TESTOVÁNÍ a DIAGNOSTIKA VÝROBNÍCH STROJŮ I Literatura: Skripta: Zdeněk Vorlíček: Spolehlivost a diagnostika výrobních strojů ČVUT Praha 1991 Vorlíček, Rudolf: Diagnostika VS ČVUT Praha 1980 Kap. 1. Úvod:
Proč se zabýváme testováním a diagnostikou - charakteristika ekonomiky vyspělých států je prudký vědeckotechnický rozvoj - hlavní úkol zefektivnit celý výrobní proces . Efektivitu výroby a vysokou společenskou produktivitu je možno dosáhnout jen s pomocí kvalitních strojů a přístrojů. Termín diagnostika byl převzat z medicíny, jak metody, tak řešení problémů, tyto jsou velmi podobné. Odvozují se ze souvislostí z nastalých změn, nejraději bez zásahu do objektu. Z řečtiny (dia - skrz, gnosis - poznání). Dříve při prodeji rozhodovala cena , nyní především jakost. Zapojení našeho státu do mezinárodního obchodu - klíčová otázka, dovolí snížit spektrum výroby a zvýšit technickou úroveň strojírenství. Dnes čs. průmysl vyráběl asi 75% produktů pro vlastní spotřebu, ( v současnosti podíl klesá ), průmyslově vyspělé země asi 40%. Podle ekonomů (fr. CARRÉ ) při plné soběstačnosti by USA potřebovaly o 1/3 pracovníků více, GB o 1/2, Fr o 3/4 , SRN 2x. Jakost: je souhrn vlastností a znaků výrobků nebo služeb, které se vztahují na jejich schopnost uspokojit stanovené nebo předpokládané potřeby zákazníka. V zemích s tržním hospodářstvím : užitné vlastnosti (technické údaje ) hodnotí zákazník (trh) a autorizované zkušebny hodnotí (certifikát) : bezpečnostní, hygienické, ekologické vlastnosti výrobku. Bezpečnostní a hygienické hodnocení chrání obsluhu - úrazy, hluk, vibrace, chemické vlivy, škodlivé látky. Ekologické zájmy : celku (státu ):- spolehlivost, životnost - ekologická likvidovatelnost - nutná energie do výroby Ekologické vlastnosti výrobků: - spolehlivost: žádné náhradní díly - ekologicky přijatelné, likvidovatelnost ( recyklace surovin ) - obsah vložené energie, materiálu - ekotoxické charakteristiky stroje - malý počet havárií, používané materiály - emise, odpady aj.
JAKOST VÝROBKŮ EKON.ASPEKTY
TECHN. ASPEKTY
POŘIZ.NÁKLADY FUNKČNOST
BEZPORUCHOVOST
PROVOZ.NÁKL.
VÝKONNOST
ŽIVOTNOST
UDRŽOV.NÁKL.
FUNKČNÍ PŘESNOST
UDRŽOVATELNOST
OVLADATELNOST
DIAGNOSTIKOV.
PROVOZNÍ SPOLEHLIVOST
OPRAVITELNOST
HYGIENIČNOST
SKLADOVATELNOST
BEZPEČNOST UŽITÍ
POHOTOVOST
ESTET. PŮSOBIVOST
a další
EKOLOGICKÉ VLASTNOSTI ERGONOMICKÉ VLASTNOSTI
Komplexní ukazatele spolehlivosti: součinitel pohotovosti k p =
∑t ∑t
i
pi
součet dob provozu pi
+ ∑ t oj
Tp
= T +T p o
j
součet dob oprav Součinitel technického využití výrobních zařízení: k TV
∑t = ∑t + ∑t
pi
i
pi
i
j
oj
+ ∑ t úp
=
Tp T p + To + Tú
p
preventivní údržba Jakostní výrobek má být spolehlivý.Na začátku úkolu o zvýšení spolehlivosti je třeba zvážit cestu jak tohoto zlepšení dosáhnout: a) Snižování počtu poruch: absolutní zvýšení spolehlivosti, (jakostnější prvky , zmnožení stejně funkčních prvků, diagnostika, zmenšení namáhání aj.). Používá se tam, kde porucha představuje velké riziko ohrožení - jaderné elektrárny, chemie, kosmonautika. b) Opatření která vedou k rychlému odhalení již nastalé poruchy a krátké době opravy. Užívá se v běžných strojírenských provozech. Při návrhu strojů už se počítá s možnostmi diagnostikovatelnosti a testování i za provozu.
