Основные понятия
Восстанавливаемым называется объект, для которого восстанов-ление работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической документации. Для восстанавливаемых объектов характерно чередование работоспо-собного состояния и восстанов-ления работоспособности после отказа. Таким образом, процесс эксплуатации объекта можно представить как последова-тельное чередование интервалов времени работоспособного tpi и неработо-способного состояний t вi (времени восстановления).
В процессе эксплуатации восстанавливаемый объект может многокра-но отказывать. После каждого отказа происходит полное восстановление объекта, после чего он вновь применяется по назначению. Моменты отказов t 1 , t 2 , …, tm образуют поток отказов, а так как восстановления (например, заменой элементов) следуют мгновенно, то эти же моменты образуют поток восстановлений. Мгновенно – так как время вос-становления несравнимо мало по сравнению со временем работоспособного состояния. Отказы и восстановления можно рассматривать как поток событий: отказов или восстановлений.
В теории надежности для исследования восстанавливаемых объектов широко применяется простейший поток событий, который обладает следующими свойствами:
Стационарностью – когда вероятность появления n отказов в проме-жутке времени зависит только от количества отказов n и длительности рассматриваемого интервала времени и не зависит от положения интервала времени на оси времени.
Отсутствием последействия – когда вероятность наступления n отказов в течение интервала не зависит от того, сколько было отказов и как они распределялись до момента начала интервала времени;
Ординарностью – когда появление в один и тот же момент времени более одного отказа невозможно.
Показатели надежности восстанавливаемых объектов делятся на три группы: показатели безотказности, показатели ремонтопригодности; комплексные показатели. При анализе надежности восстанавливаемых объектов до возникновения первого отказа к ним применяются те же критерии надежности, что и для невосстанавливаемых систем: - вероятность безотказной работы P(t), вероятность отказа Q(t), частота отказов f(t), интенсивность отказов λ(t), средняя наработка до первого отказа Т (наработка до отказа). Но, как только в восстанавливаемой системе возникнет отказ, она восстанавливается до работоспособного состояния. После чего работает до возникновения следующего отказа. Эти циклы продолжаются до наступления предельного состояния или морального старения. Поэтому, в отличие от невосстанавливаемых объектов, рассматривают следующие параметры надежности: вероятность безотказной работы P(t), вероятность отказа Q(t); - параметр потока отказов ω(t), среднюю наработку на отказ Т (наработку на отказ).
Статистически параметр потока отказов определяется как отношение числа отказавших элементов в единицу времени к числу элементов, постав-ленных на испытание при условии, что отказавшие образцы заменяются исправными. Размерность параметра потока отказов – ч -1 . Параметр потока отказов обладает следующим свойством: если поток отказов и восстановлений стационарен, то ω (t) = ω = λ = const. Для ординарных потоков отказов и восстановлений при известном па-раметре потока отказов можно определить возможное число отказовn(t) за время Δt.
Методы расчета надежности восстанавливаемых объектов
При расчете показателей надежности восстанавливаемых объектов и систем наиболее распространено допущение: экспоненциальное распределение наработки между отказами, экспоненциальное распределение времени восстановления. Применение экспоненциального распределения для описания процесса восстановления позволяет при ординарных независимых отказах представить анализируемые системы в виде марковских систем. При экспоненциальном распределении наработки между отказами и времени восстановления, для расчета надежности используют метод дифференциальных уравнений для вероятностей состояний (уравнений Колмогорова-Чепмена).
Случайный процесс в какой либо физической системе S, называется марковским, если он обладает следующим свойством: для любого момента t 0 вероятность состояния системы в будущем (t > t 0) зависит только от состояния в настоящем (t = t 0) и не зависит от того, когда и каким образом система пришла в это состояние (иначе: при фиксированном настоящем будущее не зависит от предыстории процесса - прошлого). Для марковского процесса «будущее» зависит от «прошлого» только через «настоящее», т. е. будущее протекание процесса зависит только от тех прошедших событий, которые повлияли на состояние процесса в настоящий момент. Марковский процесс, как процесс без последействия, не означает полной независимости от прошлого, поскольку оно проявляется в настоящем. При использовании метода, в общем случае, для системы S, необходимо иметь математическую модель в виде множества состояний системы S 1 , S 2 , … , S n , в которых она может находиться при отказах и восстановлениях элементов.
