Критерии и количественные характеристики надёжности
Nbsp; МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал)
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
Высшего профессионального образования
«Донской государственный технический университет»
В г. Шахты Ростовской области
(ИСО и П (филиал) ДГТУ)
Утверждаю
Заведующий кафедрой «СиТБ»
_____________С.А. Масленников
«05» сентября 2014г.
На правах рукописи
М.Д. Молев
НАДЁЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОГЕННЫЙРИСК
Конспект лекций
Рассмотрен и рекомендован
для использования в учебном процессе на 2014/2015 – 2017/2018
учебные годы на заседании кафедры
«СиТБ».
|
|
|
Протокол № 2 от 05.09.2014 г.
ШАХТЫ 2014
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЁЖНОСТИ
Основные вопросы, которые изучает теория надёжности: отказы технических элементов (средств, систем); критерии и количественные характеристики надёжности; методы анализа и повышения надёжности элементов и систем на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации; методы испытания технических средств на надёжность; методы оценки эффективности и повышения надёжности.
Надёжность – это свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени и в заданных пределах значения установленных эксплуатационных показателей.
Показатели надёжности
В теории надежности используют понятия объект, элемент, система. Дадим их определения.
Объект – техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации. Объектами могут быть различные системы и их элементы.
Элемент – простейшая составная часть изделия, в задачах надежности может состоять из многих деталей.
Система – совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.
|
|
|
Понятия элемента и системы трансформируются в зависимости от поставленной задачи. Например, станок, при установлении его собственной надёжности рассматривается как система, состоящая из отдельных элементов – механизмов и деталей, а при изучении надёжности технологической линии – как элемент.
Надёжность объекта характеризуется следующими основными состояниями и событиями.
Исправность – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией (НТД).
Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров, установленных НТД.
Основные параметры характеризуют функционирование объекта при выполнении поставленных задач.
Понятие исправность шире, чем понятие работоспособность. Работоспособный объект обязан удовлетворять лишь тем требования НТД, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. Таким образом, если объект неработоспособен, то это свидетельствует о его неисправности. С другой стороны, если объект неисправен, то это не означает, что он неработоспособен.
|
|
|
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его применение по назначению недопустимо или нецелесообразно.
Применение (использование) объекта по назначению прекращается в следующих случаях: при неустранимом нарушении безопасности, при неустранимом отклонении величин заданных параметров, при недопустимом увеличении эксплуатационных расходов. Для некоторых объектов предельное состояние является последним в его функционировании, для других – определенной фазой в эксплуатационном графике, требующей проведения ремонтно-восстановительных работ. В связи с этим, объекты могут быть: невосстанавливаемые, для которых работоспособность в случае возникновения отказа, не подлежит восстановлению; восстанавливаемые, работоспособность которых может быть восстановлена, в том числе и путем замены.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Критерий отказа – отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт возникновения отказа.
Надёжность является комплексным свойством, включающим в себя в зависимости от назначения объекта или условий его эксплуатации ряд простых свойств: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.
|
|
|
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени.
Наработка – продолжительность или объём работы объекта, измеряемая в любых неубывающих величинах (единица времени, число циклов нагружения, километры пробега и т. п.).
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.
В зависимости от объекта надёжность может определяться всеми перечисленными свойствами или частью их. Например, надёжность колеса зубчатой передачи, подшипников определяется их долговечностью, а станка – долговечностью, безотказностью и ремонтопригодностью.
Показатель надёжности количественно характеризует, в какой степени данному объекту присущи определённые свойства, обусловливающие надёжность. Одни показатели надёжности имеют размерность, ряд других являются безразмерными.
Технический ресурс – наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до наступления предельного состояния. Строго говоря, технический ресурс может быть регламентирован следующим образом: до среднего, капитального, от капитального до ближайшего среднего ремонта и т. п. Если регламентация отсутствует, то имеется в виду ресурс от начала эксплуатации до достижения предельного состояния после всех видов ремонтов.
Для невосстанавливаемых объектов понятия технического ресурса и наработки до отказа совпадают.
Назначенный ресурс – суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния.
Срок службы –календарная продолжительность эксплуатации (в том числе, хранение, ремонт и т. п.) от ее начала до наступления предельного состояния.
Наработка до отказа – вероятность того, что в пределах заданной наработки
отказ объекта не возникнет (при условии работоспособности в начальный момент времени). Средняя наработка до отказа – математическое ожидание случайной наработки объекта до первого отказа. Средняя наработка между отказами – математическое ожидание случайной наработки объекта между отказами. Средняя наработка на отказ – отношение наработки восстанавливаемого объекта за некоторый период времени к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки. Этим термином можно назвать кратко среднюю наработку до отказа и среднюю наработку между отказами, когда оба показателя совпадают. Для совпадения последних необходимо, чтобы после каждого отказа объект восстанавливался до первоначального состояния.
Среднее время простоя – математическое ожидание случайного времени вынужденного нерегламентированного пребывания объекта в состоянии неработоспособности.
