При оценке качества строительных материалов должны в полной мере учитываться их свойства. Согласно существует система показателей качества, в которую входят: показатели назначения, надежности и долговечности, эргономические показатели и т.д.

Показатели назначения. Эти показатели характеризуют полезный эффект от использования продукции по назначению и определяют область ее применения. В общем виде к показателям целевого назначения относят прочностные (прочность на сжатие и растяжение, жесткость, трещиностойкость, ударную прочность, сейсмостойкость), а также теплофизические показатели и стойкость к внешним воздействиям (морозостойкость, влагостойкость, стойкость к воздействию солнечной радиации, термостойкость, огнестойкость, теплопроводность, водонепроницаемость, показатели звукоизоляции, светопропускания и др.).

Необходимая для оценки качества номенклатура показателей назначения регламентируется системой стандартов предусматривает следующие показатели назначения для каменных стеновых материалов: пределы прочности при сжатии и изгибе, водопоглощение, отпускную влажность, морозостойкость, линейную усадку. Учитывая, что материалы предназначены для работы в ограждающей стеновой конструкции и должны обладать большим термическим сопротивлением, в стандарт включен один из важнейших показателей - теплопроводность стенового материала

При оценке уровня качества продукции показатели назначения часто применяют совместно с показателями других видов. Наиболее тесно к показателям назначения примыкают показатели надежности и долговечности.

Также к этой группе относятся показатели конструктивности характеризуют степень технического совершенства и прогрессивность материала, изделия или конструкции. Для строительных изделий показателями конструктивности служат геометрическая форма и размеры, нормируемые допуски. Применительно к материалам в качестве показателей конструктивности используют характеристики состава и структуры. Например, для цемента используют характеристику по содержанию основных минералов клинкера; бетонные смеси характеризуют видом и соотношением исходных материалов и т. д.

Показатели надежности и долговечности. Эти показатели характеризуют свойства надежности и долговечности материалов, изделий или строительных объектов. Применительно к процессу изготовления продукции заслуживает внимания - также надежность технологического оборудования, используемого при производстве изделий и технологии в целом.

Показатели надежности характеризуют степень выполнения продукцией своих функций в течение заданного срока службы в определенных условиях внешней среды с сохранением своих свойств при условии соблюдения правил эксплуатации. Свойство надежности закладывается на стадии разработки продукции, обеспечивается на стадии ее производства и поддерживается на стадии эксплуатации.

Проблема надежности строительных конструкций и систем становится все более важной в связи с повышением этажности сооружений, увеличением числа сборных элементов и количества стыков, стремлением выполнить конструкции как можно более легкими и тонким.

Надежность - сложное свойство изделия, которое в общем случае складывается из частных свойств: долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказностью называют свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. В основном безотказность рассматривают применительно к режиму работы объекта, но иногда приходится оценивать безотказность при его хранении и транспортировании) К показателям безотказности относят вероятность безотказной работы, среднюю наработку до отказа, наработку до отказа, интенсивность отказов и др.

Наработка до отказа - это продолжительность или объем работы объекта от начала его эксплуатации до возникновения первого отказа. Ее измеряют в единицах времени (при непрерывном режиме работы изделия) либо в циклах, когда изделие работает с интервалами. Наработку до отказа используют для характеристики безотказности единичного изделия. Для оценки безотказности группы (партии) изделий следует применять показатели, отражающие изменение свойств продукции с учетом их статистической изменчивости. Такими показателями являются средняя наработка до отказа, гамма-процентная наработка до отказа и интенсивность отказов и др.

Средняя наработка до отказа отражает математическое ожидание наработки до первого отказа. Гамма-процентная наработка до отказа характеризует наработку, в течение которой отказ объекта не возникает с вероятностью у, выраженной в процентах. Для количественного выражения безотказности неремонтируемых изделий используют показатель интенсивности отказов. Интенсивность отказов представляет собой вероятность отказа невосстанавливаемого изделия в единицу времени. В простейшем случае интенсивность отказов обратно пропорциональна наработке на отказ.

Вероятность безотказной работы характеризует вероятность того, что в пределах заданной наработки отказа объекта не возникнет. К моменту времени i, считая от начала эксплуатации объекта, вероятность его безотказной работы определяют по формуле P(t)= 1-F(t), где F(t) - функция распределения наработки до отказа, и выражают некоторым числом от нуля до единицы либо в процентах

Под долговечностью подразумевается свойство объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт. Предельное состояние определяется разрушением объекта, требованиями безопасности или экономическими соображениями.

Для оценки долговечности строительных изделий применяют показатели, позволяющие прогнозировать срок службы изделий. В первую очередь это срок, характеризующий календарную продолжительность эксплуатации изделия до перехода в предельное состояние. Различают также назначенный срок службы, отражающий календарную продолжительность эксплуатации изделия, при достижении которой применение его по назначению должно быть прекращено, и средний срок службы, т. е. математическое ожидание срока службы.

Ремонтопригодность - свойство изделия, характеризующее его приспособленность к восстановлению работоспособного состояния в результате предупреждения, выявления и устранения отказов. Показателями ремонтопригодности служат среднее время восстановления работоспособного состояния, выражающее математическое ожидание времени восстановления, а также вероятность восстановления, т.е. вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданного. Ремонтопригодность относится только к восстанавливаемым изделиям, системам и элементам.

Сохраняемость характеризует свойства объекта сохранять заданные значения безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного технической документацией. Сохраняемость количественно оценивают временем хранения и транспортирования до возникновения неисправности. Можно выражать сохраняемость и снижением показателя надежности при последующей эксплуатации изделия.

Строительная практика показывает, что изделия могут утратить надежность не только в период эксплуатации, но и при хранении или транспортировке. Поэтому сохраняемость часто представляют в виде двух составляющих: одна из них проявляется в период хранения, а другая - во время применения объекта после хранения.

Показатели технологичности. В данную группу входят показатели, характеризующие эффективность конструкторско-технологических решений, которые должны быть направлены на достижение высокой производительности труда при минимальных затратах материалов, топлива и энергии на изготовление и ремонт продукции

Технологичность продукции характеризуется степенью использования типовых технологических процессов, наиболее рациональных исходных материалов и изделий централизованного производства, наилучшие обеспечением потребителя запасными частями и материалами, что приводит к увеличению производительности труда при изготовлении продукции и к снижению затрат на производство и эксплуатацию продукции. К основным показателям технологичности промышленной продукции относят коэффициент сборности (блочности) изделия и коэффициент использования рациональных материалов, а также удельные показатели трудоемкости производства, материало- и энергоемкости продукции.

Коэффициент сборности (блочности) изделия характеризует простоту монтажа изделия и представляет собой долю конструктивных элементов, входящих в специфицируемые блоки, в общем числе элементов всего изделия) Применительно к строительным изделиям (системам) коэффициент сборности выражает долю сборных элементов в общем числе составных частей изделия (системы):

где N сб - число сборных элементов в изделии; N - общее число элементов.

Чем больше значение коэффициента сборности, тем выше технологичность продукции.

Коэффициент использования рациональных материалов определяют в тех случаях, когда в конструкции изделия целесообразно по технико-экономическим соображениям использовать те или иные эффективные материалы (алюминиевые сплавы, полимерные строительные материалы и т.д.). Коэффициент использования материала:

(2.2)

где М и - общая масса изделия; М эм - суммарная масса эффективного материала в изделии.

Для легких эффективных материалов вследствие их малой плотности коэффициент использования будет иметь заниженное значение, поэтому для таких материалов в выражение надо вводить не массы, а объемы. С повышением коэффициента использования рациональных материалов уровень качества продукции возрастает.

