FIABILITATEA, MENTANABILITATEA SI DISPONIBILITATEA SISTEMELOR SI INSTALATIILOR ELECTROMECANICE

FIABILITATEA, MENTANABILITATEA SI DISPONIBILITATEA SISTEMELOR SI INSTALATIILOR ELECTROMECANICE

1. Introducere

Intrucat majoritatea produselor reprezinta o asociere de elemente (componente), adica un ansamblu, un sistem de elemente grupate si utilizate intr-un anumit mod, pentru determinarea fiabilitatii unui sistem este necesar sa se cunoasca structura si caracterul functio­narii lui, legatura dintre fiabilitatea elementelor si cea a sistemului.

In fiabilitate, modalitatile de imbi­nare a elementelor unui sistem, se poate realiza in:

serie,

derivatie (paralel),

mixt.

Calculul fiabilitatii sistemelor este precedat de intocmirea schemei lo­gice a acestuia pentru care sint necesare:

descrierea functionarii sistemului si intocmirea listei proprietatilor sistemului in stare de buna f 212i87c unctionare;

clasificarea defectelor elementelor si ale sistemului;

estimarea influentei defectarii fiecarui element in parte asupra ca­pacitatii de functionare a sistemului;

elaborarea modelului structural, logic al functionarii fara defectiuni a sistemului.

Pentru ca un produs sa indeplineasca in bune conditii functiunile sale, este necesar sa fie nu numai fiabil, ci sa fie si usor de supravegheat si reparabil, pentru a-si mentine starea de buna functionare.

2. Fiabilitatea sistemelor tehnice

Sistemele tehnice (utilaje, echipamente, instalatii, etc.) pot fi impartite in trei mari categorii, in functie de conexiunea elemente­lor lor, respectiv:

sisteme tehnice cu elemente legate in serie;

sisteme tehnice cu elemente legate in derivatie;

sisteme tehnice cu elemente cu conexiune mixta.

Fiabilitatea acestora se determina tinindu-se cont de modul legare a elementelor componente.

2.1. Fiabilitatea sistemelor tehnice cu elemente legate in serie

Un sistem formeaza o conexiune de tip serie (fig. 1) daca cele N elemente componente ale sale sint legate astfel incit, defectarea unui singur element are drept consecinta caderea intregului sistem.

In acesta situatie, buna functionare a sistemului este data func­tionarea tuturor subansamblurilor si componentelor sale iar iesirea din functiune a unui element determina caderea intre­gului sistem.

In acest caz, sistemul cu conexiune serie functioneaza atit timp cit functioneaza ele­mentul cu durata cea mai mica de functionare.

Fiabilitatea (probabilitatea de buna functionare) a sistemului de tip serie scade pe masura ce numarul elementelor componente creste.

Ex­presia acestei fiabilitati este data de relatia:

unde: R_s(t) - reprezinta probabilitatea functionarii sistemului

tehnic fara defec­tiuni pentru un timp t;

N - numarul de elemente componente ale sistemului

tehnic

Fig.    1. Structura sistemului reparabil de tip serie.

Cum fiabilitatea elementelor componente ale unui sistem serie sunt numere mai mici decit 1, potrivit relatiei 1 fiabilitatea sistemelor de tip serie este totdeauna inferioara fiabilitatii oricarui element component.

Daca toate elementele componente ale sistemelor serie poseda aceeasi fiabi­litate R_o(t), tinind cont si de relatia (1), fiabilitatea sisteme­lor se scrie:

2

2.2. Fiabilitatea sistemelor tehnice cu elemente legate in derivatie

Un sistem tehnic cu elemente componente legate in derivatie este caracterizat prin aceea ca prin caderea unui element component nu are loc iesirea din functiune a intregului sistem, intrucit functiunile elementului defect (ca­zut) sunt indeplinite de elementele ramase in functionare.

