Какими свойствами характеризуется надежность
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
Основные понятия надежности
Понятия надежности, а также методы прогнозирования, оценки, нормирования и обеспечения надежности применимы клюбым техническим системам, в том числе к строительным машинам, механическому оборудованию и механизмам. Строительные машины и оборудование целиком или в основной части представляют собой механические системы.
Термин «объект» является общим наименованием изделия: строительной машины, оборудования и механизма. Объект, предназначенный для самостоятельного выполнения заданных функций, называется системой. Следовательно, можно рассматривать определение надежности для строительной техники как комплексное свойство. При необходимости в понятие объект может быть включена информация или ее носитель, а также человеческий фактор, например, в понятие объект может входить система строительная машина — оператор.
Остановимся на некоторых свойствах объекта:
• Надежность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения, ремонта и транспортирования [ 14).
Строительные машины и механическое оборудование являются сложными техническими системами, и под их надежностью следует понимать комплексное свойство, включающее безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Каждое из свойств в конкретных условиях эксплуатации имеет важное значение, оно определяет возможность строительной машины, оборудования и механизмов удовлетворять предъявляемым требованиям в соответствии с их назначением.
- • Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Это свойство обычно применяют к использованию объекта по назначению. Данное свойство важно для оборудования, отказ в работе которого связан с опасностью для жизни людей или с перерывами в работе большого комплекса машин и оборудования.
- • Долговечность — свойство объекта длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Очевидно, что для невосстанавливаемых изделий понятия долговечности и безотказности совпадают.
- • Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения технического обслуживания и ремонта.
Долговечность и ремонтопригодность являются определяющими свойствами уровня надежности СМиО [42]. Важность свойства ремонтопригодности машин определяется огромными затратами на ремонт. Ремонтопригодность определяет доступность, контролепригодность, легкосъемность, взаимозаменяемость, унификацию и количество смазываемых точек.
В документации наряду с термином «ремонтопригодность» в узком смысле применяют термины «обслуживаемость», «контролируемость», «диагностируемость» и «эксплуатационная технологичность». При хранении и транспортировании технические объекты подвергаются неблагоприятным воздействиям температуры, вибрациям и другим воздействиям. В результате после хранения объект может оказаться неработоспособным и даже достичь предельного состояния.
• Сохраняемость — свойство объекта непрерывно сохранять безотказность, долговечность и ремонтопригодность в течение и после хранения и транспортирования. Практическая роль свойства велика для машин и оборудования сезонного использования. Наиболее эффективные методы повышения сохраняемости: консервация, применение защитных специальных покрытий, профилактические мероприятия.
В идеальных условиях объект полностью сохраняет работоспособное состояние, а в реальных происходит ухудшение параметров. Поэтому в зависимости от условий и режимов применения объекта требования к сохраняемости бывают разные.
• Безопасность — свойство объекта при изготовлении и эксплуатации не создавать угрозу для населения и окружающей среды.
Это свойство обычно не включают в понятие надежности, но при некоторых условиях безопасность очень тесно переплетается с понятием надежности.
В зависимости от назначения объекта различные свойства надежности имеют большее или меньшее значение. Для неремонги- руемых объектов основным свойством является безотказность, а для ремонтируемых — свойство ремонтопригодности.
Для технических объектов, которые являются источниками опасности, основным является понятие безопасности.
Источник
2. Классификация систем в зависимости от возможности корректировки их свойств в
процессе функционирования.
3. Характеристики всех аспектов надежности системы:
– показатели безотказности;
– показатели долговечности;
– показатели сохраняемости;
– показатели ремонтоспособности.
Для характеристики свойств надежности используют определенные показатели, базовыми из которых являются наработка, ресурс, срок службы, срок сохраняемости.
Наработка характеризует продолжительность или объем работы системы (измеряется в часах, числе циклов, километрах).
Ресурс – суммарная наработка, исчисляемая от начала эксплуатации системы или ее возобновление после ремонта до перехода в предельное состояние.
Срок службы исчисляется так же, как и ресурс. Отличие состоит в том, что срок службы измеряется в единицах календарной продолжительности.
Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения или транспортировки объекта, в течение и после которой значения показателей надежности сохраняется в установленных пределах.
Базовые показатели не могут полностью характеризовать различных по своему назначению систем. Их перечень должен быть дополнен в соответствии с видами систем. Классификация видов систем в зависимости от возможности корректировки их свойств в процессе функционирования приведен на рис. 1.5.
Рис. 1.5.
Для определения названных видов систем необходимо дать понятие мероприятий, с помощью которых корректируются свойства систем, а именно: ремонта и технического обслуживания.
Техническое обслуживание – предупредительное мероприятие, проводимое по плану и включающее в себя контрольно-диагностические, крепежные, заправочные, регулировочные, моечные, уборочные и некоторые другие работы. Характерной особенностью ТО является выполнение этих работ как правило без разборки узлов и механизмов системы.
Ремонт – операция по восстановлению и поддержанию работоспособности системы, устранения неисправностей, возникающих при работе и выявленных при Т.О.
В зависимости от того, предусмотрены нормативно-технической и конструкторской документацией для данной системы операции ТО, системы подразделяются на обслуживаемые и необслуживаемые.
В зависимости от того, предусмотрены соответствующей документацией операции ремонта, системы подразделяют на ремонтируемые и неремонтируемые.
В зависимости от того возможно или невозможно у данной системы восстановление работоспособного состояния в рассматриваемой ситуации системы подразделяют на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.
