Надежность изделий рэс

1. Основные положения.

Важнейшей технической характеристикой качества является надёжность. Слово надёжность в русском языке связано с понятием надежды – надежды на длительную и безотказную пригодность к эксплуатации или, в широком смысле, к потреблению. В самом понятии надёжности заключается элемент некоторой неуверенности и неопределённости. И не случайно надёжность как свойство изделий оценивается вероятными характеристиками, основанными на статистической обработке экспериментальных данных. Однако вероятностные характеристики надёжности в настоящее время вполне определено и достаточно хорошо оценивают надёжность работы приборов и других технических изделий [26].

По мере технического прогресса происходит усложнение изделий приборостроения. Основное противоречие в развитии современной техники заключается в том, что если не предпринимать необходимые меры по повышению надёжности, то чем сложнее, быстродейственнее и точнее работа техники, тем менее она надёжна. Отсюда следует, что решение проблемы надёжности является не только важной технической, но и большой экономической задачей.

Сложность получения количественной оценки надёжности исследуемого изделия состоит в том, что это свойство изделий относится к их будущему существованию, т.е. оно «развёрнуто во времени» предстоящей эксплуатации, условия которой разнообразны и мало предсказуемые. Иначе говоря, характеристики надёжности носят по отношению к каждому конкретному изделию прогнозный характер.

2. Основные термины и определения характеристик надежности.

Основные понятия, термины и их определения, характеризующие надёжность техники и, в частности, изделий приборостроения, даны в ГОСТ 27.002-89.

Надёжность – свойство изделия сохранять в установленных пределах времени значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения, транспортировки и других действий.

Характеристики надёжности выражают качественную сторону следующих объектов:

изделие – единица промышленной продукции, количество которой может измеряться в штуках (экземплярах). К изделиям допускается относить завершённые и незавершённые предметы производства, в том числе заготовки;

элемент – составная часть изделия;

система – совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.

Понятия «элемент» и «система» могут взаимно трансформироваться в зависимости от постановленной задачи. Например, станок, с точки зрения надёжности, можно рассматривать как систему, состоящую из отдельны элементов – узлов, механизмов, деталей и т.д. , но станок, установленный в автоматической линии, на которую заданы требования по надёжности, рассматривается уже как элемент.

Надёжность изделия – это комплексное свойство, которое в зависимости от назначения и условий эксплуатации может включать: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость, устойчивость работы, режимную управляемость, живучесть и т.п. Однако чаще всего при оценке качества технических изделий определяют значения таких единичных показателей свойств, как безопасность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

В зависимости от вида изделия, его назначения и условий эксплуатации надёжность может оцениваться только частью основных свойств надёжности (см. ГОСТ 27.003-90). Если, например, изделие невосстанавливаемое, то для него в комплекс свойств надёжности не входит ремонтопригодность.

Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени или наработки в определённых условиях эксплуатации.

Работоспособное состояние – состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя при этом допустимые значения всех основных параметров, установленных нормативно – технической документацией (НТД) и (или) проектно – конструкционной документацией.

Исправное состояние – состояние, при котором изделие соответствует всем требованиям нормативно – технической документации.

Долговечность – свойство изделия сохранять во времени работоспособность, с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта, до его предельного состояния, оговоренного технической документацией. Долговечность обусловлена наступлением таких событий, как повреждение или отказ.

Повреждение – событие, заключающееся в нарушение исправности изделия.

Неисправное состояние – состояние, при котором изделие не удовлетворяет хотя бы одному из требований нормативно – технической и (или) проектно-конструкторской документации. Неисправное изделие может быть работоспособным. Например, снижение плотности электролита в аккумуляторных батареях, повреждение облицовки автомобиля означают неисправное состояние, но такой автомобиль работоспособен. Неработоспособное изделие является одновременно и неисправным.

Отказ – событие, в результате которого полная или частичная утрата работоспособности изделия. Отказы классифицируют по причинам возникновения, по характеру возникновения и по характеру проявления, а также по возможности и сложности устранения.

