Этапы анализа и показатели надежности ТС

Повреждения и отказы. Классификация отказов. Свойства ТС

Важными понятиями в теории надежности и практике эксплуатации ТС являются повреждения и отказы.

Повреждением называется событие, заключающееся в нарушении исправности ТС или ее составных частей из-за влияния внешних условий, превышающих уровни, установленные НТД.

Отказ – это случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности ТС под влиянием ряда случайных факторов.

Повреждение может быть существенным и явиться причиной отказа и несущественным, при котором работоспособность ТС сохраняется.

Применительно к отказу и повреждению рассматривают критерий, причину, признаки проявления, характер и последствия.

Работоспособное состояние ТС определяются множеством заданных параметров и допусками на них – допустимыми пределами их изменения.

Критерием отказа являются признаки выхода хотя бы одного заданного параметра за установленный допуск. Критерии отказа должны указываться в НТД на объект.

Причинами отказа могут быть просчеты, допущенные при конструировании, дефекты производства, нарушения правил и норм эксплуатации, повреждения, а также естественные процессы изнашивания и старения.

Признаки отказа или повреждения проявляют непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств наблюдателя (оператора) явлений, характерных для неработоспособного состояния объекта, или процессов с ними связанных.

Характер отказа или повреждения определяют конкретные изменения, происшедшие в объекте.

К последствиям отказа или повреждения относятся явления и события, возникшие после отказа или повреждения и в непосредственной причинной связи с ним.

Отказы объектов ТС могут быть разных видов и классифицируются по различным признакам (табл. 2).

Таблица 2 Классификация отказов ТС

Различают отказы функционирования, при которых выполнение своих функций рассматриваемым элементом или объектом прекращается (например, поломка зубьев шестерни), и отказы параметрические, при которых некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах (например, потеря точности станка).

Причины отказов подразделяют на случайные и систематические.

Случайные причины — это предусмотренные перегрузки, дефекты материала и погрешности изготовления, не обнаруженные контролем, ошибки обслуживающего персонала или сбои системы управления. Примеры: твердые включения в обрабатываемую среду, крупные неровности дороги, наезды на препятствия, недопустимые отклонения размеров заготовок или их неправильный зажим, раковины, закалочные трещины. Случайные факторы преимущественно вызывают отказы при действиях в неблагоприятных сочетаниях.

Систематические причины — это закономерные явления, вызывающие постепенное накопление повреждений: влияние среды, времени, температуры, облучения, коррозия, старение, нагрузки и работа трения — усталость, ползучесть, износ, функциональные воздействия, засорения, залипания, утечки.

В соответствии с этими причинами и характером развития и проявления различают отказы внезапные (поломки от перегрузок, заедания), постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостные разрушения, перегорания ламп, короткие замыкания из-за старения изоляции) и постепенные (износ, старение, коррозия, залипание). Внезапные отказы вследствие своей неожиданности более опасны, чем постепенные. Постепенные отказы представляют собой выходы параметров за границы допуска в процессе эксплуатации или хранения.

По причинам возникновения отказы можно также разделить на конструкционные, вызванные недостатками конструкции, технологические, вызванные несовершенством или нарушением технологии, и эксплуатационные, вызванные неправильной эксплуатацией.

Отказы в соответствии со своей физической природой бывают связаны с разрушением деталей или их поверхностей (поломки, выкрашивание, износ, коррозия, старение) или не связаны с разрушением (засорение каналов подачи топлива, смазки или подачи рабочей жидкости в гидроприводах, ослабление электроконтактов). В соответствии с этим отказы устраняют: заменой деталей, регулированием или очисткой.

По своим последствиям отказы могут быть легкими — легкоустранимыми, средними, не вызывающими разрушений других узлов, и тяжелыми, вызывающими тяжелые вторичные разрушения, а иногда и человеческие жертвы.

По возможности дальнейшего использования изделия отказы бывают полные, исключающие возможность работы изделия до их устранения, и частичные, при которых изделие может частично использоваться, например, с неполной мощностью или на пониженной скорости.

По сложности устранения различают отказы, устранимые в порядке технического обслуживания, в порядке среднего или капитального ремонта и по месту устранения — отказы, устранимые в эксплуатационных и стационарных условиях, что особенно существенно для транспортных машин, в частности для автомобилей. Встречаются также самоустраняющиеся отказы, например, в системах автоматической подачи заготовок на станках.

По времени возникновения отказы можно подразделить на приработочные, возникающие в первый период эксплуатации, связанные с попаданием на сборку дефектных элементов; при нормальной эксплуатации (за период до появления износных отказов); износовые, вызванные старением.

Одним из методов повышения надежности, широко используемым при проектировании ТС, является резервирование – метод повышения надежности за счет введения избыточности. Под избыточностью понимают дополнительные средства и возможности сверх минимально необходимых для выполнения ТС заданных функций.

Рассмотрим свойства ТС (в аспекте надежности ТС).

Безотказность (или надежность в узком смысле слова) — свойство непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени или наработки.

