Podobné články
Co je bezpečnost strojů? Definice, normy a příklady
BEZPEČNOST, TRVANLIVOST, ŽIVOTNOST A SPOLEHLIVOST VÝROBKŮ
04.09. 2018by Admin E-konstruktér
Ing. Vladimír Kudělka, Ph.D., František Dolák, d.t., Ing. Petr Kadrnka, TESYDO, s.r.o.
Dle požadavků Evropských směrnic (ES, EHS), zák. č. 100/2013 Sb., zák. č. 34/2011 Sb., zák. č. 155/2010 Sb., zák. č. 490/2009 Sb. a č. 22/1997 Sb., ve znění pozdějších předpisů, nařízení vlády ČR (NV), harmonizovaných a technických norem i kontraktu (obchodní smlouvy), je nutné provozovat výrobky a technická zařízení jako bezpečné i spolehlivé, ev. projektantem nebo konstruktérem výrobce předepsanou mírou trvanlivosti a životnosti.
Strojní, stavební, tlaková, energetická, plynárenská, elektrická, dopravní, transportní, chemická, těžební zařízení, stavby a jednotlivé výrobky (konstrukce, dílce) aj., mohou být vystaveny různým druhům zatížení a různým provozním podmínkám. To má značný vliv na trvanlivost jejích dílů (exponovaných částí), tj. na změnu charakteristik materiálů výrobků, což je výsledkem řady provozních cyklů nebo vystavení určitým druhům zatížení v čase (během doby provozu, provozní životnosti).
Bezpečnost výrobků - je záruka vlastností při jeho používaní vzhledem k ochraně zdraví, majetku a ochraně životního prostředí při jeho plánované kontrole i údržbě. Po celou dobu stanoveného bezpečného provozu výrobku musí být také zajištěny životnost a trvanlivost výrobku.
Životnost výrobků - je doba, po kterou splňuje výrobek základní technické a právní požadavky. Závisí na trvanlivosti výrobku nebo jeho částí a jeho údržbě. Souvisí s charakteristikami výrobku, ke kterým je třeba přihlížet při výběru správných výrobků ve vztahu k předpokládané ekonomicky přiměřené životnosti výrobku. Předpokládaná životnost ve výjimečných případech nebo ospravedlnitelných případech může být i 3 až 6 let. Životnost je výslednicí trvanlivosti výrobku. Po celou dobu životnosti musí být zajištěna také spolehlivost výrobku. Životnost je kvantifikací trvanlivosti výrobku vyjádřená obvykle v rocích. Při projektování nové konstrukce výrobku hovoříme o návrhové životnosti výrobku a u konstrukce výrobku již provozované, pak o životnosti zbytkové u daného výrobku. Při úvahách o životnosti musí být brán ohled nejenom na výchozí provozní podmínky, ale také na předpokládanou degradaci materiálu, konstrukčních prvků i celku v čase (vyvolané provozem a působením prostředí) a musí být též uvažována nutnost údržby, oprav, resp. výměny některých částí ve vztahu k cenovým relacím. To pak umožní objektivněji hodnotit a srovnávat alternativní řešení, příp. omezit riziko neplánovaných a neekonomických důsledků.Předpokládaná životnost však nemůže být brána jako záruka daná výrobcem.
Rozeznáváme tyto druhy životnosti:
Provozní životnost - je období po provedení výrobku, během které plní výrobek nebo jeho část plní nebo překračují funkční požadavky.
Referenční provozní životnost - je očekávaná nebo předpovídaná provozní životnost výrobku nebo jeho části v souboru specifických podmínek při užívání, vypočtených upravením referenčních podmínek při užívání, pokud jde o materiál, projekt, životní prostředí, používání a údržbu.
Návrhová životnost - provozní životnost výrobku určená projektantem.
Předpovídaná provozní životnost - provozní životnost předpovídaná podle vykonávané funkce výrobku za určitý čas, např. podle zjištění z modelů provozní životnosti nebo zkoušky stárnutí.
