Проблеми та завдання надійності ЛК. Основні поняття проблеми та завдання надійності ТЗ справедливі і для лазерних комплексів ЛК. Експериментальне визначення показників надійності ЛК набагато складніше, ніж вимірювання або визначення більшості технічних параметрів. Наука про надійність вивчає зміну показників якості виробів під впливом причин, які призводять до абсолютним змін їх властивостей.

Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки, є список схожих робіт. Також Ви можете скористатися кнопкою пошук

Лекція 1. Введення у надійність технічних систем (ТЗ). Проблеми та завдання надійності ЛК.

До технічних систем (МС) відносяться технічні об'єкти (вироби, машини, технічні комплекси) військового та цивільного призначення. Основні поняття, проблеми та завдання надійності ТЗ справедливі і для лазерних комплексів (ЛК).

Відповідно до сучасної теорії надійностінадійність ЛК – це властивість зберігати у часі свою працездатність, тобто стан, у якому комплекс здатний виконувати задані функції, зберігаючи значення заданих параметрів (технічних характеристик) межах, встановлених нормативно-технічної документацією.

Подія, що полягає у порушенні працездатності, тобто. Перехід ЛК у непрацездатний стан, називається відмовою. Відмовою ЛК не лише негайне припинення функціонування, а й неприпустиме зниження технічних характеристик, визначальних ефективність виконання поставленого завдання.

Різні відмови мають різні наслідки: від незначних відхилень у роботі до аварійних ситуацій.

Області працездатності ЛК поділяють на дійсну область, яка визначає необхідну працездатність виробу, та призначену область, що диктується вимогами технічних умов до окремих параметрів.

Працездатність залежить від напрацювання - обсягу роботи, який може оцінюватися в календарному годиннику, кількості циклів, кількості імпульсів, кілометрах пробігу, часу зберігання і т.д..

Вимірювання часу в календарному годиннику характерне для таких причин порушення працездатності виробу, як корозія, дія зовнішніх температурних факторів та опромінення.

Час роботи до відмови є випадковою величиною.

Якщо тривалість роботи виробу регламентується і є детермінованою величиною, воно називається встановленим ресурсом.

Ресурс – це напрацювання до граничного стану, обумовленого технічної документації.

Термін служби – це календарна тривалість експлуатації ЛК до граничного стану з урахуванням перерв на технічне обслуговування та ремонт.

Надійність, будучи однією з основних властивостей, що характеризують якість роботи комплексу, також характеризується рядом властивостей, основні з яких - безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збереження.

Безвідмовність - властивість безперервно зберігати працездатний стан протягом певного напрацювання без урахування вимушених перерв.

Довговічність - властивість ЛК зберігати працездатність до граничного стану з необхідними перервами для технічного обслуговування та ремонтів.

Граничний стан – це такий стан, у якому подальше застосування ЛК за цільовим призначенням неприпустимо через вимоги безпеки чи низької ефективності, зокрема економічної.

Слід зазначити, що довговічність та безвідмовність неідентичні поняття, вони визначають різні сторони одного явища. ЛК може мати високу безвідмовність і водночас мати низьку довговічність.

Ремонтопридатність - властивість ЛК, що полягає в його пристосованості до попередження, виявлення та усунення відмов та несправностей проведенням технічного обслуговування та ремонтів.

Мета профілактичного обслуговування - попередження появи несправності або ненормальних умов роботи за допомогою таких профілактичних способів, як налаштування або регулювання, мастило, чищення та внесення деяких виправлень. Профілактичне обслуговування може також включати заміну вузлів або елементів, що працюють на межі своїх можливостей.

Сохраняемость - властивість ЛК зберігати працездатний стан у його зберігання.

Таким чином, надійність ЛК - дуже специфічна властивість, що залежить від великої кількості різних змінних факторів, багато з яких випадкові і важко оцінюються одним числовим показником. Експериментальне визначення показників надійності ЛК набагато складніше, ніж вимірювання чи визначення більшості технічних параметрів.

