какие свойства включает в себя надежность

надёжность

Важнейший показатель качества любого изделия – прибора, механизма, машины или системы. Надёжность характеризует способность изделия нормально работать, сохраняя свои эксплуатационные показатели в определённых пределах, при заданных режимах и условиях использования, хранения и транспортирования. Надёжность – комплексный показатель качества, характеризуется безотказностью, долговечностью, сохраняемостью, ремонтопригодностью.

Безотказность – свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторого времени (часов, суток, лет) или при выполнении определённого объёма работы.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность (при установленной системе технического обслуживания и ремонтов) до наступления предельного состояния, при котором его дальнейшее использование недопустимо или неэффективно, а восстановить его невозможно или слишком дорого.

Ремонтопригодность – приспособленность изделия к проведению профилактических и ремонтных работ для устранения причин повреждений и восстановления работоспособности изделия.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять безотказность, долговечность и ремонтопригодность во время и после хранения и транспортировки.

Само понятие «надёжность» давно применяется как в научно-технической сфере, так и в обиходе. Любое техническое изделие, устройство всегда изготавливалось в расчёте на достаточный период эксплуатации. При этом для оценки его качества использовались такие понятия, как высокая или низкая надёжность и другие качественные определения. С увеличением сложности технических устройств, ростом ответственности выполняемых ими функций, повышением требований к их безотказности и долговечности такие определения надёжности уже не позволяли объективно оценивать качество изделий. В результате к сер. 20 в. сформировались основы общей теории надёжности, которая уже оперировала с количественными оценками надёжности изделия.

Одним из основных понятий надёжности является отказ (или отказовое состояние) – нарушение или утрата изделием способности нормально выполнять свои функции, т. е. частичная или полная потеря работоспособности. Работоспособным считается изделие, основные параметры которого находятся в заданных пределах. Со временем они могут изменяться как под влиянием внешних факторов (условий работы, нагрузки и т. п.), так и вследствие внутренних процессов (старение материалов, нарушение целостности конструкции, тепловая деформация и т. д.). И если значения параметров, характеризующих работу изделия, выходят за допустимые пределы, может возникнуть отказ изделия, нередко с аварийными последствиями. Ныне для оценки надёжности изделий применяют следующие количественные показатели: наработка до первого отказа; наработка на отказ; интенсивность отказов; вероятность безотказной работы, коэффициент готовности. Показатели надёжности определяются из расчётов, по результатам испытаний и эксплуатации изделий, моделированием на ЭВМ, а также в результате анализа физико-химических изменений, происходящих в материалах с течением времени.

Надёжность любого изделия, технического устройства закладывается на стадии его разработки, формируется в процессе производства и поддерживается во время эксплуатации. На стадии разработки – за счёт использования новых материалов и конструкторских решений, резервирования наиболее ответственных узлов и элементов, выбора оптимального режима работы, повышения помехоустойчивости. В процессе производства – за счёт применения прогрессивных технологий и эффективных методов контроля, строгого соблюдения условий и требований при выполнении технологических операций, применения рациональных способов тренировки изделий с целью выявления скрытых производственных дефектов. Во время эксплуатации – путём обеспечения заданных условий и режимов работы, проведения профилактических работ и своевременного устранения неисправностей, диагностического контроля, предупреждающего о возникновении отказов.

Источник

ЛЕКЦИЯ 2 Основные характеристики надежности

2. Классификация систем в зависимости от возможности корректировки их свойств в

3. Характеристики всех аспектов надежности системы:

Для характеристики свойств надежности используют определенные показатели, базовыми из которых являются наработка, ресурс, срок службы, срок сохраняемости.

Наработка характеризует продолжительность или объем работы системы (измеряется в часах, числе циклов, километрах).

Ресурс – суммарная наработка, исчисляемая от начала эксплуатации системы или ее возобновление после ремонта до перехода в предельное состояние.

Срок службы исчисляется так же, как и ресурс. Отличие состоит в том, что срок службы измеряется в единицах календарной продолжительности.

Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения или транспортировки объекта, в течение и после которой значения показателей надежности сохраняется в установленных пределах.

