поверхностей; в) величина и характер давления при трении.
Основные факторы второй группы, связанные с внешней средой, таковы: а) смазка; б) газовая среда (воздушная, агрессивная или защитная атмосферы); в) наличие абразивных (твердых) частиц на поверхности трения.
АННОТАЦИЯ. Рассматриваются понятия «назначенный ресурс» и «назначенный срок службы оборудования». Обсуждается взаимосвязь этих показателей с техническим состоянием оборудования.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: парковый ресурс, назначенный ресурс, назначенный срок службы, индивидуальный ресурс, техническое состояние, техническое диагностирование.
Ведение
Основную причину катастрофы на гидроагрегате № 2 Саяно-Шушенской ГЭС в августе 2009 г. многие связывают с высокой степенью износа оборудования. В качестве основного аргумента приводятся данные об исчерпании назначенного срока службы данного гидроагрегата в ноябре 2009 г. Другими словами, авария произошла за три месяца до достижения этого срока. Данное утверждение не выглядит бесспорным, ем более что временное рабочее колесо гидротурбины (её наиболее ответственный и повреждаемый узел) было заменено на штатное на ГА b 2 в ноябре 1986 г. Чтобы разобраться в этом тросе, необходимо ещё раз обратиться к терминам, относящимся к показателям надежности оборудования, и вспомнить историю назначения этих характеристик.
Что такое «назначенный ресурс» и «назначенный срок службы»
Согласно ГОСТ 27.002-89 под назначенным ресурсом понимается «суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния», а под понятием «назначенный срок службы» - «календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния».
Оба определения достаточно категоричны и не допускают их различного толкования, если бы не приведенное в том же стандарте примечание: «Примечание. По истечении назначенного ресурса (срока службы...) объект должен быть изъят из эксплуатации, и должно быть принято решение, предусмотренное соответствующей нормативно-технической документацией - направление в ремонт, списание, уничтожение, проверка и установление нового назначенного срока и т.д.».
Оказывается, жизнь оборудования не заканчивается с исчерпанием его назначенного ресурса (срока службы). Именно это и реализуется на практике и в нашей стране, и за рубежом. Российская экономика не готова сегодня выводить из эксплуатации энергетическое оборудование, отработавшее назначенный ресурс или срок службы.
Но это не означает, что на электростанциях страны должно эксплуатироваться оборудование, не удовлетворяющее требованиям безопасности и надежности. Продление ресурса (срока службы) оборудования, зданий и сооружений сверх назначенного должно обосновываться и должным образом оформляться.
Следует дать пояснения к определениям назначенного ресурса и назначенного срока службы.
Несмотря на схожесть определений этих терминов, они между собой в корне отличаются. Ресурс, как правило, назначается для элементов оборудования, работающего при температуре 450°С и выше, т.е. в условиях протекания в металле процессов ползучести и активных структурных превращений, приводящих к неминуемому достижению предельного состояния металла, потере оборудованием работоспособного состояния. Под назначенный ресурс конструктор оборудования подбирает типоразмер деталей, материал и условия их эксплуатации. Ресурс оборудования можно рассчитать и спрогнозировать.
Назначенный срок службы выбирается из экономических соображений и трактуется как срок накопления амортизационных начислений, достаточных для замены устаревшего оборудования на новое. Часто для оборудования с различным назначенным сроком службы используются одни и те же нормы расчета на прочность. Предполагается, что оборудование должно эксплуатироваться не менее назначенного срока службы. При исчерпании назначенного срока службы при удовлетворительном состоянии оборудования назначается новый срок, который обосновывается опытом эксплуатации и гарантированно не приведет к выходу из строя оборудования до очередной ревизии. Неверно требовать от организации, эксплуатирующей оборудование, и экспертных организаций, проводящих техническое диагностирование, рассчитывать и обосновывать остаточный ресурс низкотемпературных элементов энергоустановок, поскольку для этих деталей корректно рассчитать остаточный ресурс нельзя.
Назначение срока службы не исключает протекания низкотемпературных процессов износа, приводящих к более раннему выходу из строя оборудования, таких, как коррозия, эрозия и др. Если конструктивно не удается исключить риск раннего выхода из строя оборудования, ему присваивается статус быстроизнашиваемого. Для такого оборудования порядок контроля и замены специально описывается в нормативных документах.
Для оборудования тепловых электростанций отдельно назначается ресурс для высокотемпературных элементов и срок службы для остальных деталей. Так, в ГОСТ 27625-88 отмечается:
«2.1.4. Полный назначенный срок службы энергоблока и входящего в него основного оборудования выпуска до 1991 г. - не менее 30 лет, оборудования выпуска с 1991 г. - 40 лет, кроме быстроизнашиваемых элементов оборудования, перечень и сроки службы которых установлены в стандартах или технических условиях на конкретный вид оборудования.
2.1.5. Полный назначенный ресурс составных частей оборудования энергоблока, работающих при температуре 450°С и выше, - не менее 200000 ч, кроме быстроизнашиваемых элементов, перечень и сроки службы которых установлены в стандартах или технических условиях на конкретный вид оборудования.»