Для рассмотрения принципа составления модели введены допущения:
Отказавшие элементы системы (или сам рассматриваемый объект) немедленно восстанавливаются (начало восстановления совпадает с моментом отказа);
Отсутствуют ограничения на число восстановлений;
Если все потоки событий, переводящих систему (объект) из состояния в состояние, являются пуассоновскими (простейшими), то случайный процесс переходов будет марковским процессом с непрерывным временем и дискретными состояниями S 1 , S 2 , … , S n .
Основные правила составления модели:
1. Математическую модель изображают в виде графа состояний. Элементы графа:
а) кружки (вершины графа S 1 , S 2 , … , S n) – возможные состояния системы S, возникающие при отказах элементов;
б) стрелки – возможные направления переходов из одного состояния S i в другое S j .Над/под стрелками указываются интенсивности переходов.
Рис.9. Примеры графа
На схеме оьозначены: S 0 – работоспособное состояние; S 1 – состояние отказа. «Петлей» обозначаются задержки в том или ином состоянии S 0 и S 1 соответствующие: исправное состояние продолжается; состояние отказа продолжается (в дальнейшем петли на графах не рассматриваем).
Граф состояний отражает конечное (дискретное) число возможных состояний системы S 1 , S 2 , … , S n . Каждая из вершин графа соответствует одному из состояний.
2. Для описания случайного процесса перехода состояний (отказ/ восстановление) применяют вероятности состояний
P1(t), P2(t), … , P i (t), … , Pn(t),
где P i (t) – вероятность нахождения системы в момент t в i-м состоянии, т. е.
P i (t) = P{S(t) = si}.
Очевидно, что для любого t
(нормировочное условие, поскольку иных состояний, кроме S 1 , S 2 , … , S n нет).
3. По графу состояний составляется система обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка (уравнений Колмогорова-Чепмена
При составлении дифференциальных уравнений пользуются простым мнемоническим правилом:
а) в левой части – производная по времени t от P i (t);
б) число членов в правой части равно числу стрелок, соединяющих рассматриваемое состояние с другими состояниями;
в) каждый член правой части равен произведению интенсивности перехода на вероятность того состояния, из которого выходит стрелка;
г) знак произведения положителен, если стрелка входит (направлена острием) в рассматриваемое состояние, и отрицателен, если стрелка выходит из него.
Проверкой правильности составления уравнений является равенство нулю суммы правых частей уравнений.
4. Чтобы решить систему дифференциальных уравнений для вероятностей состояний P1(t), P i (t), … , Pn(t) необходимо задать начальное значение вероятностей P1(0), P i (0), … , Pn(0), при t = 0, сумма которых равна единице:
Если в начальный момент t = 0 состояние системы известно, например, S(t=0) = Si, то P i (0) = 1, а остальные равны нулю.
2. Показатели надежности восстанавливаемых систем. Все состояния системы S можно разделить на подмножества:
SK S – подмножество состояний j = , в которых система работоспособна;
S M S – подмножество состояний z = , в которых система неработоспособна.
1. Функция готовности Г(t) системы определяет вероятность нахождения системы в работоспособном состоянии в момент t
Военная кафедра
имени Героя Советского Союза генерала Г.П. Губанова
У Т В Е Р Ж Д А Ю
Начальник военной кафедры
полковник
«___»___________2017 г.
Лекция № 1
«Надежность авиационной техники»
по теме № 23 « Надежность АТ и безопасность полетов».
Дисциплина: «Эксплуатация и ремонт самолетов, вертолетов
Учебное время – 2 часа
Рассмотрена на заседании ПМК цикла № 3
Протокол № ____ от «___» __________2017 г.
Самара 2017
Введение................................................................................................................ 4
1. Надёжность авиационной техники, основные понятия и определения........... 5
1.1. Показатели безотказности невосстанавливаемых объектов......................... 7
1.2. Показатели безотказности восстанавливаемых объектов.......................... 10
2. Изменение надежности авиационной техники в процессе эксплуатации...... 11
3. Пути повышения надежности авиационной техники..................................... 13
4. Классификация неисправностей авиационной техники и причины их появления 19
Введение
Эффективность боевого применения авиационной техники определяется целым комплексом факторов, к числу которых относятся, прежде всего, летно-технические характеристики самолета, характеристики его бортового оборудования и вооружения, умение экипажа эффективно использовать возможности, заложенные в АТ. Однако, при самом благоприятном сочетании этих факторов эффективность боевого применения может оказаться ничтожно малой, если самолет, его вооружение и бортовое оборудование обладают низкой надежностью, т.к. боевое задание может быть не выполнено вследствие отказа АТ.