Причинами возникновения отказов могут быть:

конструктивные ошибки и недостатки: недостаточная прочность отдельных элементов или конструкции; неудачная компоновка узлов; не технологичность конструкции, относящаяся к выполнению заготовок, механической и термической обработке, сборке и разборке; недостаточная защищенность конструкции от попадания влаги, пыли, от разогрева; назначение материала, не соответствующего условиям работы отдельных деталей; неудобство обслуживания и др.;

производственные недостатки в изготовлении – скрытые дефекты (раковины, рыхлости, мелкие трещины, инородные включения, неоднородность материала ); некондиционные материалы; нарушения технологии изготовления и сборки и др, ;

неправильная эксплуатация и техническое обслуживание- невыполнение эксплуатационных инструкций, несоблюдение правил технического обслуживания из-за низкой квалификации обслуживающего персонала; неисправности вспомогательных механизмов и т.д.;

внешние факторы - повышенная или низкая температура, повышенная влажность, повышенное или пониженное атмосферное давление, загрязненность воздуха и др.;

некачественный ремонт – несоответствие материала, технологии изготовления (методов, режимов, точности и качества обработки ) и сборки первоначальным условиям изготовления, плохой контроль за проведением ремонта.

По характеру возникновения отказы могут быть:

- внезапными, которые заранее предусмотреть бывает нельзя;

- постепенными, когда приводящие к отказу условия, накапливаются постепенно ( износ, перегрев, усталостные явления, старение, деформации );

- периодическими, повторяющимися через некоторые промежутки времени, по мере накопления условий, приводящих к отказу; после восстановления нормальных условий (температура, давление и др. ) система самовосстанавливается и продолжает функционировать.

Проявления отказов могут быть явными, скрытыми, независимыми и зависимыми.

Независимым отказом называется такой, который не вызван отказом других элементов системы.

Отказ какого-либо элемента системы, произошедший в результате отказа других ее элементов, является зависимым.Отказ может быть также случайным или явно закономерным. В теории надежности отказ обычно рассматривается как событие независимое, случайное.

В зависимости от сложности устранения различают отказы: устраняемые в порядке технического обслуживания и устраняемые при среднем и капитальном ремонте. В зависимости от места устранения различают отказы, не устраняемые в эксплуатационных условиях и устраняемые в стационарных условиях. Так как долговечность характеризует продолжительность работы изделий по суммарной наработке, прерываемой периодами для восстановления его работоспособности в плановых и неплановых ремонтах и техническом обслуживании, то основным мерилом долговечности является наработка и, в частности, технический ресурс.

Наработка- продолжительность ( измеряемая, например, в часах или циклах ) или объем работы изделия ( измеряемый, например, в тоннах, километрах, кубометрах и т. п. единицах ).

Ресурс – суммарная наработка изделия от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Предельное состояние – состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима по требованиям безопасности или нецелесообразна по экономическим причинам, либо когда восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно из-за неустранимого снижения эффективности. Предельное состояние наступает в результате исчерпания ресурса или в аварийной ситуации.

Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации изделий или ее возобновления после ремонта от начала ее применения до наступления предельного состояния.

Неработоспособное состояние – состояние изделия, при котором оно не способно выполнять хотя бы одну из заданных функций.

Перевод изделия из неисправного или неработоспособного состояния в исправное или работоспособное состояние происходит в результате восстановления.

Восстановление – процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) изделия с целью восстановления его работоспособности ( устранения неисправности ).

По способности к восстановлению изделия подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Восстанавливаемое изделие – изделие, работоспособность которого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации.

Невосстанавливаемое изделие – изделие, работоспособность которого в случае возникновения отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации.

Основным способом восстановления работоспособности является ремонт. В зависимости от того , предусмотрены или нет операции ремонта, изделия подразделяются на ремонтируемые и неремонтируемые.

Ремонтируемое изделие – это изделие, ремонт которого возможен и предусмотрен нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документациями.

Неремонтируемое изделие – это изделие, ремонт которого невозможен или не предусмотрен нормативно-технической, проектно-конструкторской и эксплуатационно-ремонтной документациями.

