Какие свойства надежности оценивает коэффициент готовности

К основным показателям готовности объекта относят:

• мгновенный, средний и стационарный коэффициенты готовности;
• мгновенный, средний и стационарный коэффициенты неготовности;
• коэффициент технического использования;
• коэффициент оперативной готовности;
• коэффициент сохранения эффективности.

Коэффициент готовности – вероятность того, что изделие в данный момент времени находится в работоспособном состоянии, определенная в соответствии с проектом при заданных условиях функционирования и технического обслуживания. Еще одно определение коэффициента готовности: это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается.

Эксплуатационный коэффициент готовности – вероятность того, что изделие в данный момент времени находится в работоспособном состоянии, определенная из опыта при фактических условиях функционирования и технического обслуживания.

Мгновенный коэффициент готовности KT(t) или A(t) – вероятность того, что изделие в данный момент времени находится в работоспособном состоянии.

Мгновенный коэффициент неготовности KHT(t) или U[t) – вероятность того, что изделие в данный момент времени находится в неработоспособном состоянии при условии, что необходимые внешние ресурсы предоставлены.

Средний коэффициент готовности КГ[tv ?2) или Л(^,г2) – среднее значение мгновенного коэффициента готовности на интервале времени (/1?^2)-

Средний коэффициент неготовности Knr(tl,t2) или U{tx,t2) – среднее значение мгновенного коэффициента неготовности на интервале времени (tv ?2). •

Стационарный коэффициент готовности КГ или А – предел мгновенной готовности, когда время стремится к бесконечности. При определенных условиях стационарный коэффициент готовности может быть выражен как отношение средней продолжительности работоспособного состояния к сумме средней продолжительности работоспособного состояния и средней продолжительности неработоспособного состояния по внутренней причине.

Стационарный коэффициент неготовности К^Г или U- предел

мгновенной неготовности, когда время стремится к бесконечности.

Средняя продолжительность работоспособного состояния – математическое ожидание продолжительности работоспособного состояния.

Средняя продолжительность неработоспособного состояния –

математическое ожидание продолжительности неработоспособного состояния.

Коэффициент технического использования КТ и – доля времени

нахождения изделия в работоспособном состоянии относительно общей продолжительности эксплуатации в заданном интервале времени, включая все виды технического обслуживания. Еще одно определение коэффициента технического использования: это 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 простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом за тот же период.

Коэффициент оперативной готовности – вероятность того, что изделие в данный момент времени находится в работоспособном состоянии и, начиная с этого момента, выполнит требуемую функцию при данных условиях в интервале (^,?2). Еще одно определение коэффициента оперативной готовности: это 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.

Коэффициент оперативной готовности при определенных условиях представляет собой произведение коэффициента готовности и вероятности безотказной работы.

Коэффициент сохранения эффективности – отношение значения показателя эффективности применения изделия за определенный период эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы изделия в течение этого периода не произойдут.

Источник

Показатели надежности вводятся для количественной оценки (характеристики) одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта. Под номенклатурой показателей надежности понимают состав показателей, необходимый и достаточный для характеристики объекта или решения поставленной задачи. Полный состав номенклатуры показателей надежности, из которой выбираются показатели для конкретного объекта и решаемой задачи, установлен ГОСТом.

Так как показатель надежности есть количественная характеристика, а ранее отмечалось, что в надежности широко применяются методы теории вероятности и математической статистики, то этим характеристикам принято давать вероятностное и статистическое толкование. Вероятностное определение показателей надежности удобно при теоретическом анализе, а статистическое при их определении из эксперимента.

Показатели надежности принято классифицировать по следующим признакам:

1 Свойства надежности:

– безотказность;

– долговечность;

– ремонтопригодность;

– сохраняемость.

2 Число свойств надежности, характеризуемых показателем:

– единичные показатели (характеризуют одно из свойств надежности);

– комплексные показатели (характеризуют одновременно несколько свойств надежности).

3 Число характеризуемых объектов:

– групповые показатели;

– индивидуальные показатели;

– смешанные показатели.

