Для каких объектов свойства безотказности и долговечности совпадают почему
Надежность изделия является сложным свойством, которое в зависимости от назначения изделия и условий его применения состоит из сочетания свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Безотказность – это свойство изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторой наработки. Безотказность должна быть присуща изделию в любом из режимов его существования (в период работы, хранения и транспортировки), хотя часто безотказность рассматривается только применительно к режиму эксплуатации.
Долговечность – это свойство изделия сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Ремонтопригодность – это свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения дефектов и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта. Свойство ремонтопригодности характеризует изделие не только при проведении ремонтов в предельном состоянии, но характеризует его приспособленность для профилактических мероприятий и восстановления после возникновения дефекта.
Сохраняемость – это свойство изделия сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение его хранения и транспортировки и после них. Сохраняемость характеризует свойство изделия противостоять отрицательным условиям хранения и транспортировки и представляется в виде двух составляющих: одна из них проявляется во время хранения и транспортировки, а другая – во время применения объекта после его хранения и транспортировки.
Каждое из перечисленных свойств надежности характеризуется набором показателей. Безотказность характеризуется следующими показателями: вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа, гамма-процентная наработка до отказа, интенсивность отказов, средняя наработка на отказ, параметр потока отказов.
Вероятность безотказной работы РН – это вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ изделия не возникает. Используя (4) и тот факт, что отказ и безотказная работа образуют полную группу несовместных событий, получаем:
. (11)
Вероятность безотказной работы выражается через плотность распределения на основе соотношения
, РH(0)= 1, PH(¥)= 0. (12)
Важной особенностью вероятности безотказной работы является то, что указание её величины без указания пределов наработки не имеет смысла, так как вероятность безотказной работы изделия изменяется с течением времени его эксплуатации (рис.3). Задавая допустимое значение g вероятности безотказной работы изделия в период его эксплуатации [0,Тg] предполагается, что в этот период вероятность безотказной работы изделия должна удовлетворять условию РH(t)³g. В связи с тем, что РH(t) убывающая функция, верхняя граница ее наработки до отказа t = Тg определится из условия РH{t=Tg} = g, чем и гарантируется выполнение неравенства РH{t£Tg} ³ g. Поэтому для изделия указание его вероятности безотказной работы без указания периода эксплуатации не имеет смысла. Например (рисунок 3), у одного и того же изделия вероятность безотказной работы РH(Tg)=g, рассматриваемая в период наработки [0, Tg], во много раз больше вероятности безотказной работы РH(Tg1)=g1, рассматриваемой за период наработки [0, Tg1]при Tg1> Tg.
Рисунок 3 – Вероятность безотказной работы изделия в зависимости от длительности времени его эксплуатации
Для режимов хранения и транспортировки могут также использоваться термины вероятность безотказного хранения или вероятность безотказной транспортировки.
На основе этого определения также вводятся показатели вероятность выполнения технологического задания для технологических систем и вероятность выполнения задания по параметру качества в расчетах на надежность.
Средняя наработка до отказа – это математическое ожидание наработки изделия до отказа, т.е. средняя наработка до отказа определяется формулой (8). Показатель средняя наработка до отказа может применяться не только в период эксплуатации изделия, но и в период его хранения и транспортировки.
Гамма – процентная наработка до отказа – это наработка, в течение которой отказ изделия не возникает с вероятностью g (при этом g указывают в процентах), т.е. гамма-процентная наработка – это квантиль функции вероятности безотказной работы, определяемый как корень одного из уравнений:
или . (13)
Величина гамма-процентной наработки Tgи Tg1для значений g и g1представлена на рисунке 3.
Интенсивность отказов – это условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого изделия, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник. Используя (6) и (12), получаем:
. (14)
Средняя наработка на отказ – это отношение наработки восстанавливаемого изделия к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки. Средняя наработка на отказ и параметр потока отказов используются в качества показателя безотказности восстанавливаемого изделия, например, технологического оборудования или обрабатывающего инструмента. Эксплуатация таких изделий может быть описана следующим образом. В начальный момент времени изделие начинает работу и работает до отказа, после отказа происходит его восстановление и изделие вновь работает до отказа. Моменты отказов на оси суммарной наработки или на оси непрерывного времени образуют поток отказов. В качестве характеристики потока отказов используют ведущую функцию W(t) данного потока – математическое ожидание числа отказов за время t, т.е.: , где М – символ математического ожидания; r(t) – число отказов за время t. Поэтому средняя наработка на отказ ТСР будет определяться из соотношения
. (15)
Поток отказов также характеризуют параметром потока отказов ω(t) –отношением среднего числа отказов восстанавливаемого изделия за произвольно малую его наработку к значению этой наработки, т.е.: .