Pentru un element i al sistemului tehnic cu elemente legate in derivatie probabilitatea de de­fectare este data de expresia:

3

Functia de defectare sau nonfiabilitate a unui sistem tehnic cu conexiune in derivatie se determina cu expresia:

4

Fig,    2. Structura unui sistem tehnic de tip de­rivatie

Cum defectarea sistemului tehnic in derivatie are loc numai in cazul defectarii concomitente a tuturor elemen­telor, rezulta ca fiabilitatea sistemului respectiv se determina cu expresia:

5

2.3. Fiabilitatea sistemelor tehnice cu conexiune mixta

Sistemul tehnic cu conexiune mixta se compune din:

grupa elementelor componente conectate in serie;

grupa elementelor componente conectate in paralel, care la randul ei este conectata in serie cu prima.

Caderea unui asemenea sistem tehnic se poate realiza din urmatoarele trei motive:

caderea unuia dintre elementele legate in serie;

caderea simultana a elementelor legate in paralel;

caderea simultana a elementelor din ambele grupe (grupa serie si grupa paralel).

Fiabilitatea elementelor legate in serie se determina cu expresia:

6

Fiabilitatea elementelor legate in derivatie se determina cu expresia:

7

Fiabilitatea intregului sistem tehnic, tinind cont ca cele doua grupe sint legate in serie, se determina cu expresia:

8

3. Mentenabilitatea si disponibilitatea utilajelor si instalatiilor electromecanice

3.1. Mentenabilitatea

Mentenabilitatea repre­zinta proprietatea produsului exprimata prin probabilitatea acestuia de a putea fi supravegheat, intretinut si reparat intr-o anumita perioada de timp.

Operatiile preventive necesare pentru mentinerea unui produs in stare de functionare se mai numesc operatii de mentenanta si devin eficiente daca:

reperele produsului sint usor accesibile;

exista piese de schimb;

mana de lucru este calificata pentru reparatii si intretinere.

Accesibilitatea la reperele produsului reprezinta proprietatea acestuia de a putea fi demontat si montat cu usurinta. O buna accesibilitate duce la ridicarea disponibilitatii produsului prin cres­terea operativitatii activitatii de intretinere si reparare.

Piesele de schimb si cele de rezerva sunt elemente strict necesare pen­tru efectuarea reparatiilor si repunerii unui echipament in stare de func­tionare.

„Service' reprezinta un mij­loc operativ si eficient de a urmari modul de comportare a produselor in exploatare.

Indicatorii statistici ai mentenabilitatii sunt:

media timpului de repara­tie (MTR);

rata reparatiilor (μ).

Media timpului de reparatii (MTR) se calculeaza cu expresia:

9

unde: reprezinta timpul total de reparatie a unui

echipament;

- timpul de reparatie aferent unui ciclu.

Indicatorul (MTR) este util la dimensionarea atelierelor si sectoa­relor de reparatii, a unitatilor „service' si pentru calculul disponibilitatii produselor.

Rata reparatiilor (μ) se determina cu expresia:

10

3.2. Disponibilitatea

Disponibilitatea produselor depinde de fiabilitate si men-tenabilitate, conform schemei din figura 3.

Conform cu figura 3, disponibilitatea se poate calcula cu expresia:

11

unde: M(t') - este media timpilor de reparatii.

Fig.3. Schema factorilor de care depinde disponibilitatea unui sistem

electromecanic

Trebuie subliniat ca la produsele nereparabile (fara restabilire), dis­ponibilitatea este egala cu fiabilitatea acestora.

De fapt, disponibi­litatea reprezinta probabilitatea ca un produs sa fie in stare de functio­nare la momentul t.

Disponibilitatea, ca indicator statistic, se mai determina si cu expresia:

12

unde: MTBF    - este media timpului de buna functionare.

Trebuie precizat ca disponibilitatea se calculeaza numai pentru perioada care corespunde vietii utile a unui echipament.

Aceasta nu se poate calcula nici pentru perioada initiala (de tinerete) si nici pentru perioada de uzura (de batranete) a echipamentului respectiv, perioade in care caderile (defectarile) nu au un caracter accidental, iar numarul lor este mare in compara­tie cu caderile din perioada vietii utile.