От надежности АТ зависит уровень исправности самолетного парка авиационных частей, т.к. чем надежнее самолет, тем, как правило, меньше объем профилактических работ, меньше неисправностей, а, следовательно, меньше и время простоев в неисправном состоянии.
Чем менее надежен самолет, тем больше потребный объем контроля при подготовке к полету, а значит, больше и время подготовки. Сокращение объема проверок опасно, т.к. может быть не обнаружено перед полетом какое-либо повреждение, которое приведет к отказу в полете и, как следствие, - к авиационному происшествию или невыполнению задания.
Все сказанное свидетельствует о том, что работа по поддержанию высокой надежности АТ должна занимать одно из центральных мест во всей деятельности ИАС.
1. Надёжность авиационной техники, основные понятия и определения
Одним из основных показателей деятельности ИАС, служащих для оценки состояния АТ, является надёжность АТ.
Надёжность АТ – свойство объекта АТ сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования (ГОСТ 27002 – 89).
Надежность любого сложного технического устройства или комплекса устройств зависит от надежности отдельных технических устройств, составляющих рассматриваемое сложное техническое устройство. В связи с этим для удобства оценки надежности АТ вводятся понятия «объект», «система» и «элемент».
Объект АТ – предмет определённого целевого назначения, рассматриваемый на этапах разработки требований, проектирования, испытания, производства и эксплуатации (устройства, приборы, агрегаты, установки, технические комплексы и т.д.).
Система – совокупность совместно действующих объектов, предназначенных для самостоятельного (независимого) выполнения определенных функций.
Элемент – составная часть системы, предназначенная для выполнения определенных функций в составе системы.
В зависимости от масштаба рассмотрения один и тот же объект может рассматриваться как система и как элемент, например: топливный насос является объектом в составе топливной системы ВС, с другой стороны он является элементом этой же системы, т.к. сам состоит из объектов – корпуса, качающего узла, клапанов и т.д..
Надежность АТ является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость:
1. Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.
2. Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта (ТО и Р).
3. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, а также к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения ТО и Р.
4. Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.
При рассмотрении надежности объектов АТ различают исправное и неисправное состояние, работоспособное и неработоспособное состояние, переходы в которые осуществляются соответственно через события повреждения и отказа объектов АТ. Возможные переходы состояния объекта в течение срока его эксплуатации рассмотрим на следующем рисунке:
Рис. 1. Изменение качественной характеристики состояния объекта в зависимости от времени его эксплуатации:
S И – исправное состояние объекта; S НИ – неисправное состояние объекта; S Р – работоспособное состояние объекта; S НР – неработоспособное состояние объекта.
Исправное состояние – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической документации (НТД).
Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований НТД.
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям НТД.
Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям НТД.
Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Таким образом, понятие «исправность» является менее широким, чем понятие «работоспособность». В результате несущественного повреждения объект может быть неисправным, но оставаться работоспособным (царапина на поверхности остекления фонаря кабины). Однако несущественные повреждения со временем могут перерастать в существенные и приводить к отказу АТ, т.е. переходу ее в неработоспособное состояние (перерастание царапины в трещину и последующее разрушение остекления фонаря кабины). В связи с этим важно следить за появлением повреждений и не допускать, чтобы они приводили к отказам.
Поскольку заранее точно предсказать моменты наступления отказов объектов АТ невозможно, с математической точки зрения события отказов являются случайными и количественные характеристики процессов появления отказов носят вероятностный характер. Они базируются на основе статистических данных по опыту эксплуатации или результатов испытаний, и отражают общие для всей массы объектов закономерности и тенденции изменения надежности.
В зависимости от того, может или не может объект восстанавливаться в конкретной ситуации в условиях эксплуатации, их делят на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.
Восстанавливаемый объект – объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в НТД.