Большинство изделий машиностроения относятся к ремонтируемым. К неремонтируемым могут быть отнесены, например, подшипники, шпонки, шестерни, ремни Рукава высокого давления, манжеты, уплотнения и другие изделия машиностроения.

Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путём обнаружения и устранения дефекта и неисправности технической диагностики, обслуживанием и ремонтом. Это свойство обусловлено в основном компоновочным решением изделия.

Используют такие показатели ремонтопригодности: среднее время восстановления, вероятность восстановления, коэффициент ремонтосложности и другие.

Время восстановления – основной показатель ремонтопригодности, характеризующий календарную продолжительность операций по восстановлению работоспособного состояния изделия или продолжительность профилактических операций по техническому обслуживанию.

Сохраняемость – свойство изделий непрерывно сохранять значения установленных показателей его качества в заданных пределах в течение длительного хранения и транспортирования.

Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования изделия в заданных условиях, в течение и после которых сохраняются исправность, а также значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в пределах, установленных нормативно-технической документацией на данный объект.

Безотказность как одна из важнейших составляющих надёжности, характеризуется закономерностями восстановления отказов, а ремонтопригодность – закономерностями их предупреждения и устранения. Долговечность определяется интенсивностью и продолжительностью действия этих закономерностей, их постоянными изменениями в в допустимых пределах на протяжении всего срока службы.

Надёжность постоянно изменяется в процессе эксплуатации технического изделия и при этом характеризует его состояния. Схема изменения состояний эксплуатируемого изделия приведена на рис. 7.1.

Для количественной характеристики каждого из свойств надёжности изделия служат такие единичные показатели, как наработка до отказа и на отказ, наработка между отказами, ресурс, срок службы, срок сохраняемости, время восстановления. Значения этих величин получают по данным испытаний или эксплуатации.

Комплексные показатели надёжности, такие как коэффициент готовности, коэффициент технического использования и коэффициент оперативной готовности, вычисляются по данным единичных показателей. Номенклатура показателей надёжности приведена в табл. 1.

Рис.1. Схема состояния изделия.

Таблица 1.

По способу получения численных значений различают показатели: расчётные; экспериментальные, определяемые по данным испытаний; эксплуатационные (получаемые при эксплуатации); экстраполированные (найденные на основании расчётов, испытаний и (или) эксплуатационных данных путём экстраполирования на другую продолжительность эксплуатации или другие условия эксплуатации).

Многие характеристики надёжности изделия отображают случайные события, связанные с непредусмотренными отказами при его эксплуатации. Поэтому соответствующие численные характеристики надежности имеют вероятную сущность, а это значит, что основаны статистике и математической теории вероятностей.

Исходным понятием теории вероятностей является событие, в результате которого изделие изменяет своё качественное состояние. В теории надёжности таким событием является отказ.

Событие, обязательно наблюдаемое в эксперименте, называется достоверным. Событие является невозможным, если оно не может произойти в данном эксперименте.

Всякое событие или есть, или его нет. Состоянию А до события можно противопоставить состояние В после события. Состояние А противоположно состоянию В и наблюдается тогда, когда нет события, переводящего изделие из состояния А в состояние В.

Вероятность события и, следовательно, состояний А и В характеризуется числом, которое тем больше, чем более возможно это событие – отказ. Если вероятность события, происходящего в эксперименте, оценить единицей, а невозможность его оценивать нулевой вероятностью, то вероятность иного события до того, как оно становится реальностью, имеет значение меньше единицы. Из сказанного следует, что сума вероятности (вероятность обозначают буквой Р) события А, т.е. РА, и вероятности события В, т.е. РВ, как событий несовместимых, равна единице или РА = 1 - РВ

По целям использования показатели надёжности подразделяют на нормируемые и оценочные.

Нормируемым значением показателя надёжности является то значение, которое регламентировано (задано) нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документацией.

Оценочным является фактическое значение показателя надёжности опытных образцов или серийной продукции, получаемое по результатам испытаний или эксплуатации.

Итак, надёжность любых технических изделий (в том числе, и машин) количественно может оцениваться набором показателей безотказности функционирования (работы), долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.