Понятия надежности

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЗАВИСИМОСТИ НАДЕЖНОСТИ

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине:

«НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК

Новочеркасск, 2003

СОДЕРЖАНИЕ

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЗАВИСИМОСТИ НАДЕЖНОСТИ 4

1.1 Понятия надежности................................................................................................... 4

1.2 Показатели надежности............................................................................................ 7

1.3 Случайные величины и их характеристики....................................................... 9

1.4. Общие зависимости.................................................................................................. 11

1.5 Надежность в период нормальной эксплуатации......................................... 14

1.6. Надежность в период постепенных отказов.................................................. 15

1.7 Совместное действие внезапных и постепенных отказов......................... 21

1.8. Особенности надежности восстанавливаемых изделий.......................... 22

2 НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ..................................................................... 24

2.1. Общие сведения......................................................................................................... 24

2.2. Надежность последовательной системы при нормальном распределении нагрузки по системам.............................................................................................................................. 25

2.3. Надежность систем с резервированием........................................................... 26

2.4. Надежности сложных систем.............................................................................. 31

3 надежность систем человек-машина............................. 33

3.1. Система человек – машина................................................................................... 33

3.2. Возможности человека-оператора..................................................................... 36

3.3. Понятие о надежности работы человека при взаимодействии с техническими системами........................................................................................................................... 39

3.4. Критерии оценки деятельности оператора...................................................... 39

3.5. Оценка надежности системы «человек — машина»................................... 41

4. основные положения теории риска................................ 44

4.1. Ключевые термины и определения..................................................................... 44

4.2. Причины и последствия.......................................................................................... 46

4.3. Аксиома о потенциальной опасности деятельности................................. 46

4.4. Основы теории риска............................................................................................... 46

4.5. Квантификация риска.............................................................................................. 49

4.6. Концепция приемлемого риска........................................................................... 49

4.7. Методы оценки риска.............................................................................................. 50

4.8 Оценка вероятности неблагоприятных событий............................................ 51

4.9 Метод деревьев отказов........................................................................................... 58

4.10. Методы индексов опасности............................................................................. 62

4.11.Оценка ущерба.......................................................................................................... 64

4.12. Интегральная оценка риска................................................................................ 66

4.13. Интегральные характеристики риска.............................................................. 67

4.14. Статистические распределения ущерба......................................................... 67

4.15. Статистическое представление средних и предельных характеристик риска 71

4.16.Построение полей риска....................................................................................... 71

5. ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И СТРАТЕГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ РИСКАМИ......................................................... 73

5.1. Основные нормативные документы в области промышленной безопасности 74

5.2. Декларация промышленной безопасности..................................................... 75

5.3. Организация мероприятий по управлению риском на промышленном предприятии 79

5.4. Построение стратегии управления рисками промышленного предприятия 81

Надежность (общая) – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации.

Первостепенное значение надежности в технике связано с тем, что уровень надежности в значительной степени определяет уровень разви­тия техники.

Современные технические средства состоят из множества взаимодействующих механизмов, аппаратов и приборов. В современных промышленных комплексах насчитывается более миллиона деталей, современные системы радиоуправления ракетами имеют десятки миллионов элементов. Отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы без резервирования может привести к нарушению работы всей системы.

В 1965 г., в США произошла исключительная по масштабам авария, оставившая огромную часть территории страны с населением 40 млн. человек без электрической энергии на 14 ч. Причиной аварии был выход из строя одного реле на распределительном щите Ниагарской гидроэлектростанции.

Недостаточная надежность оборудования приводит к огромным затратам на ремонт, простою оборудования, прекращению снаб­жения электроэнергией, водой, газом, транспортными средствами, иногда к авариям, связанным с большими экономическими потерями, разрушениями крупных объектов и с человеческими жертвами.

В 1984 г. на ремонт израсходовано 35 млрд. руб. и почти пятая часть черных металлов, в ремонтных цехах заняты четвертая часть станочного парка страны и 6 млн. работников. При недостаточной долговечности машины изготовляют в большем, чем нужно, коли­честве, что ведет к перерасходу металла, излишкам производствен­ных мощностей, завышению расходов на ремонт и эксплуатацию, Физический срок службы машин в среднем существенно меньше срока морального износа.

