Показатели надежности восстанавливаемых систем

Лекция 1. Показатели надежности восстанавливаемых систем. План Основные понятия теории надежности Определение надёжности. Работа любой технической системы может характеризоваться её эффективностью (рис. 1.1), под которой понимается совокупность свойств, определяющих способность системы выполнять при её создании определённые задачи. В соответствии с ГОСТ 27.002–89 под надёжностью понимают 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 транспортировки. Можно выделить следующие основные направления развития теории надёжности. 1. Развитие математических основ теории надёжности. Обобщение статистических материалов об отказах и разработка рекомендаций по повышению надёжности объектов вызвали необходимость определять математические закономерности, которым подчиняются отказы, а также разрабатывать методы количественного измерения надёжности и инженерные расчёты её показателей. 2. Развитие методов сбора и обработки статистических данных о надёжности. Обработка статистических материалов в области надёжности потребовала развития существующих методов и привела к накоплению большой статистической информации о надёжности. Возникли статистические характеристики надёжности и закономерности отказов. 3. Развитие физической теории надёжности. Наука о надёжности не могла и не может развиваться без исследования физико-химических процессов. Поэтому большое внимание уделяется изучению физических причин отказов, влиянию старения и прочности материалов на надёжность, разнообразных внешних и внутренних воздействий на работоспособность объектов. Теория надёжности опирается на совокупность различных понятий, определений, терминов и показателей, которые строго регламентируются в государственных стандартах (ГОСТ). В основу перечня положен ГОСТ 27.002–89 "Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения", формулирующий применяемые в науке и технике термины и определения в области надёжности. Объект – техническое изделие определённого целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации. Объектами могут быть различные системы и их элементы, в частности: сооружения, установки, технические изделия, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали. Система – объект, представляющий собой совокупность элементов, связанных между собой определёнными отношениями и взаимодействующих таким образом, чтобы обеспечить выполнение системой некоторой достаточно сложной функции. Признаком системности является структурированность системы, взаимосвязанность составляющих её частей, подчинённость организации всей системы определённой цели. Системы функционируют в пространстве и времени. Элемент системы – объект, представляющий отдельную часть системы. Само понятие элемента условно и относительно, так как любой элемент, в свою очередь, всегда можно рассматривать как совокупность других элементов. Различают следующие состояния объекта. Исправность – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией (НТД). Неисправность – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных НТД. Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров в пределах, установленных НТД. Неработоспособность – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным НТД. Переход объекта в различные состояния: Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправности объекта при сохранении его работоспособности. Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Критерий отказа – отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт отказа. Признаки (критерии) отказов устанавливаются НТД на данный объект. Восстановление – процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) с целью восстановления его работоспособности (исправности). Восстанавливаемый объект – объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях. Невосстанавливаемый объект – объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях. Временные характеристики объекта: Наработка – продолжительность или объём работы объекта. Объект может работать непрерывно или с перерывами. Во втором случае учитывается суммарная наработка. Наработка может измеряться в единицах времени, циклах, единицах выработки и других единицах. Технический ресурс – наработка объекта от начала его эксплуатации до достижения предельного состояния. Обычно указывается, какой именно технический ресурс имеется в виду: до среднего, капитального, от капитального до ближайшего среднего и т.п. Если конкретного указания не содержится, то имеется в виду ресурс от начала эксплуатации до достижения предельного состояния после всех (средних и капитальных) ремонтов, т.е. до списания по техническому состоянию. Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации объекта от её начала или возобновления после капитального или среднего ремонта до наступления предельного состояния. Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта в заданных условиях, в течение и после которой сохраняются значения установленных показателей (в том числе и показателей надёжности) в заданных пределах. Состояние объекта, понятие события и отказа Как и всякое свойство, в общем случае надёжность в процессе эксплуатации изменяется. Уменьшение надёжности ТУ происходит в результате его износа и старения. Тогда можно сказать, что в момент начала эксплуатации ТУ надёжность была максимальной и с течением времени это свойство, несмотря на профилактические мероприятия, уменьшилось настолько, что дальнейшая эксплуатация ТУ стала нецелесообразной. В связи с этим вводятся понятия работоспособности и отказа, которые определяются как состояние ТУ. В соответствии с определением надёжности по ГОСТ 27.002–83 работоспособность можно определить как состояние, при котором ТУ способно выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией (НТД). Понятие работоспособности нельзя путать с понятием исправности. Исправность – это такое состояние ТУ, при котором оно соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Поэтому понятие "исправность" более широкое, чем работоспособность. Действительно, ТУ может быть в неисправном состоянии, но функционировать нормально. Если хотя бы один из заданных параметров ТУ, характеризующих его способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, то это ТУ находится в неработоспособном состоянии. Такое неработоспособное состояние называется отказом и является противоположным по отношению к работоспособному состоянию. Переход ТУ из одного состояния в другое называется событием. Отказ является событием нарушения работоспособности и происходит в результате воздействия на ТУ различных агрессивных факторов, по большей части носящих случайный характер. Таким образом, отказ является случайным событием со всеми особенностями, присущими случайному событию. При переходе объекта в различные состояния могут возникнуть также повреждения – события, заключающиеся, в отличие от отказа, в нарушении исправности объекта при сохранении его работоспособности. Выделяется понятие критерий отказа – отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт отказа. Признаки (критерии) отказов устанавливаются НТД на данный объект. СОСТАВЛЯЮЩИЕ НАДЁЖНОСТИ В соответствии с определением надёжность является сложным свойством. Именно благодаря надёжности ТУ выполняет определённые функции, делая это в течение некоторого срока, с заданным качеством. Это происходит вследствие наличия таких составляющих надёжности, как безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость. Безотказность – это способность ТУ работать без отказа в течение некоторого времени. Долговечность – свойство ТУ сохранять работоспособность с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до предельного состояния, оговоренного в технической документации. Сохраняемость – это свойство ТУ сохранять работоспособность при хранении до начала эксплуатации, в перерывах между периодами эксплуатации и после транспортировки. Ремонтопригодность – свойство конструктивной приспособленности ТУ к выявлению, устранению и предупреждению в них неисправностей. Эта составляющая разделяет все ТУ на восстанавливаемые (ремонтируемые) и невосстанавливаемые (неремонтируемые). К последним относятся такие ТУ, ремонт которых в случае отказа не предусмотрен и не производится. Они составляют достаточно большую часть технических устройств, так как в большинстве случаев являются элементами сложных технических систем. Названные свойства относятся к так называемым единичным показателям надёжности, объединённым в комплексное понятие собственно надёжности. Рассмотрим эти и другие показатели, характеризующие надёжную работу ТУ, относящихся к неремонтируемым, так как эти показатели носят ключевой характер в теории надёжности. Надёжность как качественная характеристика всегда принималась во внимание при решении различных вопросов эксплуатации и технического обслуживания. Количественное определение надёжности появилось с возникновением теории надёжности. Математической платформой теории надёжности являются теория вероятностей и математическая статистика. Действительно, отказы в ТУ происходят случайным образом в неожиданные моменты времени. Это характерно даже для множества однотипных устройств, изготовленных на одном предприятии и поставленных на эксплуатацию в одно и то же время. Несмотря на единый проект, одинаковость технологии производства – каждый из них имеет индивидуальную способность сохранять свои первоначальные качества. Первоначально кажется, что никакой закономерности в появлении отказов нет. Тем не менее, такая закономерность существует. Проявляется она тогда, когда ведётся наблюдение не за одним, а за многими ТУ, находящимися в эксплуатации.