Snaha: poruše pokud možno předcházet, a v případě vzniku poruchy rychlá opravitelnost. Jak se provádí údržba: - po poruše - menší stroje nahraditelné - podle pevně stanoveného plánu (větší stroje, celky)- ze statisticky zjištěných hodnot času bezporuchovosti ( harmonogram ) - podle technického stavu (predictive maintenance) - umožněno diagnostikou a testováním, vkládají se jisté parametry (jak velikost, tak tendence zhoršování) Př.: Firma Fiat- diagnostika hnacích motorů velkých výrobních strojů snížila počet havárií/rok z 54 (v roce 1980) na 3 ( 1986). Základní pojmy z teorie spolehlivosti VS Teorie spolehlivosti se zabývá zákonitostmi vzniku poruch strojů a jejich uzlů, metodikou návrhu konstrukcí odolných poruchám. Podle normy ČSN 01 0102 ... Spolehlivost je obecná vlastnost výrobku plnit po stanovenou dobu požadované funkce při zachování parametrů daných technickými podmínkami. Vyjadřuje se dílčími vlastnostmi jako jsou bezporuchovost, životnost, udržovatelnost, opravitelnost aj. Další normy ČSN INC 50 (191), ISO 9000-4 – Pokyny pro řízení programu spolehlivosti. Spolehlivost lze tedy charakterizovat: - kvalitativně (bezporuchovost, opravitelnost, životnost, udržovatelnost) - kvantitativně - vyjádření číselné hodnoty dílčích vlastností Zjišťování těchto charakteristik je na základě zkoušek spolehlivosti. Provádí se na řadě představitelů – statisticky mají pravděpodobnostní charakter, nejde provádět u všech, děje se na výběru tzv. náhodného vzorku. Náhodný vzorek - je vzorek představitelů vybraný tak, aby všechny výrobky měly stejnou možnost vybrání. a) Bezporuchovost: je vlastnost výrobku zachovávat provozuschopnost v předepsaných režimech během určené provozní doby. Je hodnocena: - Ts - střední hodnotou času bezporuchového provozu (pro neopravitelné výrobky), nebo - střední doba mezi poruchami (pro opravitelné výrobky) ∑ Ti ∞ Ts = i = ∫ R(t ) dt n 0
- R(t) - vyjadřuje pravděpodobnost, že od počátku sledování do okamžiku t nenastane u výrobku porucha. n R(t ) = d = 1 − F (t ) n kde nd - provozuschopné výrobky v okamžiku t. n - celkový počet výrobků - F(t) - pravděpodobnost vzniku poruchy v intervalu < 0, t > np F (t ) = = 1 − R (t ) n kde np - porouchané výrobky v okamžiku t. f(t) - hustota pravděpodobnosti poruch: poměr počtu nově porušených výrobků za malou časovou jednotku k celkovému počtu sledovaných výrobků t ∞ ∆n p (∆t ) , F (t ) = ∫ f (t )dt , R(t) = ∫ f (t )dt f (t ) = lim ∆t →0 n 0 t λ (t) - intenzita poruch: je to poměr nově porušených výrobků za malou časovou jednotku po daném čase t, k počtu výrobků f (t ) neporušených do této doby. λ ( t ) = R( t ) b) T - technický život ( životnost ):vlastnost výrobku zachovávat provozuschopnost v předepsaných režimech a provozních podmínkách s nutnými přestávkami pro údržbu a opravy, až do mezního stavu dle určených podmínek. Mezní stav: zničení výrobku, ale i dosažení normativu doby provozu, opotřebení aj.(ztráty technických parametrů). Hodnotí se dobou technického života:
T = ∑ tpi i
kde tpi jsou doby provozu
Životnost např.: u ložisek γ95→ značí, že 95% ložisek dosáhne předepsané životnosti ( např. 1000 h ). γ95 – procentní ukazatel spolehlivosti c) udržovatelnost: vlastnost výrobku umožňující předcházení, vyhledávání a odstraňování poruch technickou údržbou - takže snížení počtu poruch, nebo oddálení jejich vzniku. Číselným ukazatelem jsou jednotkové náklady na technickou údržbu ∑ N úi ( Kč/rok) Nú = i T Núi - náklady na jednotlivé opravy (údržbu) stroje T - délka technického života
1 µ - intenzita údržby. Tú Všechny uvedené vztahy závisejí na čase t. Typický průběh intenzity poruch λ(t). A - doba záběhu, období častých poruch B - období normálního provozu C - období dožívání výrobku u elektronických výrobků : t1 – týdny a t2 roky někdy se udává µ =
λ(t)
C A
B
t
t1
t2
Příklad: Na NC soustruhu jsou naměřeny doby provozu Tp a doby údržby Tú: Tp Tú 10 2
Tp 41
Tú 1
1
Tp 32
Tú 3
2
Tp 10 3
Tú Tp 1,5 50 4 1
Tú 2
časy hod. 5 pořadí 1
T pstř =
1 153 T pi = = 30,6h ∑ n 5
−1 Intenzita údržby µ = T = 0,53h = 1,9 ú
Tústř =
1 9,5 Túi = = 1,9h ∑ n 5
1 1 = 3,27 * 10 − 2 h −1 = Intenzita poruch λ = T pstř 30,6 Tp
30,6
Součinitel pohot. Kp = T + T = 30,6 + 1,9 = 0,94 Doba života T = ∑ T pi = 153h p ú Souvislost mezi R(t) a λ(t): R(t) = 1- F(t) , dF (t ) d (1 − R (t )) dR (t ) f (t) = = =− dt dt dt dR (t ) − f (t ) f (t ) dt ⇒ −λ ( t ) dt = dR(t ) ⇒ λ(t ) = = = R (t ) 1 − F (t ) R(t ) R(t ) t
t
dR(t ) = ln R (t ) R ( t ) 0
⇒ − ∫ λ ( t ) dt = ∫ 0
t
e
− ∫ λ ( t ) dt 0
= R (t ) , na př: pro λ(t) = λ (konstanta) je pak R(t) = e − λt exponenciální průběh
