Основы теории надежности и диагностика

Долговечность определяется максимально возможным  техническим ресурсом, при использовании которого расходы на восстановление работоспособности машины остаются в пределах оптимальных размеров - экономически выгодных и технически целесообразных.

Техническим ресурсом называется характерный показатель работы (наработка) за интервал рабочего времени до разрушения или другого предельного состояния машины (например, километры пробега автомашины).

Предельный  ресурс может устанавливаться по условиям безопасности, экономическим  и другим показателям.

Показателем, определяющим долговечность машины, может служить коэффициент технического использования (k_ти), который равен:

k_ти = Т_раб/(Т_раб + lnТ_{рем i}),  (22)

где Т_раб – время работы машины за некоторый период эксплуатации, ч; Т_{рем I} – суммарная продолжительность ремонтов машин за этот же период эксплуатации, ч.

В отличие  от долговечности, характеризующей  ресурс машины, существует показатель срока службы, который учитывает календарную продолжительность ее использования.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.

С позиций  надежности различают следующие  состояния объекта: исправное, неисправное, работоспособное, неработоспособное, предельное.

Исправным называется такое состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации. Если имеет место несоответствие хотя бы одному из требований, то такое состояние называется неисправным.

Признаком неисправного состояния является наличие или  появление технического дефекта или повреждения при эксплуатации.

Если изделие  перешло в состояние, при котором  оно не способно выполнять заданные функции, то такое состояние называется неработоспособным. Переход объекта из работоспособного в неработоспособное состояние происходит при наступлении события, называемого отказом.

Неисправное изделие может быть работоспособным. Например, повреждение окраски автомобиля означает его неисправное состояние, но такой автомобиль работоспособен.

Неработоспособное изделие является одновременно и  неисправным.

Предельным называется состояние объекта, при котором его дельнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. Предельное состояние наступает после исчерпания ресурса. После наступления предельного состояния изделие списывается или направляется в ремонт.

В зависимости  от того, предусмотрены или непредусмотрены  нормативно-технической и (или) конструкторской документацией для данного изделия операции технического обслуживания, изделия подразделяются на обслуживаемые и необслуживаемые, а в зависимости от того, предусмотрены или нет операции ремонта – на рекомендуемые и нерекомендуемые.

В зависимости  от того, возможно или невозможно у  данного изделия восстановление работоспособного состояния в рассматриваемой ситуации и (или) предусмотрено или не предусмотрено такое восстановление в нормативно-технической и (или) конструкторской документации, они подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Одно и то же изделие может быть как восстанавливаемым, так и невосстанавливаемым, в зависимости от его целевого назначения и условий использования. Например, для космонавтов в условиях полета электрическая бритва может рассматриваться как невосстанавливаемое изделие, а в земных условиях – как восстанавливаемое.

Для количественной характеристики каждого из свойств  надежности отдельного объекта служат такие временные понятия, как наработка, наработка до отказа, наработка между отказами, ресурс, срок службы, срок сохраняемости, время (трудоемкость) восстановления. Значения этих величин получают по данным эксплуатации или испытаний каждого отдельного объекта. Знание этих характеристик, полученные по экспериментальным данным, служат основой для последующего вычисления оценок таких показателей надежности, как средняя наработка на отказ, средний ресурс и др.

Наработка до отказа исчисляется от начала эксплуатации объекта до восстановления первого отказа, наработка между отказами – исчисляется от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа.

Ресурс исчисляется  как суммарная наработка объекта  от начала его эксплуатации или ее возникновения после ремонта до перехода в предельное состояние. Срок службы выражается в единицах календарной продолжительности и исчисляется так же, как и ресурс, от начала эксплуатации объекта и ее возобновления до перехода в предельное состояние. Таким образом, отличие ресурса и срока службы состоит только в единицах измерения.

Срок сохраняемости  исчисляется как календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение и после которого значения показателей надежности сохраняются в установленных пределах.

Время восстановления характеризует календарную продолжительность  операций по восстановлению работоспособного состояния объекта или продолжительность операций по техническому обслуживанию и ремонту.

Для количественной характеристики надежности используются показатели надежности. Их классификация приведена в таблице 1.

Единичные показатели характеризуют одно из свойств надежности и в зависимости от этого подразделяются на показатели безотказности долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Комплексные показатели характеризуют одновременно несколько свойств. Номенклатура основных показателей приведена в таблице 2.

Таблица 1.

Классификация показателей  надежности

Признак классификации	Вид показателя надежности
Число характеризуемых  свойств надежности	- единичные - комплексные
Вид характеризуемого свойства надежности	- показатель безотказности - показатель долговечности - показатель сохраняемости - показатель ремонтопригодности
Способ определения	- расчетный - экспериментальный - эксплуатационный - экстраполяционный
Область распространения	- индивидуальный - групповой
Область использования	- нормативный - оценочный

По способу  получения различают: расчетные  показатели, получаемые на основе расчетных  методов; экспериментальные, определяемые по данным испытаний; эксплуатационные, получаемые по данным эксплуатации; экстраполированные, получаемые методами экстраполирования на различные условия эксплуатации или на большую продолжительность эксплуатации (наработки).