Předpověď provozní životnosti - je provozní životnost vycházející buď z předpovídané provozní životnosti nebo z odhadnuté provozní životnosti.
Plánovaná provozní životnost - je to vypracování zadání a projektu výrobku, zařízení nebo stavby a jejich částí tak, aby bylo dosaženo návrhové životnosti, např. s cílem snížit náklady zhotovitele a usnadnit údržbu a modernizaci.
Zbytková provozní životnost - je provozní životnost výrobku, která v určitém uvažovaném okamžiku zůstává do konce jeho provozování.
Náklady na cyklus životnosti - jsou to celkové náklady na výrobek, zařízení nebo stavbu, ev, na jejich části po dobu jejich životnosti, včetně nákladů na projektování, projekt, pořízení, provoz, údržbu a odstranění z provozu (likvidaci), bez jakékoli zbytkové hodnoty.
Náklady na celkovou životnost - je to ekonomické posouzení uvažující všechny dohodnuté projektové podstatné náklady po dobu analýzy vyjádřené v peněžní hodnotě. projektové náklady jsou náklady potřebné na dosažení stanovených funkcí ukazatelů, včetně spolehlivosti, bezpečnosti a použitelnosti.
Cyklus životnosti - je doba mezi zvoleným datem a vybraným rokem nebo posledním rokem, během níž jsou posuzována kritéria (např. náklady) týkající se rozhodnutí nebo studované alternativy. Toto období může stanovit zákazník (např. přizpůsobit době vlastnictví) nebo může být stanoveno na základě předpokládaného cyklu životnosti nemovitosti samé (týká se stavby).
Audit ukazatelů provozní životnosti - je systematické přezkoumávání požadavků, úvodního a prováděcího projektu a návodů na montáž, uvedení do provozu a údržby během životnosti nezávislou stranou ke stanovení jejich přiměřenosti ve vztahu k ukazatelům provozní životnosti.
Přezkoumání ukazatelů provozní životnosti - je systematické přezkoumávání požadavků úvodního a prováděcího projektu i návodů na montáž, uvedení do provozu a údržby během životnosti druhou stranou, ke stanovení jejich přiměřenosti ve vztahu k ukazatelům provozní životnosti.
Degradace - jsou změny v čase ve složení, mikrostruktuře a vlastnostech dílu nebo materiálu výrobku, které snižují jeho funkci.
Degradační činitel - je vše, co působí na výrobek, zařízení nebo stavbu, ev. jejich části tak, že nepříznivě ovlivňuje jejich funkce, např. osoby, voda, zatížení, teplota aj.
Degradační mechanismus - je chemické, mechanické nebo fyzikální působení, které vede k nepříznivým změnám u kritické vlastnosti výrobku.
Zkouška stárnutí - je kombinace expozice stárnutí a hodnocení funkce používaná k posouzení změn u kritických vlastností pro účely předpovědi provozní životnosti.
Oprava - navrácení prvku (části) výrobku do přijatelného stavu pro provoz na základě jeho obnovení, výměny nebo spravení opotřebovaných, poškozených nebo narušených částí.
Obnovení - je to demolice, zboření a poté přestavba (rekonstrukce) stávajícího prvku (části) výrobku, zařízení nebo stavby.
Výměna (repase) - je výměna částí stávajícího prvku výrobku pro opětovné nabytí jeho funkčnosti.
Trvanlivost výrobků - je schopnost výrobku zachovávat požadované vlastnosti při působení předvídatelných vlivů. Stanoví se na základě zkušebních metod nebo zkušenosti u obdobných výrobků z jejich provozu. Trvanlivost by měla být určena ve všech technických specifikacích výrobku a měla by být součástí prokazování shody výrobků s technickými požadavky. Požadavky na stanovení trvanlivosti by měla být součástí značení CE. Trvanlivost výrobku by měla být deklarována v návodech na použití výrobku. Obecně je trvanlivost schopnost odolávat degradaci vnějšími vlivy a opotřebení jeho provozem. Trvanlivost není pouhou materiálovou vlastností, ale je vztažena ke schopnosti materiálu, konstrukčních prvků a systému zachovávat specifické užitné a jiné vlastnosti na požadované úrovni, během daného časového rozpětí i za daných podmínek provozu a působení okolního prostředí, tj. za běžné nebo projektem předpokládané údržby (kontroly a diagnostiky provozu). Závisí zde i na ekonomických kritériích pro vhodnost prodlouženého provozu výrobku. Trvanlivost musí být zjištěna po celou dobu životnosti výrobku.
