О коэффициенте запаса в инженерном деле

Submitted by bogdan on Tue, 09/02/2014 - 09:22

Большая часть инженерных разработок имеет лишнюю надёжность, прочность, производительность и стоимость. Подход "лучше перебдеть, чем недобдеть" естественен, ему учат с университетской скамьи, особенно инженеров-строителей.

Тему подсказал расчёт шламового насоса, который я сейчас провожу. Нужно откачать из отстойника отработанный буровой раствор. Решено делать это погружными насосами. Осталось подобрать насос. Остановился на продукции Flygt. Просто у них есть нужные модели и они предоставляют нужную информацию на сайте и даже дают методику подбора насосов. Я прикинул различные варианты насосов по предложенной методике, добавил неопределённость с размером частиц буровых растворов и механических примесей и остановился на одном из самых больших и дорогих насосов. Не хотелось бы закладывать в проект именно его, для нормального режима работы он будет избыточен. Да и по производительности насос будет работать не в своей зоне оптимума, где его КПД максимален, а куда ниже её. Но взять насос меньше может быть ошибкой, никаких данных натурных замеров на руках нет, исхожу из максимального размера частиц, которое может быть получено с вибросит с учётом допуска +20%.

Задумываются над соотношением надёжности и функциональности многие. Отличный пример приведён в книге "Конструкции, или почему не ломаются вещи". Во время второй мировой войны потери английских бомбардировщиков были очень велики, примерно 1 самолёт из 20 не возвращался с каждого боевого вылета. Причём эти потери почти полностью зависели от немецких сил ПВО и истребителей. Надёжность самолёта была такова, что вероятность его потери от разрушения оценивалась меньше чем 1:10 000. Вес силовой рамы самолёта составлял примерно треть общего веса, Так что сделав конструкцию самолёта менее надёжной, можно было бы увеличить его скорость, боевую нагрузку, уменьшить взлётную массу. Вообщем сделать что-то, что улучшило бы его качества самолёта и уменьшило боевые потери. Так что количество "небоевых" аварий увеличилось бы, но общие потери уменьшились. Однако конструкторы продолжали предпочитать надёжность и военная промышленность продолжала выпускать надёжные, но уязвимые самолёты.

Источника следующей информации я не помню, привожу по памяти. По исследованию Американского Института Национальных Стандартов конструкторы на практике используют крепежи на одну ступень надёжнее, чем требуется исходя из рабочей нагрузки. Т.е. там, где достаточно шпильки диаметром 10 мм используется шпилька на 12 мм. Там, где достаточно высокопрочного болта диаметром 20 мм используется 22 мм, а скорее даже 24, потому что болт на 22 мм в стандарте в круглых скобках и не рекомендован к использованию и т.п. Причем в масштабах экономики эффект от этого "перезакладывания" огромный.

Единственный способ избежать такого коэффициента запаса при строительстве и конструировании - это достоверные исходные данные, натурные испытания, тщательные расчёты и надежда на то, что пользователи проектируемых машин и зданий будут учитывать ограничения при эксплуатации. И, знаете, моя жена размалывает орехи для вкусного печенья в кофемолке, в инструкции к которой чётко сказано, что делать этого нельзя. Но она всё равно работает и ещё не поломалась. Так что не так уж это и плохо - коэффициент запаса.

  • bogdan
  • admin