Основные термины и определения характеристик надежности

Выполнил

…………….._____________

студент гр.

Проверил

Клюквин А.А._______________

Санкт-Петербург

200_

Показатели надежности

Важнейшей технической характеристикой качества является надежность. Слово надежность в русском языке связано с по­нятием надежды - надежды на длительную и безотказную при­годность к эксплуатации или, в широком смысле, к потреблению. В самом понятии надежности заключается элемент некоторой неуверенности и неопределенности. И, по-видимому, не слу­чайно надежность как свойство изделий оценивается вероятност­ными характеристиками, основанными на статистической обработке экспериментальных данных. Однако вероятностные характерис­тики надежности в настоящее время вполне определенно и достаточно хорошо оценивают надежность работы машин и дру­гих технических изделий.

По мере технического прогресса происходит усложнение из­делий машиностроения. Основное противоречие в развитии со­временной техники заключается в том, что если не предприни­мать необходимые меры по повышению надежности, то чем слож­нее, быстродейственнее и точнее работа техники, тем менее она надежна. Отсюда следует, что решение проблемы надежности является не только важной технической, но и большой эконо­мической задачей.

Сложность получения количественной оценки надежности исследуемого изделия состоит в том, что это свойство изделий обычно относится к их будущему существованию, т.е. оно "раз­вернуто во времени" предстоящей эксплуатации, условия которой разнообразны и малопредсказуемы. Иначе говоря, характерис­тики надежности носят по отношению к каждому конкретному изделию прогнозный характер.

Основные термины и определения характеристик надежности

Основные понятия, термины и их определения, характери­зующие надежность техники и, в частности, изделий машино­строения даны в ГОСТ 27.002-89.

Надежность - свойство изделия сохранять в установленных пределах времени значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения, транспортировки и других действий.

Характеристики надежности выражают качественную сторону следующих объектов:

изделие - единица промышленной продукции, количество которой может исчисляться в штуках (экземплярах). К издели­ям допускается относить завершенные и незавершенные пред­меты производства, в том числе заготовки;

элемент - составная часть изделия;

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

Понятия "элемент" и "система" могут взаимно трансформи­роваться в зависимости от поставленной задачи. Например, ста­нок, с точки зрения надежности, можно рассматривать как систему, состоящую из отдельных элементов - узлов, механизмов, деталей и т.д., но станок, установленный в автоматической линии, на которую заданы требования по надежности, рассматривается уже как ее элемент.

Надежность изделия - это комплексное свойство, которое в зависимости от назначения и условий эксплуатации может включать: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость, устойчивость работы, режимную управляемость, живучесть и т.п. Однако чаще всего при оценке качества техни­ческих изделий определяют значения таких единичных показа­телей свойств, как безотказность, долговечность, ремонтопри­годность и сохраняемость.

В зависимости от вида изделия, его назначения и условий эксплуатации надежность может оцениваться только частью со­ставных свойств надежности (см. ГОСТ 27.003-90). Если, на­пример, изделие невосстанавливаемое, то для него в комплекс свойств надежности не входит ремонтопригодность.

Безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять ра­ботоспособность в течение заданного времени или наработки в определенных условиях эксплуатации.

Работоспособное состояние - состояние изделия, при кото­ром оно способно выполнять заданные функции, сохраняя при этом допустимые значения всех основных параметров, установ­ленных нормативно-технической документацией (НТД) и (или) проектно-конструкторской документацией.

Исправное состояние - состояние, при котором изделие со­ответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документации.

Долговечность - свойство изделия сохранять во времени ра­ботоспособность, с необходимыми перерывами для техническо­го обслуживания и ремонта, до его предельного состояния, ого­воренного технической документацией. Долговечность обуслов­лена наступлением таких событий, как повреждение или отказ.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении ис­правности изделия.

Неисправное состояние - состояние, при котором изделие не удовлетворяет хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документации. Неисправное изделие может быть работоспособным. Например, снижение плотности электролита в аккумуляторных батареях, повреждение облицовки автомобиля означают неисправное со­стояние, но такой автомобиль работоспособен. Неработоспособ­ное изделие является одновременно и неисправным.