Надійність, що характеризує зміну показників якості в часі, є як би «динамікою якості»,його розгорткою у часі. Звідси, надійність - це властивість виробу зберігати потрібні показники якості протягом усього його використання.

Наука про надійність вивчає зміну показників якості виробів під впливом причин, які призводять до абсолютним змін їх властивостей.

Надійність виробу є одним із основних показників його якості.

Прагнення забезпечити високий рівень якості та надійності є основною рушійною силою при створенні нових та експлуатації існуючих виробів.

Основні властивості надійності (безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність та зберігання) повинні забезпечуватися на всіх етапах життєвого циклу ЛК.

При проектуванніЛК встановлюються та обґрунтовуються необхідні вимоги до надійності, які мають забезпечуватись за рахунок прийнятих раціональних схемних та конструктивних рішень. На цій стадії розробляються методи захисту від різних шкідливих впливів, розглядаються можливості автоматично відновлювати втрачену працездатність, оцінюється пристосованість до ремонту та технічного обслуговування.

При виготовленні(виробництві) забезпечується і контролюється надійність ЛК, що залежить від якості виготовлення деталей, методів контролю продукції, можливостей управління ходом технологічного процесу, від якості складання, методів випробування та доведення та інших показників технологічного процесу.

При експлуатаціїЛК реалізується його надійність. При цьому вона залежить від режимів та умов експлуатації, прийнятої системи ремонту, технології технічного обслуговування та інших експлуатаційних факторів.

Методи підвищення якості та надійності ТЗ, маючи загальну для всіх технічних систем спрямованість, мають, як правило, ті чи інші специфічні особливості в залежності від конструкції, призначення та технічних вимог, які пред'являються до конкретного зразка.

У табл. 1.1 наведено класифікацію технічних систем (машин) за їх призначенням. У ній вказані основні вимоги до технічних характеристик ТЗ різного призначення.

Таблиця 1.1.

Рівень надійності повинен бути таким, щоб при використанні ТЗ у будь-яких, обумовлених технічними умовами (ТУ) ситуаціях не виникали відмов, тобто. не порушувалася працездатність. Крім того, у багатьох випадках бажано, щоб був запас надійності для підвищення опірності екстремальним впливам, коли технічна система потрапляє в умови, не передбачені ТУ.

Крім того, запас надійності необхідний для забезпечення працездатності в умовах зношування, що призводить до поступового погіршення технічних характеристик. Тому, чим вищий запас надійності, тим довше за інших рівних умов, ТЗ перебуватиме у працездатному стані.

Недостатній рівень надійності ТЗ (як нової, так і «зношеної») може призвести до різних наслідків у разі порушення її працездатності, основними з яких є:

1.- катастрофічна відмова, пов'язаний із загибеллю людей (внаслідок авіаційних або інших катастроф), відмови військової техніки у відповідальні моменти, незворотні руйнування навколишнього середовища. Досить згадати такі трагічні події, як аварія на Чорнобильській атомній електростанції чи загибель космічного корабля «Челленджер». У світі постійно трапляються численні аварії та катастрофи.

Наприклад, статистика показує, що в світі відбувається близько 1200 великих аварій на судах. На дні світового океану після аварій перебуває понад 50 ядерних боєголовок та понад 10 ядерних реакторів.

2. -відмова, через яку ТЗ перестає функціонувати в результаті виходу з ладу того чи іншого агрегату (елемента), що призводить до суттєвих економічних втрат;

3.- зниження ефективності роботи, коли ТЗ здатна функціонувати, але з меншими ККД, продуктивністю, потужністю, точністю та іншими технічними характеристиками, які були досягнуті для нового виробу.

Поведінка ТЗ з позицій надійності пов'язана із зміною у часі тих її «вихідних» параметрів, що характеризують цільове призначення та якість.

Оцінка параметричної надійності ТЗ та аналіз причин та наслідків зміни її технічних характеристик у процесі тривалої експлуатації є фундаментом усієї проблеми надійності.