Базовые показатели не могут полностью характеризовать различных по своему назначению систем. Их перечень должен быть дополнен в соответствии с видами систем. Классификация видов систем в зависимости от возможности корректировки их свойств в процессе функционирования приведен на рис. 1.5.

Для определения названных видов систем необходимо дать понятие мероприятий, с помощью которых корректируются свойства систем, а именно: ремонта и технического обслуживания.

Техническое обслуживание – предупредительное мероприятие, проводимое по плану и включающее в себя контрольно-диагностические, крепежные, заправочные, регулировочные, моечные, уборочные и некоторые другие работы. Характерной особенностью ТО является выполнение этих работ как правило без разборки узлов и механизмов системы.

Ремонт – операция по восстановлению и поддержанию работоспособности системы, устранения неисправностей, возникающих при работе и выявленных при Т.О.

В зависимости от того, предусмотрены нормативно-технической и конструкторской документацией для данной системы операции ТО, системы подразделяются на обслуживаемые и необслуживаемые.

В зависимости от того, предусмотрены соответствующей документацией операции ремонта, системы подразделяют на ремонтируемые и неремонтируемые.

В зависимости от того возможно или невозможно у данной системы восстановление работоспособного состояния в рассматриваемой ситуации системы подразделяют на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Приведенные определения очевидны, но требуют единствен­ного пояснения, устанавливающего связь между понятиями «ремонтируемой» и «восстанавливаемой» системы: в зависимости от ситуации ремонтируемая система может быть восстанавливаемой (например, ремонт при наличии соответствующего оборудования) и невосстанавливаемой.

Из определения систем следует, что для одного типа систем важнейшими являются характеристики, определяющие один свойства надежности, а для другого типа систем – другие. Так. для необслуживаемых и неремонтируемых систем важнейшими являются характеристики безотказности и их показатели, а для обслуживаемых и ремонтируемых – не только показатели, характеризующие безотказность, а в основном показатели долговечности.

Таблица показателей, использующихся для качественной характеристики свойств надежности, имеет следующий вид.

Дадим определения и поясним сущность перечисленных показателей, характеризующих свойства надежности.

Вероятность безотказной работы ()– вероятность того, что при определенных режимах эксплуатации системы на заданном отрезке времени (t), отказ не возникает. Статистическую оценку вероятности безотказной работы получают, обработав результаты испытаний на надежность больших выборок.

, (1.1)

где – общее число объектов в выборке;

– число объектов, отказавших к моменту времени – t.

Вероятность безотказной работы называют также функцией надежности, а ее дополнение до 1, т.е. – функцией риска.

Гамма-процентная наработка до отказа определяет интервал времени , в котором обеспечивается безотказная работа системы с вероятностью g. Увеличение вероятности g приводит к уменьшению значения .

Интенсивность отказов определяется как вероятность отказа невосстанавливаемой системы в единицу времени после данного момента времени при условии, что до этого момента времени отказ не возникал:

.

Статистическая оценка интенсивности отказов определена зависимостью:

; (1.2)

где: – число отказавших объектов в выборке в интервале времени от до ;

– интервал времени;

– среднее число исправно работающих объектов в интервале .

;

где и – число исправно работающих объектов в начале и конце интервала , соответственно.

Рассмотренные показатели характеризуют безотказность системы в простейшем случае – эксплуатации до первого отказа. Но свойство безотказности характеризует в определенной мере и надежность восстанавливаемых систем, при эксплуатации которых допустимы многократно повторяющиеся отказы. Эти отказы не должны приводить к серьезным последствиям и требовать значительных затрат на восстановление работоспособности.

Важным показателем безотказности восстанавливаемых систем служит параметр потока отказов – отношение математического ожидания числа отказов системы за достаточно малую наработку к значению этой наработки:

; (1.3)

где – число отказов, наступивших от начального момента времени до достижения наработки t.

Статистическая оценка параметра потока отказов для наиболее простого – стационарного потока определяется зависимостью:

.

Еще одним показателем безотказности восстанавливаемых систем служит наработка на отказ – среднее значение наработки восстанавливаемой системы между отказами (Т).