Технологичность продукции удобно характеризовать показателями трудо- и материалоемкости. Трудоемкость производства продукции определяется количеством времени, затраченного на изготовление единицы продукции, и выражается для промышленных изделий в нормо-часах. Удельная трудемкость определяется как отношение общей трудоемкости производства Т к основному параметру продукции В:

q т =T/B, (2.3)

Удельная материалоемкость - отношение массы или объема готовой продукции М к ее основному параметру В:

q м =M/B (2.4.)

При определении удельной трудоемкости и удельной материалоемкости за основной параметр принимают показатели назначения продукции (прочность, плотность и т.д.). Техническая политика на предприятии должна быть направлена на уменьшение удельной трудоемкости, материалоемкости и энергоемкости продукции; уровень качества при этом возрастает.

Эргономические показатели. Эргономические показатели качества используют при определении соответствия изделия требованиям эргономики. Эргономика изучает взаимодействие в системе «человек - среда - изделие». Показатели эти охватывают всю область факторов, влияющих на работающего человека и эксплуатируемое изделие. Например, при изучении рабочего места следует учитывать не только рабочую позу Человека и его движения, дыхание, мышление, но и размеры сиденья, параметры инструментов, средства передачи информации и т. д.

Эргономические показатели подразделяют на гигиенические, антропометрические, физиологические и психологические.

Уровень эргономических показателей определяется экспертами - эргономистами по разработанной специальной шкале оценок в баллах.

Гигиенические показатели характеризуют соответствие изделия санитарно-гигиеническим нормам и рекомендациям. Эти показатели используются для оценки соответствия изделия гигиеническим условиям жизнедеятельности и работоспособности человека при взаимодействии его с изделием. В группу гигиенических показателей входят освещенность, температурный режим, влажность и давление, напряженность магнитного и электрического поля, уровни запыленности, излучения, токсичности, шума и вибрации, перегрузки (ускорений).

Влияние гигиенических показателей определяют путем измерения и оценки интенсивности отдельных факторов и сравнения полученных данных с нормативными. Например, при оценке уровня вибрации необходимо сопоставлять существующий уровень вибрации технологического оборудования (виброплощадок, глубинных, поверхностных и навесных вибраторов) с предельно допустимым по нормам. Степень вредности вибрации оценивается по предельным значениям виброскорости и амплитуды колебаний в зависимости от частоты.

Антропометрические показатели характеризуют изделия, входящие в непосредственную связь с человеком элементы органов управления, производственную мебель, одежду и обувь. В группу антропометрических показателей входят, показатели соответствия конструкции изделия размерам и форме тела человека и его отдельных частей, входящих в контакт с изделием; показатель соответствия конструкции изделия распределению массы человека.

Физиологические и психофизиологические показатели характеризуют соответствие изделия физиологическим свойствам человека и особенностям функционирования его органов чувств. Сюда входят следующие показатели: соответствие конструкции изделия скоростным и силовым возможностям человека; соответствие размера, формы, яркости, контраста, цвета изделия и пространственного положения объекта наблюдения зрительным психофизиологическим возможностям человека; соответствие конструкции изделия, содержащего источник информации, слуховым психофизиологическим возможностям человека; соответствие изделия и его элементов относительным возможностям человека.

Психологические показатели характеризуют соответствие изделия психологическим особенностям человека» находящим отражение в инженерно-психологических требованиях, требованиях психологии труда и общей психологии. В группу психологических входят показатели соответствия изделия возможностям восприятия и переработки информации и соответствия изделия закрепленным и вновь формируемым навыкам человека (с учетом легкости и быстроты их формирования) при пользовании изделием.

При оценке качества продукции с использованием эргономических показателей необходимо в промышленных изделиях выделять элементы, влияющие на работоспособность, производительность и утомляемость человека.

Показатели стандартизации и унификации. Сюда относят показатели, характеризующие степень насыщенности изделия стандартизованными и унифицированными деталями При разработке новых изделий необходимо стремиться не только к сокращению количества оригинальных составных частей, но и к уменьшению числа стандартизованных и унифицированных деталей, так как при прочих равных условиях качество изделия тем выше, чем меньше оно содержит составных частей.. Для единообразия в подсчетах показателей стандартизации и унификации составные части изделия принято разделять на стандартизованные, унифицированные и оригинальные. Стандартизованными считаются части изделия, выпускаемые по государственным, республиканским или отраслевым стандартам. К унифицированным относятся части изделия, выпускаемые по стандартам предприятия, а также получаемые им в готовом виде как комплектующие составные части (из находящихся в серийном производстве). Оригинальными называются составные части, разработанные специально для данного изделия.

Важнейшими показателями стандартизации и унификации являются коэффициенты применяемости и коэффициенты повторяемости.

Коэффициент применяемости характеризует степень насыщенности изделия стандартизованными и унифицированными составными частями. Различают коэффициент применяемости по типоразмерам и коэффициент применяемости по составным частям изделия. Например, коэффициент применяемости по типоразмерам:

(2.5)

где N об - общее число типоразмеров составных частей изделия, N об =N ст +N у +N о ;

N ст , N у и N о - число типоразмеров стандартизированных, унифицированных и оригинальных составных частей.

Кроме того, можно определять коэффициенты применяемости только по стандартизированным или только по унифицированным составным частям. Чем больше значения коэффициентов применяемости, тем выше при прочих равных условиях уровень качества продукции.

Коэффициент повторяемости характеризует степень унификации составных частей в изделии и может быть выражен в двух видах - безразмерным числом или в %:

, (2.6)

где - число составных частей в изделии.

Степень применяемости стандартных составных частей может быть выражена и с помощью стоимостного коэффициента, равного отношению стоимости стандартизованных составных частей к стоимости изделия в целом. Стоимостной коэффициент может быть отнесен и к группе экономических показателей.

Экономические показатели отражают затраты на разработку, изготовление и эксплуатацию продукции, а также экономическую эффективность эксплуатации. С помощью экономических показателей оценивают ремонтопригодность продукции, ее технологичность, уровень стандартизации и унификации, патентную чистоту. Экономические показатели учитывают также при составлении интегральных показателей качества продукции.

Эстетические показатели качества изделий. Эстетические показатели характеризуют информационную выразительность, рациональность формы, целостность композиции, совершенство производственного исполнения и стабильность товарного вида изделия .

Показатели информационной выразительности характеризуют степень отражения в форме изделия сложившихся в обществе эстетических представлений и культурных норм, которые проявляются:

В своеобразии элементов формы, выделяющих данное изделие среди других аналогичных изделий (оригинальность формы);

В преемственности признаков формы, характеризующих устойчивость средств и приемов художественной выразительности, свойственных определяемому периоду времени (стилевое соответствие);

В признаках внешнего вида изделия, выявляющих временно установившиеся эстетические вкусы и предпочтения (соответствие моде).

Показатели рациональности формы характеризуют соответствие формы объективным условиям изготовления и эксплуатации изделия, а также адекватность отражения в ней функционально-конструктивной сущности изделия. Рациональность формы это:

Соответствие формы изделия его назначению, конструктивному решению, особенностям технологии изготовления и применяемым материалам (показатель функционально-конструктивной обусловленности);

Учтенность в форме изделия способов и особенностей действий человека с изделием (показатель эргономической обусловленности).

Показатели целостности композиции характеризуют гармоничность единства частей и целого изделия, органичность взаимосвязи элементов формы изделия и его согласованность с другими изделиями. Целостность композиции предопределяет эффективность использования технических и художественных средств при создании единого композиционного решения.

Показатели совершенства изготовления элементов формы и поверхностей характеризуются:

Чистотой выполнения поверхностей контуров (показатель чистоты контуров);

Тщательностью нанесения покрытий и отделки поверхностей (показатель тщательности покрытий и отделки);

Четкостью изображения фирменных знаков, указателей, надписей, рисунков, символов, информационных материалов и т.п. (показатель четкости исполнения знаков и сопроводительной документации).

