Организация работ по установлению причин отказов

Классификация и характеристики отказов

Одним из основных понятий теории надежности является понятие отказа (изделия, объекта, элемента, системы).Как уже отмечалось выше, отказ - это потеря способности изделия выполнить требуемую функцию.

В соответствии с ГОСТ Р 53480-2009 даны определения видов отказов (п.1.1).

Основными причинами возникновения отказов являются:

- конструктивные дефекты;

- технологические дефекты;

- эксплуатационные дефекты;

- постепенное старение (износ).

Отказы вследствие конструктивных дефектов возникают как следствие несовершенства конструкции из-за «промахов» при конструировании. В этом случае наиболее распространенными являются недоучет «пиковых» нагрузок, применение материалов с низкими потребительскими свойства­ми, схемные «промахи» и др. Отказы этой группы сказываются на всех экземплярах изделия, объекта, системы.

Отказы из-за технологических дефектов возникают как следствие нару­шения принятой технологии изготовления изделий (например, выход отде­льных характеристик за установленные пределы). Отказы этой группы ха­рактерны для отдельных партий изделий, при изготовлении которых наблюдались нарушения технологии изготовления.

Отказы из-за эксплуатационных дефектов возникают по причине несо­ответствия требуемых условий эксплуатации, правил обслуживания дейст­вительным. Отказы этой группы характерны для отдельных экземпляров из­делий.

Отказы из-за постепенного старения (износа) вследствие накопления необратимых изменений в материалах, приводящих к нарушению прочнос­ти (механической, электрической), взаимодействия частей объекта.

По типу отказы подразделяются на:

- отказы функционирования (выполнение основных функций изделием прекращается, например, поломка зубьев шестерни);

- отказы параметрические (некоторые параметры изделия изменяются в недопустимых пределах, например, потеря точности станка).

По своей природе отказы могут быть:

- случайные, обусловленные непредусмотренными перегрузками, дефектами материала, ошибками персонала или сбоями системы управления и т. п.;

- систематические, обусловленные закономерными и неизбежными явлениями, вызывающими постепенное накопление повреждений: усталость, износ, старение, коррозия и т. п.

Отказы элементов систем могут возникать в результате (рис. 1.1):

1) первичных отказов;

2) вторичных отказов;

3) ошибочных команд (инициированные отказы).

Рис. 1.2Классификация отказов

Отказы всех этих категорий могут иметь различные причины, приведенные в наружном кольце. Когда точный вид отказов определен и данные по ним получены, а конечное событие является критическим, то они рассматриваются как исходные отказы.

Первичный отказ элемента определяют как нерабочее состояние этого элемента, причиной которого является он сам, и необходимо выполнить ремонтные работы для возвращения элемента в рабочее состояние. Первичные отказы происходят при входных воздействиях, значение которых находится в пределах, лежащих в расчетном диапазоне, а отказы объясняются естественным старением элементов. Разрыв резервуара вследствие старения (усталости) материала служит примером первичного отказа.

Вторичный отказ - такой же, как первичный, за исключением того, что сам элемент не является причиной отказа. Вторичные отказы объясняются воздействием предыдущих или текущих избыточных напряжений на элементы. Амплитуда, частота, продолжительность действия этих напряжений могут выходить за пределы допусков или иметь обратную полярность и вызываются различными источниками энергии: термической, механической, электрической, химической, магнитной, радиоактивной и т.п. Эти напряжения вызываются соседними элементами или окружающей средой, например - метеорологическими (ливень, ветровая нагрузка), геологическими условиями (оползни, просадка грунтов), а также воздействием со стороны других технических систем.

Примером вторичных отказов служит «срабатывание предохранителя от повышенного электрического тока», «повреждение емкостей для хранения при землетрясении». Следует отметить, что устранение источников повышенных напряжений не гарантирует возвращение элемента в рабочее состояние, так как предыдущая перегрузка могла вызвать необратимое повреждение в элементе, требующее в этом случае ремонта.

Инициированные отказы (ошибочные команды). Люди, например, операторы и обслуживающий технический персонал, также являются возможными источниками вторичных отказов, если их действия приводят к выходу элементов из строя. Ошибочные команды представляются в виде элемента, находящегося в нерабочем состоянии из-за неправильного сигнала управления или помех (при этом лишь иногда требуется ремонт для возвращения данного элемента в рабочее состояние). Самопроизвольные сигналы управления или помехи часто не оставляют последствий (повреждений), и в нормальных последующих режимах элементы работают в соответствии с заданными требованиями. Типичными примерами ошибочных команд являются: «переключатель случайно не разомкнулся из-за помех», «помехи на входе контрольного прибора в системе безопасности вызвали ложный сигнал на остановку», «оператор не нажал на аварийную кнопку» (ошибочная команда от аварийной кнопки).