Величезні кошти витрачаються у світі для того, щоб машинний парк був у працездатному стані. Створення ремонтних підприємств та заводів з виготовлення запасних частин, застосування багатоцільових служб з ремонту та технічного обслуговування машин, включаючи системи інформації, транспортування та постачання, - все це є наслідком того, що машини втрачають свою працездатність через процеси зношування, корозії, руйнування втоми. та інших процесів, що призводять до "старіння" машини.

За різними джерелами на ремонт та технічне обслуговування машин за весь час їх експлуатації витрачається в 5-10 разів більше коштів, ніж виготовлення нових.

У індустріально розвинених країнах приблизно 4,5 валового національного доходу витрачається на тертя, зношування та корозію рухомих з'єднань технічних виробів. Це призводить до втрат сировинних матеріалів та енергії загальною вартістю кілька сотень мільярдів доларів щорічно у всьому світі.

Особливо значні втрати від недостатньої надійності унікальних машин. При виході їх з ладу за непередбаченими обставинами велика небезпека трагічних наслідків людей і довкілля.

Тому все більша увага у всьому світі приділяється питанням експлуатації та ремонту промислових виробів.

Прогноз розвитку провідних галузей промисловості показує, що у ХХ I столітті з більшості галузей у сфері експлуатації та ремонту буде зайнято до 80…90% усіх трудових ресурсів.

Недостатній рівень надійності виробів призводить до великих економічних втрат.

Безпека функціонування ТЗ - це комплексна проблема, яка включає питання, пов'язані з діяльністю людини, з організацією праці, із соціально-політичною ситуацією (наприклад, можливість диверсії), з навченістю персоналу, його дисциплінованістю. Надійність ТЗ, включаючи її поведінку в екстремальних ситуаціях, є одним із основних факторів у проблемі безпеки.

Порушення працездатності та вихід з ладу багатьох ТЗ пов'язані не тільки з питаннями безпеки та економічними витратами, але й безпосередньо впливають на навколишнє середовище та екологічну обстановку на нашій планеті.

Робота машин, коли їх характеристики (наприклад, ККД, склад вихлопних газів, герметичність, динамічні навантаження, температура та ін.) виходять за допустимі межі, коли здійснюється ремонт та технічне обслуговування машин, особливо за непередбачених обставин або при ліквідації наслідків аварії, призводять до шкідливим, часто руйнівним впливам на біосферу, на неживу природу, на атмосферу, на весь механізм взаємодії в навколишньому світі.

У проблемі створення конкурентоспроможної продукції та відшукання найефективніших шляхів її збуту істотну роль відіграє рівень надійності постачається споживачеві машин.

Відмова ТС у процесі використання, якщо це не призводить до важких наслідків, завдає серйозної моральної шкоди фірмі-виробнику і підриває довіру до неї.

При відмови ТЗ у процесі їх експлуатації або зберігання фірми-виробники або спеціальні організації змушені створювати розгалужену мережу технічного обслуговування та аварійного ремонту з відповідною інформаційною системою, домагаючись максимального задоволення різноманітних запитів споживача. Чим вище гарантований виробником рівень надійності ТЗ, тим, за інших рівних умов, більшою конкурентоспроможністю вона матиме.

Ухвалення рішення про необхідність підвищення досягнутого рівня надійності ТЗ має спиратися на економічний аналіз. Сучасний рівень розвитку техніки дозволяє досягти практично будь-яких показників якості та надійності виробу. Вся справа полягає у витратах для досягнення поставленої мети.

Таким чином, високонадійну ТЗ доцільно створювати не лише за вимогами безвідмовності та престижності, але й з позиції економічної ефективності.

При збільшенні витрат за виготовлення нової ТЗ треба вирішити питання, яку частку цих коштів слід використовуватиме підвищення технічних показників і яку - підвищення надійності.

В умовах інтенсивного розвитку машинобудування практика з її різноманітними запитами у галузі проектування, виробництва та експлуатації ставить перед наукою про надійність нові завдання, пов'язані з прогнозуванням, з методами випробування на надійність, з оптимізацією конструкції за критеріями якості та надійності.