Spolehlivost výrobku - má značný vliv na životnost výrobku. Spolehlivost je podporována bezporuchovostí, udržovatelností a zajištěním údržby. Míra spolehlivosti se hodnotí vzhledem k mezním stavům výrobku. Spolehlivost výrobku zabezpečuje jeho konstantní předepsanou a předpokládanou funkčnost při jeho provozu. Jako míry spolehlivosti se užívají alternativně index spolehlivosti β nebo pravděpodobnost poruchy pf. Jejich návrhové hodnoty by měly být zaručeny po celou dobu životnosti výrobku. Spolehlivost je projev kvality v čase a je důležitou charakteristikou (znakem) kvality. Spolehlivost ovlivňuje náklady a procesy produktu. Je to vnitřní vlastnost návrhu produktu ovlivňující jeho výkonnost. Stávající procesy integrovaného managementu (systém managementu kvality + systém environmentálního managementu + systém managementu bezpečnosti a ochrany zdraví při práci) ve firmách i společnostech je tak nezbytné doplnit o další systém, a to systém managementu spolehlivosti. Tento systém má své nástroje pro jeho zavedení i udržení. Normovaný systém managementu spolehlivosti je součástí celkového systému managementu firmy (společnosti). Důležité pro realizaci normovaného systému managementu spolehlivosti je provádět rozklad procesů do jednotlivých etap životního cyklu produktu. Jde o etapy koncepce a stanovení požadavků, návrhu a vývoje, výroby, instalace, provozu a údržby i vypořádání se s likvidací výrobku po ukončení jeho provozu v praxi.
Správná prognóza životnosti i hodnocení spolehlivosti výrobku mohou být relativně složité úlohy, při jejichž řešení se uplatní množství různých faktorů. Některé z nich nemusí být předem dostatečně známy a řada z nich má náhodný charakter. Vzhledem k těmto nejistotám (náhodnostem) souvisejících veličin a jevů je potřebné dát přednost pravděpodobnostním metodám před postupy deterministickými.
Základní požadavky na výrobky musí být plněny u výrobku po celou dobu ekonomicky přiměřené životnosti, tj. výrobek musí splňovat mechanickou odolnost a stabilitu, požární bezpečnost, hygienu i ochranu zdraví a životního prostředí, bezpečnost při užívání, ochranu proti hluku, úsporu energie i ochranu tepla a také trvanlivost, resp. životnost. Dalším požadavkem udržitelné využívání přírodních zdrojů - surovin k výrobě daného výrobku, tzn. recyklovatelnost materiálu výrobku.
Každý výrobek je v době provozu vystaven degradačním účinkům zatížení a účinkům provozního prostředí při uvážení dlouhodobých změn vlastností materiálů a dílců.
Při rozhodování o kvalitě posuzujeme, zda výrobek plní požadovanou funkci jako celek.
Rychlost degradace jednotlivých funkčních dílů výrobku je značně rozdílná a je ovlivněna schopností jednotlivých dílů zachovávat parametry (znaky, ukazatele) požadované k plnění definované funkce. Z tohoto hlediska pak posuzujeme významnou vlastnost sledovaného dílu výrobku - trvanlivost.
Doba během níž parametry (znaky, ukazatele) funkčního dílu nebo celého výrobku budou udrženy na úrovni slučitelné s plněním požadavků je definována jako životnost.