Долговечность изделия характеризуется следующими показателями: ресурсом (средним, гамма-процентным, назначенным, техническим); сроком службы (средним, гамма-процентным, назначенным).
Ресурс или технический ресурс – это время работы изделия от начала его эксплуатации или его возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Срок службы же определяется календарной наработкой до перехода в предельное состояние.
Технический ресурс для неремонтируемых изделий совпадает с продолжительностью пребывания в работоспособном состоянии в режиме применения по назначению, если переход в предельное состояние обусловлен только возникновением отказа. Поскольку средний или капитальный ремонт позволяет частично или полностью восстановить ресурс, отсчет времени работы, образующей ресурс, возобновляют по окончании такого ремонта, различая в связи с этим доремонтный, межремонтный, послеремонтный и полный (до списания) ресурс. Аналогичным образом выделяют виды срока службы.
Средний ресурс и средний срок службы – это математическое ожидание ресурса или срока службы, соответственно.
Гамма-процентный ресурс (гамма-процентный срок службы) – это время (календарная продолжительность) от начала эксплуатации, в течение которого он достигнет предельного состояния с заданной вероятностью g, выраженной в процентах. Величина гамма-процентного ресурса в случае аналитического задания вероятности безотказной работы определяется из соотношения (13) или графически из рисунка 3. Из этих соотношений следует, что увеличение вероятности безотказной работы изделия без его совершенствования возможно только за счет уменьшения величины гамма-процентного ресурса.
Назначенный ресурс (срок службы) определяется суммарным временем работы (календарной продолжительностью эксплуатации) изделия, при достижении которой его применение по назначению должно быть прекращено. Цель установления назначенного ресурса или назначенного срока службы – обеспечение принудительного заблаговременного прекращения применения изделия по назначению, исходя из требований безопасности или экономического анализа.
Для объектов, подлежащих длительному хранению, может быть установлен назначенный срок хранения, по истечении которого дальнейшее хранение недопустимо.
При достижении изделием назначенного ресурса или срока службы, в зависимости от его назначения, особенности эксплуатации, технического состояния и других факторов изделие может быть: списано; направлено в средний или капитальный ремонт; передано для применения не по назначению; принято решение о продолжении эксплуатации.
Отметим, что ресурс и срок службы может быть задан не только временем, но и другой физической величиной, например, пробегом (километры), объемом выполненной работы (тонны) и т.д.
Ремонтопригодность изделия характеризуется следующими показателями: вероятностью восстановления работоспособного состояния; средним временем восстановления работоспособного состояния; средней трудоемкостью восстановления работоспособного состояния.
Вероятность восстановления работоспособного состояния – это вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния изделия не превысит заданного времени.
Среднее время (средняя трудоемкость) восстановления работоспособного состояния – это математическое ожидание времени (трудоемкости) восстановления работоспособного состояния.
Время восстановления отсчитывают либо непрерывно, либо из него по определенным правилам исключают интервалы времени, не обусловленные непосредственно выполнением восстановительных работ. В связи с этим различают общее время и оперативное время восстановления работоспособности изделия.
Сохраняемость характеризуется средним и гамма-процентным сроком сохраняемости.
Средний срок сохраняемости определяется как математическое ожидание срока сохраняемости, а гамма-процентный срок сохраняемости – срок сохраняемости, достигаемый изделием с заданной вероятностью g, выраженной в процентах.
Необходимо отметить, что показатели безотказности и долговечности определялись на основе функции распределения вероятности отказов (или функции надежности), в то же время для ремонтопригодности необходимо знание функции распределения вероятности времени восстановления, а для сохраняемости -функции распределения вероятности срока сохраняемости. Причем различают сохраняемость изделия до ввода в эксплуатацию и сохраняемость изделия в период эксплуатации (при перерывах в работе). Во втором случае срок сохраняемости входит составной частью в срок службы. Кроме того, для срока сохраняемости до ввода изделия в эксплуатацию выделяют срок сохраняемости в законсервированном виде, срок сохраняемости при монтаже и срок сохраняемости на более сложном законсервированном объекте.