Групповые показатели – показатели, которые могут быть определены и установлены только для совокупности объектов; уровень надежности отдельного экземпляра объекта они не регламентируют.

Индивидуальные показатели– показатели, устанавливающие норму надежности для каждого экземпляра объекта из рассматриваемой совокупности (или единичного объекта).

Смешанные показателимогут выступать как групповые или индивидуальные.

4 Источник информации для оценки уровня показателя:

– расчетные показатели;

– экспериментальные показатели;

– эксплуатационные показатели;

– экстраполированные показатели.

Экстраполированный показатель надежности– показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется на основании результатов расчетов, испытаний и (или) эксплуатационных данных путем экстраполирования на другую продолжительность эксплуатации и другие условия эксплуатации.

5 Размерность показателя различают показатели, выражаемые:

– наработкой;

– сроком службы;

– безразмерные (в том числе, вероятности событий).

Приведем показатели по свойствам надежности.

1 Единичные показатели надёжности.

Показатели безотказности

· вероятность безотказной работы;

· средняя наработка до отказа;

· средняя наработка на отказ;

· гамма-процентная наработка до отказа;

· интенсивность отказов;

· параметр потока отказов;

· средняя доля безотказной наработки;

· плотность распределения времени безотказной работы;

Показатели долговечности

· средний ресурс;

· гамма-процентный ресурс;

· назначенный ресурс;

· средний срок службы;

· гамма-процентный срок службы;

· назначенный срок службы.

Показатели ремонтопригодности

· Вероятность восстановления работоспособного состояния

· Среднее время восстановления работоспособного состояния

· Интенсивность восстановления

Показатели сохраняемости

· Средний срок сохраняемости;

· Гамма-процентный срок сохраняемости.

2 Комплексные показатели надёжности:

· коэффициент готовности;

· коэффициент оперативной готовности;

· коэффициент технического использования;

· коэффициент планируемого применения;

· коэффициент сохранения эффективности;

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 интервалов времени, пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, простоев, обусловленных техническим обслуживанием (ТО), и ремонтов за тот же период эксплуатации.

Коэффициент планируемого применения – доля периода эксплуатации, в течение которой объект не должен находиться в плановом техническом обслуживании (ТО) или ремонте.

Основные показатели надежности сведены в следующей таблице.

Единичные показатели	Комплексные показатели
Показатели безотказности	Показатели долговечности	Показатели ремонтопригодности	Показатели сохраняемости
Вероятность безотказной работы	Средний технический ресурс	Вероятность восстановления работоспособности	Средний срок сохраняемости	Коэффициент готовности
Средняя Наработка до отказа	Гамма-процентный ресурс	Среднее время восстановления работоспособности	Гамма-процентный срок сохраняемости	Коэффициент оперативной готовности
Гамма-процентная наработка до отказа	Назначенный ресурс	–	–	Показатели технического использования
Средняя наработка на отказ	Средний срок службы	–	–	–
Интенсивность отказов	Гамма-процентный срок службы	–	–	–
Параметр потока отказов	Назначенный срок службы	–	–	–

Определения и характеристики показатели надежности будут рассмотрены в последующих разделах настоящего курса. В качестве примера, рассмотрим показатели такой составляющей надежности как долговечность.

Технический ресурс – наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до наступления предельного состояния. Строго говоря, технический ресурс может быть регламентирован следующим образом: до среднего или капитального, от капитального до ближайшего среднего ремонта и т.п. Если регламентация отсутствует, то имеется в виду ресурс от начала эксплуатации до достижения предельного состояния после всех видов ремонтов.

Для невосстанавливаемых объектов понятия технического ресурса и наработки до отказа совпадают.

Назначенный ресурс – суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации (в том числе, хранение, ремонт и т. п.) от ее начала до наступления предельного состояния.

На рисунке приведена графическая интерпретация перечисленных показателей, при этом:

t0 = 0 – начало эксплуатации;

t1, t5 – моменты отключения по технологическим причинам;

t2, t4, t6, t8 – моменты включения объекта;

t3, t7 – моменты вывода объекта в ремонт, соответственно, средний и капитальный;

t9 – момент прекращения эксплуатации;

t10 – момент отказа объекта.