Разом з тим, як би різноманітними не були ТЗ та умови їх роботи, формування показників надійності відбувається за загальними законами, підпорядковується єдиній логіці подій, і розкриття цих зв'язків є основою для оцінки, розрахунку та прогнозування надійності, а також для побудови раціональних систем виробництва, випробування та експлуатації.

Наука про надійність вивчає закономірності зміни показників якості виробів з часом, і на підставі цього розробляються методи, що забезпечують з найменшими витратами часу та коштів необхідну тривалість та безвідмовність роботи ТЗ.

Слід наголосити, що питання досягнення певного рівня показників якості машин – їх точності, потужності, ККД, продуктивності та інших – розглядають, як правило, галузеві науки, а «надійність» розглядає процес зміни цих показників з часом.

Нині дедалі більших позицій завойовує методичний підхід, що базується на розробці моделей параметричної надійності, у яких формалізується процес зміни у часі працездатності ТС. Імовірнісні характеристики цього процесу можуть бути спрогнозовані на ранніх стадіях їх створення.

Тому основними особливостями наукового аспекту проблеми надійності ТЗ прийнято:

• облік фактора часу, оскільки оцінюється зміна початкових характеристик ТЗ у процесі її експлуатації;

• поєднання ймовірнісних методів із закономірностями фізичних процесів;

• прогнозування можливої ​​зміни стану об'єкта під час його експлуатації;

• встановлення зв'язку надійності ТЗ з показниками її якості та працездатності.

До основних завдань надійності відносять:

• На етапі проектування- розрахунок термінів служби основних елементів ТЗ (за зносу, втомної міцності), прогнозування надійності за її вихідними параметрами, аналіз варіантів та вибір раціональної конструкції за показниками надійності, оцінка оптимальних режимів роботи та області застосування з урахуванням заданого періоду збереження працездатності.

• На етапі виготовленнянового зразка - створення системи управління якістю та надійністю, забезпечення надійності технологічного процесу виготовлення деталей та вузлів ТЗ, розробка методів випробування зразків за параметрами якості та надійності.

• На етапі експлуатації- розробка раціональної системи технічного обслуговування та ремонту ТЗ, створення методів та засобів для діагностування стану ТЗ у процесі експлуатації, створення інформаційної бази даних про надійність системи та її елементів.

При вирішенні різноманітних завдань надійності необхідно, в першу чергу, встановити, як поводитиметься ТЗ при виконанні своїх функцій та у взаємодії з навколишнім середовищем, внаслідок яких причин поступово змінюватимуться її технічні характеристики.

Загальний методологічний підхід на вирішення цих проблем представлений на рис. 1.1 у вигляді фізико-імовірнісної моделі оцінки параметричної надійності.

Рис. 1.1. Схема фізико-імовірнісної моделі оцінки параметричної надійності.

Ця схема розкриває основні причинно-наслідкові зв'язку, що призводять до зміни (деградації) у часі вихідних параметрів.

Деградація стану ТЗ (машини) відбувається тому, що при експлуатації всі види енергії - механічна, теплова, хімічна, електромагнітна - впливають на неї і викликають у ній оборотні та незворотні процеси, що змінюють її початкові характеристики.

Можна вказати такі основні джерела енергетичних впливів на машину:

• дія енергії навколишнього середовища, в якій знаходиться ТЗ у процесі експлуатації, включаючи людину, що виконує функції оператора;

• внутрішні джерела енергії, пов'язані як із робочими процесами, які у ТЗ, і з роботою окремих її агрегатів;

• потенційна енергія, яка накопичена в матеріалах та деталях ТЗ у процесі їх виготовлення (внутрішні напруги у виливку, монтажні напруги);

• впливу на ТЗ під час проведення ремонтних робіт та при технічному обслуговуванні.

До основних видів енергії, що впливають на працездатність ТЗ відносять:

• Механічну енергію, яка не тільки передається по всіх ланках ТЗ у процесі роботи, а й впливає на неї у вигляді статичних та динамічних навантажень від взаємодії із зовнішнім середовищем.