Среднее время восстановления – математическое ожидание случайной продолжительности восстановления работоспособности (собственно ремонта).
Средний коэффициент готовности – усредненное на заданном интервале времени значение нестационарного коэффициента готовности.
Стационарный коэффициент готовности (коэффициент готовности) – вероятность того, что восстанавливаемый объект окажется работоспособным в произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации. Коэффициент готовности может быть определен и как отношение времени, в течение которого объект находится в работоспособном состоянии, к общей длительности рассматриваемого периода. Предполагается, что рассматривается установившийся процесс эксплуатации, математической моделью которого является стационарный случайный процесс. Коэффициент готовности является предельным значением, к которому стремятся и нестационарный, и средний коэффициенты готовности с ростом рассматриваемого интервала времени.
Интенсивность отказов – условная плотность вероятности отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.
Параметр потока отказов – плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени. Параметр потока отказа может быть определен как отношение числа отказов объекта за определенный интервал времени к длительности этого интервала при ординарном потоке отказов.
Критерии и количественные характеристики надёжности
Критерием надёжности называется признак, по которому можно количественно
оценить надежность различных устройств. К числу наиболее широко применяемых критериев надежности относятся: вероятность безотказной работы в течение определенного времени P(t); средняя наработка до первого отказа Tср, наработка на отказ tср; частота отказов f(t) или а(t); интенсивность отказов λ(t); параметр потока отказов; функция готовности Kг(t); коэффициент готовности Kг.
Характеристикой надёжности называется количественное значение критерия надежности конкретного устройства. Выбор количественных характеристик надежности зависит от вида объекта.
1.2.1 Критерии надежности невосстанавливаемых объектов
Рассмотрим следующую модель работы устройства. Пусть в работе (на испытании) находится N0 элементов и работа считается законченной, если все они отказали. Причем вместо отказавших элементов отремонтированные не ставятся. Тогда критериями надежности данных изделий являются: вероятность безотказной работы P(t), частота отказов f(t), интенсивность отказов λ(t), средняя наработка до первого отказа Tср.
Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не произойдет ни одного отказа.
Согласно определению:
P(t ) = P(T > t ),
где: T – время работы элемента от его включения до первого отказа, t – время, в течение которого определяется вероятность безотказной работы. Вероятность безотказной работы по статистическим данным об отказах оценивается выражением:
P(t) = [N0 – n(t )] / N0,
где: N0 – число элементов в начале работы (испытаний), n(t) –число отказавших элементов за время t, P t – статистическая оценка вероятности безотказной работы. При большом числе элементов (изделий) N0 статистическая оценка P(t) практически совпадает с вероятностью безотказной работы P(t).
Частотой отказов по статистическим данным называется отношение числа отказавших элементов в единицу времени к первоначальному числу работающих (испытываемых) при условии, что все вышедшие из строя изделия не восстанавливаются. Согласно определению:
f (t ) = n(Δt ) / N0Δt,
где: n(_t) – число отказавших элементов в интервале времени от
(t – Δt) / 2 до (t + Δt) / 2.
Частота отказов есть плотность вероятности (или закон распределения)
времени работы изделия до первого отказа.
Интенсивностью отказов по статистическим данным называется отношение
числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу изделий, исправно работающих в данный отрезок времени:
λ(t ) = n(Δt ) / (NcpΔt ), (4.2.6)
где: Ncp – среднее число исправно работающих элементов в интервале времени. Вероятностная оценка характеристики λ(t) находится из выражения:
λ(t) = f (t ) / P(t ).
Как математическое ожидание, Tср вычисляется через частоту отказов (плотность распределения времени безотказной работы). Для определения средней наработки до первого отказа необходимо знать моменты выхода из строя всех испытуемыхэлементов. Из выражений для оценки количественных характеристик надежности видно, что все характеристики, кроме средней наработки до первого отказа, являются функциями времени. Рассмотренные критерии надежности позволяют достаточно полно оценить надежность невосстанавливаемых изделий. Они также позволяют оценить надежность восстанавливаемых изделий до первого отказа. Наиболее полно надежность изделий характеризуется частотой отказов f(t) или a(t). Это объясняется тем, что частота отказов является плотностью распределения, а поэтому несет в себе всю информацию о случайном явлении – времени безотказной работы.
Средняя наработка до первого отказа является достаточно наглядной характеристикой надежности. Однако применение этого критерия для оценки надежности сложной системы ограничено. Интенсивность отказов – наиболее удобная характеристика надежности простейших элементов, так как она позволяет более просто вычислять количественные характеристики надежности сложной системы. Наиболее целесообразным критерием надежности сложной системы является вероятность безотказной работы. Это объясняется следующими особенностями вероятности безотказной работы: она входит в качестве сомножителя в другие, более общие характеристики системы, например, в эффективность и стоимость; характеризует изменение надежности во времени; может быть получена сравнительно просто расчетным путем в процессе проектирования системы и оценена в процессе ее испытания.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1414; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!