Технический ресурс (наработка до отказа)

ТР = t1+ (t3 – t2 ) + (t5 – t4) + (t7 – t6) + (t10 – t8).

Назначенный ресурс

ТН = t1 + (t3 –t2 ) + (t5 – t4 ) + (t7 –t6 ) + (t9 –t8 ).

Срок службы объекта ТС = t10 .

Для большинства объектов электромеханики в качестве критерия долговечности чаще всего используется средний технический ресурс.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается понятие надежности как свойства объекта?

2. Перечислите и дайте определения основных состояний и событий, которыми характеризуется надежность?

3. В чем общность и отличия состояний «исправность» и «работоспособность» объекта?

4. При каких условиях наступает предельное состояние объекта?

5. Какими могут быть объекты по способности к восстановлению работоспособного состояния?

6. Какими могут быть отказы по типу и природе происхождения?

7. Перечислите основные признаки классификации отказов?

8. Перечислите и дайте определение свойств (составляющих) надежности?

9. Дайте определение показателя надежности?

10. Перечислите и поясните показатели долговечности?

Источник

К комплексным показателям надежности относятся коэффициенты:

· Готовности;

· Оперативной готовности;

· Технического использования;

· Сохранения эффективности.

Все комплексные показатели надежности описывают надежность восстанавливаемых объектов.

Коэффициент готовности (КГ) – это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов в течение которых применение по назначению объекта не предусматривается. Различают: стационарный, не стационарный и средний коэффициент готовности.

Рисунок 23

S0 – система используется по назначению;

S1 – система не может использоваться по назначению.

Коэффициент оперативной готовности, Ког(t) – это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени t, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматриваются, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени. <При экспонециальном законе вероятности безотказной работы.>

Лекция 10

Нестационарный коэффициент готовности,kг(t), называемый также функцией готовности – это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии. В заданный момент времени, отсчитываемый от начала работы (или от другого строго определенного момента времени)

При

<Средний коэффициент готовности – это усредненное по времени значение нестационарного коэффициента готовности >

Восстановительные работы могут состоять из работ по техническому обслуживанию работоспособного, хотя и неисправного изделия, и ремонта отказавшего изделия.

Пребывание изделия в этих состояниях учитывается и оценивается с помощью коэффициента технического использования,Кти.Коэффициент технического использования характеризует долю продолжительности нахождения объекта в работоспособном состоянии относительно общей продолжительности эксплуатации.

При т.е. выхода случайного процесса на стационар имеем:

– время между предыдущими и последующими ТО;

– это средняя продолжительность ТО;

Рисунок 24 -Рисунок – изменение состояний восстанавливаемого изделия с ТО.

Оптимальный период времени между предыдущими и последующими ТО, в котором минимизируется величина коэффициента простоя определяется как:

В современных устройствах или изделиях отказ элемента не всегда ведет к отказу изделия, и с этой точки зрения является дефектом. В процессе эксплуатации возникает необходимость выявления дефектов и предотвращения отказов. Эффективность этого процесса можно характеризовать вероятностью отсутствия дефектов в произвольный момент времени при нахождении изделия в рабочем состоянии? (то есть) коэффициентом отсутствия дефектов:

где PK – суммарная вероятность пребывания изделия в подмножестве K состояний, включающем в себя все ситуации, когда в рабочем режиме отсутствуют дефекты.

Коэффициент сохранения эффективности – это отношение значения показателя эффективности использования объекта по назначению за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы объекта в течение того же периода не возникают.

<Коэффициент сохранения эффективности характеризует степень влияния отказов объекта на эффективность его применения по назначению.>

Для каждого конкретного типа объектов содержание понятия эффективности задаются техническим заданием и вводятся в нормативно-техническую и (или) конструкторскую (проектную) документацию.

Источник

Для решения разнообразных задач надежности необходимо в первую очередь установить основные понятия и те показатели, численные значения которых определяют уровень надежности рассматриваемого объекта.