Множественный отказ (отказы общего характера) есть событие, при котором несколько элементов выходят из строя по одной и той же причине. К числу таких причин могут быть отнесены следующие:

- конструкторские недоработки оборудования (дефекты, не выявленные на стадии проектирования и приводящие к отказам вследствие взаим­ной зависимости между электрическими и механическими подсистема­ми или элементами избыточной системы);

- ошибки эксплуатации и технического обслуживания (неправильная ре­гулировка или калибровка, небрежность оператора, неправильное об­ращение и т. п.);

- воздействие окружающей среды (влага, пыль, грязь, температура, виб­рация, а также экстремальные режимы нормальной эксплуатации);

- внешние катастрофические воздействия (естественные внешние явле­ния, такие как наводнение, землетрясение, пожар, ураган);

- общий изготовитель (резервируемое оборудование или его компонен­ты, поставляемые одним и тем же изготовителем, могут иметь общие конструктивные или производственные дефекты. Например, производ­ственные дефекты могут быть вызваны неправильным выбором мате­риала, ошибками в системах монтажа, некачественной пайкой и т. п.);

- общий внешний источник питания (общий источник питания для основного и резервного оборудования, резервируемых подсистем и элементов);

- неправильное функционирование (неверно выбранный комплекс из­мерительных приборов или неудовлетворительно спланированные меры защиты).

Известен целый ряд примеров множественных отказов: так, некоторые параллельно соединенные пружинные реле выходили из строя одновремен­но и их отказы были вызваны общей причиной; вследствие неправильного расцепления муфт при техническом обслуживании два клапана оказались установлены в неправильное положение; из-за разрушения паропровода имели место сразу несколько отказов коммутационного щита. В некоторых случаях общая причина вызывает не полный отказ резервированной систе­мы (одновременный отказ нескольких узлов, т.е. предельный случай), а ме­нее серьезное общее понижение надежности, что приводит к повышению вероятности совместного отказа узлов систем. Такое явление наблюдается в случае исключительно неблагоприятных окружающих условий, когда ухудшение характеристик приводит к отказу резервного узла. Наличие об­щих неблагоприятных внешних условий приводит к тому, что отказ второго узла зависит от отказа первого и спарен с ним.

Для каждой общей причины необходимо определить все вызываемые ею исходные события. При этом определяют сферу действия каждой общей причины, а также место расположения элементов и время происшествия. Некоторые общие причины имеют лишь ограниченную сферу действия. Например, утечка жидкости может ограничиваться одним помещением, и электрические установки, их элементы в других помещениях не будут по­вреждены вследствие утечек, если только эти помещения не сообщаются друг с другом.

Отказ считают по сравнению с другим более критичным, если его пред­почтительнее рассматривать в первую очередь при разработке вопросов на­дежности и безопасности. При сравнительной оценке критичности отказов учитывают последствия отказа, вероятность возникновения, возможность обнаружения, локализации и т. д.

Указанные выше свойства технических объектов и промышленная безо­пасность – взаимосвязаны. Так, при неудовлетворительной надежности объекта вряд ли следует ожидать хороших показателей его безопасности. В то же время перечисленные свойства имеют свои самостоятельные функ­ции. Если при анализе надежности изучается способность объекта выпол­нять заданные функции (при определенных условиях эксплуатации) в уста­новленных пределах, то при оценке промышленной безопасности выявляют причинно-следственные связи возникновения и развития аварий и других нарушений с всесторонним анализом последствий этих нарушений.

Отказы по причинным схемам возникновения подразделяются на следую­щие группы:

- отказы с мгновенной схемой возникновения;

- отказы с постепенной схемой возникновения;

- отказы с релаксационной схемой возникновения;

- отказы с комбинированными схемами возникновения.

Отказы с мгновенной схемой возникновения характеризуются тем, что время наступления отказа не зависит от времени предшествующей эксплуа­тации и состояния объекта, момент отказа наступает случайно, внезапно. Примерами реализации такой схемы могут служить отказы изделий под дей­ствием пиковых нагрузок в электрической сети, механическое разрушение посторонним внешним воздействием и т. п.