Быстрое развитие науки о надежности в период научно-техниче­ской революции связано: а) с автоматизацией, многократным усложнением машин и их соединением в крупные комплексы; б) с задачами безлюдной технологии; в) с непрерывным форсированием машин, уменьшением их металлоемкости, повышением их силовой, тепло­вой, электрической напряженности.

Теория надежности является комплексной дисциплиной и состоит из таких разделов, как математическая теория надежности, надежность по отдельным критериям отказов («физика отказов»), расчет и прогнозирование надежности, мероприятия по повышению надежности, контроль надежности (испытания, стати­стический контроль, организация наблюдений) и техническая диагностика, теория восстановления, экономика надежности.

В теории надежности рассматриваются следующие обобщенные объекты:

изделие – единица продукции, выпускаемая данным пред­приятием, цехом и т. д., например подшипник, ремень, станок, автомобиль;

элемент – простейшая при данном рассмотрении составная часть изделия, в задачах надежности может состоять из многих деталей;

система – совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.

Изделия делят на: невосстанавливаемые, которые не могут быть восстановлены потребителем и подлежат замене, например электрические и электронные лампы, подшипники каче­ния и т. д., восстанавливаемые, которые могут быть восстановлены потребителем, например станок, автомобиль, радиоприемник.

Ряд изделий, относимых к невосстанавливаемым, например подшипники качения, иногда восстанавливаются, но не потребителями, а на специализированных предприятиях. Сложные изделия, состоящие из многих элементов, как правило, восстанавливают, так как отказы обычно связаны с повреждением одного или немногих элементов, в то время как другие остаются работоспособными. Простые элементы, особенно покупаемые со стороны и изготовляемые методом массового производства, часто не восстанавливаются.

Основные понятия и термины надежности стандартизованы. Надежность характеризуется состояниями и событиями:

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции (с параметрами, установленными техническими требованиями). Работоспо­собность не касается требований, не влияющих на эксплуатационные показатели, например повреждение окраски и т. д.

Исправность – состояние изделия, при котором оно удовлетворяет всем основным и вспомогательным требованиям. Исправное изделие обязательно работоспособно.

Неисправность – состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технических требований. Различают неисправности, не приводящие к отказам, и неисправности, приводящие к отказам.

Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности. Отказы делят на 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 делятся на случайные и систематические.

С лучайные причины – это непредусмотренные факторы и явления перегрузки, дефекты материала и погрешности изготовления, ошибки обслуживающего персонала или сбои системы управления. 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 характером развития и про­явления отказы делят на внезапные (поломки от перегрузок, заеданий), постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостные разрушения, перегорание 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 соединений, загрязнение или ослабление электроконтактов). В соответствии с этим отказы устраняют: а) заменой деталей, б) 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 разделяют на 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.

По времени возникновения отказы делят на: приработочные, возникающие в первый период эксплуатации, связанные с отсутствием приработки и с попаданием на сборку дефектных элементов, не отбракованных контролем, при нормальной эксплуатации (за период до проявления износных отказов), износовые.

Проводя некоторую аналогию между изделиями и человеком с позиций надежности, приработочные отказы сопоставляют с детскими болезнями, отказы при нормальной эксплуатации – со случайными болезнями окрепшего организма взрослого человека, износовые – со старческими болезнями.

Рассмотрим свойства изделий в аспекте проблемы надежности.

Надежность изделий обусловливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Таким образом, надежность характеризуется свойствами, которые проявляются в эксплуатации и позволяют судить о том, насколько изделие оправдает надежды его изготовителей и потребителей.

Безотказность (или надежность в узком смысле слова) – свойство непрерывно сохранять работоспособность в течение задан­ного времени или наработки. Это свойство особенно важно для машин, отказ в работе которых связан с опасностью для жизни людей или с перерывом в работе большого комплекса машин, с остановкой автоматизированного производства или с существенным ущербом производства.

Долговечность – свойство изделия длительно сохранять работоспособность до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. 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 ремонтов.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять значение показателей безотказности, долговечности и 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.

Дата добавления: 2014-01-06