В машиностроении объект рассмотрения обычно называют изделием. В зависимости от поставленной задачи изделием может быть отдельная деталь, механизм, узел, агрегат, машина или система машин.

Основные понятия и показатели надежности изделия связаны с оценкой изменения во времени его работоспособности.

Основные причины, определяющие надежность изделия, связаны, как правило, со случайными явлениями, для описания которых применяется математический аппарат теории вероятностей (Приложение А). Так, отказ – это случайное событие, срок службы или наработка до отказа – случайная величина, а процесс, приводящий к потере работоспособности (например, изнашивание) – случайная функция (случайный процесс). Поэтому и показатели, применяемые для оценки надежности изделия, имеют вероятностную природу.

Для оценки свойств надежности введены показатели надежности, которые подразделяются на единичные и комплексные показатели.

Единичные показатели надежности характеризуют одно из свойств, составляющих надежность объекта. При рассмотрении надежности металлургического оборудования можно выделить три группы показателей: безотказности, долговечности и ремонтопригодности.

А. Показатели безотказности:

–вероятность безотказной работы ;

– вероятность отказа ;

– интенсивность отказов ;

–параметр потока отказов ;

– средняя наработка до отказа T;

–гамма-процентная наработка до отказа, т.е.

это наработка до любого заданного значения γ

(в % вероятности безотказной работы) .

Основным показателем безотказности изделия является вероятность его безотказной работы P(t)– вероятность того, что в заданном интервале времени t = Т (или в пределах заданной наработки) отказа изделия не возникнет. Значение P(t), как всякой вероятности, может находиться в пределах

0 < P(t) < 1.

Например, если вероятность безотказной работы машины в течение Т=1000 часов равняется 0,95, то это означает, что из большого количества машин данной модели в среднем 5% машин потеряют свою работоспособность раньше, чем через 1000 часов работы.

Показатель P(t) применим и для оценки безотказности одного изделия. В этом случае он определяет возможность изделия проработать без отказов заданный период времени. Вероятность безотказной работы и вероятность отказа образуют полную группу событий, поэтому

Значение характеризует степень опасности отказа и чем ниже его значение, тем, при прочих равных условиях, изделие будет работать более надежно. Например, для ответственных изделий авиационной техники допустимые значения вероятности безотказной работы доходят до P(t) = 0,9999 и выше, т.е. практически равны единице. Это соответствует безотказной работе изделия, т.к. вероятность отказа близка к нулю.

Если последствия отказа связаны с незначительными экономическими потерями, допустимое значение P(t) принимается обычно в пределах 0,90…0,99. Значение P(t) для данного изделия можно определить, если известен закон распределения сроков службы (наработки) до отказа, который называют также законом надежности. Закон надежности может быть выражен в дифференциальной (функция плотности вероятности) f(t) и интегральной (функция вероятности безотказной работы) P(t) формах.

Причиной отказа является случайный процесс изменения выходного параметра изделия с течением времени от начального Х0до предельно допустимого значения Xmax. В силу случайности процесса он может протекать с различной интенсивностью, а время достижения предельного состояния, т.е. срок службы (наработка) до отказа проявляется как случайная величина.

Закон распределения может быть выражен аналитически или графически в виде гистограммы, полученной на основании статистических данных.

Если для данного выходного параметра известен закон распределения, то вероятность безотказной работы может быть определена для любого заданного значения t = Т. Численно значения и P(t) соответственно равны площади под кривой распределения f(t) до и после значения t = Т.

Следует иметь в виду, что применение показателя P(t) без указания периода времени t = T, в течение которого рассматривается работа изделия, смысла не имеет, поскольку они связаны зависимостью, и в общем случае любое требуемое значение P(t) можно обеспечить выбором длительности периода Т. Чем ниже требования безотказности, тем большую длительность работы изделия можно допускать.

При этом могут быть два способа выбора показателей безотказности.

1. При высоких требованиях к надежности изделия задаются допустимым значением P(t) = γ% и определяют время работы изделия t = Тg, соответствующее данной регламентированной вероятности безотказной работы. Значение Тgназывается гамма-процентным ресурсом(неслучайная величина) и по его значению судят о большей или меньшей безотказности изделий. При γ = 50 % получим значение среднего ресурса.