Rozhodující je návrhová životnost nosné konstrukce výrobku, bez které nemají ostatní funkční díly své opodstatnění pro daný provoz. Jednotlivé funkční díly se podílí na funkci výrobku po předpokládanou dobu, která je odvislá od mnoha faktorů, jako je projekt výrobku, intenzity využívání (četnost používání) a údržby (kontroly a diagnostiky provozu).
Návrhová životnost je definována jako předpokládaná doba, po kterou má být nosná konstrukce výrobku využívána pro zamýšlený účel (provoz), a to při běžné údržbě (kontrole) i bez podstatné konstrukční úpravy. Návrhová životnost je doporučena projektantem, konstruktérem nebo výrobcem rozdílně pro jednotlivé typy konstrukcí výrobků.
Zařazení tzv. kategorie vyměnitelných částí výrobku a návazně vyměnitelných funkčních dílů odpovídá současným trendům při údržbě, opravě, repasích nebo rekonstrukci částí (dílů) výrobku.
Posuzování trvanlivosti materiálu, dílců a konstrukcí výrobků je v současnosti důležitým úkolem strojírenského a stavebního zkušebnictví. děje se to na základě popisných řešení, zkoušení ukazatelů vlastností nebo jejich kombinací.
Popisná řešení týkající se trvanlivosti výrobků jsou založena na dlouhodobých zkušenostech v definovaných podmínkách provozu výrobku, které předvídáme při umístění výrobku, dílce, materiálu v zamýšleném zařízení, stavbě. popisné řešení lze odvodit z dlouhodobého sledování, monitorování zařízení, staveb v provozu nebo záměrné expozici materiálu výrobku v extrémních podmínkách při zkouškách nebo při provozu.
Zkoušení ukazatelů vlastností, které mají vztah k trvanlivosti, zahrnuje tradiční metody strojního i stavebního zkušebnictví. Přímé ověřování rozhodujících vlastností např. rázové zkoušky, zkoušky opotřebení aj. poskytují kritéria pro stanovení trvanlivosti. Při stanovení vlivu daných provozních (povětrnostních) podmínek často používáme cyklické zkoušky např. mrazuvzdornosti, cyklické teplotní zkoušky aj. Nepřímé zkoušení ověřuje ukazatele vlastností, které mají nepřímý vztah k trvanlivosti, tj. např. nasákavost materiálu a vlivmrazuvzdornosti, cyklické mechanické namáhání a vliv nízkých nebo vysokých provozních teplot aj.
Není dostatek podkladů pro posuzování trvanlivosti výrobků,jedné z ekonomicky významných vlastností zařízení i staveb. Lze tedy přijmout podrobnější kategorizaci zařízení i staveb dle předpokládané životnosti a vymezení (stanovení) metod posuzování trvanlivosti výrobků.
Zajištění plnění funkčních požadavků technických zařízení i staveb po dobu návrhové životnosti, je jedním ze základních cílů systému řízení kvality ve strojírenství i stavebnictví.
Běžná údržba výrobku, zařízení nebo stavby: je to řada preventivních a jiných opatření prováděných tak, aby po dobu životnosti mohl výrobek plnit všechny své funkce. patří sem čištění, provozní údržba, natírání, opravy a výměna částí, kontrolní prohlídky aj.