Показатели стабильности товарного вида таковы: устойчивость к повреждениям элементов внешнего вида изделия; сохраняемость цвета и др.

Оценку значений эстетических показателей качества изделий осуществляют экспертным методом комиссией, состоящей из квалифицированных специалистов в области художественного конструирования и дизайна. Экспертная комиссия оценивает выбранные эстетические показатели в баллах и определяет коэффициент весомости каждого показателя. На основе полученных значений единичных показателей и коэффициентов их весомости вычисляют обобщенный показатель эстетичности по формуле:

где К i - оценка единичного i -ro показателя эстетичности в баллах;

m i - коэффициент весомости i -го показателя,

п - число учитываемых единичных эстетических показателей.

Пример

Пусть на основе выполненного эстетико-конструкторского анализа эксперты определили оценки и коэффициенты весомости единичных показателей эстетичности. Требуется найти обобщенный показатель эстетичности изделия. Исходные данные и результаты расчетов приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Исходные данные для расчета

№ п/п	Единичный показатель	Оценка	Коэффициент весомости m i	m i ×K i
	Оригинальность	1,0	0,05	0,05
	Стилевое соответствие	0,8	0,02	0,016
	Соответствие моде	0,5	0,03	0,015
	Функционально-конструктивная обусловленность	1,0	0,25	0,25
	Эргономическая обусловленность	0,5	0,18	0,09
	Колорит и декоративность	1,0	0,04	0,04
	Чистота выполнения контуров	0,9	0,10	0,09
	Тщательность покрытия и отделки	1,0	0,12	0,12
	Четкость исполнения фирменных знаков и сопроводительной документации	0,7	0,08	0,056
	Устойчивость к повреждениям	0,8	0,13	0,104

Найдем показатель эстетичности по формуле (2.7)

Полученный результат свидетельствует о том, что эстетический уровень качества оцениваемого изделия не отвечает современным требованиям.

Патентно-правовые показатели. Патентно-правовые показатели - это в первую очередь показатели патентной защиты и патентной чистоты. Для расчета значений патентно-правовых показателей в зависимости от сложности изделия все его составные части делятся на группы с учетом их весомости.

Используют два показателя патентной защиты изделия: патентная защита в стране и за рубежом.

Показатель патентной защиты изделия внутри страны рассчитывается так:

(2.8)

где - количество групп значимости;

Коэффициент весомости составных частей изделия, защищенных патентами или авторскими свидетельствами страны;

Количество составных частей изделия, защищенных патентами или авторскими свидетельствами страны;

Общее количество составных частей изделия.

Показатель патентной защиты отечественного изделия патентами за рубежом определяется по формуле:

(2.9)

где - коэффициент, зависящий от количества стан, в которых получены патенты для экспорта изделий;

Коэффициент весомости составных частей изделия, защищенных зарубежными патентами;

Количество составных частей изделия, защищенных патентами за рубежом.

Общий показатель патентной защиты изделия , представляет собой сумму

(2.10)

Показатель патентной чистоты выражает правовую возможность реализации изделия как внутри страны, так и за рубежом. Показатель упрощенно рассчитывают по формуле:

(2.11)

где - количество составных частей изделия (по группам значимости), попадающих под действие патентов данной страны.

С учетом разделения составных частей изделия на особо важные, основные и вспомогательные показатель патентной защиты определяют по формуле:

(2.12)

где - индивидуальный коэффициент весомости особо важных составных частей;

Количество особо важных составных частей в изделии;

Коэффициент весомости частей, защищенных патентами России или в станах предполагаемого экспорта; -ой группе;

Количество составных частей изделия в группе, подпадающих под действие патентов, выданных в стране предполагаемой реализации;

Число групп значимости.

Экологические показатели. Актуальной проблемой сегодня стало опасное для людей воздействие на природу в процессе их жизнедеятельности. Материальными носителями опасных и вредных факторов для природы и человека становятся различные объекты, используемые в трудовых процессах. К таким объектам относятся: средства труда (машины, оборудование и другие технические изделия); предметы и продукты труда; технологии, природно-климатические условия и т.д.

Экологические показатели характеризуют уровень вредного воздействия на окружающую среду в процессе эксплуатации изделия. При обосновании необходимости учета экологических показателей для оценки качества изделия проводится анализ его работы с целью выявления возможных вредных химических, механических, световых, звуковых, биологических, радиационных и других воздействий на окружающую природную среду. При выявлении таких воздействий на природу соответствующие экологические показатели включают в номенклатуру показателей, принимаемых в перечень для оценки уровня качества изделия.

Экологические показатели техники можно разделить на три основные группы:

показатели, связанные с использованием материальных ресурсов природы,

показатели, связанные с использованием природных энергетических ресурсов;

показатели, связанные с загрязнением окружающей среды.

К первой группе показателей можно отнести: ресурсоемкость изготовления продукции, показатели потребления невосполнимых материальных ресурсов при эксплуатации, при ремонтах и утилизации продукции после ее физического износа.

Ко второй группе можно отнести показатели расходования природных энергоносителей на всех стадиях и этапах жизненного цикла изделий.

Третья группа показателей включает параметры различных видов загрязнений окружающей среды и ущерба от этих загрязнений на различных стадиях жизненного цикла изделий - от производства и эксплуатации до ликвидации отработавших изделий.

При определении экологических показателей качества новой техники находят относительные значения фактических значений, например, концентрации вредных веществ или уровней вредных (механических, физических и других) воздействий на природную среду к их предельно допустимым значениям. При этом должны соблюдаться следующие условия:

(2.14)

где С 1 , С 2 , С 3 - концентрации соответствующих вредных веществ;

ПДК 1 , ПДК 2 , ПДК n - предельно допустимые концентрации соответствующих вредных веществ.

При оценке уровня качества технических изделий с учетом экологических показателей исходят из требований и конкретных норм по охране окружающей природной среды.

Промышленное изделие, эксплуатация которого приводит к нарушению установленных экологических требований и норм по охране природы, не может быть отнесено к продукции, превосходящей мировой уровень или соответствующей ему, независимо от того, соответствуют ли другие показатели качества такой оценке.

Показатели безопасности. Данная группа показателей качества продукции характеризует безопасность обслуживающего персонала, пассажиров - для транспортных средств, а также окружающих людей в процессе эксплуатации, хранения и утилизация технических изделий.

Безопасность - это такое состояние условий труда, при котором с определенной вероятностью исключена опасность, т.е. возможность повреждения (травмы, увечья) или ухудшения (профессиональные заболевания) здоровья человека.

В качестве показателей безопасности могут быть приняты:

Вероятность безопасной работы человека в течение определенного времени;

Коэффициент безопасности;

Качественным показателем безопасности может быть наличие средств индивидуальной защиты человека, ремней безопасности и т.п.

Оценку уровня качества изделия производят с учетом показателей безопасности и их норм.

При оценке безопасности первоначально определяют Х ст - степень вредности (опасности) неблагоприятного фактора и (или) тяжести работ с техническим изделием. Степень вредности Х ст оценивают в баллах в соответствии с нормами.

Однако многие вредные и опасные факторы воздействуют на человека при его работе не всегда. В этом случае установленные показатели степени вредности факторов, корректируются по формуле:

где Х ст - степень вредности (опасности) фактора,

Т - отношение времени действия данного фактора к продолжительности рабочей смены.

Если время действия какого-либо отрицательного фактора составляет более 90% продолжительности рабочей смены, то его Т= 1.

В ряде случаев степень безопасности технических изделий оценивают по коэффициентам безопасности К б.