Статистическая оценка определится:

(1.4)

Приведенные характеристики безотказности невосстанавливаемых систем , , тесно связаны между собой, причем значение или позволяет вычислить значения остальных.

Вероятность безотказной работы , как количественная характеристика определенного аспекта надежности обладает следующими достоинствами:

¾ характеризует изменение надежности во времени;

¾ охватывает большинство факторов, существенно влияющих на надежность системы, а поэтому достаточно полно характеризуют надежность;

¾ сравнительно просто может быть получена расчетным путем, что позволяет во-многом решить проблему надежности на этапе проектирования;

¾ является удобной характеристикой надежности, как простейших элементов, так и сложных систем.

Указанные достоинства явились причиной широкого практи­ческого распространения этой характеристики.

Однако имеет ряд недостатков, в числе которых тот, что является достаточно полной характеристикой только для невосстанавливаемых систем.

Интенсивность отказов , сохраняя достоинства позволяет выделить характерные участки работы системы (рис. 1.6), что делает возможным правильную организацию процесса эксплуатации системы.

Интенсивность отказов – наиболее удобная характеристика для систем разового применения.

Ресурс – это величина, характеризующая запас возможной наработки системы. Более точно, ресурс – сумма интервалов безотказной работы системы до разрушения или другого предельного состояния.

Гамма – процентный ресурс (или гарантированный ресурс) – ресурс, которым обладают не менее, чем g – процентов эксплуатируемых систем, где g – гарантированная вероятность

Единицы для измерения ресурса выбираются к каждой отрасли и к каждому классу систем. Так для самолетов и авиационных двигателей мерой ресурса служит налет в часах, для автомобилей – пробег в километрах и т.п.

Срок службы – понятие тесно связанное с ресурсом и определяемое, как календарная продолжительность эксплуатации объекта до перехода его предельное состояние и измеряемое в единицах времени. Связь между гамма-процентным ресурсом и гамма-процентным сроком службы аналогична.

Срок сохраняемости определяется как календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение и после которой значения показателей надежности сохраняются в установленных пределах.

Гамма-процентный срок сохраняемости – срок сохраняемости, которым обладают не менее чем g – процентов эксплуатируемых систем.

Время восстановления определяется календарной продолжительностью операций по восстановлению работоспособного состояния системы или продолжительностью операций по техническому обслуживанию и ремонту.

Коэффициент технического использования – отношение ресурса системы к сумме ресурса и времени восстановления работоспособности.

Коэффициент готовности – отношение продолжительности безотказной работы системы за заданный период эксплуатации к сумме этой продолжительности и продолжительности ремонтов за тот же период эксплуатации.

Источник

Свойства надёжности оборудования 1ч

Часть 1

Введение

Надежность является лишь одним, хотя и важнейшим, из свойств любого технического изделия, определяющих его качество. Но сама надежность, в свою очередь, также характеризуется рядом различных свой­ств. Основными из них в настоящее время принято считать:

безотказность;

долговечность;

ремонтопригодность;

сох­раняемость.

До сравнительно недавнего времени как в нашей, так и в зарубежной печати надежность изделия нередко отождест­
влялась с его безотказностью. Конечно, для многих изделий, как мы увидим дальше, безотказность является основным, важнейшим требованием, определяющим их надежность. Однако для других изделий не меньшее значение при оцен­ке их надежности могут иметь долговечность, ремонтопригод­ность и сохраняемость. Поэтому рассмотрим каждое из этих свойств несколько подробнее.

Безотказность

Под безотказностью, в соответствии с установленной тер­минологией, принято понимать свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынуж­денных перерывов. Иными словами, это способность изделия не иметь отказов в течение требуемого времени при эксплу­атации его в заданных условиях. Применительно к трубопроводной арматуре время безотказности запорных устройств порой доходит до нескольких десятилетий.

Иногда говорят, что в технике нет свойства безотказности, так как любое изделие когда-нибудь неизбежно откажет. Но ведь в приведенном определении безотказности и не выдвига­ется требования, чтобы отказов в изделии не было никогда, в нем говорится лишь о способности изделия проработать без отказов в течение некоторого времени (наработки), тре­буемого условиями эксплуатации. А такие условия в ряде случаев бывают и крайне необходимы, и вполне выполнимы.

