Дерево отказов, или failure tree analysis (FTA) — описательная и исследовательская методика, позволяющая в очень простой графической форме продемонстрировать даже самые комплексные и неоднозначные процессы в системе. Метод не нов и применяется с середины шестидесятых, а разрабатывали его в небезызвестной Bell Labs (для Пентагона, конечно).
Потренируемся на кошках... то есть на ветряках!
Методика FTA настолько наглядная и логичная, что грех не воспользоваться для анализа неисправностей подшипников. Особый интерес представляет вот что: дерево отказов можно построить даже для какого-то одного-единственного узла в уникальной установке, и спроецировать архитектуру древа на похожие ситуации в прогностической модели. И такой обобщенный опыт является ключом уже к системному пониманию надежности агрегата.
Давайте рассмотрим дерево отказов, которое приводят в своей работе Wear Analysis of Wind Turbine Bearings («Анализ износа подшипников в ветрогенераторе») коллектив авторов Nacef Tazi, Eric Châtelet и Youcef Bouzidi. Ученые трудятся в Технологическом университете Труа, Франция. Публикация вышла на английском языке в журнале INTERNATIONAL JOURNAL of RENEWABLE ENERGY RESEARCH — «Международный журнал изучения возобновляемой энергии».
Минутка критики
Важное замечание. Работа французов не безупречна! Авторы изучили большой массив специализированной литературы, но признаются в тексте: данные именно по отказам на ветрогенераторах разрозненны, так как целенаправленно неисправные подшипники на месте не изучаются и в сопроводительных документах обычно указывается просто «отказ» — без причины. Да, в Бауманке они бы диплом не защитили… Далее цитата и перевод.
Since the reports generally refer bearing failure causes as a wear failure (without describing the damage source), we cannot deduce the type of wear in bearings directly. — Так как отчеты обычно указывают поломку подшипника просто как «отказ от износа» (без описания причины повреждения), мы не можем определить тип износа в подшипнике напрямую.
Кроме того, авторы не приводят никаких указаний о реальной статистике отказов на конкретных ветряках — не указаны ни модели ветрогенераторов, ни обозначения подшипников, ни даже локации размещения электростанций. Это значительно снижает информативность их сообщения, но не отменяет ценности именно самого древа. Но о построении какой-то пирамиды «наиболее вероятных» и «менее вероятных» причин поломок мы, изучая научную работу французов, можем судить только опосредованно.
О каких подшипниках ветрогенераторов речь?
Для начала разберемся, о каких подшипниках будет идти речь. Авторы рассматривают отказы подшипников в gearbox (т.е. в мультипликаторе) ветрогенератора, установлены они на входных, выходных и промежуточных валах, которые авторы описывают как high-speed, mid-speed и low-speed (то есть это скоростные и тихоходные валы, а также валы средних скоростей). Также в фокусе внимания подшипники генератора и главный подшипник ротора. В тексте указывается, что применяются разные подшипники — шариковые, роликовые, подшипники скольжения.
Переходим к построению и анализу дерева отказов
Для начала пара слов об архитектуре дерева. Авторы несколько упрощают графическое представление, используя минимум специальных символов и элементов (на самом деле их существует несколько десятков, для разных ситуаций применения).
Мы видим в прямоугольниках входные и выходные данные. Главное финальное событие в багрово-красном поле — «Отказ подшипника». Дерево ветвится: мы в разноцветных прямоугольниках видим различные виды износа и дефекты, к которым в свою очередь приводят определенные причины. Значок в виде перевернутой улыбки это логический оператор «или» (справедливости ради, в нашем случае это «и/или», так как износ или финальное событие могут быть вызваны одновременно несколькими факторами).
Для удобства предоставления информации, дерево поделено на несколько разнесенных частей. Например, чтобы узнать о причинах возникновения явления микропиттинга, следует посмотреть чуть пониже (цветовая маркировка прямоугольников сохраняется — то есть ищем розово-красный элемент в нижней части иллюстрации).
Как пользоваться деревом отказов
Внимательно изучая дерево, двигаясь сверху вниз или снизу вверх, мы можем либо увидеть общую картину угроз системе, либо понять, к каким последствиям может привести частная проблема: например, сильная вибрация подшипника приводит к разрыву масляной пленки, нарушению смазывания и в итоге к схватыванию с дальнейшим отказом.
Ветвить дерево можно до бесконечности, это опять-таки зависит от конкретного механизма. Но более конструктивно для каждой найденной проблемы создавать новое дерево. К примеру, если финальным событием мы выберем «Неправильную сборку», то к ней могут привести множество причин: ошибки в документации, неисправный инструмент, похмелье монтажников и т.д.
Заключение
Дерево отказов — лаконичная и вместе с тем многогранная схема. Особенно хорошо дерево подходит для подготовки технических кадров, расследования пост-фактум и прогнозирования отказов при масштабировании систем. Несмотря на ряд серьезных оговорок и претензий к вышеназванной публикации, можно поблагодарить авторов за серьезное исследование и сведенные воедино данные. Если же какая-то терминология (питтинг, бринеллирование и т.д.) нашему читателю незнакома, у нас есть статья, рассказывающая о разных видах повреждений и износе.
Если же вам на ветряке, маяке, дробилке, аппарате для поп-корна потребуется проинспектировать отказ подшипника, пишите нам — сервисная служба «ЗПУ» имеет в портфолио многие сотни удачных кейсов. Помогаем починить, настроить, сэкономить.