Коэффициент безопасности K б определяется отношением количества показателей (требований) безопасности N б соответствующих нормативно-технической документации по безопасности труда с оцениваемым изделием, к общему количеству номенклатуры показа­телей безопасности N о относящихся к данному изделию:

Если коэффициент безопасности меньше единицы, то необходимо осуществить управленческие и технические мероприятия по приведению изделия в нормативно безопасное состояние.

Что уровень безопасности У б изделия количественно оценивается как отношение коэффициентов безопасности оцениваемого и базового образцов:

Однако более точная оценка уровня безопасности изделия может быть осуществлена дифференциальным или комплексным методом с учетом всех единичных показателей безопасности и их значимости.

Лекция № 3

Под надежностью понимается свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания безопасности, ремонтопригодности и сохраняемости (рисунок 1).

Рисунок 1 – Надёжность оборудования

Для абсолютного большинства круглогодично применяемых технических устройств при оценке их надежности наиболее важными являются три свойства: безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени..

Долговечность - свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

В то же время техника сезонного применения (уборочные сельскохозяйственные машины, некоторые коммунальные машины, речные суда замерзающих рек и т.д.), а также машины и оборудование для ликвидации критических ситуаций (противопожарное и спасательное оборудование), имеющие по своему назначению длительный период нахождения в режиме ожидания работы, должны оцениваться с учетом сохраняемости, т.е. показателями всех четырех свойств.

Сохраняемость - свойство изделия сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность изделия выполнять требуемые функции, в течение и после хранения или транспортирования.

Ресурс (технический) - наработка изделия до достижения им предельного состояния, оговоренного в технической документации. Ресурс может выражаться в годах, часах, километрах, гектарах, числе включений. Различают ресурс: полный - за весь срок службы до конца эксплуатации; доремонтный - от начала эксплуатации до капитального ремонта восстанавливаемого изделия; использованный - от начала эксплуатации или от предыдущего капитального ремонта изделия до рассматриваемого момента времени; остаточный - от рассматриваемого момента времени до отказа невосстанавливаемого изделия или его капитального ремонта, межремонтный.

Наработка - продолжительность функционирования изделия или объем выполняемой им работы за некоторый промежуток времени. Измеряется в циклах, единицах времени, объема, длины пробега и т.п. Различают суточную наработку, месячную наработку, наработку до первого отказа.

Наработка на отказ - критерий надежности, являющийся статической величиной, среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами. Если наработка измеряется в единицах времени, то под наработкой на отказ понимается среднее время безотказной работы.

Есть наконец, целый ряд изделий (например, резинотехнические), оценивающийся главным образом сохраняемостью и долговечностью.

Перечисленные свойства надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость) имеют свои количественные показатели.

Так безотказность характеризуется шестью показателями, в том числе таким важным, как вероятность безотказной работы . Этот показатель широко применяется в народном хозяйстве для оценки самых различных видов технических средств: электронной аппаратуры, летательных аппаратов, деталей, узлов и агрегатов, транспортных средств, нагревательных элементов. Расчет этих показателей проводят на основе государственных стандартов.

Отказ - одно из основных понятий надежности, заключающееся в нарушении работоспособности изделия (один или несколько параметров изделия выходят за допускаемые пределы).

Интенсивность отказа - условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяется при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.

Вероятность безотказной работы - возможность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.

Долговечность также характеризуется шестью показателями, представляющие различные виды ресурса и срока службы. С точки зрения безопасности наибольший интерес представляет гамма-процентный ресурс - наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью g, выраженной в процентах. Так для объектов металлургического оборудования (машины для подъема и перемещения жидких металлов, насосы и устройства для перекачивания вредных жидкостей и газов) назначают g = 95 %.

Ремонтопригодность характеризуется двумя показателями: вероятностью и средним временем восстановления работоспособного состояния.

Ряд авторов подразделяют надежность на идеальную, базовую и эксплуатационную. Идеальная надежность - это максимально возможная надежность, достигаемая путем создания совершенной конструкции объекта при абсолютном учете всех условий изготовления и эксплуатации. Базовая надежность - надежность, фактически достигаемая при конструировании, изготовлении и монтаже объекта. Эксплуатационная надежность - действительная надежность объекта в процессе его эксплуатации, обусловленная как качеством проектирования, конструирования, изготовления и монтажа объекта, так и условиями его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Основные положения надежности будут неясны без определения такого важного понятия, как резервирование. Резервирование - это применение дополнительных средств или возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

Одной из наиболее распространенных разновидностей резервирования является дублирование - резервирование с кратностью резерва один к одному. В связи с тем, что резервирование требует значительных материальных затрат, его применяют лишь для наиболее ответственных элементов, узлов или агрегатов, отказ которых угрожает безопасности людей или влечет тяжелые экономические последствия. Так пассажирские и грузопассажирские лифты подвешиваются на несколько канатов, самолеты снабжены несколькими двигателями, имеют дублированную электропроводку, в автомобилях применяется двойная и даже тройная система тормозов. Большое распространение получило и прочностное резервирование, основанное на концепции коэффициента запаса. Считается, что понятие прочности имеет самое непосредственное отношение не только к надежности, но и к безопасности. Более того, считается, что инженерные расчеты конструкций на безопасность почти исключительно строятся на использовании коэффициента запаса прочности. Значения этого коэффициента зависят от конкретных условий. Для сосудов, работающих под давлением, он составляет от 1,5 до 3,25, а для лифтовых канатов - от 8 до 25.

При рассмотрении производственного процесса во взаимосвязи его основных элементов необходимо использовать понятие надежности в более широком смысле. При этом надежность системы в целом будет отличаться от совокупности надежности ее элементов за счет влияния различных связей.

В теории надежности доказано, что надежность устройства, состоящего из отдельных элементов, соединенных (в надежностном смысле) последовательно, равна произведению значений вероятностей безотказной работы каждого элемента.

Связь надежности и безопасности совершенно очевидна: чем надежнее система, тем она безопаснее. Более того, вероятность несчастного случая можно трактовать как "надежность системы".

В то же время безопасность и надежность являются родственными, но не тождественными понятиями. Они дополняют одно другое. Так с точки зрения потребителя оборудование может быть надежным или не надежным, а по технике безопасности - безопасным или опасным. При этом оборудование бывает безопасным и надежным (приемлемо во всех отношениях), опасным и не надежным (безоговорочно отвергается), безопасным и не надежным (чаще всего отвергается потребителем), опасным и надежным (отвергается по техники безопасности, но может быть приемлемо для потребителя, если степень опасности не слишком велика).

Требования безопасности часто выступают в качестве ограничений на ресурс и срок службы оборудования или устройства. Это происходит, когда требуемый уровень безопасности нарушается до достижения предельного состояния вследствие физического или морального старения. Ограничения из-за требований безопасности играют особенно важную роль при оценке индивидуального остаточного ресурса, под которым понимается продолжительность эксплуатации от данного момента времени до достижения предельного состояния. В качестве меры ресурса может быть выбран любой параметр, характеризующийся продолжительностью эксплуатации объекта. Для летательных аппаратов мерой ресурса служит налет в часах, для транспортных средств - пробег в километрах, для прокатных станов - масса прокатного метала в тоннах и т.д.

Наиболее универсальной единицей с точки зрения общей методологии и теории надежности является единица времени. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Во - первых, время эксплуатации технического объекта включает и перерывы, в течение которых суммарная наработка не нарастает, а свойства материалов могут изменяться. Во - вторых, применение экономико-матеатических моделей для обоснования назначенного ресурса возможно лишь с использованием назначенного срока службы (срок службы определяется как календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или его возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние и измеряется в единицах календарного времени). В - третьих, исчисление ресурса в единицах времени позволяет ставить задачи прогнозирования в наиболее общей форме.