Technická bezpečnost výrobků i technických zařízení a staveb- bezpečným výrobkem je výrobek, který za běžných nebo rozumně předvídatelných podmínek užití nepředstavuje po dobu životnosti stanovenou výrobcem nebo po dobu obvyklé použitelnosti nepředstavuje nebezpečí, a/nebo jehož užití představuje pro spotřebitele (uživatele, provozovatele) vzhledem k bezpečnosti a ochraně zdraví pouze minimální nebezpečí při užívání výrobku, přičemž se sledují z hlediska rizika pro bezpečnost a ochranu zdraví spotřebitele (uživatele, provozovatele). Jsou to zejména tato kritéria: vlastnosti výrobku při provozních podmínkách, jeho životnost, složení neškodící jeho okolí, způsob balení, poskytnutí návodu na montáž i uvedení do provozu, údržbu a kontrolu (diagnostiku) při jeho provozu, vliv na další výrobek při souběžném používání, rizika pro spotřebitele (uživatele, provozovatele) aj. Za bezpečný výrobek se považuje ten výrobek, který splňuje požadavky zvláštního právního předpisu ES, podle kterého se stanoví požadavky na bezpečnost výrobku nebo na omezení rizik, která jsou s výrobkem při jeho užívání spojena. V případě neexistence předpisu ES musí být bezpečný výrobek ve shodě s předpisem členského státu EU, na jehož území je uveden na trh a pokud tento předpis zaručuje minimálně bezpečnostní ochranu rovnocennou s danými bezpečnostními požadavky pro tento druh a typ výrobku. V těchto případech se výrobek posuzuje podle evropské technické normy nebo při neexistenci této evropské normy podle doporučení EU Komise pro posuzování shody bezpečnosti výrobků nebo národní technické normy, ev. pravidel správné technické praxe v oboru bezpečnosti výrobku, ev. informací ze stavu vědy a techniky a také rozumného očekávání spotřebitele (uživatele, provozovatele) týkajícího se bezpečnosti.
Kvalita výrobku, technického zařízení, ev. stavby - vyjadřuje celkový stav výrobku, jeho vlastnosti, vhodně navržené tvary, rozměry i parametry, se kterými je schopen a také jako způsobilý, zajistit očekávanou funkci, pro kterou byl zhotoven. Výrobek, technické zařízení, ev. stavba je tedy nositelem určitých kvalitativních vlastností, tzv. znaků kvality.
Kvalitu výrobku lze obecně definovat jako: souhrn a úroveň funkcí výrobku, které jsou nutné pro zajištění použitelnosti, s podmínkou jejich stálosti funkcí a přijatelné ekonomické náročnosti na provoz.
Znaky kvality výše uvedených výrobků, technických zařízení i staveb jsou: technické, uživatelské, estetické, ekologické i ergonomické a také ekonomické.
Kvalita - je komplexně tvořena funkčními vlastnostmi, ekonomickou efektivností, ekologickými vlastnostmi, ergonomickými vlastnostmi, hygienickými vlastnostmi, estetickými vlastnostmi.
Kvalitu výrobku (konstrukce, dílu), technického zařízení, ev. stavby téměř zcela zajišťuje jeho bezpečnost a spolehlivost i životnost, které jsou podporovány jejich estetičností (designem).
V dnešní době jsou již ve firmách i společnostech kompetence a pozice manažera kvality velmi dobře definovány v zavedených systémech kvality.Většina firem a společností má již spolehlivě obsazena místa manažerů kvality. Jeho hlavním úkolem je organizování, řízení a kontrola procesů, které zabezpečují, že firma vyrábí výrobky a/nebo poskytuje služby na požadované a specifikované úrovni znaků kvality. A to vždy v rámci nějakého, nejčastěji normovaného systému managementu kvality.
Norma ČSN EN ISO 9001 - Systémy managementu kvality - požadavky, je většinou základním řídícím systémovým dokumentem manažera kvality, ale tato neobsahuje termín spolehlivost.
Jedním z významných znaků (charakteristik) kvality je spolehlivost produktu, ať již výrobku nebo služby. Spolehlivost je definována jako souhrnný termín používaný pro popis pohotovosti a činitelů, které ji ovlivňují, tj. bezporuchovost, udržovatelnost a zajištěnost údržby. Spolehlivost je také definována jako schopnost fungovat tak, jak je požadováno, a tehdy, když je to požadováno.
Důležitou povinností managementu kvality je, zabývat se spolehlivostí ve všech hlavních oblastech systému managementu kvality, tj. v dokumentaci, v povinnostech managementu, v managementu zdrojů, v realizaci produktu a také při měření, analýze a zlepšování produktu.
