Основные понятия и определения теории надежности

Надежность есть свойство изделий выполнять заданные функции, сохранять свои эксплуатационные характеристики в заданных пределах при заданных режимах и условиях работы в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Из этого определения следует, что надежность есть внутреннее свойство продукции, объективная реальность, присущая каждому данному образцу изделия. Таким образом, ненадежной считается не только та система, у которой наступает механическое или электрическое повреждение, приводящее к неработоспособности приборов, но также и та, у которой параметры выходят за предельно допустимые значения.

В задачу теории надежности входит решение двух принципиальных задач: оценка надежности выпускаемых изделий и оценка надежности изделий на стадии их проектирования.

Оценка надежности выпускаемых изделий осуществляется в результате их испытаний, т.е. для заданного числа испытаний и интервала времени, в течение которого они проводились, определяется надежность изделия. А оценка надежности полупроводникового прибора на стадии его производства требует априорного знания о наиболее вероятных типах отказов и о физических процессах, лежащих в их основе.

Математические модели, применяемые для количественных оценок надежности, зависят от типа надежности. Современная теория выделяет три

типа надежности:

1. Надежность «мгновенного действия», например надежность плавких

предохранителей.

2. Надежность при нормальной эксплуатационной долговечности, например надежность вычислительной техники. При оценке нормальной эксплуатационной надежности одним из основных количественных показателей является среднее время работы между отказами. Рекомендуемый на практике диапазон - от 100 до 2000 часов.

3. Чрезвычайно продолжительная эксплуатационная надежность, например надежность космических кораблей. Если требования к сроку службы устройств -- свыше 10 лет, то их относят к устройствам с чрезвычайно продолжительной эксплуатационной надежностью.

Для характеристики конкретного прибора пользуются понятиями исправного и работоспособного состояния.

Исправность — это состояние прибора, при котором он соответствует всем требованиям нормативной и конструкторской документации.

Работоспособность — это состояние прибора, при котором он способен выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической или конструкторской документацией.

Для более полного описания надежности вводят такое понятие, как долговечность.

Долговечность — это свойство изделий сохранять свою работо­способность (с возможными перерывами для технического обслуживания или ремонта) до наступления предельного состояния, оговоренного в технической документации (поломка, снижение мощности и т.д.). Данное свойство охватывает ресурсные характеристики прибора и существенно дополняет понятие безотказности.

Безотказность — это свойство прибора непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Применительно к полупроводниковым приборам и микросхемам под безотказностью понимается их способность непрерывно сохранять исходные значения параметров при использовании в выпрямительном, усилительном, переключательном и других режимах, обусловленных схемами и условиями эксплуатации.

Сохраняемость — это свойство прибора сохранять значения показателей безотказности и долговечности в течение и после хранения или транспортирования.

Характеристикой прибора, связанной с его эксплуатацией, является наработка, представляющая собой продолжительность или объем работы изделия. Наработка измеряется в часах или циклах непрерывной или суммарной периодической работы прибора в электрическом режиме. Наработка прибора, измеряемая в часах от начала эксплуатации до наступления предельного состояния, оговоренного в технической документации, называется техническим ресурсом.

Срок службы — это календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала эксплуатации до момента наступления предельного состояния, оговоренного в технической документации.

Ремонтопригодность — это свойство изделия, выражающееся в его приспособленности к проведению технического обслуживания и ремонта, т.е. к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов.

Фундаментальным понятием в теории надежности является определение отказа как события, заключающегося в полной или частичной утрате изделием его работоспособности, т.е. в нарушении работоспособности изделия.

Отказ может наступить не только в силу механических или электрических повреждений элементов изделия (обрыва, короткого замыкания), но и при нарушении регулировки, из-за ухода параметров элементов за предельно допустимые значения и т.д. Кроме того, отказы системы могут быть обусловлены конструкцией деталей, их изготовлением или эксплуатацией.

В теории надежности существует широкая классификация отказов по различным признакам.

Классификация отказов

1. По характеру наступления отказы делятся на внезапные и постепенные.

Внезапным (катастрофическим) называют отказ, возникший в результате скачкообразных изменений одного или нескольких основных параметров системы, связанных с внутренними дефектами элементов, нарушением рабочих режимов, ошибками обслуживающего персонала и другими неблагоприятными воздействиями.

Постепенным (параметрическим) называют отказ, возникший в результате плавных изменений заданных параметров прибора, во-первых, вследствие деградации физико-химических свойств материала под влиянием эксплуатационных факторов и естественного старения и, во-вторых, вследствие изнашивания элементов системы в результате дрейфа рабочих параметров и их выхода за предельно допустимые значения.