История появления терминов парковый ресурс и индивидуальный ресурс
Согласно под парковым ресурсом понимается: «наработка однотипных по конструкции, маркам стали и условиям эксплуатации элементов теплоэнергетического оборудования, в пределах которой обеспечивается их безаварийная работа при соблюдении требований действующей нормативной документации». Индивидуальный ресурс - это «назначенный ресурс конкретных узлов и элементов, установленный расчетно-опытным путем с учетом фактических размеров, состояния металла и условий эксплуатации».
При создании энергоблоков 150 - 300 МВт назначенный ресурс их высокотемпературных элементов составлял 100 тыс.ч. Наработка головных блоков приблизилась к этому ресурсу к концу 70-х годов прошлого века. При существовавшей в то время степени загрузки энергомашиностроительных предприятий реализовать программу повсеместной замены оборудования достигшего назначенного ресурса не представлялось возможным. Поэтому по инициативе, прежде всего, турбостроительных заводов, было высказано пожелание увеличить назначенный ресурс энергоблоков. Для решения данной проблемы по заданию трёх министерств (министерств энергетики, энергетического машиностроения и тяжелого машиностроения) были образованы несколько межведомственных комиссий, которые организовали проведение серии комплексных научно-исследовательских работ. В рамках этих работ анализировался опыт эксплуатации энергоблоков, исследовался длительно работавший металл ответственных элементов оборудования, разрабатывались методы и средства контроля металла и технического диагностирования. Силами специализированных бригад проводился выборочный контроль этих элементов на электростанциях. Итогом работы межведомственных комиссий стало решение об увеличении назначенного ресурса энергоблоков сначала до 170 тыс.ч, а затем и до 220 - 270 тыс.ч. Для того чтобы отличить новый назначенный ресурс от ресурса, назначенного при проектировании оборудования, его назвали парковый ресурс. Было принято волевое решение приравнивать ресурс энергоблока к ресурсу паровой турбины, а её ресурс, в свою очередь, к ресурсу высокотемпературных роторов. Считается, что замена этой наиболее ответственной и дорогостоящей детали турбины и блока делает нерентабельным и нецелесообразным продолжение срока эксплуатации остальных узлов и деталей блока. При этом другие высокотемпературные элементы котлов, турбин и паропроводов могут иметь свой парковый ресурс, не совпадающий с парковым ресурсом энергоблока. В случае более раннего исчерпания этими элементами своего ресурса должна производиться их замена, а эксплуатация блока будет продолжена.
Понятие парковый ресурс относится только к высокотемпературным элементам тепломеханического оборудования ТЭС.
Увеличить более чем в два раза назначенный ресурс энергоблоков позволили два фактора:
Существовавший ранее при проектировании подход к расчету на прочность был избыточно консервативен;
В 1971 г. из-за массовых повреждений труб поверхностей нагрева паровых котлов директивно была снижена температура острого пара и пара горячего промперегрева с 565 до 545°С. Для применяемого в теплоэнергетике класса сталей снижение температуры на 20° эквивалентно увеличению остаточного ресурса металла высокотемпературных элементов, ориентировочно, в четыре раза.
Позднее (в середине 80-х годов) аналогичная попытка увеличения назначенного ресурса была предпринята применительно к блокам 500 - 800 МВт. Но для этих энергоблоков по итогам всестороннего рассмотрения значение паркового ресурса было оставлено на уровне 100 тыс.ч., поскольку эти блоки уже изначально проектировались на ресурс 100 тыс. ч. при температуре эксплуатации 540°С, а нормы расчета на прочность к тому времени были актуализированы.
Справедливости ради следует отметить, что не для всех элементов оборудования энергоблоков парковый ресурс превысил значения первоначально назначенного ресурса 100 тыс.ч. Для некоторых типоразмеров паропроводов парковый ресурс гибов по результатам анализа составил 70-90 тыс.ч.
К 90-м годам наработка головных блоков приблизилась к значениям паркового ресурса, но актуальность продления срока их службы сохранилась. Второй этап кампании по продлению ресурса установленного оборудования был связан с ведением понятия индивидуального ресурса. Значения паркового ресурса устанавливаются, исходя из наиболее неблагоприятного сочетания показателей, характеризующих эксплуатацию оборудования и свойства металла ответственных элементов. При рассмотрении возможности продления ресурса конкретного оборудования, как правило, имеются дополнительные резервы, позволяющие назначить дополнительный ресурс эксплуатации без снижения показателей надежности. По опыту ВТИ прогнозируется, что индивидуальный ресурс ответственных элементов тепломеханического оборудования превысит парковый ресурс в среднем в полтора раза. Из-за фактора -неопределенности при назначении индивидуального ресурса оборудования не разрешается единовременно продлевать его ресурс (срок службы) более чем на 50 тыс.ч. или 8 лет. Поэтому за срок службы оборудования возможно несколько процедур продления ресурса (срока службы).