Начальный импульс к созданию численных методов оценки надежности был дан в связи с развитием авиационной промышленности и низким уровнем безопасности полетов на начальных этапах. Значительное число авиационных катастроф при постоянно возрастающей интенсивности воздушных ресурсов обусловило необходимость выработки критериев надежности для самолетов и требований к уровню безопасности. В частности, был проведен сравнительный анализ одного из многочисленных самолетов с точки зрения успешного завершения полетов.

Показательной с точки зрения безопасности является хронология развития теории и техники надежности. В 40-х годах основные усилия для повышения надежности были сконцентрированы на всестороннем улучшении качества, причем превалирующее значение имел экономический фактор. Для увеличения долговечности узлов и агрегатов различных видов оборудования разрабатывались улучшенные конструкции, прочные материалы, совершенные измерительные инструменты. В частности, электротехническое отделение фирмы "General Motors" (США) увеличило активный ресурс приводных двигателей локомотивов с 400 тыс. до 1,6 млн. км за счет использования улучшенной изоляции и применения усовершенствованных конических и сферических роликовых подшипников, а также проведения испытаний при высокой температуре. Был достигнут прогресс в разработке ремонтопригодных конструкций и в обеспечении предприятий оборудованием, инструментом и документацией для выполнения профилактических работ и операций по техническому обслуживанию.

Одновременно получило распространение составление и утверждение типовых графиков периодических проверок, карт контроля высокопроизводительного станочного оборудования.

В 50-е годы большое значение стали придавать вопросам обеспечения безопасности, особенно в таких перспективных отраслях, как космонавтика и атомная энергетика. Этот период является началом использования многих широко распространенных в настоящее время понятий по надежности элементов технических устройств, таких, как ожидаемая долговечность, соответствие конструкции заданным требованиям, прогнозирование показателей надежности.

В 60-е годы стала очевидной острая необходимость в новых методах обеспечения надежности и более широкое их применения. Центр внимания переместился от анализа поведения отдельных элементов различного типа (механических, электрических или гидравлических) на последствия, вызываемые отказом этих элементов в соответствующей системе. В течение первых лет эры космических полетов значительные усилия были затрачены на испытания систем и отдельных элементов. Для достижения высокой степени надежности получил развитие анализ блок-схем в качестве основных моделей. Однако с увеличением сложности блок-схем появилась необходимость в другом подходе, был предложен, а затем получил широкое распространение принцип анализа систем с помощью дерева отказов. Впервые он использовался в качестве программы для оценки надежности системы управления запуском ракет "МИНИТМЕН".

Впоследствии методика построения дерева отказов была усовершенствована и распространена на широкий круг различных технических систем. После катастрофических аварий на подземных комплексах запуска межконтинентальных баллистических ракет в США официально было введено в практику изучение безопасности систем как отдельной независимой деятельности. Министерство обороны США ввело требование по проведению анализа надежности на всех этапах разработки всех видов вооружения. Параллельно были разработаны требования по надежности, работоспособности и ремонтопригодности промышленных изделий.

В 70-е годы наиболее заметной была работа по оценке риска, связанного с эксплуатацией атомных электростанций, которая проводилась на основе анализа широкого спектра аварий. Ее основная направленность заключалась в оценке потенциальных последствий подобных аварий для населения в поисках путей обеспечения безопасности.

В последнее время проблема риска приобрела очень серьезное значение и до настоящего времени привлекает все возрастающее внимание специалистов самых различных областей знаний. Это понятие настолько присуще как безопасности, так и надежности, что термины «надежность», «опасность» и «риск» часто смешивают.

Среди технических причин несчастных случаев на производстве причины, связанные с недостаточной надежностью производственного оборудования, сооружений, устройств или их элементов, занимают особое место, поскольку чаще всего они проявляются внезапно и в связи с этим характеризуются высокими показателями тяжести травм.

Большое количество видов, используемых в промышленности, строительстве и на транспорте металлоемкого оборудования и конструкций является источником опасных производственных факторов вследствие существующей возможности аварийного выхода из строя отдельных деталей и узлов.

Основной целью анализа надежности и связанной с ней безопасности производственного оборудования и устройств является уменьшение отказов (в первую очередь травмоопасных) и связанных с ними человеческих жертв, экономических потерь и нарушений в окружающей среде.

В настоящее время существует довольно много методов анализа надежности и безопасности. Так наиболее простым и традиционным для надежности является метод структурных схем. При этом объект представляется в виде системы отдельных элементов, для которых возможно и целесообразно определить показатели надежности. Структурные схемы применяются для расчета вероятности отказов при условии, что в каждом элементе одновременно возможен только один отказ. Подобные ограничения вызвали появление других методов анализа.

Метод предварительного анализа опасности определяет опасности для системы и выявляет элементы для определения видов отказов при анализе последствий, а также для построения дерева отказов. Он является первым и необходимым шагом при любом исследовании.

Анализ последствий по видам отказов ориентирован главным образом на аппаратуру и рассматривает все виды отказов по каждому элементу. Недостатки заключаются в больших затратах времени и в том, что часто не учитывается сочетание отказов и человеческого фактора.

Анализ критичности определяет и классифицирует элементы для усовершенствования систем, однако часто не учитывает отказы с общей причиной взаимодействия систем.

Анализ с помощью дерева событий применяется для определения основных последовательностей и альтернативных результатов отказов, но не пригоден при параллельной последовательности событий и для детального изучения.

Анализ опасностей и работоспособности представляет расширенный вид анализа последствий по видам отказов, который включает причины и последствия изменений основных переменных параметров производства.

Анализ типа «причина-последствие» хорошо демонстрирует последовательные цепи событий, достаточно гибок и насыщен, но слишком громоздкий и трудоемкий.

Наиболее распространенным методом, получившим широкое применение в различных отраслях, является анализ с помощью дерева отказов. Данный анализ четко ориентирован на отыскание отказов и при этом выявляет такие аспекты системы, которые имеют важное значение для рассматриваемых отказов. Одновременно обеспечивается графический, наглядный материал. Наглядность дает специалисту возможность глубоко проникнуть в процесс работы системы и в тоже время позволяет сосредотачиваться на отдельных конкретных ее отказах.

Главное преимущество дерева отказов по сравнению с другими методами заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы. В тоже время построение дерева отказов является определенным видом искусства в науке, поскольку нет аналитиков, которые бы составили два идентичных дерева отказов.

Чтобы отыскать и наглядно представить причинную взаимосвязь с помощью дерева отказов, необходимо использовать элементарные блоки, подразделяющие и связывающие большое число событий.

Таким образом, применяемые в настоящее время методы анализа надежности и безопасности оборудования и устройств, хотя и имеют определенные недостатки, все же позволяют достаточно эффективно определять причины различного рода отказов даже у сравнительно сложных систем. Последнее особенно актуально в связи с большой значимостью проблемы возникновения опасностей, обусловленных недостаточной надежностью технических объектов.

Оценка безопасности зданий и сооружений.

Техническое освидетельствование сооружений позволяет установить их надежность на момент обследования. Однако для заключения о дальнейшей эксплуатации, установления срока службы и ремонта сооружения необходимо знать изменение этих свойств с течением времени. Например, если с течением времени бетонные конструкции сохраняют свои прочностные характеристики, то многие новые синтетические материалы зачастую теряют свои строительные свойства в период 10-20 лет, что не может быть приемлемым для капитальных зданий и сооружений.

При эксплуатации сооружений для оценки технического состояния конструкций широко применяют визуальные обследования. Для этой цели существуют методические рекомендации и табличные данные для оценки результатов наблюдений, по которым устанавливается надежность обследуемых конструкций по внешним признакам их состояния и оценка повреждений. Более точные данные получают при инструментальных измерениях различными приборами на основе физических, радиологических, электромагнитных и других воздействий.

