Bảo dưỡng thiết bị tự động hóa (P2)

Cho đến những năm 1960 độ tin cậy được đinh nghĩa như xác suất của chi tiết sẽ thực hiện chức năng theo yêu cầu trong các điều kiện quy định và trong khoảng thời gian quy định.

Trong phương pháp tiếp cận vật lý sức bền (Strength) của các chi tiết kỹ thuật được mô hình bằng biến ngẫu nhiên S, tải (Load) cũng được mô hình hóa bằng biến ngẫu nhiên L. Hư hỏng sẽ xảy ra khi tải lớn hơn sức bền của chi tiết lớn hơn tải:

R = Pr (S >L)

Pr (A) Ký hiệu xác suất của sự kiện A.

Tải thường thay đổi theo thời gian và được mô hình bằng biến phụ thuộc thời gian L(t). Chi tiết cũng bị xuống cấp theo cơ chế hư hỏng cũng như thiết bị ăn mòn, bị mỏi … do đó sức bền của nó là hàm của thời gian S(t). Thời gian đến lúc chi tiết hư hỏng T là thời gian ngắn nhất cho đến khi S(t)

T = min{t;S(t)

Và xác suất R(t) của chi tiết được xác định bằng:

R(t) = Pr(T>t)

Ý nghĩa thực tế chủ yếu của công thức này dùng để phân tích các phần tử cấu trúc như dầm, cầu, do đó dẫn đến việc phân tích độ tin cậy cấu trúc. Phần tử cầu trúc như chân cột giàn khoan có thể chịu tải của sóng, dòng chảy và gió. Tải đến khi nhiều hướng khác nhau và do đó mô hình bằng vectơ L(t). Sức bền cũng phụ thuộc vào phương và được biều diễn bằng vectơ S(t). Trong phương pháp tiếp cận này ta có thể mô tả mọi thông tin về vận hành của tải và sức bền của chi tiết bằng hàm phân bố xác suất F(t) cuả thời gian hư hỏng T. Không có mô hình tường minh giữa tải và sức bền. Các đặc tính độ tin cậy như tốc độ hư hỏng (fail_ure rate) và thời gian trung bình đến hư hỏng (mean time to failure) được dẫn suất trực tiếp từ hàm phân bố xác suất F(t). Có nhiều cách tiếp cận khác nhau được sử dụng để mô hình hóa độ tin cậy hệ thống có một vài phần tử, trong đó bao gồm cả việc bảo dưỡng và thay thế chúng. Khi có một số phần tử được phối hợp thành hệ thống thì việc phân tích gọi là phân tích độ tin cậy hệ thống.

Cho đến những năm 1960 độ tin cậy được đinh nghĩa như xác suất của chi tiết sẽ thực hiện chức năng theo yêu cầu trong các điều kiện quy định và trong khoảng thời gian quy định.

Độ tin cậy (Reliability)

Độ tin cậy của phần tử thực hiện chức năng yêu cầu trong môi trường và điều kiện làm việc cho trước trong khoảng thời gian quy định (ISO 8402)

  • Chi tiết (Item) sử dụng ở đây để chỉ bất kỳ kinh kiện, phân hệ, hoặc hệ thống được xem như một thực thể.
  • Chức năng quy định có thể là chức năng đơn giản hoặc phối hợp của chức năng cần thiết để cung cấp một dịch vụ quy định
  • Mọi chi tiết kỹ thuật (linh kiện, phân hệ, hệ thống) được thiết kế để thực hiện một hoặc một số chức năng yêu cầu. Một số chức năng là tích cực, một số là bị động. Các hệ thống phức tạp như ôtô thường có nhiều chức năng. Để đánh giá độ tin cậy (ví dụ như trong ôtô) trước hết ta phải xác định các chức năng nào cần được lưu ý.
  • Đối với phần cứng các chi tiết là tin cậy khi nó phải thỏa mãn các tiêu chuẩn tính năng của nhà sản xuất trong khoản thời gian quy định của ứng dụng hiện hành.

Ở Hoa Kỳ Uỷ ban Độ tin cậy về điện Bắc Mỹ NERC (North American Electric Reability Conuncil) đưa ra định nghĩa dễ hiểu về độ tin cậy của hệ thống điện theo hai khía cạnh chức năng cơ bản:

  • Sự phù hợp: Khả năng của hệ thống cung cấp điện năng cho khách hàng tại mọi thời điểm có tính đến lịch trình và tôn trọng một cách hợp lý sự sa thải ngoài quy định của các phần tử hệ thống:
  • An toàn: Khả năng của hệ thống điện chụi đựng những rối loạn ngẫu nhiên như ngắn mạch hoặc hư hỏng tiền định của các phần tử hệ thống.

