RCM и анализ масла

Инженерам по смазке, специалистам по анализу масла и другим профессионалам в отрасли важно понимать, что такое RCM и каким образом анализ масла и управление процессами смазывания вписываются в картину RCM.

RCM — это систематический процесс, позволяющий оптимизировать надежность и соответствующую тактику технического обслуживания с учетом эксплуатационных требований. Основная цель процесса RCM — экономическая оптимизация надежности машин по отношению к целям организации.

Проще говоря, RCM помогает гарантировать, что при затратах на повышение надежности, составляющих 1 доллар, можно вернуть потраченный доллар, а также получить некоторую приемлемую прибыль.

Рис. 1

Как показано на рис. 1, к реализации мер по повышению надежности применяется закон убывающей предельной прибыли. Проще говоря, первый доллар, вложенный в повышение надежности, имеет тенденцию давать более высокую отдачу от инвестиций, чем любой доллар, вложенный впоследствии.

Цель состоит в том, чтобы достичь точки оптимизации, при которой преимущества надежности, выраженные в общих эксплуатационных расходах, максимизируются за счет снижения затрат. RCM — это набор систематических инженерных процедур, позволяющих достичь этой цели и поддерживать результат с течением времени.

RCM восходит корнями к 1960-м годам, когда данный процесс применялся для повышения безопасности и надежности коммерческих самолетов. С тех пор он начал применяться и в промышленном секторе благодаря работе, проведенной несколькими авторами, в первую очередь — Джоном Мубреем (RCM II), и публикации NASA «Руководство по техническому обслуживанию, ориентированному на обеспечение надежности, для установок и вспомогательного оборудования».

Однако вернемся в прошлое. RCM возник благодаря развитию дисциплины проектирования надежности. Именно тогда были созданы фундаментальные аналитические инструменты для оценки надежности электрических и механических компонентов и систем.

Проще говоря, RCM — это часть возникшего движения, направленного на повышение безопасности, надежности и производительности оборудования в области транспорта, промышленности и энергетики, а также товаров и услуг.

Почему RCM и почему сейчас? В Северной Америке новые заводы не строятся. В условиях глобального ценообразования нам приходится производить продукцию (от полипропилена до роскошных автомобилей), обеспечивая рентабельность производства на устаревшем оборудовании с привлечением рабочей силы, которая является одной из самых дорогих в мире.

Это означает, что производственные активы должны быть высокоэффективными. Также это значит, что должны быть предусмотрены стратегии обслуживания, такие как RCM, чтобы добиться максимальной прибыли.

RCM позволяет инвестировать в надежность посредством мер и методов оптимизации, включая анализ и управление в области смазки, для обеспечения наибольшей экономической эффективности. NASA определило четкие руководящие принципы RCM (см. врезку). Вкратце, инженер по надежности несет ответственность за следующие вопросы:

• Что требуется от системы или оборудования?
• Какие функциональные сбои могут произойти?
• Каковы вероятные последствия этих функциональных сбоев?
• Что можно сделать, чтобы предотвратить эти функциональные сбои?

В прошлом мы пытались добиться надежности за счет частой перестройки производства. Стратегия была основана на предположении, что частота отказов машин увеличивается по мере их старения. Хотя некоторые элементы выходят из строя именно по этой причине, к большинству сложных систем, например тех, которые используются на производственных предприятиях, это не относится.

В одном исследовании 30 идентичных радиальных шарикоподшипников были доведены до отказа на испытательном стенде в строго контролируемых условиях. Разница во времени отказов была настолько велика, что если бы можно было статистически оценить подходящее время замены с уровнем достоверности 95 %, машина никогда бы не запустилась! В полевых условиях разница во времени до отказа оказалась еще большей.

Таким образом, мы узнали, что во многих случаях невозможно достоверно оценить время, в течение которого необходимо перестраивать сложное оборудование.

Не так давно мы начали использовать анализ вибрации, анализ масла, термографию и другие инструменты для мониторинга состояния и профилактического обслуживания, пытаясь выявить отказы на ранней стадии, чтобы планировать корректирующие действия «по состоянию».

Мы также начали применять упреждающие меры для мониторинга и контроля основных причин деградации и отказов, таких как загрязнение смазки, неправильное/испорченное масло, нарушение центровки, дисбаланс и т. д. Эти меры, подразумевающие применение передовых методов и технологий технического обслуживания, оказались очень эффективными, но если они применяются слишком часто, то такой подход может быть дорогим и контрпродуктивным.