К комплексным показателям надежности относят: коэффициент готовности; коэффициент оперативной готовности; коэффициент технического использования; коэффициент планируемого применения; коэффициент сохранения эффективности и т.д.
При оценке надежности технологических систем вводятся показатели по параметрам качества продукции, параметрам производительности процесса и параметрам затрачиваемых ресурсов, которые будут рассмотрены далее.
Контрольные вопросы к разделу 3
1. Состояние изделия.
2.Определение исправного, работоспособного, неисправного, неработоспособного и предельного состояния.
3. Чем отличается исправное от работоспособного состояния?
4. Из каких соображений назначается предельное состояние.
5. Чем отличается повреждение от отказа?
6. Чем отличается ремонт от восстановления изделия?
7. Особенности эксплуатации изделий по фактическому состоянию.
8. Детерминированные и случайные отказы.
9. Классификация отказов по причинам их возникновения.
10. Классификация отказов в зависимости от периода эксплуатации.
11. Отказы функционирования и параметрические отказы.
12. Внезапные и постепенные (износные) отказы.
13. Вероятность и статистическая оценка вероятности события.
14. Функция распределения вероятности случайной величины и ее свойства. 15. Формула определения вероятности попадания случайной величины в заданный интервал.
16. Статистическая оценка функции распределения вероятности случайной величины. Гистограмма распределения вероятности.
17. Плотность распределения случайной величины и ее связь с ФРВотказов и безотказной работы. Статистическая оценка плотности распределения.
18. Интенсивность отказов и ее связь с ФРВ безотказной работы. Статистическая оценка интенсивности отказов.
19. Математическое ожидание, его физический смысл и статистическая оценка.
20. Дисперсия, ее физический смысл и статистическая оценка.
21. Стандартное отклонение, коэффициент вариации. Квантиль случайной величины.
22. Уравнение для определения границ доверительного интервала.
23. Доверительный интервал и доверительная вероятность.
24. Безотказность. Основные показатели безотказности.
25. Вероятность безотказной работы.
26. Гамма-процентная наработка до отказа.
27. Средняя наработка до отказа.
28. Средняя наработка на отказ.
29. Связь ФРВ безотказной работы с интенсивностью отказов. Основное уравнение теории надежности.
30. Формула и график взаимосвязи вероятности безотказной работы и гамма-процентной наработки до отказа.
31. Долговечность. Основные показатели долговечности.
32. Ресурс, средний ресурс, гамма-процентный ресурс, назначенный ресурс.
33. Сохраняемость. Основные показатели сохраняемости.
34. Ремонтопригодность. Основные показатели ремонтопригодности.
Источник
Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
Чтобы четко уяснить понятие надежности необходимо иметь в виду следующие три основные момента.
Что понимается под «объектом» (было рассмотрено выше).
К параметрам, характеризующим способность выполнять требуемые функции, относятся кинематические и динамические характеристики, показатели производительности, скорости, грузоподъемности, экономичности, точности и т. п.
Требование к объекту выполнять необходимые функции распространяется только при соблюдении заданных режимов и условий применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Например, если двигатель изготовлен для северных районов, а эксплуатируется в южных, где он будет перегреваться, то нельзя считать, что этот двигатель низкой надежности. Также нельзя считать, что машина низкой надежности, если не проводят технические обслуживания и ремонты, соответствующие технической документации.
Актуальность надежности возрастает в связи со сложностью современных машин и важностью функций, которые они выполняют. Современные технические средства состоят из множества взаимодействующих механизмов. Отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы без резервирования приводит к нарушению работы всей системы.
Недостаточная надежность машин и оборудования приводит к огромным затратам на ремонт и простою в работе, иногда к авариям, связанным с большими экономическими потерями и с человеческими жертвами.
Надежность – сложное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания четырех свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Для каждого объекта характерны все или часть свойств надежности. Так, для объектов, подлежащих длительному хранению, важно свойство сохраняемости. Рассмотрим эти четыре свойства.
1. Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работо способное состояние в течение некоторого времени или наработки.
Это свойство особенно важно для объектов, отказ которых опасен для жизни людей. Отказ рулевого управления или тормозов автомобиля может иметь тяжелые последствия, поэтому для таких объектов безотказность -наиболее важная составная часть надежности.
Первостепенное значение безотказность имеет для объектов, отказ которых вызывает перерыв в работе большого комплекса машин или остановку автоматизированного производства.
2. Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное со стояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Долговечность и безотказность – не взаимоисключающие, а дополняющие друг друга и связанные между собой показатели. Различие же заключается в следующем. Безотказность характеризует свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Долговечность же характеризует продолжительность работоспособного состояния объекта по суммарной наработке, прерываемой периодами на техническое обслуживание, устранения отказов и ремонтов.
В зависимости от характера производства и вида объекта на первый план при оценке его надежности может выдвигаться безотказность или долговечность. Например, для дереворежущего станка общего назначения или трелевочного трактора отсутствие отказов в течение смены скорее желательное, чем необходимое условие, поскольку после непродолжительного ремонта они вновь поступают в работу. Для сложной и высокопроизводительной автоматической линии, работа которой в значительной степени определяет технико-экономические показатели всего предприятия, свойство безотказности выдвигается на первый план.
Как видно из приведенных определений, свойство безотказности определяется, в основном, совершенством конструкции машины и качеством ее изготовления. Свойство долговечности же определяется еще и качеством ремонта, регулярностью и тщательностью технического обслуживания.
Все объекты делятся на ремонтируемые и неремонтируемые.
Ремонтируемым называется объект, для которого проведение ремонтов предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Очевидно, что для перемонтируемых объектов понятия «безотказность» и «долговечность» совпадают. Машины и оборудование лесного комплекса относятся к категории ремонтируемых, следовательно, для них важную роль играют такие свойства, как ремонтопригодность и сохраняемость.
3. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
С усложнением систем все труднее становится находить причины отказов и отказавшие элементы. Так, в сложных электрогидравлических системах поиск причин отказов может занимать более 50% общего времени восстановления работоспособности. Поэтому облегчение поиска отказавших элементов закладывается в конструкцию новых сложных систем. Возможность быстрого обнаружения и устранения отказа, легкий доступ ко всем узлам определяют малые затраты времени на ремонт. Таким образом, важность ремонтопригодности определяется простоями, связанными с обнаружением отказов и проведением ремонта, что в свою очередь ведет к недовыпуску продукции и значительным убыткам.
4. Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и (или) транспортирования, т.е. здесь речь идет о сохраняемости значений показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности. Сохраняемость характеризует способность объекта противостоять отрицательному влиянию условий хранения и транспортирования (дождь, снег, пыль).
Продолжительность хранения и транспортировки иногда не оказывает заметного влияния на поведение объекта во время нахождения в этих режимах, но при последующей работе их свойства могут быть значительно ниже, чем аналогичные свойства объектов, не находящихся на хранении и не подлежащих транспортировке. Например, после продолжительного хранения аккумуляторных батарей их наработка до отказа существенно снижается. Сохраняемость данных объектов обычно характеризуется таким сроком хранения в определенных условиях, в течение которого снижение средней наработки до отказа, обусловленное хранением, находится в допустимых пределах.
Вследствие воздействия внешней среды на незащищенные составные части машин во время хранения, сокращаются сроки их службы, увеличиваются затраты на ремонт.
Коррозионное поражение во время хранения – это, например, одна из главных причин выбраковки втулочно-роликовых цепей (23% – передающие звенья, транспортеры). Кроме того, эксплуатационные испытания вту-лочно-роликовых цепей показали, что условия хранения оказывают влияние на их износ.
При хранении в сыром неотапливаемом помещении резиновых манжет в течение 3, 4 и 5 лет их ресурс, соответственно, снижается до 70, 30 и 3% по сравнению с новыми манжетами. Более 40% клиновых ремней выбраковывают из-за расслоения и трещин, возникающих вследствие неправильного хранения.
Ресурс резинотехнических изделий снижается и при хранении в сухих отапливаемых помещениях, так как естественный процесс старения можно только замедлить, но предотвратить полностью нельзя.
Ресурс клиновых ремней уменьшается вследствие снижения механической прочности, модуля упругости и прочности связи между элементами конструкции клиновых ремней. Физико-механические свойства клиновых ремней минимально снижаются при их хранении в сухих отапливаемых помещениях при температуре 18-23°С и относительной влажности воздуха 55- 70%.
Свойство сохраняемости имеет особое значение для нового поколения машин и оборудования лесного комплекса, имеющего в своем составе системы программного управления, микропроцессорную технику, следящие системы, сложные пневматические и гидравлические устройства, для которых должны выполняться особые условия и правила хранения и транспортировки.
Источник