4. Modalitatile de crestere a fiabilitatii utilajelor si instalatiilor electromecanice

Fiabilitatea si modalitatile de crestere a acesteia se realizeaza in toate etapele prin care trece un produs, respectiv:

cercetare,

proiectare,

productie,

transport,

exploa­tare si intretinere,

reparatii.

La produsele complexe realizarea unei fiabilitati ridicate prin utilizarea unor elemente componente cu fiabilitate mare, nu este insa in­totdeauna posibila. In asemenea situatii, asigurarea nivelului dorit de fiabilitate se poate realiza prin metoda rezervarii ele­mentelor sau prin redundanta, legind in paralel doua sau mai multe ele­mente de acelasi timp cu o fiabilitate mai mica, in asa fel incit, atunci cind cade un element, un altul sa-i ia locul.

De cele mai multe ori fiabilitatea proiectata difera de fiabilitatea reala a unui pro­dus. Din aceasta cauza este necesar ca inainte de punerea in fabricatie sa se analizeze cu atentie prototipul, intrucat in timpul experimentarii prototipului se pot depista o serie de deficiente constructive care nu pot fi sesizate in faza de proiectare.

Proiectantul trebuie sa prevada norme de conservare si trans­port pentru fiecare produs, intrucat fiabilitatea din faza de proiectare si din procesul de fabricatie poate sca­dea daca produsul nu este pastrat si transportat in mod corespunzator.

4.1.Factorii care influenteaza fiabilitatea

Acestia se impart in:

factori care maresc fiabilitate,

factori care micsoreaza fiabilitatea.

Factorii care maresc fiabilitatea sunt:

factori care maresc perioada de functionare fara defecte,

factori care maresc perioada de repunere (restabilire) in functiune fara defecte.

Factori care maresc perioada de functionare fara defecte sunt urmatorii:

reparatii preventive (profilaxie) si prognoza,

control statistic,

incercari si experimentari,

optimizarea schemelor constructive,

termoizolare si ermetizare,

optimizarea regimurilor de functionare,

utilizarea unor elemente de siguranta,

asigurarea pieselor de schimb si de rezerva.

Factori care maresc perioada de repunere (restabilire) in functiune fara defecte sunt urmatorii:

conditii optime de reparatie a defectelor,

conditii bune de aprovizionare,

optimizarea metodelor de localizare a defectelor,

pregatirea buna a personalului de exploatare,

tehnologie adecvata si o buna capacitate de reparare,

standardizare si tipizare,

autocontrolul parametrilor.

Factorii care micsoreaza fiabilitatea sunt:

factori obiectivi,

factori subiectivi.

Factorii obiectivi care micsoreaza fiabilitatea sunt urmatorii:

actiunea mediului ambiant (temperatura, umiditatea, vant, etc.),

caracteristicile regimului de functionare (presiuni, temperaturi, viteze, socuri, etc.),

sarcini dinamice (variatii ale vitezei, variatii ale peresiunii, adaos de prelucrare, etc.),

vibratii,

variatia parametrilor mediului hidraulic.

Factori subiectivi care micsoreaza fiabilitatea sunt urmatorii:

elemente componente nesigure,

regimuri de lucru anormale,

scheme constructive nerealiste,

nerespectarea normelor de exploatare,

intretinere neglijenta,

materiale, combustibili, lubrifianti necorespunzatori.

Trebuie precizat ca, cresterea fiabilitatii echipamentelor, utilajelor, instalatiilor etc. necesita cheltuieli de productie suplimentare, dar care se amortizeaza prin reducerea cheltuielilor de exploatare si indeosebi a celor de intretinere si reparatii, dupa cum se poate vedea si in figura 4.

Fig.    4. Variatia cheltuielilor in functie de fiabilitatea sistemului electromecanic.

Se poate observa ca zona optima este in zona centrala a graficului, fiind un compromis intre cheltuieli si fiabilitate.