Применительно к современным условиям наиболее актуализированная процедура продления ресурса описана в стандарте организации СТО "7330282.27.100.001-2007 . Ответственность за организацию процедуры продления ресурса установленного энергетического оборудования возлагается на руководителя эксплуатирующей организации. К техническому диагностированию ответственных элементов оборудования должна привлекаться специализированная или квалифицированная экспертная организация. По результатам технического диагностирования с учетом оценки целесообразности дальнейшей эксплуатации решение о продлении индивидуального ресурса оборудования принимает владелец оборудования. Федеральный орган исполнительной власти, уполномоченный в области промышленной безопасности, утверждает заключение специализированной или экспертной организации, если объект относится к оборудованию, работающему под избыточным давлением, либо при температуре более 115°С.
В исключительных случаях, даже при приближении состояния металла к предельному, ресурс оборудования можно продлить, применяя соответствующие технологии ремонта или накладывая ограничения на режимы его эксплуатации. Среди ремонтных технологий наибольшее распространение получила восстановительная термическая обработка (ВТО) паропроводов. В ряде случаев после проведения ВТО удается назначить паропроводу повторно ресурс, равный по величине парковому.
Взаимосвязь технического состояния оборудования с его наработкой и сроком службы
Техническое состояние оборудования можно оценивать как по показателям надежности, так и по эффективности эксплуатации.
Бытует мнение, что физический ресурс оборудования, установленного на объектах электроэнергетики, исчерпан и, того и гляди, завтра начнутся массовые разрушения и отказы. На самом деле ресурс (срок службы) оборудования можно продлевать до бесконечности, но при условии, что оборудование своевременно и качественно проходит техническое диагностирование и его элементы, исчерпавшие физический (предельный) ресурс, своевременно ремонтируются или заменяются. Не сами технические устройства имеют предельный ресурс, а их высоконагруженные элементы и детали. К примеру, не паровой котел имеет предельный ресурс по показателям надежности, а его элементы, такие, как трубы поверхностей нагрева, коллекторы, барабан, перепускные трубы. Зачастую, за срок службы котла его часто повреждаемые элементы заменяются несколько раз.
Однако это не означает, что энергетическое оборудование целесообразно эксплуатировать сколь угодно долго. С наработкой оборудования неминуемо будут расти затраты на его ремонт и техническое обслуживание. В условиях сдерживания роста тарифов на электрическую и тепловую энергию, начиная с определенного момента, будет невыгодно эксплуатировать длительно работавшее оборудование. Это момент и следует отождествлять с физическим износом оборудования.
Как отмечалось выше, не только показатели надежности характеризуют техническое состояние оборудования. С наработкой оборудования неминуемо будут ухудшаться и его технические показатели, отражающие эффективность энергоустановки. При ремонте тепломеханического оборудования большой объем работ связан с восстановлением зазоров, сокращением присосов и т.п. Требование поддержания технических показателей на приемлемом уровне будет также приводить к росту ремонтных затрат по мере старения оборудования. Так как эффективность эксплуатации энергоустановок не относится к категории безопасности, решение о приемлемом уровне эффективности оборудования принимает его владелец самостоятельно без участия федеральных органов власти.
Оценка технического состояния по обоим показателям напрямую зависит от качества проведения технического диагностирования оборудования, а именно - от применяемых методов и средств диагностики, квалификации экспертов и понимания ими реальных процессов, приводящих к исчерпанию ресурса. Применительно к большинству элементов тепломеханического оборудования ТЭС накопленный за многие десятилетия опыт позволяет сформулировать необходимый и достаточный объем контроля металла и иных видов диагностики, исключающий массовый выход оборудования из строя. Для некоторых элементов оборудования протекающие в металле процессы пока не достаточно изучены. Например, с 2003 г. стали обнаруживаться массовые повреждения валов сборных роторов паровых турбин частей низкого и среднего давления. До окончательного изучения природы этих повреждений и решения данной проблемы, чтобы исключить разрушение роторов при эксплуатации, в действующих стандартах предусмотрен контроль валов всех типов роторов после наработке 100 тыс.ч, далее -каждые 50 тыс.ч со снятием насадных дисков.
В электроэнергетике наряду с описанным подходом, основанным на изучении физических процессов, протекающих при эксплуатации оборудования, все большее распространение получает формализованный подход, увязывающий напрямую техническое состояние оборудования с его наработкой. Примером такой методологии может служить нормативный документ ОАО РАО «ЕЭС России» , в основу которого положена широко применяемая в международной практике методология фирмы Deloitte&Touche.
Согласно этой методологии физический износ оборудования рассчитывается как отношение его фактического срока службы к назначенному. Анализ степени физического износа оборудования осуществляется по шкале приведенной в табл. 2. По данной методологии ЗАО «АйТи Энерджи Аналитика» провел оценку технического состояния оборудования гидроэлектростанций России . По его анализу больше половины установленных на ГЭС гидротурбин имеют физический износ, превышающий 95% (группа «3» по табл. 2). Иными словами, это оборудование может быть использовано только в качестве металлолома. В работоспособные группы (от «А» до «Д») попало всего лишь 23% проанализированного парка гидротурбин. При этом гидроагрегат № 2 Саяно-Шушенской ГЭС по данной оценке занимал далеко не самую худшую позицию.
