Технические состояния объекта

Как отмечалось, система или элемент (объект) выполняет определенные функции; имеет определенный жизненный цикл, который протекает во времени и имеет определенные закономерности, изучаемые в теории надежности.

Жизненный цикл объекта – это совокупность фактических состояний объекта и возникающих событий, способствующих переходу в новое состояние.

Если происходит полная или частичная утрата способности выполнения каких-либо функций (например, утрата работоспособности) на протяжении жизненного цикла объекта, то такое событие называется отказом.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Критерий отказа — признак или совокупность признаков неработоспособного состояния объекта, установленных в НТД и (или) конструкторской (проектной) документации.

Типичные критерии отказов:

— прекращение выполнения объектом заданных функций (отказ функционирования); снижение качества функционирования по одному или нескольким из выходных параметров (производительность, мощность, точность и др.) за пределы допускаемого уровня (параметрический отказ);

— искажения информации на выходе объектов, имеющих в своем составе ЭВМ или другие устройства дискретной техники из-за сбоев;

— внешние проявления, связанные с наступлением или предпосылками наступления неработоспособного состояния (шум, вибрации, перегрев и др.).

В связи с этим выделяют пять основных видов технического состояния объекта.

1 Исправное состояние (исправность) – это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям НТД и (или) конструкторской (проектной) документации.

2 Неисправное состояние (неисправность) — это состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований НТД и (или) конструкторской (проектной) документации.

3 Работоспособное состояние (работоспособность) – это состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям НТД и (или) конструкторской (проектной) документации.

4 Неработоспособное состояние – это состояние объекта, при котором значения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям НТД и (или) конструкторской (проектной) документации.

5 Предельное состояние – это состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Предельное состояние обусловлено физической невозможностью дальнейшей эксплуатации объекта, либо недопустимым снижением его эффективности, либо требованиями безопасности и определяется установленным критерием предельного состояния.

Критерий предельного состояния — признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные НТД и (или) конструкторской (проектной) документацией.

Типичные критерии предельных состояний:

— отказ одной или нескольких составных частей, восстановление или замена которых на месте эксплуатации не предусмотрены эксплуатационной документацией (должны выполняться на предприятии-изготовителе или на специализированном ремонтном предприятии);

— механический износ ответственных деталей (узлов) или снижение физических (химических) свойств материалов до предельно допустимого уровня;

— снижение наработки на отказ (повышение интенсивности отказов) ниже (выше) допустимого уровня;

— повышение установленного уровня текущих (суммарных) затрат на техническое обслуживание и ремонт или другие признаки, определяющие экономическую нецелесообразность дальнейшей эксплуатации.

Переход объекта из одного вышестоящего технического состояния в нижестоящее обычно происходит вследствие событий: отказов, повреждений или неисправностей.

Повреждение – это событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния. Различают два основных вида повреждений объекта:

1 Допустимые повреждения, возникающие при нормальных условиях эксплуатации (износ режущего инструмента, износ направляющих станка, поломки мелкоразмерного инструмента и деталей предохранительных устройств и т.п.). Полностью устранить этот вид повреждений невозможно, но можно замедлить их проявление.

2 Недопустимые повреждения, возникающие вследствие наличия дефектов или случайных неконтролируемых внешних причин, непосредственно не связанных с техническим состоянием рассматриваемого объекта (аварии, стихийные бедствия и т.п.).

Неисправное состояние — состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы по одному из требований НТД и (или) конструкторской (проектной) документации.

Повреждения и неисправности, в свою очередь, могут возникнуть из-за дефектов оборудования.

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта установленным НТД и (или) конструкторской (проектной) документации, снижающее его уровень надежности.

Следует отметить, что объект, имеющий дефект, может находиться в работоспособном состоянии. Дефект рассматривается как возможная причина возникновения отказа, но наличие дефекта не означает, что отказ произошел.

По признаку стадии происхождения дефекты можно разделить на три группы.

1 Дефекты (ошибки) проектирования:

— недостаточную защищенность узлов трения;

— наличие концентраторов напряжений на деталях;

— неправильный расчет несущей способности деталей (приводит к их статическому разрушению или малоцикловой усталости);

— неправильный выбор материалов;

— неправильное определение предполагаемого уровня эксплуатационных нагрузок и т. п.;

2 Дефекты изготовления (производственные):

— дефекты заготовок (пористость, усадочные раковины, неметаллические включения, охрупчивающие примеси и т.п.);

— дефекты механической обработки (прижоги, задиры, заусенцы, избыточная локальная пластическая деформация и т.п.);

— дефекты сварки (трещины, остаточные напряжения, термические повреждения основного материала и т.п.);

— дефекты термообработки (перегрев, закалочные трещины, поводка, коробление, обезуглероживание поверхностного слоя);

— дефекты сборки (повреждения поверхностей, задиры, перекосы, внесение абразива и т. п.).

3 Дефекты эксплуатации:

— нарушение условий применения;

— неправильное техническое обслуживание и ремонт;

— наличие перегрузок и непредвиденных нагрузок;

— применение некачественных эксплуатационных материалов.

Для повышения надежности в сложных технических изделиях и системах применяют резервирование. А требования, предъявляемые к надежности системы ЭСН, определяют выбор объемов и способов резервирования.

Резервирование – это применение дополнительных средств и (или) возможностей в целях сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

Резерв — это совокупность дополнительных средств и (или) возможностей, используемых для резервирования.

Резерв может быть нагруженным, когда резервный элемент находится в том же рабочем режиме, что и основной, облегченным и ненагруженным, когда резервный элемент нагрузки практически не несет (до начала выполнения им функций основного элемента).

Итак, под резервированием понимается повышение надежности введением избыточности, которое, в свою очередь, подразделяется на следующие виды: структурное, функциональное, временное и информационное.

Структурное резервирование — использование избыточных элементов структуры объекта, т. е. элементов, которые не являются необходимыми для выполнения возложенных на объект функций, например установки вторых трансформаторов на подстанциях, сооружения вторых цепей, когда пропускная способность первых еще не исчерпана.

Функциональное резервирование — это использование способности элементов выполнять дополнительные функции, повышая надежность работы системы за счет перераспределения функции при отказах элементов. При этом происходит более интенсивная работа (загрузка) других элементов, выполняющих до появления отказа более ограниченные функции. Например, межсистемная ЛЭП, предназначенная для реализации каких-то режимных состояний или передачи энергии, в то же время может быть использована и для резервирования отказов генерирующего оборудования.

Временное резервирование — использование избыточного времени. Суть его заключается в том, что системе в процессе функционирования предоставляется возможность израсходовать дополнительное время для выполнения задания. Оно осуществляется либо за счет резерва времени, в течение которого система имеет возможность выполнить задание, либо за счет использования резерва мощности уменьшением времени выполнения задания. Так, если в одной из энергосистем имеются резервные генераторы, которые используются кратковременно в течение, например, года, обладая тем самым резервом по времени, то при объединении ее с другой системой эти генераторы могут резервировать отказы и простои оборудования во второй энергосистеме, компенсируя дефицит энергии в те интервалы времени, в которые они не используются в первой системе.