Более того, в некоторых случаях они просто не обеспечивают повышения надежности до уровня, необходимого для достижения цели. В этих случаях для достижения целей организации требуется реорганизация системы или обеспечение избыточности.

Рис. 2

Процесс выбора стратегии надежности в соответствии с RCM весьма систематичен и логичен (см. рис. 2). Как видно из блок-схемы, активы проверяются на предмет их роли в обеспечении общей надежности и производительности системы.

Если актив приносит достаточную пользу, никаких изменений не требуется. В противном случае потребность в поиске способов достичь необходимого уровня надежности определяется посредством оценки критичности актива. Например, если актив считается некритичным, его просто доводят до отказа, а затем восстанавливают или заменяют.

Как правило, для критически важных систем прежде всего предусматриваются передовые методы обслуживания, поскольку применение таких методов относительно недорогое по сравнению с изменением конструкции и установкой запасного оборудования.

В некоторых случаях для достижения целей компании требуется реорганизация или привлечение дублирующих сотрудников. Разработка упреждающих мер по контролю (и мониторингу) загрязнения смазочного материала, центровки, балансировки и т. д. обычно обходится намного дешевле, чем развертывание стратегии обнаружения отказов.

И наоборот, более сложная модернизация системы обычно очень дорогостоящая и часто дает непредсказуемый результат. Обеспечение резерва мощностей – самый дорогой метод повышения надежности, но он дает очень стабильный результат. RCM помогает избежать случайного применения последней стратегии, так называемой панацеи, предотвращая ошибки, из-за которых впустую расходуются ресурсы, а уровень производительности оказывается посредственным и непредсказуемым.

В табл. 1 приведены стратегии достижения надежности и условия, при которых они выбираются в процессе RCM. В сегодняшней конкурентной среде организации применяют передовые стратегии технического обслуживания, особенно обслуживание по состоянию, чтобы обеспечить требуемую надежность при минимальных затратах.

Стоимость капитального ремонта или замены довольно высока и имеет сомнительную ценность. Приобретение и обслуживание резервного оборудования осуществляется только для наиболее важных систем, где никакая другая стратегия не дает удовлетворительных результатов. Благодаря развитию технологий техническое обслуживание по состоянию вышло на передний план при применении стратегии RCM. Неотъемлемую роль в этой стратегии играют управление процессами смазывания и анализ масла.

Инженер по надежности оптимизирует надежность систем в соответствии с целями миссии, используя ряд аналитических инструментов. Рассмотрим некоторые наиболее распространенные инструменты.

Статистика надежности

Статистика надежности отличается от обычной экспериментальной статистики. Этот метод предоставляет средства, с помощью которых можно оценить вероятность выполнения системой своей функции при заданной продолжительности и условиях эксплуатации. Перед тем как приступить к проекту RCM, важно ознакомиться с методами проектирования надежности.

Блок-схемы надежности

Рис. 3

После определения надежности подсистемы можно эффективно смоделировать систему с точки зрения надежности. После моделирования слабые звенья обычно становятся очевидными, и их можно устранить с помощью мер по повышению надежности. На рис. 3 показаны примеры простой последовательной, параллельной и комбинированной систем в виде блок-схемы.

Анализ характера, последствий и критичности отказов (FMECA)

FMECA – это индуктивный процесс выявления основных функциональных сбоев, связанных с ними режимов или состояний отказа, определения влияния режимов отказа на работу системы и соответствующей критичности режима отказа в зависимости от степени и вероятности негативного воздействия.

Этот ценный аналитический инструмент позволяет устранять режимы отказа или лучше управлять ими за счет применения передовых методов обслуживания, модернизации или резервирования.

Анализ первопричин отказов (RCFA)

В процессе RCFA выполняется оценка отказа по факту его возникновения с намерением определить его первопричину. Как только основная причина установлена, инженер может оценить риск повторения отказа, успех потенциального устранения первопричины и стоимость контроля за ней. Обладая этой информацией, можно принять решение о применении мер контроля или об отказе от них.

RCM и специалист по анализу масел. После тщательного анализа на технологическом или серийном производстве проводится оптимизация надежности, которая, как правило, по большей части состоит из упреждающего и профилактического обслуживания.