Данный подход может, конечно, служить неким ориентиром для владельца о сроках подготовки к замене оборудования, но ни в коем случае не снимает с него ответственности за проведение диагностики оборудования и адекватное реагирование на её результаты.
Выводы
1. Не исчерпание срока службы оборудования определяет угрозу безопасности и надежности его эксплуатации, а отсутствие объективной информации о техническом состоянии оборудования.
2. Формализованный подход к оценке технического состояния оборудования, основанный на сопоставлении фактического и назначенного сроков службы, не может заменить необходимость проведения технического диагностирования конкретных объектов, а лишь дополняет его.
Основным источником всех наших проблем является человеческий фактор, определяющий уровень безопасности и надежности оборудования на всех этапах его жизненного цикла, включая формирование общей технической политики в отрасли.
Литература
1. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.
2. ГОСТ 27625-88. Блоки энергетические для тепловых электростанций. Требования к надежности, маневренности и экономичности.
3. РД 10-577-03. Типовая инструкция по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций. М., ФГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2004.
4. СТО 17230282.27.100.005-2008. Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС. Контроль состояния металла. Нормы и требования. М., НП «ИНВЭЛ», 2009.
5. Тумановский А.Г., Резинских В.Ф. Стратегия продления ресурса и технического перевооружения тепловых электростанций. «Теплоэнергетика», №6,2001 г., с. 3-10.
6. СТО 17330282.27.100.001 - 2007. Тепловые электрические станции. Методики оценки состояния основного оборудования. М., НП «ИНВЭЛ», 2007.
7. Методология и руководство по проведению оценки бизнеса и/или активов ОАО РАО «ЕЭС России» и ОАО ДЗО РАО «ЕЭС России», Deloitte&Touche, 2003 г.
8. Рэнкинги физического износа оборудования ГЭС. ЗАО «АйТи Энерджи Аналитика». М., 2009,с. 49.
Перед рассмотрением показателей долговечности объектов, необходимо ознакомиться с временными понятиями теории надежности.
Наработка – продолжительность или объем работы объекта. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т. п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков и т.п.).
Наработка до отказа - наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа. Этот показатель характеризует восстанавливаемую систему.
Ресурс – суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или его возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.
Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или его возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.
Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение которого сохраняются в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции.
Остаточный ресурс – суммарная наработка объекта от момента контроля его технического состояния до перехода в предельное состояние. Аналогично вводятся понятия остаточной наработки до отказа, остаточного срока службы и остаточного срока хранения.
Назначенный ресурс – суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.
Согласно существующей практике оценки надёжности ЭСН потребителей различают следующие по продолжительности перерывы в ЭСН .
Кратковременный перерыв ограничен по продолжительности интервалом времени, необходимым для того, чтобы восстановить ЭСН автоматически с помощью телемеханики или ручным включением там, где оператор может сделать это немедленно. Такие операции обычно не превосходят нескольких минут.
Перерыв средней продолжительности ограничен интервалом времени, необходимым для того, чтобы вручную восстановить электроснабжение в местах, где нет дежурного оператора. Такие операции занимают 1–2 часа.
Длительный перерыв , который не может быть квалифицирован как перерыв кратковременный или средней продолжительности.
В теории надежности используются следующие показатели долговечности.
Средний ресурс – это математическое ожидание ресурса.
Гамма-процентный ресурс – это наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятность γ, выраженной в процентах.
Назначенный ресурс
Средний срок службы – математическое ожидание срока службы.
Гамма-процентный срок службы – календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта, в течение которой он не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , выраженной в процентах.
Назначенный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.
Основными характеристиками долговечности являются средний срок службы и средний ресурс.
Для восстанавливаемого объекта средний срок службы представляет собой среднюю календарную продолжительность эксплуатации объекта от ее начала или возобновления после предупредительного ремонта до наступления предельного состояния.
Средний ресурс представляет собой среднюю наработку объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после предупредительного ремонта до наступления предельного состояния.
Для невосстанавливаемого объекта эти характеристики совпадают и представляют собой среднюю продолжительность работы до отказа или до наступления предельного состояния. Практически эта величина совпадет со средней наработкой до отказа Тср.
Статистическая оценка среднего срока службы может быть получена по результатам наблюдения за n однотипными электросетевыми объектами, эксплуатируемыми приблизительно в одинаковых условиях. Формула для статистической оценки среднего срока службы однотипных объектов по результатам наблюдения имеет вид:
где τj – срок службы j-го объекта;
n – количество однотипных объектов.
Срок службы каждого конкретного объекта наблюдения зависит от многих случайных факторов, при этом предельное состояние объекта практически определяется его характеристиками, свидетельствующими о том, что его дальнейшая эксплуатация становится небезопасной для человека и окружающей среды, или становится экономически невыгодной.
Время нормального функционирования всякого ТУ ограничено неизбежными изменениями свойств материалов и деталей, из которых они изготовлены. Именно поэтому долговечность определяется сроком службы и ресурсом.
Срок службы определяется календарной продолжительностью эксплуатации ТУ от ее начала или возобновления после ремонта до предельного состояния .