Как показали наблюдения, в процессе эксплуатации конструкций происходит циклическое изменение их надежности, что связывают с изменчивостью нагрузок и несущей способности вследствие различных повреждений.

Повреждения в конструкции могут быть двух видов в зависимости от причин их возникновения: от силовых воздействий и от воздействия внешней среды (температурные перепады, коррозионные процессы, микробиологическое воздействие и т.д.). Последний вид повреждений снижает не только прочность конструкции, но и уменьшает ее долговечность.

Особое внимание должно быть уделено опасности террористических воздействий, ставшей актуальной в последнее время. Степень зашиты от террористических и других аварийных воздействий и экономическое обоснование мер зашиты должны определяться в зависимости от значимости этих объектов для жизнедеятельности города (объекты управления и т.п.).

Прогнозирование аварийных ситуаций

Анализ экстремальных ситуаций в строительной практике показал, что аварии прямо или косвенно связаны с нарушением требований норм и правил проектирования и технологии строительства зданий и сооружений.

Соблюдение действующих норм и правил гарантирует надежность строительных объектов при различных природных воздействиях и обеспечивает безопасность человека в процессе их квалифицированной эксплуатации. Вероятность повреждений этих объектов обычно не превышает 2,4 · 10-6, что является приемлемым из условий экономической целесообразности.

Оценка риска в условиях прогноза ЧС

Исследование причин аварий послужило основанием для оценки возможности возникновения условий, влияющих на надежность сооружения. К числу этих условий относятся надежность проектных решений, качество строительства и эксплуатации.

Недостаточная надежность проекта может возникнуть вследствие:

• 1) несоответствия принятой расчетной модели действительной работе конструкций из-за отсутствия или неполноты использования требований норм и стандартов на проектирование, неясности расчетных схем, неправильного определения нагрузок и условий эксплуатации объекта, а также неверного учета сопротивляемости несущих и ограждающих конструкций временным и случайным воздействиям;
• 2) недостаточной проверки и неверной инженерной оценки принимаемого конструктивного решения в реальных условиях (отсутствие опыта эксплуатации проектируемых зданий и сооружений, значительного отличия размеров проектируемого объекта и нагрузок в сравнении с построенными ранее аналогичными сооружениями и т.д.);
• 3) нарушения строительных норм и правил при выполнении проектирования в части: полноты и достоверности инженерно-геологических исследований, учета агрессивности внешней среды, ошибки в определении нагрузок и воздействий, неверных допусков на изготовление конструкций и изделий, низкое качество материалов, нарушения методов строительства и правил эксплуатации и др.;
• 4) допущенных ошибок из-за отсутствия достаточного опыта и квалификации проектировщиков, недостатка времени или средств на детальное проектирование.

Некачественное строительство объектов может возникнуть вследствие:

• - применения материалов и конструкций, не соответствующих проекту;
• - низкого качества строительно-монтажных работ;
• - использования необычных или неапробированных методов возведения;
• - плохого контроля за качеством исполнении строительства, неудовлетворительного взаимодействия проектировщиков и строителей;
• - низкой квалификации производственного персонала или их частой смены;
• - неудовлетворительной обстановки на стройке: недостаток времени, средств, плохие взаимоотношения персонала;
• - отступлений от строительных норм и правил строительной практики при строительстве сооружения, отступлений от первоначального проекта;

Некачественная эксплуатация может возникнуть вследствие:

• - превышения нагрузок над расчетными проектными величинами;
• - отсутствия контроля за состоянием сооружения и эксплуатации сооружения с неустраненными дефектами;
• - отступлений от правил эксплуатации, использования сооружения не по назначению.

Анализ аварий показал, что при несоблюдении любого из указанных условий возможна авария строительного объекта.

Определение вероятности аварии производится на основании анализа объемно-планировочных и конструктивных решений, влияющих на надежность сооружений, использования экспертных оценок, а также расчетных данных или материалов натурных обследований.

Опросная анкета, на которую анонимно отвечают эксперты, содержит ряд оценочных условий, каждое из которых имеет свой удельный вес, с общей суммой всех условий, равной 1 (см. прил. 3). В этом приложении приведены типовые условия анализа надежности сооружения с учетом особенностей проектирования и условий эксплуатации.

В конкретных условиях, при необходимости, может быть проведен анализ надежности проекта с учетом дополнительных требований, а число условий может быть увеличено или изменено.

Каждое условие оценивается по балльной шкале и имеет пять вариантов ответа: 1 (неприемлемо), 2 (неудовлетворительно), 3 (удовлетворительно), 4 (хорошо), 5 (отлично).

Условную надежность здания или сооружения β определяют по формуле

где Р i - удельная оценка надежности, получаемая умножением удельного веса условия на оценку в баллах.

Полученные значения для сооружения сравнивают со шкалой оценок надежности (табл. 6.1).

Таблица 6.1. Шкала оценок надежности и вероятности аварии сооружений по экспертным опенкам

Хотя определение подверженности сооружений аварии по приведенной методике может быть выполнено довольно приблизительно, однако преимуществом указанной методики является меньшая ее зависимость от субъективных оценок.

Для более достоверной оценки надежности сооружения и определения возможных аварийных ситуаций осуществляется проверка несколькими независимыми экспертами.

В случае неблагоприятного прогноза назначают дополнительные меры по проверке достоверности исходных материалов для проектирования, качества проектных решений, процессов строительства и эксплуатации с целью выявления и устранения причин возможного снижения степени надежности объекта.

Помимо экспертных оценок надежность проекта сооружения может быть установлена из анализа сооружения как конструктивной системы, состоящей из отдельных конструкций, связанных между собой в определенной последовательности и находящихся во взаимодействии с различными событиями.

Опыт строительства показал, что различные конструктивные системы сооружений одинакового назначения могут обладать различной надежностью, а аварии случаются тогда, когда один или несколько совместных отказов в составе системы приводит к опасной ситуации.

Решение сложной проблемы установления отказа всей системы производится методом ее упрощения путем построения так называемого логического древа отказов.

Древо отказов является графическим представлением взаимосвязей между исходными отказами отдельных элементов системы и событиями, приводящими к возникновению различных аварийных ситуаций, соединенных логическими знаками "и", "или".

Исходными отказами являются события, для которых имеются данные о вероятности их возникновения. Обычно это отказы элементов системы: разрушение конструкций и узлов соединения конструкций, различные инициирующие события (ошибки персонала при эксплуатации, случайные повреждения и т.п.).

Установление надежности сооружения начинают с предварительного анализа опасностей, которые затем используют при построении древа отказов.

Анализ проводят на основе изучения процесса работы и эксплуатации конструктивной системы, детального рассмотрения воздействий окружающей среды, существующих данных по отказам аналогичных сооружений.

Прежде всего определяют, что является отказом системы, и вводят необходимые ограничения на анализ. Например, устанавливают необходимость учета интенсивности и повторяемости землетрясений, аварий оборудования, рассмотрения только начального отказа сооружения (отказа в начальный срок эксплуатации) или отказа в течение всего срока службы и т.п.

Затем выявляют элементы системы, которые могут вызвать опасные состояния, например, конструкций, узлов соединений, грунтов оснований и фундаментов сооружения, внешние инициирующие события и т.д. При этом ставят вопрос, что будет с системой, если произойдет отказ какого-либо из элемента.

Для того чтобы получить количественную оценку надежности с помощью древа отказов, нужно иметь данные об исходных отказах. Эти данные могут быть получены на основе опыта эксплуатации отдельных строительных объектов, экспериментов и экспертных оценок специалистов.

Построение древа отказов производят с соблюдением определенных правил. Вершина древа обозначает конечное событие. Абстрактные события заменяют на менее абстрактные. Например, событие "авария нефтяного резервуара" заменяют на менее абстрактное событие "разрушение резервуара".