2. По взаимосвязи между собой различают независимые и зависимые отказы.

Независимыми называют отказы, появление которых не изменяет вероятности появления других отказов, например отказы приборов, возникшие в результате процессов, происходящих в их внутренней структуре.

Зависимыми называют отказы, появление которых изменяет (увеличивает) вероятность появления других отказов. Например, выход из строя предохранителей цепи защиты от перегрузок, пассивных ограничительных элементов приводит к повреждению приборов.

3. По признакам проявления различают явные и скрытые отказы. Явные обнаруживаются при внешнем осмотре или включении

аппаратуры.

Скрытые отказы обнаруживаются при применении специальных контрольно-измерительных приборов.

4. По степени влияния на работоспособность аппаратуры различают полные и частичные отказы.

Полным называют такой отказ, до устранения которого использование аппаратуры по назначению невозможно.

Частичным называют отказ, до устранения которого имеется возможность хотя бы частично использовать аппаратуру по назначению.

5. По времени существования различают следующие отказы: устойчивые, сбои, перемежающиеся.

Устойчивым называют отказ, который устраняется только в результате ремонта или регулировки аппаратуры.

Сбоем называют однократно возникающий самоустраняющийся отказ, продолжительность действия которого мала по сравнению с продолжительностью работы аппаратуры до следующего отказа.

Перемежающимся отказом называют ряд быстродействующих, происходящих друг за другом сбоев. Например, могут возникнуть сбои в приборах из-за наличия в объеме герметичного корпуса проводящих частиц, способных создать кратковременные замыкания между внутренними выводами или отдельными токопроводящими дорожками.

При установлении этапа жизненного цикла прибора, на котором возникла первопричина отказов, различают конструктивные, производственные и эксплуатационные отказы.

Конструктивные отказы происходят в результате ошибок и нарушений норм и правил конструирования в период разработки.

Под производственными отказами понимают отказы, возникающие в результате несовершенства процесса изготовления приборов или нарушения технологии.

При неправильной оценке возможностей приборов при их выборе для создания аппаратуры возникают эксплуатационные отказы. В результате этого приборы могут подвергаться перегрузкам в аппаратуре и преждевременно выходить из строя.

Наибольшее количество отказов приборов происходит в период использования аппаратуры потребителями из-за нарушений установленных правил эксплуатации и неблагоприятных воздействий окружающей среды.

В теории надежности различают надежность систем и элементов.

Системой называется совокупность совместно действующих объектов, полностью обеспечивающих выполнение определенных практических задач.

Элементом называется часть системы, не имеющая самостоятельного значения и выполняющая в ней определенные функции.

Понятия «система» и «элемент» имеют относительный характер. Так, например, различные радиодетали (резисторы, конденсаторы) могут быть элементами таких систем как усилитель, радиоприемник и т.д. В свою очередь, эти системы могут рассматриваться как элементы более сложной системы - радиолокационной, которая также может быть элементом, допустим, системы наблюдения за спутниками и т.д.

Системы могут быть восстанавливаемыми и невосстанавливаемыми.

Восстанавливаемая (допускающая многократный ремонт) система после отказа подвергается ремонту и продолжает выполнять свои функции (бытовая, вычислительная техника, аудио- и видеоаппаратура и т.п.).

Невосстанавливаемая система в случае возникновения отказа не подлежит либо не поддается восстановлению по экономическим или по техническим соображениям (плавкие предохранители, аппаратура баллистических ракет боевого назначения).

По характеру обслуживания различают обслуживаемые и необслуживаемые системы.

Обслуживаемые системы выполняют свои задачи при наличии обслуживающего персонала и обычно приспособлены к устранению отказов во время профилактических ремонтов.

Необслуживаемые системы выполняют возложенные на них функции без обслуживающего персонала, например аппаратура, устанавливаемая на большинстве невозвращаемых космических объектах.

По характеру влияния отказов элементов системы на ее выходные параметры и, следовательно, на эффективность системы можно разделить на простые и сложные.

Простые системы при отказе одного или нескольких элементов полностью теряют работоспособность.

Сложные системы обладают способностью при отказе элементов продолжать функционировать с пониженной эффективностью.

В теории надежности различают последовательное, параллельное и смешанное соединения элементов. Подробно эти виды соединений будут рассмотрены в одном из следующих разделов.

Приведенные выше термины, применяемые при классификации отказов, нашли свое отражение в государственных стандартах и нормативно-технической документации и являются обязательными.

Дата добавления: 2014-01-15