Различаются: - средний срок службы или математическое ожидание срока службы:
Где t сл i – срок службы i -го ТУ; f (t сл ) – плотность распределения срока службы;
Средний срок службы до списания T ср .сл .сп – это средний срок службы от начала эксплуатации ТУ до его списания;
Гамма-процентный срок службы T сл .γ – это срок службы, в течение которого объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ процентов:
Кроме срока службы, долговечность ТУ характеризуется его ресурсом.
Ресурсом называется наработка ТУ от начала эксплуатации или же ее возобновления после ремонта до наступления предельного состояния . В отличие от определения понятия срок службы , понятие ресурс оперирует не календарной продолжительностью, а общей наработкой ТУ. Эта наработка в общем случае является величиной случайной. Поэтому, наряду с понятиями назначенного ресурса, долговечность оценивают средним ресурсом, гамма-процентным ресурсом и другими видами ресурсов.
Календарный срок службы и наработка ТУ. ПР – профилактика; t пс – время наступления предельного состояния Назначенный ресурс R н – это суммарная наработка ТУ , при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена , не зависимо от его состояния . Средний ресурс R ср – математическое ожидание ресурса .
где r – ресурс некоторого ТУ; f (r ) – плотность вероятности величины r .
Гамма - процентный ресурс R γ – наработка , в течение которой ТУ не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ процентов .
Гарантийный ресурс R г является понятием юридическим. Этот ресурс определяет, когда предприятие-изготовитель принимает претензии по качеству выпущенных изделий. Гарантийный ресурс совпадает с периодом приработки.
12. Надежность программного обеспечения (по). Безотказность и отказ по, устойчивость функционирования по.
Решение любой задачи, выполнение любой функции, возложенной на ЭВМ, работающей в сети или локально, возможно при взаимодействии аппаратных и программных средств. Поэтому при анализе надежности выполнения ЭВМ заданных функций следует рассматривать единый комплекс аппаратных и программных средств. По аналогии с терминами, принятыми для обозначения показателей надежности ТУ, под надежностью программного обеспечения (ПО ) понимается свойство этого обеспечения выполнять заданные функции , сохраняя свои характеристики в установленных пределах при определенных условиях эксплуатации .
Надежность ПО определяется его безотказностью и восстанавливаемостью. Безотказность ПО – это свойство сохранять работоспособность при использовании его для обработки информации в ИС . Безотказностью программного обеспечения оценивается вероятность его работы без отказов при определенных условиях внешней среды в течение заданного периода наблюдения . В приведенном определении под отказом ПО понимается недопустимое отклонение характеристик функционирования этого обеспечения от предъявляемых требований . Определенные условия внешней среды - это совокупность входных данных и состояние самой ИС . Заданный период наблюдения соответствует времени , необходимому для выполнения на ЭВМ решаемой задачи .
Безотказность ПО может характеризоваться средним временем возникновения отказов при функционировании программы. При этом предполагается, что аппаратные средства ЭВМ находятся в исправном состоянии. С точки зрения надежности, принципиальное отличие ПО от аппаратных средств состоит в том, что программы не изнашиваются и их выход из строя из-за поломки невозможен. Следовательно, характеристики функционирования ПО зависят только от его качества, предопределяемого процессом разработки. Это означает, что безотказность ПО определяется его корректностью и зависит от наличия в нем ошибок, внесенных на этапе его создания. Кроме того, проявление ошибок ПО связано еще и с тем, что в некоторые моменты времени на обработку могут поступать ранее не встречавшиеся совокупности данных, которые программа не в состоянии корректно обработать. Поэтому входные данные в определенной мере влияют на функционирование ПО.
В ряде случаев говорят об устойчивости функционирования ПО . Под этим термином понимается способность ПО ограничивать последствия собственных ошибок и неблагоприятных воздействий внешней среды или противостоять им. Устойчивость ПО обычно обеспечивается с помощью введения различных форм избыточности, позволяющих иметь дублирующие модули программ, альтернативные программы для одних и тех же за-
дач, осуществлять контроль за процессом исполнения программ.
Элерон, читайте ГОСТ, а не формуляр;-).
Хотя когда я в последние разы заглядывал в формуляры (давненько), там были "ресурсы" и "сроки службы".
У буржуев используется туманный термин "Life".
На эту тему я уже как-то постил одно свое старое "сочинение". Если народ не осудит, то могу воспроизвести для размышлений (но длинновато;-)):
1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АВИАТЕХНИКИ ЗА РУБЕЖОМ
Требования параграфов авиационных правил FAR 25.571 и JAR 25.571 не регламентируют установления назначенных ресурсов (сроков службы), а требуют расчетно-аналитического и экспериментального обоснования перечней агрегатов и узлов планера, эксплуатируемых по ресурсу (safe life) или в соответствии с концепцией "устойчивости к повреждениям" или "безопасной повреждаемости" (damage tolerance), т.е. методами ТЭС.