Chất lượng (Quality)

Chất lượng của các thiết bị và chức năng của sản phẩm hoặc dịch vụ mà cung cấp là khả năng thỏa mãn các yêu cầu quy định (ISO 8402)

  • Chất lượng đôi khi được định nghĩa như sự tuân thủ các quy chuẩn.
  • Chất lượng của sản phẩm không chỉ được đặc trưng bằng sự tuân thủ các quy chuẩn ở thời điểm cung cấp cho người sử dụng mà cũng bằng khả năng thỏa mãn các quy chuẩn này trong suốt tuổi thọ của chúng.

Tuy nhiên theo định nghĩa thông thường chất lượng chỉ sự tuân thủ của sản phẩm theo các quy chuẩn của nhà sản xuất, trong khi độ tin cậy chỉ khả năng tiếp tục thực hiện các quy chuẩn đó, do vậy độ tin cậy chỉ khả năng tiếp tục thực hiện các quy chuẩn đó, do vậy độ tin cậy là sự mở rộng của chất lượng trong miền thời gian.

Sự sẵn sàng (Availability)

Sự sẵn sàng của phần tử (trong quan niệm phối hợp của độ tin cậy khả năng bảo dưỡng) để thực hiện các chức năng yêu cầu của chúng ở thời điểm quy định (BS 4778)

  • Ta có thể phân biệt giữa khả năng sẵn sàng ở thời điểm t là A(t) và khả năng sẵn sàng trung bình AAV. Khả năng sẵn sàng trong một thời gian t là:
  • A(t) = Pr (thiết bị hoạt động trong thời gian t) “functioning” có nghĩa là thiết bị đang hoạt động hoặc đang có khả năng hoạt động nếu có yêu cầu. Khả năng sẵn sàng trung bình chỉ trung bình thời gian thiết bị đang hoạt động. Nếu ta phải sửa chữa (hàng vẫn còn mới) thì độ sẵn sàng trung bình là:

AAV = MTTF/(MTTF + MTTR)

Trong đó MTTF (mean time to failure) thời gian trung bình tới khi hư hỏng

MTRR (mean time to repaire) thời gian trung bình đến khi sửa chữa. Đôi khi sử dụng MDT (men downtime) thay cho MTTR.

– Khi xét hê thống sản xuất, độ sẵn sàng trung bình của sản xuất (nghĩa là khoảng thời gian trung bình của hệ thống sản xuất) đôi khi gọi là độ ổ định của sản xuất production regularity

Khả năng bảo dưỡng (Maintainability)

Khả năng của đối tượng trong những điều kiện sử dụng quy định được duy trì hoặc khôi phục tới trạng thái trong đó chúng có thể thực hiện các chức năng đòi hỏi, khi bảo dưỡng thực hiện trong các điều kiện quy định và sử dụng các trình tự và các nguồn cho trước (BS4778)

Khả năng bảo dưỡng là yếu tố chủ yếu xác định sự sẵn sàng của đối tượng.

Sự an toàn (Safety)

Trong các điều kiện này không gây ra nguy hiểm chết người, thương tích, bệnh tật hay hư hại thiết bị.

Quan niệm an toàn chủ yếu được sử dụng liên quan đến các sự cố ngẫu nhiên.

Sự đảm bảo (Security)

Phụ thuộc vào các hoạt động ngăn ngừa tác động phá hoại.

Độ tin cậy có thể được đo bằng các phương pháp khác nhau, tùy theo các tình huống:

  • Thời gian trung bình tới hư hỏng MTTF
  • Số hư hỏng trong một đơn vị thời gian
  • Xác suất mà thiết bị không hư hỏng trong một khoảng thời gian (0,t)
  • Xác suất thiết bị có khả năng làm việc ở thời gian t(độ sẵn sàng ở thời điểm t)

Phạm vi sử dụng

Mục tiêu chính của nghiên cứu độ tin cậy là cung cấp các thông tin làm cơ sở cho quyết định. Trước khi tiến hành nghiên cứu độ tin cậy người ra quyết định làm rõ vấn đề cần quyết định, các mục tiêu và điều kiện ranh giới và hạn chế để nghiên cứu phải đưa ra thông tin cần thiết như yếu tố đầu vào cho quy định, đúng khuôn khổ và đúng lúc.

