59. Надежность и техническое обслуживание электротехнических изделий

Надежностью называется свойство электротехнических изделий выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в установленных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Надежность – сложное свойство, включающее в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохранность объекта или технического устройства.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их возможных последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Работоспособность – состояние объекта выполнять определенные функции, сохраняя заданные параметры в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

Наработка – продолжительность или объем работы объекта в промежутке межу двумя смежными отказами.

Ресурс – наработка объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего или капитального ремонта до наступления предельного состояния.

Срок службы– календарная продолжительность эксплуатации объекта от ее начала или возобновления после среднего или капитального ремонта до наступления предельного состояния.

Показатель надежности – количественная оценка одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.

Появление отказов в технических устройствах носит случайный характер, и поэтому показатели надежности являются статистическими величинами, определяемыми на основе правил математической статистики и теории вероятностей. К числу наиболее широко применяемых показателей надежности относятся: вероятность безотказной работы P(t), частота отказов a(t), наработка на отказ Т_о, средняя наработка на отказ Т_о,ср., интенсивность отказов λ(t), параметр потока отказов ω(t), коэффициент готовности К_г, коэффициент использования К_и, коэффициент простоя К_п.

Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ устройства не возникнет. Другими словами, это вероятность того, что время исправной работы устройства в интервале времени (0,t) больше некоторого заданного времени Т_о . По статистическим данным об отказах вероятность безотказной работы оценивают выражением, где– статистическая оценка вероятности безотказной работы,– число устройств (объектов) в начале испытаний,– число отказавших устройств (объектов) за времяt. При больших значениях статистическая оценкапрактически совпадает с вероятностью.

При определении показателей надежности вместо терминов «техническое устройство» или «объект» удобнее использовать понятие элемента как составной части системы или сложного устройства.

Вероятность отказа – вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени произойдет хотя бы один отказ. Вероятность отказа можно представить как вероятность того, что время исправной работы элемента примет значение, не большее заданного времени t. Поскольку отказ и безотказная работа элемента являются событиями противоположными, то можно записать . Статистическая оценка вероятности отказа.

Частота отказов – отношение числа отказавших элементов в единицу времени к первоначальному числу испытываемых элементов , где– число отказавших элементов в интервале,– число испытываемых элементов. Этот показатель есть плотность вероятности отказов по времени, откуда.

Средняя наработка на отказ – математическое ожидание времени работы элемента до первого отказа . По статистическим данным об отказах средняя наработка определяется формулой, где– время безотказной работыi–го элемента из n испытываемых элементов.

Интенсивность отказов – отношение числа отказов в единицу времени к числу элементов, оставшихся исправными к началу рассматриваемого промежутка времени. При этом отказавшие элементы не заменяют. Согласно определению , где– число отказов за промежуток времени,– начальное число элементов,– общее число отказавших элементов к началу рассматриваемого промежутка времени. Если интенсивность отказов выразить как, откуда вероятность безотказной работы. Обычно интенсивность отказов меняется во времени. При экспоненциальном законе распределения времени безотказной работы интенсивность отказов постоянна по времени и равна параметру потока отказов.

Это положение имеет большое значение при ориентировочных расчетах надежности систем по опытным данным о надежности типовых элементов. Такие данные содержат либо усредненные значения интенсивности отказов типовых элементов, определенные заводскими испытаниями, либо значения параметров потока отказов, взятые из опыта эксплуатации восстанавливаемой аппаратуры. В том и другом случае ими можно пользоваться при расчетах, если принято допущение об экспоненциальном законе распределения времени безотказной работы. Вспомним, что закон (рис.6) характеризует снижение такого времени с ростом срока эксплуатации из-за старения элементов.

Рассмотренные выше показатели надежности используют для оценки надежности невосстанавливаемых изделий или восстанавливаемых, но тогда только до первого отказа. Ниже рассматриваются критерии надежности для восстанавливаемых элементов.

Параметр потока отказов – отношение числа отказавших в единицу времени элементовк общему числу однотипных испытываемых элементовпри условии, что отказавшие изделия заменяются новыми, т.е. число испытываемых изделий в партии сохраняется одинаковым на протяжении всего испытания. Условие замены отказавших элементов при испытаниях отражает реальный процесс эксплуатации технических устройств длительного использования, когда взамен отказавших элементов ставятся новые и устройство продолжает работать.

Наработка на отказ – среднее значение времени между соседними отказами , где– время безотказной работы элемента между (i-1)–м и i–м отказами, – число отказов за некоторое время t.

Коэффициент использования – отношение времени исправной работы технического устройства к сумме времени работы и вынужденных простоев за один и тот же календарный срок , где– время исправной работы между (i-1)–й и i–й остановками, – время вынужденного простоя послеi–й остановки, – число перерывов в работе за выбранный календарный срок, включая отказы и остановки для проведения профилактики.показывает, какую долю общего времени работы и простоя устройство находится в исправном, готовом к применению состоянии.

Коэффициент готовности – отношение времени безотказной работы к сумме времени безотказной работы и вынужденных простоев из-за отказов , где– время исправной работы между (i-1)–м и i–м отказами, – время восстановленияi–го отказа, – число отказов за рассматриваемый период.отличается оттем, что при его определении учитывают не все время вынужденных простоев, а только часть, затрачиваемую на обнаружение и устранение отказов, т.е. время простоя при техническом обслуживании исключается.

Коэффициент простоя – отношение суммарного времени вынужденного простоя к сумме времени исправной работы и вынужденных простоев .