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 непредусмотрен 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. 7.1.