Phạm vi áp dụng của nghiên cứu độ tin cậy là:

Phân tích nguy cơ: Các bước chính của phân tích định lượng nguy cơ (quantative risk analysis (QRA)

Nhận dạng và mô tả khả năng của các sự cố trong hệ thống. Vấn đề này thường được xác định như sai lệch khỏi các điều kiện làm việc bình thường và có thể dẫn tới các hệ quả không mong muốn. Trong các nhà máy dầu khí có thể là sự rò rỉ.

Các nguyên nhân của sự cố thường được xác định theo việc phân tích nguyên nhân chính, các nguyên nhân chính, nguyên nhân phụ được mô tả theo cấu trúc cây gọi là cây sự cố có thể được tính toán.

Các hệ thống thường được thiết kế bao gồm nhiều rào cản và các chức năng an toàn để chặn đúng sự phát triển của sự cố hoặc làm giảmm hậu quả của tai nạn. Ví dụ rò rỉ khí trong bước a thì rào cản và an toàn la hệ thống phát triển khí, hệ thống ngắt,hệ thống ngăn cháy (tường lửa) hệ thống thoát. Hậu quả cuối cùng của sự cố sẽ phụ thuộc vào hệ thống có thể hoặc không thể hoạt động. Phân tích hậu quả thường được thực hiện bằng phân tích cây sự kiện. Phân tích cây sự kiện thường bổ sung bằng tính toán cháy nổ đánh giá sự khôi phục của hệ thống cấp cứu. Các phương pháp đặc biệt dùng để phân tích hậu quả cho:

  • Con người
  • Môi trường
  • Vật tư
  • Sản xuất

Bảo vệ môi trường

Nghiên cứu độ tin cậy có thể được sử dụng để cải tiến thiết kế và quy trình vận hành của hệ thống chống ô nhiễm như hệ thống làm sạch khí, nước.

Nhiều nghành công nghiệp đã tiến hành để hạn chế ô nhiễm từ các nhà máy gây ra bởi sản xuất không bình thường và do đó quy trình sản xuất nhà máy là yếu tố quan trọng để giảm ô nhiễm.

Các nghiên cứu độ tin cậy là quy trình sản xuất của nhà máy là yếu tố quan trọng nhất để tối ưu hóa quá trình sản xuất.

Phân tích nguy cơ về môi trường được thực hiện theo cùng một thủ tục như phân tích nguy cơ khác và có cùng giao diện với phân tích độ tin cậy.

Chất lượng sự quản lý và đảm bảo chất lượng bắt buộc phải thực hiện các tiêu chuẩn ISO 9000.

Các quan niệm về chất lượng và độ tin cậy có quan hệ chặt chẽ với nhau. Độ tin cậy được coi như đặc tính chất lượng (có thể quan trọng nhất). Do đó các hệ thống hỗ trợ được phát triển để quản lý chất lượng tổng thể của hệ thống TQM.

Tối ưu hóa bảo dưỡng và vận hành.

Bảo dưỡng được thực hiện để ngăn ngừa hệ thống hư hỏng và khôi phục chức năng hệ thống khi sự cố xẩy ra. Mục tiêu chính của bảo dưỡng là duy trì hay cải tiến tiến độ tin cậy của hệ thống và quy trình sản xuất.

Nhiều nghành công nghiệp (nhà máy điện hạt nhân, máy bay, quốc phòng, công nghiệp khai thác dầu ngoài khơi, đóng tầu đã thực hiện đầy đủ sự phối hợp giữa bảo dưỡng và độ tin cậy và đưa vào khái niệm bả dưỡng tập trung vào độ tin cậy RCM (Reliability centered Maintenance) RCM là công cụ chủ yếu để nâng cao giá thành hiệu quả và kiểm tra việc bảo dưỡng của các nghành công nghiệp và do đó cải tiến sự sẵn sàng hoạt động va an toàn. Chi phí vòng đời life cyle cost(LCC) và life cycle profit (LCP), Cơ sở logic, dự trữ phụ tùng thay thế và phân tích mức độ quản lý.

Thiết kế công nghệ

Độ tin cậy được coi như một trong những đặc tính quan trọng nhất của các sản phẩm kỹ thuật. Đảm bảo độ tin cậy trong quá trình thiết kế. Điều này đặc biệt quan trọng trong quá trình thiết kế công nghệ.

Nhiều nghành công nghiệp đã thực hiện điều này và tích hợp chương trình độ tin cậy trong quá trình thiết kế. Điều này đăc biệt quan trọng trong trường hợp công nghệ hạt nhân, máy bay, không gian vũ trụ, ôtô và khai thác dầu ngoài khơi. Việc tích hợp như vậy có thể được thực hiện theo các quan niệm như tập trung vào sản phẩm tổng thể từ bắt đầu đến lúc giao nộp.