Обычно при необходимости повысить надежность механической системы в первую очередь оптимизируют управление процессами смазывания. По сути, перед специалистом по системам смазки или анализу масла стоит задача обеспечить определенную техническую точность в следующих областях:

• Процедура FMECA, соответствующая определенной смазке.
• Развертывание мер проактивного управления процессами смазывания.
• Эффективное применение методов диагностического анализа масла.

Неисправности, связанные со смазкой, часто объединяют в категорию «недостаточная смазка». Инженер по смазке знает, что ненадлежащее смазывание может происходить из-за недостаточного количества масла, неправильно выбранного масла, испорченного, загрязненного масла, истощения присадок, недостаточной спецификации или многих других условий.

Специалист по смазке должен поддерживать RCM, применяя при обслуживании системы смазки более детальную процедуру FMECA. В ней должны быть надлежащим образом представлены оборудование, функции, условия эксплуатации и т. д. На рис. 4 показаны несколько видов отказов, связанных со смазкой, и общие вопросы, по которым специалист должен предоставить информацию FMECA.

Рис. 4

Отказы многих других видов, характерные для конкретной машины, эффективно выявляются с помощью анализа масла и частиц износа. Эта информация должна включаться в общий процесс FMECA с технической точностью.

Упреждающее управление процессами смазывания – это недорогой способ снизить частоту отказов механических систем. Если частота отказов снижается, надежность увеличивается для всех периодов эксплуатации.

Часто управление процессами смазывания позволяет устранить необходимость применения более решительных и дорогостоящих мер. Инженер по смазке или специалист по анализу масла должны координировать свои действия с инженером по надежности, чтобы понять, какие системы требуют повышения надежности.

Процесс завершается составлением списка изменений, которые будут внесены в спецификации смазочных материалов, а также в обучение и повышение квалификации персонала, в контроль за загрязнением, улучшение механизмов доставки, совершенствование методов испытаний и инспекций, обучение и тренировку персонала и т. д.

Рис. 5

Анализ масел доказал свою эффективность при планировании замены масла по состоянию. Возможно, еще более важным аспектом является эффективность, с которой анализ масла позволяет выявлять отказы машин и поддерживать процесс определения первопричины отказа.

Подобно тому, как кровь несет в себе информацию о здоровье человека, масло содержит важную информацию о здоровье машины. В некоторых случаях анализ масла дает самое раннее предупреждение о неисправности, в остальных случаях – позволяет получить подтверждающую информацию. Но иногда случается так, что в масле нет никаких данных о сбое.

Подобно тому, как врач применяет все доступные методы и весь имеющийся персонал для выявления и анализа проблем, связанных со здоровьем, инженер-механик должен подобрать правильное сочетание методов и технологий анализа, чтобы принять наилучшее решение.

Время заблаговременного предупреждения о функциональном отказе, которое формируется системой мониторинга, называется «интервалом PF». «P» означает момент обнаружения потенциального отказа, а «F» – время, когда происходит фактический отказ (см. рис. 5).

Проще говоря, чем больше интервал PF, тем больше у персонала времени для принятия правильного решения и планирования действий. Как правило, чем выше качество принимаемых решений и чем больше времени остается на планирование, тем меньше затраты организации. В таблице 2 приведена общая оценка эффективности основных инструментов мониторинга состояния (анализ смазки, анализ вибрации и термический анализ) в отношении интервала PF обнаружения и анализа основных причин отказов.

При таком обобщении всегда важно учитывать условия применения и окружающей среды, прежде чем принимать окончательные решения по выбору технологии и развертыванию.

В заключение следует отметить, что все методы повышения надежности, включая управление процессами смазывания и анализ масла, должны быть согласованы с целью организации, которая заключается в оптимальном использовании активов и получении максимальной прибыли.

RCM лежит в основе этого процесса. В будущем инженеры по смазке и специалисты по анализу масел будут играть ключевую роль в процессе RCM и в группе специалистов по надежности, добиваясь оптимального уровня надежности активов и поддерживая его.

• Автор статьи:
  Дрю Тройер
• Источник:
  RCM and Oil Analysis
• Использованная литература:
  1) Мубрей, Джон, «RCM II - Техническое обслуживание, ориентированное на надежность», второе издание, Нью-Йорк: Industrial Press, Inc., 1997 г.
  2) Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, «Руководство RCM по объектам и вспомогательному оборудованию», 1996 г.