Отказ - событие, в результате которого происходит полная или частичная утрата работоспособности изделия. Отказы клас­сифицируют по причинам возникновения, по характеру возни­кновения и по характеру проявления, а также по возможности и сложности устранения.

Причинами возникновения отказов могут быть:

- конструктивные ошибки или недостатки;

- недостаточная про­чность отдельных элементов или конструкции;

- неудачная ком­поновка узлов;

- нетехнологичность конструкции, относящаяся к выполнению заготовок, механической и термической обработке, сборке и разборке;

- недостаточная защищенность конструкции от попадания влаги, пыли, от разогрева;

- назначение материала, не соответствующего условиям работы отдельных деталей;

- не­удобство обслуживания и др.;

- производственные недостатки в изготовлении - скрытые де­фекты (раковины, рыхлости, мелкие трещины, инородные вклю­чения, неоднородность материала);

- некондиционные материалы;

- нарушения технологии изготовления и сборки и др.;

- неправильная эксплуатация и техническое обслуживание - невыполнение эксплуатационных инструкций, несоблюдение правил технического обслуживания из-за низкой квалификации обслуживающего персонала; неисправности вспомогательных механизмов и т.д.;

- внешние факторы - повышенная или низкая температура, повышенная влажность, повышенное или пониженное атмосферное давление, загрязненность воздуха и др.;

- некачественный ремонт - несоответствие материала, технологии изготовления (методов, режимов, точности и качества обработки) и сборки первоначальным условиям изготовления, плохой контроль за проведением ремонта.

По характеру возникновения отказы могут быть:

внезапными, которые заранее предусмотреть бывает нельзя;

постепенными, когда приводящие к отказу условия, накапливаются постепенно, (износ, перегрев, усталостные яв­ления, старение, деформации);

периодическими, повторяющимися через некоторые про­межутки времени, по мере накопления условий, приво­дящих к отказу; после восстановления нормальных условий (температура, давление и др.) система самовосстанавливается и продолжает функционировать.

Проявления отказов могут быть явными, скрытыми, незави­симыми и зависимыми.

Независимым отказом называется такой, который не вызван отказом других элементов системы.

Отказ какого-либо элемента системы, произошедший в ре­зультате отказа других ее элементов, является зависимым. Отказ может быть также случайным или явно закономерным. В тео­рии надежности отказ обычно рассматривается как событие не­зависимое, случайное.

В зависимости от сложности устранения различают отказы: устраняемые в порядке технического обслуживания и устраняе­мые при среднем или капитальном ремонте. В зависимости от места устранения различают отказы, не устраняемые в эксплуа­тационных условиях и устраняемые в стационарных условиях.

Так как долговечность характеризует продолжительность рабо­ты изделий по суммарной наработке, прерываемой периодами для восстановления его работоспособности в плановых и непла­новых ремонтах и техническом обслуживании, то основным мерилом долговечности является наработка и, в частности, тех­нический ресурс.

Наработка - продолжительность (измеряемая, например, в часах или циклах) или объем работы изделия (измеряемый, на­пример, в тоннах, километрах, кубометрах и т.п. единицах).

Ресурс - суммарная наработка изделия от начала его эк­сплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Предельное состояние - состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация (применение) недопустима по требо­ваниям безопасности или нецелесообразна по экономическим причинам, либо когда восстановление его работоспособного со­стояния невозможно или нецелесообразно из-за неустранимого снижения эффективности. Предельное состояние наступает в результате исчерпания ресурса или в аварийной ситуации.

Срок службы - календарная продолжительность эксплуата­ции изделий или ее возобновления после ремонта от начала его применения до наступления предельного состояния.

Неработоспособное состояние - состояние изделия, при ко­тором оно не способно нормально выполнять хотя бы одну из заданных функций.

Перевод изделия из неисправного или неработоспособного состояния в исправное или работоспособное происходит в ре­зультате восстановления.

Восстановление - процесс обнаружения и устранения отка­за (повреждения) изделия с целью восстановления его работо­способности (устранение неисправности).

По способности к восстановлению изделия подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Восстанавливаемое изделие - изделие, работоспособность ко­торого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации.

Невосстанавливаемое изделие - изделие, работоспособность которого в случае возникновения отказа не подлежит восста­новлению в рассматриваемой ситуации.