Невосстанавливаемый объект - объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния не предусмотрено в НТД.
Ввиду различия методов и стратегий технической эксплуатации восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов есть некоторая разница в определении количественных характеристик их надежности.
Показатели безотказности невосстанавливаемых объектов
Исходя из удобства использования и наличия исходных данных, применяют три основные характеристики безотказности невосстанавливаемых объектов:
Вероятность безотказной работы;
Средняя наработка до отказа;
Интенсивность отказов.
А. Вероятность безотказной работы P(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет:
P(t) = P(T>t)
Соответственно, вероятность отказа: Q(t)=1 - P(t)
 |
Рис. 2. Характер изменения вероятностей отказа и безотказной работы, в
зависимости от времени наработки объекта.
Количественно P(t) может быть оценена как отношение исправно работающих во времени t объектов к количеству объектов, за которыми ведется наблюдение:
Где n(t) – количество исправных объектов;
N - количество наблюдаемых объектов (выборка объектов).
На практике удобнее пользоваться вероятностью отказа:
,
где r(t) - количество неисправных объектов.
На практике используется ограниченный объем выборки, следовательно, мы должны вести речь о статистической вероятности безотказной работы:
Чем меньше N, тем больше разница между вероятностными и статистическими показателями, следовательно, необходима статистика.
Б. Средняя наработка до отказа : - математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.
В статистической форме: ,
где t i – наработка i–го объекта до отказа.
В. Интенсивность отказов l(t) – условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.
l * (t)- отношение числа отказавших объектов в единицу времени к числу объектов, остающихся работоспособными к данному моменту времени:
В статистической форме:
при Dt ®0, значение l * (t) ®l(t).
Рис. 3. Движение невосстанавливаемых объектов в процессе эксплуатации.
Интенсивность отказов является наиболее употребительной характеристикой невосстанавливаемых объектов и наилучшим образом позволяет сравнивать надежность различных объектов в любой момент времени. Она позволяет легко проанализировать изменение надежности объекта по времени его наработки. Кривые изменения функции l (t) называются l-характеристиками. В настоящее время для многих готовых изделий l-характеристики представляются изготовителем наряду с другими техническими характеристиками и являются основой для расчета надежности, решения вопросов организации профилактики и ограничений сроков эксплуатации авиационной техники.
Наиболее распространенный вид кривой l (t), характерный для сложных объектов, состоящих из значительного числа элементов, показан на рис. 4.
|
Рис. 4. Изменение l(t) – характеристики от времени наработки объекта.
По виду кривой весь период работы объекта может быть разбит на три участка:
I - начальный период эксплуатации, или период приработки, характерный повышенными значениями l вследствие того, что в этот период выявляются все недостатки производственного характера и имеет место значительное число отказов по этой причине.
Чтобы не допустить высокой интенсивности отказов в период эксплуатации объекта на самолете, применяют так называемые «тренировки» аппаратуры в течение времени t на специальных стендах в условиях завода-изготовителя или непосредственно в авиационной части, чтобы обеспечить выявление всех недостатков объекта до установки его на самолет. Главным образом это относится к радиоэлектронной аппаратуре и различным системам автоматики. Механические системы (агрегаты) желательно подвергать до начала эксплуатации приработке (обкатке) на определенных режимах в целях создания наилучших условий работы в основной период эксплуатации.
Продолжительность участка I различна для разных объектов и может составлять от нескольких часов до десятков часов, а значение X на этом участке может быть больше в 2…3 раза и более по сравнению с основным участком эксплуатации.
II - основной период эксплуатации, в течение которого l имеет минимальное значение и сохраняется примерно постоянной.
III - период, когда вследствие накопления необратимых изменений объекта после длительной эксплуатации, износа и старения элементов увеличивается интенсивность отказов и возникает вопрос о целесообразности дальнейшей эксплуатации объекта. Обычно началом периода III ограничивается технический ресурс объекта.
Удобство l-характеристик также состоит в том, что имея характеристики отдельных элементов, можно построить характеристику системы в целом.
