FIABILITATE, MENTENABILITATE, DISPONIBILITATE

SIGURANŢA ÎN FUNCŢIONARE

Conceptul de CALITATE a unui produs, analizat anterior, cuprinde o categorie de caracteristici: fiabilitate, mentenabilitate, disponibilitate, reprezentând siguranţa în funcţionare şi care formează baza calităţii serviciului pe care produsul respectiv îl oferă utilizatorilor.

Fig. 8.1 Componentele siguranţei în funcţionare.

Noţiunea de siguranţă sau dependabilitate se foloseşte ca un concept general şi nu reprezintă un termen cantitativ.

Caracteristicile care condiţionează siguranţa în funcţionare sunt următoarele:

- fiabilitatea;- mentenabilitatea;- disponibilitatea.

Aceste caracteristici au o pondere deosebită în cadrul calităţii produsului.

ASPECTE GENERALE REFERITOARE LA FIABILITATE

Fiabilitatea a apărut ca efect al importanţei deosebite pe care au căpătat-o problemele siguranţei în funcţionare a echipamentelor industriale, dispozitivelor şi componentelor, constituind o tehnică de vârf indispensabilă inginerilor. Funcţionarea unui produs este limitată de apariţia unei abateri sau a unui defect. Din acest punct de vedere fiabilitatea poate fi privită şi ca o ştiinţă a defectărilor. Fiabilitatea reprezintă astfel

aptitudinea unui produs de a funcţiona fără a se defecta. Matematic este posibil să se estimeze cu un anumit grad de certitudine comportarea unui produs în anumite condiţii de utilizare stabilite. Fiabilitatea este una din componentele de bază ale calităţii unui produs.

Noţiunea de fiabilitate este frecvent întâlnită în tot mai multe domenii. Ce semnificaţie are acest termen? Termenul de fiabilitate este un neologism provenit din limba franceză unde adjectivul “fiable” (arhaism descoperit şi pus în circulaţie de canadienii de origine franceză pentru a traduce termenul similar anglo-saxon) înseamnă “demn de încredere” sau “în care te poţi încrede” de la care a derivat substantivul fiabilitate. Literatura anglo-saxonă, care a introdus multe notaţii unanim acceptate, utilizează termenul "reliability” derivat din verbul “to rely” care înseamnă a conta pe sau a se încrede în cineva sau ceva. În limbile rusă (nadenjnosti) şi germană (Zuverlässigkeit) termenii au înţelesul de siguranţă. Fiabilitatea unui produs reprezintă deci acea însuşire care ne sugerează ideea de încredere şi siguranţă. De asemenea, în comparaţie cu un alt produs se poate utiliza expresia mai fiabil sau mai puţin fiabil.

Fiabilitatea este legată direct de noţiunea de calitate a unui produs. Dintr-un anumit punct de vedere calitatea poate fi considerată ca o însuşire “statică” de satisfacere a unor condiţii într-un anumit moment, în timp ce fiabilitatea este o calitate în timp sau o însuşire “dinamică”. Din acest punct de vedere fiabilitatea reprezintă o nouă dimensiune a calităţii, o componentă în timp a calităţii.

Fiabilitatea are un rol nou în tehnică, în conformitate cu standardele internaţionale: obligă proiectarea să înveţe să proiecteze în condiţiile noi ale specificării cantitative a fiabilităţii încă din faza de concepţie.

Fiabilitatea unui produs se hotărăşte încă din faza de proiectare, prin soluţia constructivă adoptată, iar fabricaţia nu face decât să o realizeze la nivelul conceput sau să o coboare prin abateri tehnologice sau derogări. La utilizare fiabilitatea se manifestă la nivelul conceput şi realizat sau sub acest nivel dacă instrucţiunile de exploatare nu sunt respectate şi condiţiile de utilizare diferă de cele cunoscute iniţial şi considerate de concepţie.

Creşterea fiabilităţii (“reliability growth”) reprezintă preocuparea permanentă de creştere a performanţelor.

Preocupările referitoare la fiabilitate au ca efect şi eliminarea cauzelor de defectare sistematică şi reducerea probabilităţii de apariţie a altor defecte conducând astfel la “ameliorarea fiabilităţii” (“reliability improvement”).

Întreg ansamblul de activităţi cunoscute şi declarate legate de fiabilitate au ca obiectiv garantarea şi asigurarea că fiabilitatea şi mentenabilitatea sunt ceea ce ele trebuie să fie. Aspectele de conducere au căpătat forme şi conţinut bine conturate prin managementul calităţii şi fiabilităţii la concepţie-fabricaţie şi managementul mentenanţei la utilizare.