Spolehlivost se musí promítnout: do požadavků a specifikací produktu, výrazně do činnosti konstruktérů v procesech návrhu a vývoje, do procesů realizace produktu (výroby a instalace) ve formě spolehlivosti a způsobilosti procesů i výrobních zařízení, včetně zajištěnosti jejich služby. Rovněž také do procesů verifikace a validace ukazatelů spolehlivosti formou zkoušek spolehlivosti.
Požadavky na spolehlivost musí být uplatňovány ve specifikacích a plánech kvality v praxi. Kromě několika firem i společností se v ostatních nepracuje s kvalitativními požadavky na spolehlivost, neboť není vytvářen na ně plošný tlak. Ve firmách chybí funkce inženýrů spolehlivosti, ať již v etapě návrhu, výroby a instalace nebo etapě provozu, údržby, sběru dat a zkoušení. Je evidentní, že prokazování a ověřování kvalitativních charakteristik spolehlivosti je proces zdlouhavý a složitý v rámci odhadů i pravděpodobností správných výsledků.
Obory:
- Konstrukce stavebních výrobků namáhané staticky i dynamicky – konstrukce budov, výrobních hal, mostů, sloupů, stožárů, věží, komínů, pilotů, vodohospodářských staveb, konstrukcí energetických tras, výztuží do betonu aj. /od 01.07.2013 dle NEPR č. 305/2011 (CPR), NV č. 163/2002 Sb., NV č. 312/2005 Sb., zák. č. 100/2013 Sb., zák. č. 34/2011 Sb., zák. č. 155/2010 Sb., zák. č. 490/2009 Sb. a zák. č. 22/1997 Sb. ve znění pozdějších předpisů, Stavebního zákona, výrobkových norem i evropských Směrnic ES,EHS/.
- Konstrukce tlakových zařízení – potrubí, výměníků, tlakových nádob, kotlů, nádrží, zásobníků, … (dle NV č. 26/2003 Sb., NV č. 621/2004 Sb., NV č. 20/2003 Sb., NV č. 208/2011 Sb., zák. č. 100/2013 Sb., zák. č. 34/2011 Sb., zák. č. 155/2010 Sb., zák. č. 490/2009 Sb. a zák. č. 22/1997 Sb., výrobkových norem i evropských Směrnic ES, EHS)
- Konstrukce strojů, zdvihacích a zvedacích i dopravních zařízení – těžební, důlní, stavební, dopravní, výrobní stroje, jeřáby, zdvihací plošiny, zvedáky, výtahy aj. (dle NV č. 176/2008 Sb. a NV č. 170/2011 Sb., NV č. 229/2012 Sb., NV č. 27/2003 Sb., NV č. 127/2004 Sb., NV č. 142/2008 Sb., zák. č. 100/2013 Sb., zák. č. 34/2011 Sb., zák. č. 155/2010 Sb., zák. č. 490/2009 Sb. a zák. č. 22/1997 Sb., výrobkových norem i evropských Směrnic ES, EHS).
- Konstrukce plynových zařízení – potrubí, zásobníky, hořáky, nádrže, kompresorové stanice aj. (dle NV č. 26/2003 Sb., NV č. 621/2004 Sb., NV č. 22/2003 Sb., zák. č. 100/2013 Sb., zák. č. 490/2009 Sb. a zák. č. 22/1997 Sb., zák. č. 34/2011 Sb., zák. č. 155/2010 Sb., zák. č. 490/2009 Sb., výrobkových norem i evropských Směrnic ES, EHS).
- Elektrická zařízení nízkého napětí (dle NV č. 17/2003 Sb., prostředí snebezpečím výbuchu, č. 23/2003 Sb.). Výrobky zhlediska jejich elektromagnetické kompatibility (dle NV č. 616/2006 Sb., zák. č. 100/2013 Sb., zák. č. 34/2011 Sb., zák. č. 155/2010 Sb., zák. č. 490/2009 Sb. a zák. č. 22/1997 Sb. a dle výrobkových norem i evropských Směrnic ES, EHS).