1.2. Показатели безотказности восстанавливаемых объектов
При эксплуатации восстанавливаемых объектов производится их ремонт и продолжается эксплуатация. Объект может отказывать в процессе эксплуатации многократно, таким образом, мы имеем дело с потоком отказов. Основными показателями безотказности восстанавливаемых объектов являются:
Вероятность безотказной работы Р(t);
Наработка на отказ ;
Параметр потока отказов w(t).
А. Вероятность безотказной работы P(t) – вероятность того, что за время t произойдет k событий отказов:
Б. Средняя наработка на отказ - отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки (т.е. это среднее время между двумя смежными отказами восстанавливаемого объекта):
где t i – суммарная наработка i-го объекта из N;
r i – общее число отказов i-го объекта.
В. Параметр потока отказов w(t) – отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки:
В статистической форме: 
, и при Dt®0 .
w(t) – позволяет анализировать надежность восстанавливаемых объектов и решать вопросы их эксплуатации.
Рис. 5. Движение восстанавливаемых объектов в процессе эксплуатации.
2. Изменение надежности авиационной техники в процессе эксплуатации
Весь процесс эксплуатации АТ можно разделить на два периода:
1. Собственно эксплуатация, когда в элементах конструкции накапливаются необратимые изменения.
2. Проявление накопленных изменений в виде отказа.
Мгновенных отказов не бывает, отказ «накапливается » постепенно:
(в начале появляется трещина, которая, по достижении критических размеров, приводит к разрыву и разрушению элемента конструкции, которое и кажется мгновенным).
Надежность АТ определяется энергетическим подходом:
Энергия внутренних источников;
Энергия окружающей среды (включая человека);
Потенциальная энергия материалов.
Различные виды энергий, действуя на АТ, вызывают физико-химические явления в образцах АТ, связанные с появлением повреждений. В свою очередь, они приводят к изменению определяющих параметров деталей, агрегатов, систем ВС в целом, что может привести к отказу.
Климатические условия существенно влияют на состояние ВС, а, следовательно, на его надежность. К атмосферным явлениям, снижающим характеристики надежности в процессе эксплуатации, относятся:
Влажность;
Засоренность атмосферы (естественная и искусственная);
Солнечная радиация.
Рассмотрим более подробно изменение надежности объекта АТ в процессе эксплуатации в зависимости от трех основных групп эксплуатационных факторов – условия применения, качество эксплуатации и условия эксплуатации по блок-схеме, представленной на рис. 6, а также мероприятия ИАС, направленные на повышение или обеспечение высокой надежности объектов АТ в процессе ее эксплуатации по блок-схеме, представленной на рис 7:
Рис. 6. Изменение надежности объекта АТ в процессе эксплуатации в зависимости от трех основных групп эксплуатационных факторов.
3. Пути повышения надежности авиационной техники
Надежность как свойство АТ закладывается на этапах разработки требований, проектирования, изготовления и испытания. В условиях эксплуатации надежность поддерживается за счет комплекса плановых и внеплановых профилактических работ на АТ. Таким образом, на каждом из осноных этапов жизненного цикла АТ закладываются и поддерживаются факторы, определяющие надежность.
Основные этапы жизненного цикла АТ:
III этап- эксплуатация.
Рассмотрим основные факторы, определяющие надежность АТ на каждом из них:
- на первом этапе:
а) выбор схемы и принципа действия агрегатов АТ;
б) выбор условий нагружения и конструктивных материалов;
в) методика применяемых расчетов на статическую и динамическую прочность;
г) учет всех факторов, воздействующих на конструкцию ВС в эксплуатации.
- на втором этапе:
а) совершенство технологических процессов и технологической дисциплины;
б) обеспечение взаимозаменяемости элементов конструкции;
в) совершенствование методов контроля качества выпускаемых объектов;
г) испытания элементов и систем ВС.
- на третьем этапе:
а) совершенствование организации ТО и Р (внедрение научных методов);
б) сбор, учет и анализ отказов АТ, обобщение опыта ее эксплуатации;
в) укрепление взаимосвязи с производством, научными и учебными заведениями;
г) совершенствование методики обучения и повышение квалификации летного и ИТС;
д) улучшение технологий и качества выполнения регламентных работ;
е) внедрение средств объективного контроля и прогнозирования состояния АТ;
ж) повышение эффективности профилактических мероприятий по предупреждению отказов.