DEFINIŢIA FIABILITĂŢII. INTERPRETĂRI

Fiabilitatea (Reliability, symbol R(t)) reprezintă "caracteristica unui produs exprimată prin probabilitatea îndeplinirii funcţiei cerute, în condiţii date, pe o durată de timp specificată". Această definiţie conţine cinci concepte fundamentale:

a) Conceptul de caracteristică. Fiabilitatea este deci o caracteristică a unui produs, care poate fi determinată şi caracterizată, la fel ca şi celelalte caracteristici tehnice (putere, turaţie etc.) şi exprimată cantitativ. Fiabilitatea trebuie să aibă acelaşi statut ca şi celelalte caracteristici tehnice: să fie considerată începând de la concepţie-proiectare, să fie urmărită corespunzător în fabricaţie şi să fie atestată prin încercări sau prin alte metode de estimare.

b) Conceptul de probabilitate. Fiabilitatea este exprimată printr-o probabilitate şi are o valoare cuprinsă între 0 şi 1. Fiind o probabilitate nu poate fi măsurată direct aşa cum este cazul altor mărimi fizice, ci se determină pe baza metodelor statisticii matematice şi a teoriei probabilităţilor. Acest lucru constituie încă un obstacol important în asimilarea acestei caracteristici în mod corespunzător. În special pentru concepţie şi proiectare fiabilitatea trebuie privită ca o caracteristică de bază care să orienteze şi să optimizeze soluţia constructive.

c) Conceptul de funcţie. Fiabilitatea presupune satisfacerea unei funcţii cerute. Acest lucru implică definirea corectă a funcţiei pe care trebuie să o realizeze.În cazul unui element simplu funcţia înseamnă ceea ce trebuie să facă, în cadrul ansamblului din care face parte.La produse sau echipamente complexe pot exista funcţii multiple, dependente de diferite stări şi regimuri de funcţionare considerate explicit sau implicit. Fiabilitatea se referă la toate aceste funcţii.d) Conceptul de condiţii de funcţionare (de utilizare şi de mediu) reprezintă ansamblul condiţiilor pentru care a fost proiectat produsul. Se face observaţia ca în multe cazuri noţiunea de fiabilitate nu este interpretată corect, mai ales atunci când valoarea fiabilităţii este estimată prin prisma unor încercări de laborator în care solicitările nu sunt corelate cu cele din utilizarea normala.Condiţiile de funcţionare influenţează direct fiabilitatea.Un produs ideal are fiabilitatea corespunzătoare condiţiilor date. Necunoaşterea unor condiţii face ca fiabilitatea sa nu aibă valoarea dorita.

De aici decurg o serie de condiţii care privesc pe de-o parte utilizarea, iar pe de alta parte concepţia si proiectarea.

e) Conceptul de durată de funcţionare. Fiabilitatea presupune o durata de funcţionare exprimata în unităţi de timp (ore, zile, ani etc.) sau un număr de cicluri, conectări, manevre etc.În alte cazuri, pentru materiale şi echipament rutier, durata se poate exprima în kilometri parcurşi.În concluzie, durata simbolizată cu “t” se exprimă în unităţile caracteristice ale produsului respectiv.

Exprimarea corectă a fiabilităţii presupune precizări referitoare la cele cinci concepte enumerate.

Neglijarea unui termen al definiţiei generează confuzii şi nu poate avea utilitate tehnică.

Definiţia este valabilă atât pentru un element simplu, component sau produs, cât şi pentru un sistem tehnic sau echipament unitar.

Interpretarea corectă a definiţiei fiabilităţii este deosebit de importantă, atât pentru concepţie şi proiectare, cât şi pentru utilizare. Deocamdată se constată că fiabilitatea ridică mai multe probleme decât reuşeşte să rezolve, dar perfecţionarea metodelor de investigaţie va conduce cu siguranţă la transformarea noţiunii de fiabilitate în principala caracteristică a unui produs.

CLASIFICĂRI REFERITOARE LA CONCEPTUL DE FIABILITATE

Fiabilitatea poate fi determinată şi interpretată în diferite moduri. În Tab. 8.1 sunt prezentate principalele cazuri cu precizarea conţinutului şi modalităţilor de determinare.

Fiabilitatea de concepţie, previzională, presupune un volum mare de informaţii şi metodologii analitice corect elaborate.

Fiabilitatea experimentală, de laborator, presupune pe lângă instalaţii speciale de încercări de fiabilitate şi stabilirea unui program corect de încercări care să reprezinte condiţiile de la utilizare.

Acest lucru este greu de realizat şi în general încercările se desfăşoară în cadrul unor condiţii convenţional stabilite. În acest caz, se pune problema stabilirii echivalenţei încercărilor de laborator cu cea al comportării reale la utilizare.

Tabelul 8.1Diferite concepte de

fiabilitateConţinut

Fiabilitate previzională (preliminată, predictivă)

Este fiabilitatea predeterminată prin calcul, anterioară oricăror încercări. Este proprie etapei de proiectare a unui produs.