Такими базовыми положениями FAR 25 являются:
" 25.571 (а). Общие положения. Оценка должна показать, что катастрофический отказ вследствие усталости, коррозии или случайного повреждения будет предупрежден в течение срока эксплуатации (throughout the operational life) самолета. ...";
" 25.571 (b). ... Оценка степени влияния повреждения на остаточную прочность конструкции в любой момент в течение срока эксплуатации должна учитывать первоначальную возможность его обнаружения и последующий рост при повторяющихся нагружениях. ...";
" 25.571 (с). Оценка усталостной прочности (безопасного срока службы). ... Эта конструкция должна быть способна выдерживать повторяющиеся нагружения... в течение срока службы до списания (service life) без выявляемых трещин, что должно быть показано анализом, подтвержденным результатами испытаний. ...".
Интересно отметить, что даже в терминологии по ЭТХ за рубежом практически не применяется термин "назначенный ресурс", используется либо просто "life" как термин, объединяющий понятия ресурса и срока службы и используемый в контексте (как, например, в цитатах из FAR, приведенных выше - operational life). Следует указать, что аналогами русских терминов "назначенный ресурс (срок службы)" являются английские термины "ultimate life" или "declared life (maximum permitted life)", которые в тексте FAR отсутствуют.
Термин "time between overhaul (TBO)", определяется не как назначенный межремонтный ресурс, а обозначает периодичность плановых контрольно-восстановительных работ (КВР), выполняемых на изделии после демонтажа его с борта ВС (наработку между очередными плановыми КВР) .
Таким образом разработка ВС и КИ ведется исходя из предельного экономически обоснованного срока эксплуатации ВС (КИ), а их долговечность характеризуется и оценивается с использованием комплекса показателей надежности, не включающих такие традиционные для отечественной практики показатели, как назначенные ресурсы и сроки службы.
Не практикуется также поэтапное продление ресурсов ВС. Самолеты за рубежом поставляются заказчикам с установленными при сертификации и отраженными в программе ТОиР ВС перечнями агрегатов и КИ, эксплуатируемых по ресурсу и по техническому состоянию, а также с установленными в контракте гарантийными обязательствами, в том числе по предельному сроку службы (см. разд. 3).
Все возможные уточнения условий обеспечения долговечности АТ реализуются в виде изменений программы ТОиР, в частности в виде выпуска программы дополнительного контроля конструкции планера (Supplemental Structural Inspection Program - SSIP). Такие уточнения и дополнительные условия характерны, как правило, для стареющих изделий и никак не связаны с ограничением или продлением ресурсов (сроков службы) ВС в целом, что предусмотрено основополагающими нормативными документами (FAR и др.).
Для КИ ситуация за рубежом ближе к отечественной практике, однако величины периодичности КВР ограничиваются на начальном этапе эксплуатации только для особо сложных изделий (например, авиадвигателей) и не всеми фирмами. Большинство фирм поставляет КИ изготовителю ВС или эксплуатанту без ограничения ресурсов и сроков службы в принятом в отечественной практике понимании, но с определенной системой гарантий. Естественно все изделия проходят сертификацию типа "до установки на самолет", то есть отвечают требованиям FAR (JAR) и технических условий (стандартов Technical Standard Order - TSO).
Практически это означает, что после окончания всех гарантий эксплуатант может использовать КИ без ограничений (кроме тех, что есть в сертификате типа), но сам несет все издержки, связанные с повреждениями и отказами КИ.
Практическая интерпретация указанных требований в части долговечности может быть проиллюстрирована на примере двух среднемагистральных самолетов BAe.146 и RJ (Canadair Regional Jet) по материалам .
1. К самолету BAe.146 на этапах создания предъявлялись следующие требования (при продолжительности типового полета 45 минут):
срок эксплуатации "до появления трещин" (crack free life - CFL) - 40000 полетов;
cрок нормальной эксплуатации (с минимальным контролем и восстановлением конструкции - normal operation with minor repair) - 55000 полетов;
cрок эксплуатации до начала контроля конструкции (threshold inspection life - TIL) - 16000 полетов (плюс еще две формы контрольно-восстановительных работ с периодичностью 2 года);
срок нормальной эксплуатации с экономически обоснованным объемом контрольно-восстановительных работ (economic repair life - ERL или economic design goal - EDG) - 80000 полетов.
При этом объем программы "усталостных" испытаний конструкции составлял 140000 полетных циклов.
Интересно отметить также, что в соответствии с практикой британского CAA для самолета BAe.146 было выдвинуто требование к моменту получения сертификата летной годности подтвердить результатами испытаний возможность безопасной эксплуатации в течение 2 лет при 4000 полетов в год и коэффициенте безопасности 5, это требование созвучно отечественой практике установления начального назначенного ресурса, однако оно регламентирует объем "усталостных" испытаний, а не разрешенную продолжительность эксплуатацию парка самолетов.
2. К самолету RJ, уже эксплуатируемому в настоящее время, были предъявлены следующие основные требования в части его долговечности:
CFL - 30000 ч налета (45000 полетов); TIL - 15000 ч налета (последующие проверки совмещаются с формой C и проводятся каждые 3000 ч);
ERL (EDG) - 60000 ч (80000 полетов) или 20 лет.