Отказы с постепенной схемой возникновения происходят за счет посте­пенного накопления вследствие физико-химических изменений в материа­лах повреждений. При этом значения некоторых «решающих» параметров выходят за допустимые границы, и объект (система) не способен выполнять заданные функции. Примерами реализации постепенной схемы возникно­вения могут служить отказы вследствие снижения сопротивления изоляции, электрической эрозии контактов и т. п.

Отказы с релаксационной схемой возникновения характеризуются пер­воначальным постепенным накоплением повреждений, которые создают условия для скачкообразного (резкого) изменения состояния объекта, после которого возникает отказное состояние. Примером реализации релаксаци­онной схемы возникновения отказов может служить пробой изоляции кабе­ля вследствие коррозионного разрушения брони.

Отказы с комбинированными схемами возникновения характерны для ситуаций, когда одновременно действуют несколько причинных схем. При­мером, реализующим эту схему, может служить отказ двигателя в результате короткого замыкания по причинам снижения сопротивления изоляции об­моток и перегрева.

При анализе надежности необходимо выявлять преобладающие причи­ны отказов и лишь затем, если в этом есть необходимость, учитывать влия­ние остальных причин.

По временному аспекту и степени предсказуемости отказы подразделя­ются на внезапные и постепенные.

По характеру устранения с течением времени различают устойчивые (окончательные) и самоустраняющиеся (кратковременные) отказы. Кратко­временный отказ называется сбоем. Характерный признак сбоя - то, что восстановление работоспособности после его возникновения не требует ре­монта аппаратуры. Примером может служить кратковременно действующая помеха при приеме сигнала, дефекты программы и т. п.

Для анализа и исследования надежности причинные схемы отказов можно представить в виде статистических моделей, которые вследствие ве­роятностного возникновения повреждений описываются вероятностными законами.

Основные признаки классификации отказов представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Основные признаки классификации отказов

характер возникновения:	· внезапный отказ – отказ, проявляющийся в резком (мгновенном) изменении характеристик объекта;
· постепенный отказ – отказ, происходящий в результате медленного, постепенного ухудшения качества объекта.
Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (трещины – хрупкое разрушение, пробои изоляции, обрывы и т. п.) и не сопровождаются предварительными видимыми признаками их приближения. Внезапный отказ характеризуется независимостью момента наступления от времени предыдущей работы. Постепенные отказы - связаны с износом деталей и старением материалов.
причина возникновения:	· конструкционный отказ, вызванный недостатками и неудачной конструкцией объекта;
· производственный отказ, связанный с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершенства или нарушения технологии;
· эксплуатационный отказ, вызванный нарушением правил эксплуатации.
характер устранения:	· устойчивый отказ;
· перемежающийся отказ (возникающий/исчезающий). последствия отказа: легкий отказ (легкоустранимый);
· средний отказ (не вызывающий отказы смежных узлов – вторичные отказы);
· тяжелый отказ (вызывающий вторичные отказы или приводящий к угрозе жизни и здоровью человека).
дальнейшее использование объекта:	· полные отказы, исключающие возможность работы объекта до их устранения;
· частичные отказы, при которых объект может частично использоваться.
легкость обнаружения:	· очевидные (явные) отказы;
· скрытые (неявные) отказы.
время возникновения:	· приработочные отказы, возникающие в начальный период эксплуатации;
· отказы при нормальной эксплуатации;
· износовые отказы, вызванные необратимыми процессами износа деталей, старения материалов и пр.

Как было определено выше: отказ – это потеря способности изделия выполнить требуемую функцию (событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния изделия).

Все виды состояний и событий надежности изделий определяются критериями, установленными в соответствующей нормативно-технической документации (НТД). Все виды событий обнаруживаются через признаки, также оговорённые в НТД на изделие.

Критерием неработоспособного состояния изделия является выход за пределы установленного в НТД значения хотя бы одного из параметров технической характеристики или появление таких значений деформаций, усталостной трещины, износа какого-либо из основных элементов изделия, которые по установленным в НТД признакам фиксируют факт недопустимости или невозможности дальнейшего применения изделия без устранения причин отказа и восстановления его работоспособности путём проведения ремонта.

Критерием предельного состояния изделия является такое его неработоспособное состояние, при котором по установленным в НТД признакам фиксируется факт недопустимости или невозможности дальнейшего его применения по назначению и необходимости его замены, списания или (если это экономически целесообразно) проведения капитального ремонта.

Последствием предельного состояния деталей является их замена, а последствием предельного состояния машины или её сборочных единиц –списание или капитальный ремонт.

Дата добавления: 2014-01-04