Fiabilitatea și Protecția Muncii - Componente Complementare în Activitatea Industrială

CAPITOLUL 1

FIABILITATEA SISTEMELOR

1.1. Noţiuni generale

Economia de piaţă prin mecanismul specific al cererii şi ofertei, exercită o inflenţă considerabilă asupra calităţii produselor şi maşinilor. Nivelul de calitate şi costurile sunt atribute importante pentru societăţile economice. Beneficiarii sunt tot mai interesaţi şi de conservarea în timp a performanţelor sistemelor fizice, respectiv de conceptul de fiabilitate. Aşadar, fiabilitatea poate fi considerată ca o calitate exprimată în timp.

Conceptul de fiabilitate poate fi definit ca o capacitate a unui dispozitiv, de a desfăşura funcţiuni determinate în condiţii precise, pentru o perioadă de timp determinată. Acestă măsură a calităţii prezintă importanţă deosebită, din punct de vedere al siguranţei în funcţionare şi din punct de vedere economic. Fiabilitatea se prezintă ca un parametru de proiectare, ce presupune exprimarea cantitativă a ei şi stabilirea de metode de măsurare. Se poate determina un nivel optim al fiabilităţii, pe bază de criterii economice, însumând costurile legate de fabricaţie şi costurile legate de întreţinere, corelate cu fiabilitatea.

Fig. 1.1. Nivel de calitate optim

În fig.1.1. sunt reprezentate:

C1 – variaţia costului de fabricaţie;

C2 – variaţia costului de întreţinere;

C3 – variaţia costului total în funcţie de fiabilitatea F.

Fiabilitatea poate fi exprimată ca un proces aleator, având ca variabilă aleatoare timpul de funcţionare până la defectare.

Noţiunea de defectare sau cădere reprezintă încetarea capacităţii de funcţionare cerută unui produs sau a unui sistem tehnic. Fiabilitatea trebuie să fie evaluată cantitativ prin intermediul frecvenţei defectărilor, legate de timp. Mărime acestui parametru prefigurează fiabilitatea şi poate să rezulte din consideraţii de tip fizic sau statistic.

1.2. Mecanisme generale de defectare

Descrierea cantitativă a procesului de defectare, de degradare, presupune necesitatea dezvoltării unor consideraţii asupra materialelor din care sunt formate sistemele. Este cunoscut faptul că, la nivel microscopic, particulele elementare prezintă interacţiuni de natură electromagnetică, care determină coeziunea. Se presupune, făcând o primă ipoteză, că structura este omogenă (cazul materialelor perfecte). Presupunem că are loc un schimb de energie cu mediul extern, cantitate de energie ce este absorbită şi înmagazinată în structură.

Pentru materiale există o valoare critică la care mecanismul de înmagazinare încetează să fie perfect. Energia în exces conduce la modificarea unor legături structurale. Această valoare critică se numeşte punct de rupere sau defect punctual. Materialele reale prezintă iregularităţi structurale şi ca urmare energia de legătură nu este distribuită uniform. Vor exista zone în material caracterizate de prezenţa legăturilor structurale mai slabe faţă de nivelul mediu şi rezistenţa materialului se va stabili în raport cu legătura cea mai slabă. Evoluţia unui defect este legată de ruperea legăturilor structurale mai slabe care la un schimb energetic cu aceeaşi cantitate se stabileşte o nouă situaţie structurală, caracterizată de un număr mai mic de legături suprasolicitate, care continuă să distrugă legăturile până la rupere.

Procesul descris primeşte diferite forme de evoluţie, după cum:

- conţinutul energetic al legăturilor se datoreşte cantităţii de energie structurală provenită din schimbul cu mediul exterior;

- distribuţia energiei între diverse legături se face mai mult sau mai puţin accentuată, datorită prezenţei iregularităţilor;

- energia provenită din mediul extern încarcă structura cu cantităţi şi forme variabile;

- modul de aplicare a energiei, respectiv dinamica schimbului energetic.

Efectele microscopice ale acestor interacţiuni complexe sunt direcţionate la trei situaţii tipice:

1) solicitarea rezultată datorită schimbului de energie sub valoarea critică, conservă infinit caracteristicile structurale ale materialelor;

2) mărimea solicitării corespunde unui schimb energetic superior valorii critice, însă nu depăşeşte rezistenţa materialului determinată de efectul global al legăturilor. În acest caz se produce o degradare a caracteristicii materialului care conduce la fenomenul de oboseală;

3) solicitarea dinamică depăşeşte rezistenţa materialului, când viteza de rupere a legăturilor structurale creşte rapid, având ca efect un proces instantaneu de degradare.

1.3. Tipuri de solicitări

Starea de solicitare reprezintă efectele a două cauze diferite:

- încărcările, care pot fi de natură mecanică, termică, electrică, aplicate sistemelor;

- factori de influenţă.

Sub această denumire participă aceşti factori în mediul operativ, solicită sistemul cu ponderi diferite şi crează diferite tipuri de solicitări în timpul funcţionării.