Таким образом можно резюмировать, что в соответствии с требованиями авиакомпаний и государственными нормами (FAR, JAR) ВС и КИ могут и должны эксплуатироваться по состоянию, а их долговечность обеспечивается методами, отличными от отечественной практики установления и поэтапного продления назначенных ресурсов и сроков службы. Важной составной частью этих методов является использование развернутой системы гарантий поставщика АТ.
2. ГАРАНТИЙНЫЕ ОБЯЗАТЕЛЬСТВА ПОСТАВЩИКОВ И ПОДДЕРЖАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АВИАТЕХНИКИ ПРИ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Формирование указанных гарантий и обеспечение эксплуатации осуществляются за рубежом в соответствии с рекомендациями АТА, изложенными в спецификациях АТА (в частности, АТА Spec. 200, 300 и 400 по вопросам поставок КИ и другим вопросам материально-технического обеспечения) и руководстве АТА для поставщиков АТ .
Указанное руководство рекомендует поставщикам (в интересах успешного сотрудничества с ведущими авиакомпаниями и центрами ТОиР АТ) поддерживать следующие виды гарантий на поставляемую АТ:
стандартная гарантия,
гарантия предельного срока службы,
гарантия уровня надежности КИ,
гарантия регулярности вылетов,
гарантия объема ТОиР,
гарантия затрат на материалы и запчасти,
послеремонтные гарантии.
Стандартная гарантия соответствует гарантийным обязательствам, принятым в отечественной практике.
Гарантия предельного срока службы и уровня надежности как раз те гарантии, которые обеспечивают необходимый уровень долговечности и надежности поставляемой АТ. Ниже они будут рассмотрены подробнее.
Гарантии регулярности вылетов и затрат на ТОиР не имеет повсеместного распространения и не связаны напрямую с долговечностью и поэтому подробно не рассматриваются.
Гарантия послеремонтной надежности заключается в обязательстве продления первоначальной гарантии после ремонта КИ, т.е. учета ее истечения, начиная с момента восстановления КИ после перерыва в момент его отказа.
Применительно ко всем видам гарантий существует целый ряд общих условий поставки АТ, касающихся и организации поддержания долговечности ВС и КИ в эксплуатации, в частности, ожидается, что поставщики планера и двигателей ВС будут:
получать сертификаты от субпоставщиков КИ и заключать с ними соглашения о поддержании гарантий, а также сами будут поддерживать обязательства поставщиков КИ в случае невыполнения ими работ по гарантиям на КИ, установленные на ВС или двигателе;
представлять эксплуатанту общее руководство по всей системе гарантий на ВС и КИ, порядку их выполнения и контроля;
позволять эксплуатанту самостоятельно устранять за счет поставщиков отказы и повреждения в период действия гарантии, если у него существует для этого аттестованная (сертифицированная) государством материально-техническая база, а технология и оснастка отвечают требованиям поставщика КИ или ВС в целом;
разделять с эксплуатантом затраты на устранение поломок и повреждений АТ посторонними предметами, если конструкция создана с учетом устойчивости к таким повреждениям;
проводить гарантийный ремонт КИ в сроки, меньшие сроков плановых форм ТОиР для данного КИ;
позволять эксплуатантам передачу прав на гарантии третьей стороне в случае аренды, продажи и передачи АТ;
возмещать затраты на выполняемый силами эксплуатанта гарантийный ремонт (трудозатраты, включая накладные, по согласованным на текущий период тарифам и затраты на материалы и запасные части по текущим ценам).
Стандартная гарантия отвечает всем перечисленным условиям и кроме того содержит ряд дополнительных условий.
1. Изделия не должны иметь отказов и повреждений и отвечать требованиям условий поставки (технических спецификаций) в течение согласованного сторонами периода времени.
2. Гарантированному устранению подлежат отказы КИ, а иногда (по контракту на поставку) и вызванные ими вторичные повреждения.
3. Обязательные доработки (директивы летной годности) подлежат выполнению за счет поставщика АТ и с участием, при необходимости, его специалистов.
4. Период гарантии должен начинаться с начала использования КИ (ВС) и может охватывать весь срок его эксплутации, однако этот период не может быть меньше величины периодичности первого, намеченного по схеме вида планового ТО.
5. При выявлении и устранении в ходе гарантийного ремонта КИ конструктивного дефекта все КИ парка должны быть заменены на доработанные.
6. При отказе КИ, эксплуатируемого по ресурсу, в период гарантии, оно должно заменяться на новое, если отказавшее КИ выработало не менее 50% ресурса, в противном случае отказавшее КИ подлежит восстановлению (ремонту).
Типовые сроки стандартной гарантии составляют от 6 месяцев до 5 лет эксплуатации в зависимости от вида и причины отказа. Для контрактов концерна Airbus Industrie характерна величина стандартной гарантии от 6 месяцев до 4, 5 лет. В тоже время следует отметить высказанное в докладе мнение (по-видимому, общее мнение всех эксплуатантов), что период стандартной гарантии должен быть не менее 5 лет. Такие обязательства берет на себя, в частности, фирма Dassault (например, по самолету Falcon 900B ).