Долговечность — свойство изделия длительно сохранять работоспособность до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние изделия характеризуется невозможностью его дальнейшей эксплуатации, снижением эффективности или безопасности. Для невосстанавливаемых изделий понятия долговечности и безотказности практически совпадают.

Ремонтопригодность — приспособленность изделия к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонта. С усложнением систем все труднее становится находить причины отказов и отказавшие элементы (может занимать более 50% общего времени восстановления работоспособности).

Сохраняемость — свойство объекта сохранять значение показателей безотказности, долговечности, ремонтопригодности после хранения и транспортирования. Практическая роль этого свойства особенно велика для приборов. Так, по американским источникам во время Второй мировой войны около 50 % радиоэлектронного оборудования для военных нужд и запасных частей к нему вышло из строя в процессе хранения.

Под анализом надежности ТС будем понимать определение (вычисление) конкретных значений показателей надежности (априорный анализ), либо статистических оценок показателей надежности (апостериорный анализ).

Существуют два основных этапа анализа надежности ТС.

Первый этап называется априорным анализом надежности и обычно проводится на стадии проектирования ТС. Этот анализ – априори предполагает известными количественные характеристики надежности всех используемых элементов системы. Для элементов (особенно новых), у которых еще нет достаточных количественных характеристик надежности, их задают по аналогии с характеристиками применяющихся аналогичных элементов. Таким образом, априорный анализ базируется на априорных (вероятностных) характеристиках надежности, которые лишь приблизительно отражают действительные процессы в аппаратуре ТС. Тем не менее, этот анализ позволяет на стадии проектирования выявить слабые с точки зрения надежности места в конструкции, принять необходимые меры к их устранению, а так же отвернуть неудовлетворительные варианты построения ТС. Поэтому априорный анализ (или расчет) надежности имеет существенное значение в практике проектирования ТС и составляет неотъемлемую часть технических проектов.

Второй этап называется апостериорным анализом надежности. Его проводят на основании статистической обработки экспериментальных данных о работоспособности и восстанавливаемости ТС, полученных в процессе их отработки, испытаний и эксплуатации. Целью таких испытаний является получение оценок показателей надежности ТС и ее элементов. Эти оценки получают методами математической статистики по результатам наблюдений (ограниченного объема).

Показателями надежности называются количественные характеристики одного или нескольких свойств, определяющих надежность элемента (системы).

Различают два основных вида показателей надежности (ПН).

Единичный ПН – это количественная характеристика одного из рассмотренных ранее свойств надежности.

Комплексный ПН – это количественная характеристика, определяющая два или более свойств надежности одновременно.

Количественная оценка надежности элементов ТС и ТС в целом проводится обычно при помощи единичных ПН безотказности, восстанавливаемости и долговечности, а также комплексных ПН, определяющих свойства безотказности и восстанавливаемости.

Надежность изделий в зависимости от их вида может оцениваться частью или всеми показателями надежности.

Показатели безотказности. Вероятность безотказной работы p(t) — вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет (отношение работоспособных элементов N_p к общему числу элементов N).

Средняя наработка до отказа — математическое ожидание наработки до отказа невосстанавливаемого изделия. Под наработкой понимают продолжительность или объем выполненной работы объекта.

Средняя наработка на отказ — отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Интенсивность отказов λ(t) — показатель надежности невосстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказавших в единицу времени (или наработки в других единицах) объектов (Dn/ Dt) к числу объектов, оставшихся работоспособными N_p (). Этот показатель более чувствителен, чем вероятность безотказной работы, особенно для изделий высокой надежности.

Параметр потока отказов — показатель надежности восстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольную малую его наработку к значению этой наработки (соответствует интенсивности отказов для неремонтируемых изделий, но включает повторные отказы).

Одно из основных уравнений надежности:

Показатели долговечности. Технический ресурс (сокращенно ресурс) — наработка объекта от начала его эксплуатации после ремонта до предельного состояния. Ресурс выражается в единицах времени работы (обычно в часах), длины пути (в километрах) и в единицах выпуска продукции. Для невосстанавливаемых изделий понятия технического ресурса и наработки до отказа совпадают.

Срок службы — календарная наработка до предельного состояния. Выражается обычно в годах.

Для деталей машин в качестве критерия долговечности используется технический ресурс. Для машин, эксплуатируемых в разных условиях и имеющих более точный показатель, чем календарный срок службы (в частности, для транспортных машин — пробег, для двигателей — моточасы), также используется технический ресурс. Для других машин используется срок службы.

Показатели ремонтопригодности и сохраняемости. К данным показателям относят: среднее время восстановления работоспособного состояния; вероятность восстановления работоспособного состояния в заданное время; сроки сохраняемости и комплексные показатели, применяемые в основном для автоматических комплексов и сложных систем. Комплексные показатели, в свою очередь, характеризуются коэффициентами:

технического использования — отношение математического ожидания времени работоспособного состояния за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий времени работоспособного состояния и всех простоев для ремонтов и технического обслуживания;

готовности — вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме периодов, в которых эксплуатация не предусматривается. Коэффициент определяют как отношение математических ожиданий времени нахождения в работоспособном состоянии к математическим ожиданиям суммы этого времени и времени внепланового ремонта.

Дата добавления: 2014-01-05