Основным способом восстановления работоспособности явля­ется ремонт. В зависимости от того, предусмотрены или нет опе­рации ремонта, изделия подразделяются на ремонтируемые и не­ремонтируемые.

Ремонтируемое изделие - это изделие, ремонт которого воз­можен и предусмотрен нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документациями.

Неремонтируемое изделие - изделие, ремонт которого невоз­можен или непредусмотрен нормативно-технической, проектно-конструкторской и эксплуатационно-ремонтной документа­циями.

Большинство изделий машиностроения относятся к ремон­тируемым. К неремонтируемым могут быть отнесены, например, подшипники, шпонки, шестерни, ремни, рукава высокого давле­ния, манжеты, уплотнения и другие' изделия машиностроения.

Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению ра­ботоспособного состояния путем обнаружения и устранения дефекта и неисправности технической диагностикой, обслужи­ванием и ремонтом. Это свойство обусловлено в основном ком­поновочным решением изделия.

Используют такие показатели ремонтопригодности: среднее время восстановления, вероятность восстановления, коэффици­ент ремонтосложности и другие.

Время восстановления - основной показатель ремонтопри­годности, характеризующий календарную продолжительность операций по восстановлению работоспособного состояния из­делия или продолжительность профилактических операций по техническому обслуживанию.

Сохраняемость - свойство изделий непрерывно сохранять значения установленных показателей его качества в заданных пределах в течение длительного хранения и транспортирования.

Срок сохраняемости - календарная продолжительность хра­нения и (или) транспортирования изделия в заданных условиях, в течение и после которых сохраняются исправность, а также значения показателей безотказности, долговечности и ремонто­пригодности в пределах, установленных нормативно-техничес­кой документацией на данный объект.

Безотказность как одна из важнейших составляющих надеж­ности, характеризуется закономерностями возникновения отказов, а ремонтопригодность - закономерностями их предупреждения и устранения. Долговечность определяется интенсивностью и продолжительностью действия этих закономерностей, их посто­янными изменениями в допустимых пределах на протяжении всего срока службы.

Надежность постоянно изменяется в процессе эксплуатации технического изделия и при этом характеризует его состояния. Схема изменения состояний эксплуатируемого изделия приве­дена на рис.1 .

		Исходное состояние

Рис.1 Схема состояний изделия

Для количественной характеристики каждого из свойств надежности изделия служат такие единичные показатели, как наработка до отказа и на отказ, наработка между отказами, ресурс, срок службы, срок сохраняемости, время восстановления. Значения этих величин получают по данным испытаний или эксплуатации.

Комплексные показатели надежности, также как коэффициент готовности, коэффициент технического использования и коэффициент оперативной готовности, вычисляются по данным единичных показателей. Номенклатура показателей надежности приведена в таблице 1, 2, 3, 4, 5.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 4

1. Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторой наработки.

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказа объекта не возникает.

Средняя наработка до отказа – математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.

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

Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник. Этот показатель относится к невосстанавливаемым изделиям.

2. Долговечность– свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и ремонта.

Ресурс– суммарная наработка машины от начала ее эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.

Гамма-процентный ресурс – суммарная наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах.

Средний ресурс– математическое ожидание ресурса.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации от начала начала эксплуатации объекта или ее возобновление после ремонта до перехода в предельное состояние.

Средний срок службы – математическое ожидание срока службы.

Назначенный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.

Гамма-процентный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигает предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах.

3. Сохраняемость – свойство объекта, сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Назначенный срок хранения – календарная продолжительность хранения, при достижении которой хранение объекта должно быть прекращено независимо от его технического состояния.

Средний срок сохраняемости – математическое ожидание срока хранения.

Гамма-процентный срок сохраняемости – срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах.

4. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Время восстановления – продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта.

Среднее время восстановления – математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа.

Вероятность восстановления – вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превышает заданное время.

5. Комплексные показатели надежности

Коэффициент готовности –вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается.

Коэффициент технического использования– отношение математического ожидания суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к математическому ожиданию суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии и всех простоев для ремонта и технического обслуживания.

Коэффициент оперативной готовности– вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается, и начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.