Fiabilitate experimentală(de laborator)

Fiabilitatea obţinută prin încercări determinative în laborator pe standuri speciale, pe baza unor eşantioane de produse. Se mai numeşte:

a) observată (estimată – dacă se referă la etapa urmărită în laborator;

b) extrapolară – dacă pe baza informaţiilor din laborator se fac estimări prin extrapolare a duratei cercetate.

Fiabilitate operaţională(de exploatare)

Fiabilitatea determinată pe baza prelucrării informaţiilor din exploatare.

Fiabilitate nominală Fiabilitatea prescrisă în documentaţiile tehnice (standarde, norme, contracte etc.)

Fiabilitate intrinsecă Determinată pe baza legăturii dintre solicitarea aplicată şi rezistenţa la solicitări a elementului considerat.

Fiabilitate extrinsecă Determinată pe baza prelucrării datelor eşantionare sau analitic cu ajutorul indicatorilor de fiabilitate.

Fiabilitatea operaţională bazată pe prelucrarea informaţiilor culese din exploatare pare ca fiind cea mai aproape de realitate. Totuşi, cei care au folosit această metodă şi autorii cu o bogată experienţă în acest domeniu au anumite rezerve. Eroarea principală şi importantă provine din faptul că eşantionul pe baza căruia se face estimarea este greu să îndeplinească condiţiile de omogenitate şi de reprezentativitate. Totuşi, cu anumite măsuri de corecţie şi compensare rezultatele pot fi foarte valoroase.

Fiabilitatea intrinsecă este fiabilitatea stabilită la concepţie şi este inclusă în fiabilitatea previzională.

Fiabilitatea extrinsecă este fiabilitatea care aparţine de fiabilitatea experimentală sau operaţională.

Diferitele concepte de fiabilitate reprezintă de fapt o serie de indicatori (stabiliţi prin metode diferite) ai aceleiaşi fiabilităţi adevărate, dar necunoscute.

În mod ideal, valoarea adevărată a fiabilităţii este determinată şi hotărâtă de concepţie-proiectare prin soluţia adoptată, materiale şi tehnologii stabilite.

În continuare nivelul fiabilităţii este realizat de fabricaţie prin respectarea documentaţiei tehnice sau coborât datorită abaterilor tehnologice necorespunzătoare sau derogărilor de diferite tipuri, iar la beneficiar se manifestă fiabilitatea concepută şi fabricată sau se deteriorează prin abateri faţă de prescripţiile de exploatare sau prin existenţa altor condiţii decât cele considerate la concepţie.

ASPECTE ECONOMICE ALE FIABILITĂŢII

Criteriile economice au un rol hotărâtor în adoptarea soluţiei constructive a produsului. Se constată cu cât se realizează o fiabilitate mai ridicată, cu atât costurile sunt mai ridicate. Se afirmă în general că fiabilitatea costă.

Analizele economice ale soluţiilor constructive arată de multe ori că în locul unui singur produs cu o fiabilitate ridicată, cu durata de viaţă mare şi fără să aibă nevoie de întreţinere sau reparare este mai economică utilizarea a două sau trei produse cu o durată de viaţă mai scurtă şi eventual reparabil.

Practic, o industrie constructoare este capabilă să realizeze un produs cu o fiabilitate oricât de ridicată, dar inacceptabil din punct de vedere al costului.

În consecinţă, soluţiile constructive ale multor produse sunt “cu mentenanţă” – produsele sunt reparabile, dar necesită întreţinerea.

Analizând variaţiile costurilor dependente de fiabilitate şi de mentenanţă (Fig. 8.2) se constată că există o zonă de optim economic (cost minim) căreia îi corespunde fiabilitatea optimă (Ropt).

Pentru o fiabilitate R> Ropt costul investiţiei este mare în raport cu scopul propus.

În multe cazuri trebuie să se ţină seama şi de pagubele provocate de lipsa de fiabilitate.

În general, valoarea Ropt este inferioară fiabilităţii tehnic posibile. Trebuie deci să ne aşteptăm la un număr de defectări, nu neglijabile, pentru a garanta cel mai economic preţ al funcţionării şi în consecinţă este necesar să se definească cu grijă mentenanţa corespunzătoare.

În final, fiabilitatea adoptată prin soluţia de proiectare reprezintă un compromis între costul fiabilităţii şi mentenanţei.

Nivelul fiabilităţii optime, Ropt, este diferit de la o etapa la alta şi de la o utilizare la alta, funcţie de efecte şi consecinţe.

Fig. 8.2 Fiabilitatea optimului economic Ropt.A- costul fiabilităţii, B- costul mentenanţei, C- cost total.

[1] Bibliografie: MUNTEANU, T., DUMITRESCU, M. - Fiabilitate,

mentenabilitate, disponibilitate - Note de curs - Litografia

Universităţii din Galaţi, 1995