Kiểm tra chất lượng/độ tin cậy

Nhiều cơ quan chính thức yêu cầu nhà sản xuất và người vận hành kỹ thuật có khả năng kiểm tran thiết bị thỏa mãn các yêu cầu quy định. Các yêu cầu này thường dựa trên an toàn và bảo vệ môi trường.

Các mô hình và sự ngẫu nhiên (uncertainties)

Trong tình huống thực tế việc phân tích sẽ dựa trên mô hình ngẫu nhiên (stochatic) của hệ thống hoặc ít nhất phải lựa chọn từ một vài mô hình trước khi thực hiện phân tích. Để thực hiện mô hình này cần phải mô tả các bộ phận quan trọng của hệ thống nhưng không nhất thiết phaỉ mô tả chính xác mọi chi tiết.

  • Trong nghiên cứu độ tin cậy và an toàn của hệ thống kỹ thuật ta luôn phải làm việc với mô hình hệ thống các mô hình này có thể được biểu diễn bằng đồ họa hoặc bằng toán học. Mô hình toán học cần thiết có thể đưa dữ liệu và sử dụng các phương pháp toán thống kê để đánh giá độ tin cậy, độ an toàn hoặc các thông số nguy cơ. Đối với các mô hình này luôn quan tâm đến hai mâu thuẫn.
  • Mô hình phải tương đối đơn giản để có thể sử lý các phương pháp toán học và thống kê.

  • Mô hình phải có tính hiện thuẹc để dẫn tới kết quả thực tế.
  • Ta phải luôn nhớ rằng ta đang làm việc với mô hình lý tưởng hóa và đơn giản của hệ thống. Hơn nữa kết quả suy ra đúng theo mô hình. Trước khi bắt đầu phát triển mô hình chúng ta phải hiểu rõ loại quyết định từ phân tích chúng ra sẽ cung cấp cho đầu vào. Để đánh giá độ tin cậy của hệ thống từ mô hình ta cần dữ liệu vào. Dữ liệu có thể không đủ và cần có chuyên gia kinh nghiệm đánh giá. Điều này đặc biệt quan trong trong trường hợp đưa vào công nghệ mới. Khi thiết lập mô hình hệ thống chúng ta phải xem xét kiểu độ lớn, chất lượng của dữ liệu vào. Nó có giá trị hạn chế để xây dựng mô hình rất chi tiết nếu ta không thể tìm được dữ liệu và theo yêu cầu.

  • Bây giờ việc sử dụng phân tích độ tin cậy xác định chỉ được xác định ở ranh giới và ít được sử dụng thực tế, nên khi có hư hỏng xẩy ra thường gán lỗi cho con người. Rất khó khăn khi đành giá xác suất lỗi cuả con người trong tình huống đã cho. Ta hiểu rằng chủ đề phải giải quyết trong việc phân tích độ tin cậy của hệ thống kỹ thuật.
  • Cần hiểu biết một cách chi tiết các khía cạnh kỹ thuật của hệ thống và các cơ chế vật lý có thể dẫn tới hư hỏng.
  • Kiến thức về toán thống kê là cần thiết nhưng không đủ để có thể thực hiện phân tích.
  • Nếu con người được coi như một thành phần trong hệ thống thì việc quan tâm tới trạng thái sức khỏe, tinh thần và điều kiện xã hội trong hành vi của con người là cần thiết nhưng không đủ biết phản ứng của con người tác động bởi stress.
  • Dữ liệu cho phép đánh giá các thông số và kiểm tra mô hình
  • Việc phân tích hệ thống phức tạp phải được thực hiện với sự trợ giúp của máy tính.

Phân tích độ tin cậy của hệ thống luôn dựa trên các giả thiết và điều kiện ranh giới. dưới đây đưa ra một số chú ý.

  • Xác định bộ phận nào của hệ thống cần phân tích, bộ phận nào không cần thiết.
  • Xác định mục tiêu của việc phân tích
  • Giao diện hệ thống nào cần được sử dụng.

Cần nhận dạng và xác định người thao tác và giao diện phần mền

  • Mức độ chi tiết đòi hỏi
  • Các giai đoạn hoạt động nào cần phải đưa vào phân tích.
  • Điều kiện môi trường của hệ thống
  • Cần phải chú ý tới các vấn đề ngoại cảnh (hành vi phá hoại, động đất, sét..)

(Theo Tạp chí Tự động hóa ngày nay)

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s