На этапе проектирования различают два метода повышения надежности АТ:
1. Схемный метод:
- совершенствование старых методов и разработка принципиально новых схем технических устройств;
Создание более простых схем;
Разработка схем технических устройств с ограниченным последействием отказов;
Создание схем технических устройств с расширением дополнительных характеристик;
Резервирование элементов и систем.
2. Конструктивный метод:
Разработка высоконадежных элементов;
Использование облегченных режимов работы АТ;
Создание конструкций с высокой степенью технологичности и ремонтопригодности;
Использование новых, более качественных материалов.
Рассмотрим более подробно один из способов повышения надежности АТ– резервирование элементов и систем.
Резервирование – способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций.
Различают два принципа резервирования:
Структурное - резервирование с применением резервного элемента структуры объекта.
Функциональное – резервирование с применением нескольких независимых систем, не имеющих общих агрегатов, но выполняющих одну и ту же функцию.
Различают следующую классификацию структурного резервирования:
А) По объему резервирования:
Общее – при котором резервируется объект в целом;
Раздельное – при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы.
Б) По нагрузке на резервный элемент:
Нагруженный резерв – который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в режиме основного элемента;
– ненагруженный резерв – который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения ими функции основного элемента;
облегченный резерв – который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной элемент.
В) По способу включения резерва:
Постоянное резервирование – при котором используется нагруженный резерв и при отказе любого элемента в резервируемой группе выполнение объектом требуемых функций обеспечивается оставшимися элементами без переключений;
Резервирование замещением – при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента.
Анализ принципиальных схем различных объектов показывает, что существует несколько наиболее характерных структурных схем с однотипными соединениями элементов:
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-12-29
Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправности
объекта при сохранении его работоспособности.
Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности
Критерий отказа - отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт отказа.
Признаки (критерии) отказов устанавливаются НТД на данный объект.
Восстановление - процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) с целью восстановления его работоспособности (исправности).
Восстанавливаемый объект - объект, работоспособность которого
в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях.
Невосстанавливаемый объект - объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях.
При анализе надежности, особенно при выборе показателей надежности объекта, существенное значение имеет решение, которое должно быть принято в случае отказа объекта. Если в рассматриваемой ситуации восстановление работоспособности данного объекта при его отказе по каким-либо причинам признается нецелесообразным или неосуществимым (например, из-за невозможности прерывания выполняемой функции), то такой объект в данной ситуации является невосстанавливаемым. Таким образом, один и тот же объект в зависимости от особенностей или этапов эксплуатации может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым. Например, аппаратура метеоспутника на этапе хранения относится к восстанавливаемой, а во время полета в космосе - невосстанавливаемой. Более того, даже один и тот же объект можно отнести к тому или иному типу в зависимости от назначения: ЭВМ, используемая для неоперативных вычислений, является объектом восстанавливаемым, так как в случае отказа любая операция может быть повторена, а та же ЭВМ, управляющая сложным технологическим процессом в химии, является объектом невосстанавливаемым, так как отказ или сбой приводит к непоправимым последствиям.
Авария* - событие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня работоспособности или относительного уровня функционирования на другой, существенно более низкий, с крупным нарушением режима работы
объекта. Авария может привести к частичному или полному разрушению
объекта, созданию опасных условий для человека и окружающей среды.
Временные характеристики объекта
Наработка - продолжительность или объем работы объекта. Объект
может работать непрерывно или с перерывами. Во втором случае учитывается суммарная наработка. Наработка может измеряться в единицах времени, циклах, единицах выработки и других единицах. В процессе эксплуатации различают суточную, месячную наработку, наработку до первого отказа, наработку между отказами, заданную наработку и т. д.
Если объект эксплуатируется в различных режимах нагрузки, то, например, наработка в облегченном режиме может быть выделена и учитываться отдельно от наработки при номинальной нагрузке.
Технический ресурс - наработка объекта от начала его эксплуатации
до достижения предельного состояния.
Обычно указывается, какой именно технический ресурс имеется в виду: до среднего, капитального, от капитального до ближайшего среднего и т. п.
Если конкретного указания не содержится, то имеется в виду ресурс от начала эксплуатации до достижения предельного состояния после всех (средних и капитальных) ремонтов, т.е. до списания по техническому состоянию.
Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации объекта от ее начала или возобновления после капитального или среднего ремонта до наступления предельного состояния.
Под эксплуатацией объекта понимается стадия его существования в распоряжении потребителя при условии применения объекта по назначению,
что может чередоваться с хранением, транспортированием, техническим
обслуживанием и ремонтом, если это осуществляется потребителем.
Срок сохраняемости - календарная продолжительность хранения
и (или) транспортирования объекта в заданных условиях, в течение и после которой сохраняются значения установленных показателей (в том числе
и показателей надежности) в заданных пределах.
Определение надежности
Работа любой технической системы может характеризоваться ее эффективностью (рис. 4.1.1), под которой понимается совокупность свойств,
определяющих способность системы успешно выполнять определенные задачи.
В соответствии с ГОСТ 27.002-89 под надежностью понимают свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.
Таким образом:
1. Надежность - свойство объекта сохранять во времени способность выполнять требуемые функции. Например: для электродвигателя - обеспечивать требуемые момент на валу и скорость; для системы электроснабжения - обеспечивать электроприемники энергией требуемого качества.
2. Выполнение требуемых функций должно происходить при значениях параметров в установленных пределах. Например: для электродвигателя - обеспечивать требуемые момент и скорость при температуре двигателя, не превышающей определенного предела, отсутствии выделения источника взрыва, пожара и т.д.
3. Способность выполнять требуемые функции должна сохраняться в заданных режимах (например, в повторно-кратковременном режиме работы);
в заданных условиях (например, в условиях запыленности, вибрации и т. д.).
4. Объект должен обладать свойством сохранять способность выполнять требуемые функции в различные фазы: при рабочей эксплуатации, техническом обслуживании, ремонте, хранении и транспортировке.
Надежность - важный показатель качества объекта. Его нельзя ни противопоставлять, ни смешивать с другими показателями качества. Явно
недостаточной, например, будет информация о качестве очистительной
установки, если известно только то, что она обладает определенной производительностью и некоторым коэффициентом очистки, но неизвестно, насколько устойчиво сохраняются эти характеристики при ее работе. Бесполезна также информация о том, что установка устойчиво сохраняет
присущие ей характеристики, но неизвестны значения этих характеристик.
Вот почему в определение понятия надежности входит выполнение заданных функций и сохранение этого свойства при использовании объекта
по назначению.
В зависимости от назначения объекта оно (понятие) может включать
в себя в различных сочетаниях безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Например, для невосстанавливаемого объекта, не предназначенного для хранения, надежность определяется его безотказностью при использовании по назначению. Информация о безотказности восстанавливаемого изделия, длительное время находящегося в состоянии хранения и транспортировки, не в полной мере определяет его надежность (при этом необходимо знать и о ремонтопригодности, и сохраняемости).
В ряде случаев очень важное значение приобретает свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (снятие
с эксплуатации, передача в средний или капитальный ремонт), т. е. необхдима информация не только о безотказности объекта, но и о его долговечности.
Техническая характеристика, количественным образом определяющая
одно или несколько свойств, составляющих надежность объекта, именуется
показатель надежности. Он количественно характеризует, в какой степени
данному объекту или данной группе объектов присущи определенные свойства, обусловливающие надежность. Показатель надежности может иметь размерность (например, среднее время восстановления) или не иметь ее (например, вероятность безотказной работы).
Надежность в общем случае - комплексное свойство, включающее такие понятия, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Для конкретных объектов и условий их эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени.
Ремонтопригодность - свойство объекта быть приспособленным к предупреждению и обнаружению отказов и повреждений, к восстановлению
работоспособности и исправности в процессе технического обслуживания
и ремонта.
Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с необходимым прерыванием для технического обслуживания и ремонтов.
Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять исправное
и работоспособное состояние в течение (и после) хранения и (или) транспортировки.
Для показателей надежности используются две формы представления:
вероятностная и статистическая. Вероятностная форма обычно бывает
удобнее при априорных аналитических расчетах надежности, статистическая - при экспериментальном исследовании надежности технических систем. Кроме того, оказывается, что одни показатели лучше интерпретируются в вероятностных терминах, а другие - в статистических.