Сложные события разделяют на более элементарные. Например, "отказ резервуара" (рис. 6.1), который может произойти в течение срока его службы, разделяют на отказ в стадии испытания и отказы в первые и последующие 10 лет эксплуатации. Такое разделение вызвано различными причинами отказов: начальной надежностью сооружения и накоплением повреждений в результате длительной эксплуатации.

Рис. 6.1. Древо отказов стального нефтяного резервуара при эксплуатации

При построении древа отказов с целью упрощения обычно не включают события с очень малой вероятностью.

Количественным показателем отказа системы является вероятность (Q) возникновения одного отказа в течение принятого срока эксплуатации. Надежность системы (Р ) определяется выражением

Если система состоит из i элементов, соединенных с помощью знака "или", ее отказ будет определяться как

где q, - вероятность отказа i-го элемента системы.

При малой величине q i формулу (6.3) можно приближенно выразить как

Для системы или подсистемы из i элементов, соединенных знаком "и", отказ будет

Таким образом, исследование надежности конструктивных систем позволяет решить несколько важных для практики задач: качественно оценивать надежность запроектированного строительного объекта и в случае повышенной опасности осуществлять мероприятия для ее повышения, определять при проектировании относительную надежность сооружения для различных вариантов конструктивных схем, количественно оценивать надежность сооружений и безопасность окружающей среды.

Определение ожидаемого ущерба и дестабилизирующих факторов

Ожидаемый ущерб от природных и техногенных воздействий зависит от двух основных дестабилизирующих факторов:

• - интенсивность и частота природных и техногенных воздействий на здания и сооружения;
• - инженерные (количественные) знания о сопротивляемости или защищенности строительных объектов и селитебных территорий от разрушительных воздействий техногенных и природных явлений.

Алгоритм расчетов и оценки экономических последствий от ожидаемых воздействий следующий.

Для природных воздействий:

• - определяют научно обоснованную возможность возникновения разрушительных природных явлений на рассматриваемой территории, способных нанести вред инженерным сооружениям (транспортные коммуникации, объекты гидротехники и энергетики), промышленным и гражданским объектам;
• - оценивают вероятность возникновения каждого вида природных воздействий, их интенсивность и частоту повторяемости;
• - определяют состояние грунтовой среды и устанавливают прочностные характеристики несущих и ограждающих конструкций;
• - выполняют комплекс аналитических работ и инженерных расчетов по определению надежности работы фундаментов и сопротивляемости строительных конструкций нагрузкам, возникающим при природных и техногенных воздействиях за расчетный период эксплуатации;
• - выполняют работы по усилению конструкций зданий и сооружений, если в этом есть необходимость, по изменению схем транспортных коммуникаций (например, в лавиноопасных районах или на селевых участках) и другие необходимые решения.

Для техногенных воздействий:

• - определяют возможность возникновения техногенных аварий и вероятность их возникновения;
• - оценивают влияние техногенных аварий на окружающую среду и безопасность проживания населения;
• - рассматривают возможность предотвращения или предупреждения техногенных воздействий;
• - выполняют работы по реконструкции и модернизации объекта для повышения уровня безопасности и надежности потенциально опасных объектов;
• - разрабатывают мероприятия по локализации воздействия аварии на окружающую среду и для защиты населения и производственного персонала.

По данным ожидаемых воздействий и определению возможных повреждений и разрушений строительных объектов и наносимому вреду окружающей среде подсчитываются расчетные значения ущерба и убытков, как в сфере экономических потерь, так и в вопросах здоровья и жизнедеятельности населения. При этом рекомендации и выводы могут быть восстановительного характера либо реконструкции и модернизации, а также кардинального изменения структуры экономики района и даже переселения населения из районов с серьезными опасностями и ущербами, которые экономически развивать нецелесообразно (например, в районах сильных землетрясений, постоянных наводнений и сходов лавин). В каждом конкретном случае должны выполняться квалифицированный анализ и серьезное общественное обсуждение.

Разработка мероприятий по повышению надежности строительных объектов и жизнедеятельности населения

Для обеспечения надежности строительных объектов должны быть определены прочностные характеристики зданий и сооружений и выполнены сопоставления их со всеми видами нагрузок и воздействий, которые могут возникнуть за расчетный период эксплуатации.

При обнаружении недостаточной устойчивости и несущей способности строительных объектов по отношению к действующим нагрузкам и воздействиям должны выполняться следующие виды работ:

• - обследуют с помощью приборов и инструментов все объекты, надежность которых вызывает сомнения или опасения;
• - определяют прочностные характеристики несущих конструкций и оценивают состояние грунтов оснований с учетом их поведения при вибрационных и других нагрузках, способных снизить устойчивость грунтовой среды или вызвать повреждения фундаментов;
• - разрабатывают проект усиления или реконструкции, исключающий повреждения или разрушения объекта либо потерю его общей устойчивости при возможных и ожидаемых нагрузках и воздействиях в чрезвычайных ситуациях;
• - в соответствии с разработанным проектом выполняют необходимый комплекс усиления или реконструкции строительного объекта;
• - осуществляют строгий контроль качества исполнения строительно-монтажных работ с учетом повышенных требований, предусмотренных нормами и стандартами для районов с высокими нагрузками и воздействиями;
• - при выполнении строительно-монтажных работ необходимо требовать сертификат качества на используемые материалы и конструкции с гарантированными сроками долговечности в течение расчетного периода эксплуатации объектов;
• - осуществляется согласно нормам и стандартам приемка в эксплуатацию усиленного либо реконструированного объекта в соответствии с материалами проекта и данными фактического исполнения;
• - разрабатывают рекомендации по эксплуатации зданий и сооружений с учетом обеспечения их надежности и долговечности при максимальных расчетных нагрузках и воздействиях в течение нормативного периода.

Одной из основных характеристик сложных технических систем является их надежность. Теория надежности получила значительное развитие и практическое применение в технике.

Надежность - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, позволяющих выполнять требуемые функции. Для количественной оценки надежности применяют вероятностные величины. Те изменения, которые происходят с течением времени в любой технической системе и приводят к потере ее работоспособности, связаны с внешними и внутренними воздействиями, которым она подвергается. В процессе эксплуатации на систему действуют все виды энергии, что может привести к изменению параметров отдельных элементов, механизмов и системы в целом. При этом имеется три основных источника воздействий:

• - действие энергии окружающей среды, включая человека, исполняющего функции оператора или ремонтника;
• - внутренние источники энергии, связанные как с рабочими процессами, протекающими в технической системе, так и с работой отдельных элементов системы;
• - потенциальная энергия, которая накоплена в материалах и деталях узлов системы в процессе их изготовления (внутренние напряжения в отливке, монтажные напряжения).

При работе технического объекта наблюдаются следующие основные виды энергии, влияющие на его работоспособность и надежность (рис. 6.4).

Механическая энергия, которая не только передается по всем элементам системы в процессе работы, но и воздействует на нее в виде статических или динамических нагрузок от взаимодействия с внешней средой.

Тепловая энергия действует на систему и ее части при колебаниях температуры окружающей среды, при осуществлении рабочего процесса (особенно сильные тепловые воздействия имеют место при работе двигателей и ряда технологических машин), при работе приводных механизмов, электротехнических и гидравлических устройств.

Химическая энергия также оказывает влияние на работу системы. Например, влага, содержащаяся в воздухе может вызвать коррозию отдельных узлов системы. Если же оборудование системы работает в условиях агрессивных сред (оборудование химической промышленности, суда и др.), то химические воздействия вызывают процессы, приводящие к разрушению отдельных элементов и узлов системы.

Ядерная (атомная) энергия, выделяющаяся в процессе превращения атомных ядер, может воздействовать на материалы (особенно в космосе), изменяя их свойства.