Приведенные определения очевидны, но требуют единственного пояснения, устанавливающего связь между понятиями “ремонтируемой” и “восстанавливаемой” системы: в зависимости от ситуации ремонтируемая система может быть восстанавливаемой (например, ремонт при наличии соответствующего оборудования) и невосстанавливаемой.
Из определения систем следует, что для одного типа систем важнейшими являются характеристики, определяющие один свойства надежности, а для другого типа систем – другие. Так. для необслуживаемых и неремонтируемых систем важнейшими являются характеристики безотказности и их показатели, а для обслуживаемых и ремонтируемых – не только показатели, характеризующие безотказность, а в основном показатели долговечности.
Таблица показателей, использующихся для качественной характеристики свойств надежности, имеет следующий вид.
Дадим определения и поясним сущность перечисленных показателей, характеризующих свойства надежности.
Характеристики безотказности
Вероятность безотказной работы ()– вероятность того, что при определенных режимах эксплуатации системы на заданном отрезке времени (t), отказ не возникает. Статистическую оценку вероятности безотказной работы получают, обработав результаты испытаний на надежность больших выборок.
, (1.1)
где – общее число объектов в выборке;
– число объектов, отказавших к моменту времени – t.
Вероятность безотказной работы называют также функцией надежности, а ее дополнение до 1, т.е. – функцией риска.
Гамма-процентная наработка до отказа определяет интервал времени , в котором обеспечивается безотказная работа системы с вероятностью g. Увеличение вероятности g приводит к уменьшению значения .
Интенсивность отказов определяется как вероятность отказа невосстанавливаемой системы в единицу времени после данного момента времени при условии, что до этого момента времени отказ не возникал:
.
Статистическая оценка интенсивности отказов определена зависимостью:
; (1.2)
где: – число отказавших объектов в выборке в интервале времени от до ;
– интервал времени;
– среднее число исправно работающих объектов в интервале .
;
где и – число исправно работающих объектов в начале и конце интервала , соответственно.
Рассмотренные показатели характеризуют безотказность системы в простейшем случае – эксплуатации до первого отказа. Но свойство безотказности характеризует в определенной мере и надежность восстанавливаемых систем, при эксплуатации которых допустимы многократно повторяющиеся отказы. Эти отказы не должны приводить к серьезным последствиям и требовать значительных затрат на восстановление работоспособности.
Важным показателем безотказности восстанавливаемых систем служит параметр потока отказов – отношение математического ожидания числа отказов системы за достаточно малую наработку к значению этой наработки:
; (1.3)
где – число отказов, наступивших от начального момента времени до достижения наработки t.
Статистическая оценка параметра потока отказов для наиболее простого – стационарного потока определяется зависимостью:
.
Еще одним показателем безотказности восстанавливаемых систем служит наработка на отказ – среднее значение наработки восстанавливаемой системы между отказами (Т).
Статистическая оценка определится:
(1.4)
Приведенные характеристики безотказности невосстанавливаемых систем , , тесно связаны между собой, причем значение или позволяет вычислить значения остальных.
Вероятность безотказной работы , как количественная характеристика определенного аспекта надежности обладает следующими достоинствами:
¾ характеризует изменение надежности во времени;
¾ охватывает большинство факторов, существенно влияющих на надежность системы, а поэтому достаточно полно характеризуют надежность;
¾ сравнительно просто может быть получена расчетным путем, что позволяет во-многом решить проблему надежности на этапе проектирования;
¾ является удобной характеристикой надежности, как простейших элементов, так и сложных систем.
Указанные достоинства явились причиной широкого практического распространения этой характеристики.
Однако имеет ряд недостатков, в числе которых тот, что является достаточно полной характеристикой только для невосстанавливаемых систем.
Интенсивность отказов , сохраняя достоинства позволяет выделить характерные участки работы системы (рис. 1.6), что делает возможным правильную организацию процесса эксплуатации системы.
Рис. 1.6
Интенсивность отказов – наиболее удобная характеристика для систем разового применения.
Характеристики долговечности
Ресурс – это величина, характеризующая запас возможной наработки системы. Более точно, ресурс – сумма интервалов безотказной работы системы до разрушения или другого предельного состояния.
Гамма – процентный ресурс (или гарантированный ресурс) – ресурс, которым обладают не менее, чем g – процентов эксплуатируемых систем, где g – гарантированная вероятность
Единицы для измерения ресурса выбираются к каждой отрасли и к каждому классу систем. Так для самолетов и авиационных двигателей мерой ресурса служит налет в часах, для автомобилей – пробег в километрах и т.п.
Срок службы – понятие тесно связанное с ресурсом и определяемое, как календарная продолжительность эксплуатации объекта до перехода его предельное состояние и измеряемое в единицах времени. Связь между гамма-процентным ресурсом и гамма-процентным сроком службы аналогична.
Характеристика сохраняемости
Срок сохраняемости определяется как календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение и после которой значения показателей надежности сохраняются в установленных пределах.
Гамма-процентный срок сохраняемости – срок сохраняемости, которым обладают не менее чем g – процентов эксплуатируемых систем.
Характеристики ремонтопригодности
Время восстановления определяется календарной продолжительностью операций по восстановлению работоспособного состояния системы или продолжительностью операций по техническому обслуживанию и ремонту.
Характеристики комплексные
Коэффициент технического использования – отношение ресурса системы к сумме ресурса и времени восстановления работоспособности.
Коэффициент готовности – отношение продолжительности безотказной работы системы за заданный период эксплуатации к сумме этой продолжительности и продолжительности ремонтов за тот же период эксплуатации.
Источник