По области  использования показатели надежности могут подразделяться на нормативные и оценочные. Нормативными называются показатели надежности, регламентированные в нормативно-технической или конструкторской документации. В качестве нормативного может выступить любой из приведенных в таблице 2.2. показателей. К оценочным относятся показатели, используемые для различных сравнительных оценок при научно-исследовательских и проектно-технологических разработках. К оценочным относятся фактические значения показателей надежности опытных образцов и серийной продукции, получаемые по результатам испытаний и по данным эксплуатации.

Индивидуальными показателями надежности являются установленная безотказная наработка, установленный ресурс (срок службы), назначенный ресурс.

К индивидуальным могут относится и такие показатели, как средняя наработка на отказ, параметр потока отказов, коэффициент технического использования, если при нормировании этих показателей указывается, что они должны обеспечиваться для каждого изделия.

Таблица 2.

Номенклатура показателей  надежности

Характеризуемые свойства надежности	Наименование  показателя	Обозначение
Безотказность	Вероятность безотказной  работы Интенсивность отказов Установленная безотказная  наработка Средняя наработка на отказ Средняя наработка до отказа Параметр потока отказов Гамма - процентная наработка  до отказа	P(t) λ(t) Ty T0 Tср ω(t) Тγ
Долговечность	Средний ресурс Гамма - процентный ресурс Назначенный ресурс Установленный ресурс Средний срок службы Гамма – процентный срок службы Назначенный срок службы Установленный срок службы	Тр Тр.γ Тр.н. Тр.у Тсл Тсл.γ Тсл.н Тсл.у
Сохраняемость	Средний срок сохраняемости Гамма – процентный срок сохраняемости Назначенный срок хранения Установленный срок сохраняемости	Тс Тс.γ Тс.н. Тс.у
Ремонтопригодность	Среднее время восстановления работоспособного состояния Вероятность восстановления работоспособного состояния	Тв   Рв(t)

Продолжение таблицы 2.

Несколько свойств

Коэффициент сохранения эффективности Коэффициент оперативной  готовности Коэффициент технического использования Коэффициент готовности Удельная суммарная  трудоемкость (продолжительность) технических обслуживаний Удельная суммарная  трудоемкость (продолжительность) ремонтов

Кэф Ко.г. Кm.и Кг   S   Sm.о(Sp)

Под установленной безотказной  наработкой понимается технико-экономически обоснованная или заданная наработка, обеспечиваемая конструкцией, технологией и эксплуатацией, в пределах которой изделие должно находится в работоспособном состоянии.

Под установленным ресурсом (сроком службы) понимается технико-экономически обоснованная или заданная величина ресурса (срока службы), обеспечиваемая конструкцией, технологией и эксплуатацией, в процессе которой изделие не должно достигать предельного состояния.

Изделия, которые не удовлетворяют  индивидуальным показателям надежности, относятся к категории нестандартных (дефектных) по данному показателю.

Назначенный ресурс (срок службы) _ суммарная наработка (календарная продолжительность эксплуатации), при достижении которой применение объекта по назначению должно быть прекращено независимо от его технического состояния.

Отличие назначенных  показателей от установленных состоит в том, что после истечения установленных показателей – может продолжаться.

Переход изделия из работоспособного состояния в неработоспособное  осуществляется при наступления  такого события, как отказ. Критерием  отказа называется признак или совокупность признаков неработоспособного состояния объекта, установленные в нормативно-технической и (или) технической документации.

Критерием предельного  состояния является признак или  совокупность признаков предельного  состояния объекта, установленные  в нормативно-технической и (или) технической документации.

Главным признаком надежности и предельным условием долговечности является отказ работы машины. Причем машина может быть безотказной, но не долговечной и наоборот.

2.2. Процесс  потери машиной работоспособности

В процессе эксплуатации машина неизбежно теряет свое начальное  качество. Трение в узлах и сопряжениях, вибрации, действие окружающей среды, нагрев и т. д. являются причинами износа, поломок, пластических деформациях и других явлений, снижающих работоспособность машины. В зависимости от типа машины, условий ее эксплуатации и качества технического обслуживания эти процессы могут протекать быстрее или медленнее, но они проходят непрерывно.

Общая схема  взаимодействия факторов в процессе функционирования машины представлены на рис. 4. Входное воздействие на машину оказывает группа факторов, обусловливающих характер и величину воздействия различных видов энергии: механической, тепловой, химической и др. Воздействие этих видов энергии вызывает в машине ряд явлений, сопутствующих процессу обработки: усилия в элементах, вибрацию, нагрев, коррозию, трение и т. д. Машина претерпевает ряд изменений как проходящих, так и остаточных. Проходящие возникают в машине во время обработки, вносят искажения в нормальное выполнений ею своих функций и исчезают после окончания обработки: например, упругие деформации, вибрации, нагрев, остаточные изменения (износ, пластические деформации, коррозии) сохраняются в машине. Под действием внешних воздействий и процессов, протекающих в