Электромагнитная энергия в виде радиоволн (электромагнитных колебаний) пронизывает все пространство вокруг объекта и может оказать влияние на работу электронной аппаратуры.

Биологические факторы также могут влиять на работоспособность системы в виде микроорганизмов, которые не только разрушают некоторые виды пластмасс, но даже могут воздействовать на металл.

Рис. 6.4.

Таким образом, все виды энергии действуют на техническую систему и ее механизмы, вызывают в ней целый ряд нежелательных процессов, создают условия для ухудшения ее технических характеристик.

Нормальная эксплуатация эрготехнической системы характеризуется определенной степенью надежности, представляющей собой комплексную вероятностную характеристику успешного выполнения системой требуемых целевых функций при сохранении ею своих эксплуатационных показателей в заданных пределах в течение необходимого времени. Теория надежности позволяет оценивать срок службы, по окончании которого техническое средство вырабатывает свой ресурс и должно подвергнуться капитальному ремонту, модернизации или замене. Одно из основных понятий теории надежности - отказ.

Отказ - это нарушение работоспособного состояния технического устройства из-за прекращения функционирования или из-за резкого изменения его параметров. В теории надежности оценивается вероятность отказа, то есть вероятность того, что техническое средство откажет в течение заданного времени работы. Изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка метода проверки надежности изделий и способов контроля надежности, методов расчетов и испытаний, изыскание путей и средств повышения надежности - являются предметом исследований надежности. При изучении вопросов надежности рассматривают самые разнообразные объекты - изделия, сооружения, системы с их подсистемами. Надежность изделия зависит от надежности его элементов, и чем выше их надежность, тем выше надежность всего изделия.

Обеспечение надежности систем охватывает самые различные аспекты человеческой деятельности. Надежность является одной из важнейших характеристик, учитываемых на этапах разработки, проектирования и эксплуатации самых различных технических систем (рис. 6.5).

Недостаточная надежность объекта приводит к огромным затратам на его ремонт, простою машин, прекращению снабжения населения электроэнергией, водой, газом, транспортными средствами, невыполнению ответственных задач, иногда к авариям, связанным с большими экономическими потерями, разрушением крупных объектов и с человеческими жертвами.

Как следует из приведенного выше определения надежности, наиболее значимой для успешного функционирования любой технической системы и выполнения ею заданных функций является сохранение ее работоспособности.

Рис. 6.5.

Работоспособность как состояние системы означает способность выполнять требуемые функции с заданными рабочими параметрами. В свою очередь, наличие работоспособности системы в течение всего времени ее эксплуатации предполагает безотказность ее функционирования, а также косвенно связано и с остальными свойствами эксплуатационной надежности. Надежность (работоспособность) объекта является комплексным свойством, ее оценивают по четырем количественным показателям - безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости или по сочетанию этих свойств.

Безотказность - свойство объекта сохранять свою работоспособность в течение заданного времени без отказов и вынужденных перерывов.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до предельного состояния с необходимыми перерывами для регламентного обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство приспособленности объекта к предупреждению, выявлению и устранению отказов ее работоспособности путем проведения регламентного технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение и после установленного срока ее хранения или транспортировки.

Объекты подразделяют на невосстанавливаемые, которые не могут быть восстановлены потребителем и подлежат замене (например, электрические лампочки, подшипники, резисторы и т. д.), и восстанавливаемые, которые могут быть восстановлены потребителем (например, телевизор, автомобиль, трактор, станок и т. д.).

Разработана классификация отказов с позиций изучения характера и природы отказов, влияния различных факторов на их возникновение (рис. 6.6).

• 1. По условиям возникновения разделяют отказы в нормальных и ненормальных (экстремальных) условиях. Ненормальные условия имеют место вследствие ошибок персонала, стихийных бедствий или при других чрезвычайных ситуациях.
• 2. По причинам возникновения выделяют отказы, не связанные с разрушением и обусловленные разрушением объекта.
• 3. По характеру возникновения: внезапные отказы , связанные с резким изменением основных параметров, и постепенные отказы под действием случайных факторов, обусловленные медленно протекающими необратимыми процессами
• 4. По степени влияния на работоспособность: полные и частичные отказы. Последние связаны с «частичной» потерей работоспособности системы, т. е. с пониженным уровнем функционирования. Такие отказы возникают в системах, имеющих большое количество автономных элементов. При отказе некоторых большинство элементов остается работоспособными.
• 5. По признакам проявления: явные и неявные отказы. Возникновение явного отказа обнаруживается органолептическими методами. При неявных отказах для их обнаружения требуется применение специальных приборов или устройств или значительный опыт и умение персонала.
• 6. По взаимосвязи между собой: независимые и зависимые отказы , когда появление одного отказа влечет за собой возникновение других. Взаимосвязь отказов может привести к их лавинообразному нарастанию.
• 7. По последствиям различают: отказы опасные и безопасные для здоровья и жизни персонала и для окружающей среды; тяжелые отказы , ведущие к значительным материальным и финансовым и другим затратам и потерям; легкие отказы почти без потерь.
• 8. По способу устранения выделяют: отказы, устраняемые заменой элементов, регулировкой, чисткой и самоустраняющиеся отказы или сбои.
• 9. По сложности устранения: простые и сложные отказы , требующие специалистов высокой квалификации и значительных трудозатрат.

• 0- отказ элемента,
• 1- первичный отказ;
• 2- вторичные отказы;
• 3- ошибочные команды,
• 4- элементы в заданных режимах работы,
• 5- избыточные напряжения;
• 6- ошибочные команды;
• 7- естественное старение;
• 8- соседние элементы,
• 9- окружающая среда;
• 10- персонал предприятия

Рис. 6.6. Характеристики отказов элементов технической системы

• 10. По частоте возникновения: на случайные (единичные) и неслучайные (систематические) отказы . Случайные отказы вызваны непредусмотренными нагрузками, скрытыми дефектами материалов, погрешностями изготовления, ошибками обслуживающего персонала. Неслучайные отказы - это закономерные явления, вызывающие постепенное накопление повреждений, связанные с влиянием среды, времени, температуры, облучения и т. п.
• 11. Но возможности устранения: устранимые и неустранимые отказы , при возникновении которых восстановление работоспособности системы технически невозможно или экономически неоправданно.
• 12. По происхождению: конструктивные отказы , обусловленные недостатками конструкции; технологические отказы - недостатками технологического процесса изготовления и сборки деталей и узлов и эксплуатационные отказы , связанные только с условиями эксплуатации.

В зависимости от возможности прогнозировать момент наступления отказа все отказы подразделяют на внезапные (поломки, заедания, отключения) и постепенные (износ, старение, коррозия). Отказы, приводящие к тяжелым последствиям, отнесены к категории «критических ».

К авариям относятся все отказы, наступление которых связано с угрозой для людей и окружающей среды, а также с серьезным экономическим и моральным ущербом. На надежность технических систем оказывают влияние три группы факторов: конструктивные, технологические и эксплуатационные.

К конструктивным факторам относятся: принципиальная схема машины, качество материалов, форма и размеры деталей, запас прочности, применяемые методы расчета на прочность, конструктивные концентраторы напряжений в деталях

Технологические факторы - факторы, связанные с процессом получения стабильных свойств материалов, обеспечивающих стабильность структуры, физико-механических свойств, прочности; факторы, связанные с формообразованием заготовки, методами обработки и сборки; методы и режимы механической, термической, химико-термической обработки; геометрия режущего инструмента; организация технического контроля по этапам технологического процесса.

Эксплуатационные факторы - характер нагружения, скорости, давления, температура среды, влажность среды, виды и способы смазки, соблюдение правил технической эксплуатации, техническое обслуживание, качество ремонта, квалификация ремонтно-эксплуатационного персонала, техническая оснащенность ремонтных служб и др.