2. При обычных требованиях к надежности, если отказ не приводит к тяжелым последствиям, можно задаваться ресурсом изделия t = Тр(или сроком службы t = Тс), например, из условия необходимости проведения плановых ремонтов и технического обслуживания изделия. В этом случае о безотказности изделия судят непосредственно по значению P(t), а Трназывают установленным ресурсом.

Интенсивность отказов (λ-характеристика) – это условная плотность вероятности возникновения отказа изделия, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента времени отказ не возник. Интенсивность отказов в общем случае является функцией времении связана с другими характеристиками закона надежности известными зависимостями.

Б. Показатели долговечности:

– средний ресурс Тр;

– гамма-процентный ресурс Тγр;

– средний срок службы Тс;

– гамма-процентный срок службы Тγс.

Для оценки долговечности машины необходимо рассматривать весь период ее эксплуатации вплоть до прекращения использования по назначению и учитывать мероприятия, проводимые для поддержания ее работоспособности. При этом объектом рассмотрения должна быть машина, а не отдельные узлы и элементы, поскольку методы и стратегия ремонта и технического обслуживания связаны с анализом ее функционирования как единой сложной системы.

При назначении показателей долговечности машины следует учитывать следующее.

1. Продолжительность эксплуатации машины (т.е. ее работа до предельного состояния) определяется ее моральным износом и затратами, связанными с физическим износом, а также требованиями безопасности эксплуатации.

2. Суммарные затраты времени и средств, необходимые для поддержания работоспособного состояния изделия. Эти затраты, как правило, связаны в основном с системой и методами ремонта и технического обслуживания машины.

3. Основанием для проведения ремонтных операций служат изменение выходных параметров машины и опасность отказа ее отдельных узлов и элементов. При этом должна быть оценена вероятность безотказной работы машины в период ее работы между остановками для ремонта и технического обслуживания

В. Показателиремонтопригодности:

– вероятность восстановления ;

– среднее время восстановления Тв;

– средняя трудоемкость восстановления Qв.

Комплексные показатели надежности одновременно характеризуют несколько свойств, составляющих надежность объекта; к ним относятся:

– коэффициент технического использования Кти;

– коэффициент готовности Кг;

– коэффициент оперативной готовности Ког;

Коэффициент технического использования Кти – отношение математического ожидания времени работоспособного состояния оборудования за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий времени работоспособного состояния и всех простоев для ремонтов и технического обслуживания.

Следует отметить, что коэффициент технического использования Ктине будет являться полноценной характеристикой, если рассматривается ограниченный промежуток времени, так как малые затраты на ремонт за это время еще не означают малые суммарные затраты за весь период эксплуатации. Возможен вариант, когда недостаточное внимание к профилактическим работам и техническому обслуживанию в процессе эксплуатации машины (т.е. незначительные затраты на ремонт за рассматриваемый период) приведут к повышенным затратам времени и средств при последующих ремонтах.

Коэффициент технического использования, взятый за период между плановыми ремонтами и техническим обслуживанием, называется коэффициентом готовности, который оценивает непредусмотренные остановки машины и что плановые ремонты и мероприятия по техническому обслуживанию не полностью выполняют свою роль.

Коэффициент готовностиКг – вероятность того, что оборудование окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени кроме периодов, в которых эксплуатация не предусматривается. Он определяется как отношение математических ожиданий времени нахождения в работоспособном состоянии к математическим ожиданиям суммы этого времени и времени внеплановых ремонтов.

Коэффициент оперативной готовностиКог— вероятность того, что оборудование 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.

Классификация показателей.

В зависимости от способа получения показатели подразделяют на расчетные, получаемые по результатам вычислений теоретических моделей, экспериментальные, определяемые по данным испытаний, и эксплуатационные, получаемые по данным эксплуатации.

В зависимости от области использования различают показатели надежности нормативные, регламентированные в нормативно-технической или конструкторской документации, и оценочные, получаемые по результатам испытаний опытных образцов или эксплуатации серийной продукции.

Источник