Гарантия предельного срока службы имеет своей целью обеспечить уровень долговечности основных силовых элементов планера и двигателей ВС, удовлетворяющий эксплуатанта. Она устанавливается в единицах наработки и/или календарного срока по согласованию сторон. Обычно для больших ВС величина ее выше и может достигать 60000 полетных циклов и 20 лет эксплуатации. Для легких ВС она существенно меньше, например, для самолета Falcon 900B гарантия предельного срока службы планера - 10 лет или 10000 ч налета .
Смысл этой гарантии заключается в том, что в ее рамках все затраты, связанные с отказами планера (двигателя) в период после окончания стандартной гарантии, возмещаются поставщиком и эксплуатантом солидарно на основе пропорционального разделения (по-видимому, пропорционально отработке гарантийного срока).
Гарантия уровня надежности - это еще одна гарантия, связанная с поддержанием долговечности КИ. Она заключается в обязательствах поставщика обеспечивать своими силами быструю замену отказавших КИ, если:
эти КИ эксплуатируются по ресурсу;
на них установлена одновременно с величиной ресурса гарантированная величина наработки на отказ (MTBF) или наработки на неплановый съем с борта (MTBUR) и эта величина не подтверждена в гарантийный период.
Величина гарантийного периода устанавливается обычно не менее 5 лет и он продляется сверх того при необходимости до тех пор, пока за интервал 18 последовательных месяцев не будет подтверждено значение гарантированного уровня надежности. Методика расчета этого уровня обычно включается в соглашение о гарантиях контракта на поставку ВС (КИ).
Таким образом поддержание уровня долговечности АТ в эксплуатации осуществляется за рубежом путем реализации системы гарантий, в частности по уровню надежности КИ и предельному сроку службы планера и двигателей ВС.
За рубежом так же, как в отечественной практике, существует система выполнения дополнительных осмотров и доработок конструкции ВС, однако это характерно для стареющих ВС (в конце срока гарантии предельного срока службы или за его пределами) и имеет целью не "продление ресурса", а сохранение уже заявленного уровня долговечности, либо повышение технико-экономической эффективности эксплуатации. В ряде случаев программы дополнительных осмотров конструкции (Supplemental (Structural) Inspection Program - SSIP (SIP)) являются довольно объемными комплексами работ, однако в пределах гарантии срока службы их выполнение финансируется совместно поставщиком и эксплуатантом ВС. В случае же выявления необходимости доработок из-за недостаточного уровня отказобезопасности конструкции, выявленного в эксплуатации, т.е. реализации директив летной годности, все расходы несет поставщик ВС (двигателя).
В ряде случаев выполнение специальных программ осмотров (типа SSIP) и доработок на базе поставщика обеспечивает увеличение гарантии предельного срока службы. Например, для самолетов фирмы Sabreliner Corporation возможно увеличение гарантии предельного срока службы с 10000 до 15000 ч налета (после выполнения в фирменном центре ТОиР корпорации специальной формы КВР Excalibur Inspection), либо даже до 30000 ч налета при выполнении более трудоемкой формы контроля и доработок конструкции планера .
В заключение можно резюмировать, что в отличие от отечественной практики за рубежом поддержание долговечности АТ в эксплуатации осуществляется не на базе поэтапного продления ресурсов, а путем реализации широкой системы гарантий и поэтапного (с "большим шагом" в 5...15 тыс. ч наработки) уточнения условий (по объемам КВР) отработки расчетных или гарантированных величин EDG. При этом по мере отработки ресурса все время происходит гибкое регулирование затрат эксплуатанта и поставщика на эти работы, осуществляемое на взаимоприемлемой договорной основе и в соответствии с действующими рекомендательными документами, например, ATA .
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Falcon 20 Retrofit. Bendix/King, Allied Signal Inc., 1990.
2. Requirements for Future Advanced Short/Medium Range Aircraft, AEA, 1983.
3. ATA World Airlines and Suppliers Guide, ATA, January 1994.
4. Program Plan - National Aging Aircraft Research Program, FAA/DOT USA, 1989.
5. World Airlines Technical Operations Glossary (WATOG), 10th Edition, ATA, IATA, ICCAIA, 1983.
6. Whittington H. RJ Rolls Out.- Commuter World, June-July, 1991.
7. Grigg R.E. Development of Maintenance Programme Through Flight Test Phase. Proceedings of Aircraft Engineering Conference AIRMECH"81, February 10-12, Zurich, 1981.
8. Meline J. What the Operator Wants. Там же.
9. Olcott J.M. Dassault Falcon 900B.- Business and Commercial Aviation, October, 1991.
10. Sabreliner Maintenance and Repair, Sabreliner Corp., 1991.
11. Edwards T.M., Wilson R.G. Maintenance Program Analysis for Aircraft Structures of the 80"s: MSG-3.- SAE Technical Paper Series, 1980, N 801214.
12. Maintenance Review Board Report. MDD DC-10-10 Maintenance Program, FAA/DOT USA, 1971.
13. Supplement to MDD DC-10-10 MRB Report (Applicable to MDD DC-10-30, -30F, -40), FAA/DOT USA, 1973.
14. Bradbury S.J. MSG-3 as Viewed by the Manufacturer (Was It Effective ?).- SAE Technical Paper Series, 1984, N 841482.