Возьмем любое техническое изделие или систему, наруше­ние работоспособности которых может быть связано с опас­ностью для жизни человека. Решились ли бы мы отправить человека в космический полет, если бы не были уверены в безотказности космического корабля, в том, что за все требуе­мое время полета в нем не произойдет ни одного отказа?

Все более широкая номенклатура различной аппаратуры применяется в медицине. Существует, например, аппаратура, предназначенная для поддержания деятельности сердца боль­ного во время операции. Нужно ли говорить, что требование безотказности такой аппаратуры является абсолютно необ­ходимым, что если в ней в течение времени, требуемого для операции, произойдет хотя бы кратковременное нарушение работоспособности, это может стоить человеку жизни.

Однако требование безотказной работы в течение задан­ного времени важно не только для изделий, связанных с безопасностью человека. Оно может иметь большое значе­ние и для многих видов промышленного и сельскохозяйствен­ного оборудования.

Известно, что многие сельскохозяйственные машины ра­ботают всего несколько месяцев, а иногда и несколько недель в году. Так, зерноуборочные комбайны работают в среднем всего 20—30 дней в году. Если в эти дни в комбайне про­изойдет тот или иной отказ и машина станет на ремонт, это может сорвать своевременную уборку урожая и привести к большим потерям хлеба. Поэтому, естественно, что для ком­байна очень важное значение имеет безотказность в работе в течение уборки. После же окончания уборки можно спокой­но проверить состояние каждого комбайна и, если нужно, произвести необходимый ремонт.

Следовательно, для многих машин, аппаратов, приборов безотказность является основным требованием, определяю­щим их надежность. И все же, как мы уже говорили, отож­дествлять безотказность и надежность нельзя. Действительно, если комбайн используется лишь во время уборки урожая, самолет—только в часы полета, то большинство машин и механизмов работает круглый год. В течение всего года рабо­тает оборудование заводов, фабрик, парк автомобилей, железнодорожный транспорт и т. д. Поэтому совершенно по­нятно, что для такого оборудования, машин, механизмов очень важное значение имеет не только безотказность в рабо­те в течение какого-то ограниченного времени, но и сохране­ние их работоспособности (конечно, при условии своевремен­ного проведения необходимых ремонтов) в течение возможно более длительного времени.

Ведь даже когда мы говорим, что важнейшим требовани­ем, обусловливающим надежность комбайна, является безот­казность, мы, конечно, не имеем в виду, что, проработав без отказов в течение всей уборки, комбайн затем будет списан в лом. Каждому понятно, что использовать такой комбайн было бы экономически невыгодно. Нужно, чтобы после осмот­ра и ремонта комбайна по окончании уборки он мог быть использован и на следующий сезон и, чем больше лет он про­работает, тем будет выгоднее для государства.

Возьмем еще более простой пример из нашего быта. Конечно, каждому из нас хотелось бы, чтобы отказы в на­шем телевизоре происходили возможно реже и нам реже приходилось бы вызывать для его ремонта техника из ателье. Но этого мало, нам хотелось бы также, чтобы наш телеви­зор при условии своевременного проведения ремонта мог сохранять свою работоспособность, т. е. обеспечивать хоро­шее качество изображения, звука и т. д., не год, не два, а в течение по крайней мере нескольких лет.

Значит, надежность многих технических изделий обуслов­ливается не только их безотказностью, но и их долговечно­стью.

Долговечность

Долговечность — это свойство изделия сохранять рабо­тоспособность оборудования до предельного состояния, с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

В зависимости от назначения изделий на первый план при оценке их надежности в одном случае может выдвигаться безотказность, в другом—долговечность. Возьмем для приме­ра металлорежущий станок. Конечно, нужно стремиться к то­му, чтобы отказы в нем происходили возможно реже, чтобы, скажем, всю смену он работал безотказно. Но это скорее яв­ляется желательным, чем абсолютно необходимым требовани­ем. Ведь отказы станка ни с какими катастрофическими по­следствиями не связаны. Если конструкция станка хорошо продумана, устранение каждого отказа должно занимать не­много времени, и поэтому вынужденные перерывы в его ра­боте будут очень непродолжительными. Конечно, все же лю­бой отказ связан с какими-то дополнительными расходахми, с теми или иными потерями. Однако требование полной безот­казности станка в течение длительного времени может вести к такому увеличению его стоимости, что его окупаемость рас­тянется на многие годы, иногда превышая срок его морально­го и физического износа.