Восстанавливаемые объекты – это такие объекты, при эксплуатации которых допускаются многократно повторяющиеся отказы. Эксплуатация таких объектов может быть описана следующим образом: в начальный момент времени объект начинает работу и продолжает работу до первого отказа; после отказа происходит восстановление работоспособности, и объект вновь работает до отказа и т.д. На оси времени моменты отказов образуют поток отказов, а моменты восстановлений − поток восстановлений (рис. 2.2.).
Случайные события, следующие одно за другим в некоторой последовательности, образуют поток случайных событий Поток отказов называется простейшим , если он одновременно обладает тремя свойствами –ординарностью, стационарностью и отсутствием последействия . В ординарном потоке невозможно появление 2‑х и более отказов в один и тот же момент времени. В стационарном потоке вероятность возникновения n отказов в любом промежутке времени Δt i зависит только от величины Δt i , но не зависит от сдвига Δt i по оси времени. В потоке без последействий будущее развитие процесса появления отказов не зависит от того, как этот процесс протекал в прошлом. При решении задач надежности электроснабжения и электрооборудования простейший поток отказов находит широкое применение.
Процесс функционирования восстанавливаемого объекта можно представить как последовательность чередующихся интервалов работоспособности и восстановления (простоя).
Параметр потока отказов − математическое ожидание числа отказов, происшедших за единицу времени, начиная с момента t при условии, что все элементы, вышедшие из строя, заменяются работоспособными, т. е. число наблюдаемых элементов сохраняется одинаковым в процессе эксплуатации. Этот показатель также характеризует восстанавливаемый объект и по статистическим данным определяется с помощью формулы:
,
где n (t 1) и n (t 2) − количество отказов объекта, зафиксированных соответственно, по истечении времени t 1 и t 2 .
Если используются данные об отказах по определенному количеству восстанавливаемых объектов, то
, (2.15)
где 
− количество отказов по всем объектам за интервал времени ;
N 0 − количество однотипных объектов, участвующих в эксперименте (отказавший объект восстанавливается, N 0 = соnst ).
Для экспоненциального закона надежности интенсивность и параметр потока отказов не зависят от времени и совпадают, т. е.
Параметры потока отказов основных элементов электроснабжения приведены в приложении 5.
Вероятность восстановления S(t ) − вероятность того, что отказавший элемент будет восстановлен в течение заданного времени t , т. е. вероятность своевременного завершения ремонта.
Очевидно то, что
Для определения величины S (t )используется следующая статистическая оценка:
, (2.16)
где N B (0) − число элементов, поставленных на восстановление в начальный момент времени t = 0;
N B − число элементов, время восстановления которых оказалось меньше заданного времени t , т. е. восстановленных на интервале (0, t ).
Вероятность невосстановления (несвоевременного завершения ремонта) G (t )−вероятность того, что отказавший элемент не будет восстановлен в течение заданного времени t .
Статистическая оценка величины G (t ):
. (2.17)
| S, Q |
| t |
| S (t ) |
| G (t ) |
| Рис. 2.3. Графики изменения S (t ) и G (t ) во времени |
Из анализа выражений (2.16) и (2.17) следует, что всегда
.(2.18)
Частота восстановления а В (t ) − производная от вероятности восстановления
. (2.19)
Для численного определения величины а (t )используется статистическая оценка:
, (2.20)
где 
− число восстановленных элементов на интервале времени от t
до 
.
Интенсивность восстановления μ(t ) − условная вероятность восстановления после момента t за единицу времени при условии, что до момента t восстановления элемента не произошло.
Интенсивность восстановления связана с частотой восстановления:
. (2.21)
Статистически интенсивность восстановления определяется следующим образом:
, (2.22)
, (2.23)
где N ср – среднее количество элементов находящихся в невосстановленом состоянии на интервале времени ∆t .
Сравнение формул для определения частоты (2.20) и интенсивности (2.22) восстановления показывает, что они отличаются числом элементов в знаменателе. В отличие от процесса отказов, который развивается во времени естественным образом, процесс восстановления является целиком искусственным (ремонт элемента) и, тем самым, полностью определяется организационно-технической деятельностью эксплуатационного персонала. Так как установлены обоснованные нормативы времени на проведение ремонтных работ, то принимают интенсивность восстановления независимой от времени: 
. Численные значения интенсивности восстановления сведены в справочные таблицы по видам оборудования и ремонтов.