«Вышедший на пенсию специалист по техническому обслуживанию профессор Дэвид Шервин на своих семинарах по вопросам техники обеспечения надёжности рассказывает историю о финансовых последствиях для двух организаций, имеющих различные стратегические взгляды на надёжность оборудования…»
Шесть дизельных двигателей
Несколько лет назад одна судоходная компания приобрела три дизельных двигателя для своего нового судна. Тогда же в другой части планеты железнодорожная компания установила на новый грузовой локомотив три дизельных двигателя той же модели. Двигатели ввели в эксплуатацию на корабле и локомотиве, не задумываясь о критериях их выбора.
Прошло несколько лет и появилась возможность сравнить расходы на использование этих агрегатов. Оказалось, что затраты на техническое обслуживание у владельцев судна были в три раза меньше, чем у владельцев локомотива. Такое расхождение вызвало большой интерес.
Для выяснения причины большой разницы в стоимости технического обслуживания одинаковых двигателей провели расследование. Выяснилось, что в обоих случаях были продолжительные периоды работы двигателей под постоянной нагрузкой. Также периодически агрегаты работали с повышенной нагрузкой: когда судно двигалось быстрее или при подъеме локомотива в гору.
Однако, судоходная компания стратегически решила эксплуатировать двигатели с максимальной мощностью на 10% ниже номинальной. То есть двигатели эксплуатировались при 90% нагрузке относительно максимально разрешенной. Это решение и помогло сэкономить 200% на техническом обслуживании агрегатов.
На железной дороге использовали двигатели на все 100% мощности, так как считали правильным эксплуатацию агрегатов на максимальных характеристиках. Поэтому здесь никакой экономии не было.
Получается, что сравнительно небольшое различие в нагрузке на оборудование значительно сказывается на затратах на его обслуживание.
Вероятность возникновения отказов
Согласно теории, материалы могут служить бесконечно долго, если их прочность значительно выше испытываемых нагрузок. Но на несущую способность материала влияет множество факторов, поэтому способность выдержать нагрузку приобретает вероятностный характер. В качестве иллюстрированного подтверждения этих слов, на рисунке представлена кривая уровней нагрузки, при которой детали выходят из строя.
Диапазон прочности материала образует кривую от самой слабой до самой сильной. Здесь ось Y представляет собой вероятность возникновения отказа, то есть это кривые функций плотности вероятности («вероятность отказа против нагрузки/прочности»). Они отражают естественную изменчивость свойств материала.
Нагрузки на деталь вызывают напряжение в самой детали. Когда напряжение превышает предельно допустимую нагрузку, деталь выходит из строя. Напряжение возникает из-за использования детали в условиях переменной и смешанной нагрузки. Поэтому при использовании деталей в условиях с большой вероятностью возникновения высокой нагрузки можно столкнуться с превышением допустимой нагрузки. В таком случае уже на ранней стадии из строя выходят самые слабые элементы, а более прочные детали перестают работать только при достижении большего напряжения.
Производитель оборудования должен так подобрать материал для детали, чтобы его прочность позволяла выдерживать ожидаемые нагрузки. Показанные на рисунке верхние кривые демонстрируют распределение прочности материалов деталей и распределение ожидаемых эксплуатационных нагрузок, которым будет подвергаться изделие. При эксплуатировании и обслуживании оборудования в соответствии с инструкциями производителя, вероятность его выхода из строя невелика. В таком случае максимальное рабочее напряжение ниже способности детали выдерживать нагрузку. Это обеспечивает продолжительный срок службы изделия. Но во время работы конкретного оборудования могут происходить неизвестные и непредсказуемые ситуации. Поэтому производитель обеспечивает безопасность оборудования, предусматривая промежуток между двумя крайностями распределения.
Но детали все равно выходят из строя, что приводит к отказу работы оборудования. Это обуславливается старением изделий, когда время или накопленная усталость выводят из строя материалы конструкции. Такая ситуация представлена средними кривыми на рисунке. Здесь графически изображено, что накопленная усталость и возраст ухудшили свойства материала, сделав его прочность слишком низкой. В итоге деталь вышла из строя, не выдержав нагрузки. На нижних кривых отражена ситуация, когда эксплуатационные нагрузки увеличиваются и возникают перегрузки на изношенных деталях.
Перевод текста из книги: PLANT AND EQUIPMENT WELLNESS, Mike Soldaliny