Поэтому, если, скажем, для самолета на первое место выдвигается безотказность и уже затем учитывается долго­вечность, то для металлорежущего станка, как и для многих других видов оборудования, на первом плане стоит долговеч­ность, а уще затем рассчитывается экономически обоснован­ная, требуемая условиями производства соответствующая безотказность.

В приведенном определении долговечности все было бы понятным, ёсли бы не слова «до предельного состояния». Может быть, можно было бы сказать проще: «Свойство изде­лия сохранять работоспособность до полного износа»?. Эта было бы проще, но менее точно.

Действительно, предположим, что речь идет об авиацион­ном двигателе. Если его использовать до полного износа и отказ его произойдет в полете, это может привести к аварии. Поэтому авиационный двигатель должен эксплуатироваться не до полного износа, а до какого-то предельного состояния, устанавливаемого исходя из требований обеспечения безо­пасности полетов.

Каждое изделие, предназначенное для длительного ис­пользования, может ремонтироваться за весь срок своей службы много раз. Допустим, вышел из строя в автомобиле двигатель—можно сменить его. Сломалась рама—можно поставить новую. Можно, наконец, заменить и весь кузов. Но до каких пор стоит ремонтировать автомобиль? Очевидно, наступает такое его состояние, когда дальнейший ремонт становится уже экономически невыгодным, а связанные с ним расходы—неоправданными.

Следовательно, предельное состояние каждого изделия может определяться исходя либо из требований безопасности, либо из экономических или каких-либо других соображений.

Долговечность изделия зависит главным образом от долговечности его деталей. Определить долговечность любой детали сравнительно просто. Скажем, долговечность колен­чатого вала автомобиля определяется числом часов работы или числом километров пробега с учетом времени работы вала после произведенных перешлифовок шеек; вал сдается в лом, когда дальнейшая перешлифовка становится невозможной.

Значительно труднее определить долговечность всего изделия в целом. Мы уже говорили, что любое изделие мож­но ремонтировать много раз, заменяя изношенные детали. Стремиться при всех условиях к максимальной долговечности технических изделий было бы неправильно. Необоснованно завышенные сроки службы оборудования, машин, приборов могут привести к техническому застою, затормозить темпы технического прогресса. Очевидно, для каждого вида изделий должны быть выбраны и обоснованы показатели не макси­мальной, а оптимальной долговечности. Если оптимальная долговечность изделия определяется исходя из экономических соображений, должны учитываться расходы как При произ­водстве, так и при эксплуатации данного изделия. Это совер­шенно закономерно, ибо иногда небольшая экономия при из­готовлении изделия ведет к значительному увеличению расхо­дов при его эксплуатации, и, наоборот средства, затраченные в производстве на повышение срока службы изделия, во мно­го раз окупаются при его эксплуатации.

Иногда, отождествляя надежность с безотказностью, говорят, что изделие может быть надежным, но недолговеч­ным. После всего сказанного должно быть ясно, что такое выражение неточно. Правиль­нее говорить, что изделие может быть безотказным, но не­долговечным, или наоборот.

Уточним еще раз различие между безотказностью и долго­вечностью. И та, и другая характеризуют свойство изделия сохранять свою работоспособность. И тем не менее различие между ними весьма существенно.

Безотказность свидетельствует о способности изделия сохранять работоспособность в течение какого-то заданного, ограниченного промежутка времени, без вынужденных перерывов.

Долговечность свидетельствует о способности изделия длительно сохранять работоспособность, но зато с перерыва­ми для необходимых ремонтов.

Лишь для некоторых изделий понятия «безотказность» и «долговечность» могут оказаться тесно связанными.

Источник