Сили, що виникають у ТЗ, визначаються характером робочого процесу, інерцією частин, що переміщаються, тертям у кінематичних парах. Ці сили є випадковими функціями часу, тому що природа їх виникнення пов'язана зі складними фізичними явищами та змінними режимами роботи ТЗ. Наприклад, у досить широких межах змінюються навантаження в динамічних системах, момент двигунів, що крутить, зусилля на робочих органах сільськогосподарських, будівельних, текстильних та інших машин, сили тертя в кінематичних парах та ін.

Механічна енергія в ТЗ може проявитися також як наслідок витрат енергії, які мали місце при виготовленні її частин і збереглися в них в потенційній формі. Наприклад, деформація деталей при перерозподілі внутрішньої напруги після складання вузла або після термічної обробки деталі.

• Теплову енергію, що діє на ТЗ та її частини при коливаннях температури навколишнього середовища, при здійсненні робочого процесу (особливо сильні теплові дії мають місце при роботі двигунів та низки технологічних машин), при роботі приводних механізмів, електротехнічних та гідравлічних пристроїв.
• Хімічну енергію, що впливає на роботу ТЗ, наприклад, за допомогою корозії окремих вузлів на повітрі, що містить вологу та агресивні складові.

Якщо ж ТЗ працює в умовах агресивних середовищ (обладнання хімічної промисловості, суду, багато машин текстильної промисловості та ін), то хімічні впливи викликають процеси, що призводять до руйнування окремих елементів та вузлів.

• Ядерну (атомну) енергію, що утворюється в процесі ядерних реакцій і впливає на матеріали (особливо у космосі), змінюючи їх властивості.
• Електромагнітну енергію у вигляді радіохвиль (електромагнітних коливань), що пронизують весь простір навколо ТС і негативно впливають на роботу електронної апаратури, яка все більшому обсязі застосовується в сучасних системах.
• Біологічні фактори також можуть впливати на працездатність ТС і викликати біопошкодження, наприклад, у вигляді біокорозії металу, коли на поверхні розвиваються мікроорганізми (так звані водневі бактерії). Особливо інтенсивні ці процеси в тропічних країнах, де є мікроорганізми, які руйнують деякі види пластмас, але можуть впливати і на метал.

Всі види енергії, що діють на ТЗ та її агрегати, викликають у ній цілу низку небажаних процесів, створюють умови для погіршення її технічних характеристик.

Частина процесів, що відбуваються в ТЗ, є оборотними. Оборотні процеси тимчасово змінюють параметри деталей, вузлів і всієї системи деяких межах, без тенденції прогресивного погіршення. Найбільш характерні приклади таких процесів – пружна деформація вузлів та деталей машин, що відбувається під дією зовнішніх та внутрішніх сил, та теплові деформації конструкцій.

Необоротні процеси призводять до прогресивного погіршення технічних характеристик ТС з часом і тому називають процесами старіння.

Найбільш характерними незворотними процесами є зношування, корозія, втома, перерозподіл внутрішніх напруг і короблення деталей з часом.

p align="justify"> Процеси, що змінюють початкові характеристики ТС, протікають з різною швидкістю і можуть бути розділені на три основні категорії.

Процеси, що швидко протікаютьвиникають відразу ж, як тільки ТЗ починає функціонувати. Ці процеси мають періодичність зміни, що вимірюється зазвичай частками секунди. Вони закінчуються в межах циклу роботи ТЗ і знову виникають при наступному циклі.

Сюди відносяться вібрації вузлів, зміни сил тертя в рухомих з'єднаннях, коливання робочих навантажень та інші процеси, що впливають на взаємне положення вузлів ТЗ у кожний момент часу та спотворюють цикл її роботи.

Процеси середньої швидкостіпов'язані з періодом безперервної роботи ТЗ, їх тривалість вимірюється зазвичай, у хвилинах чи годинах. Вони призводять до монотонного зміни початкових параметрів. До цієї категорії відносяться як оборотні процеси (наприклад, зміна температури самої ТС і навколишнього середовища), так і незворотні (наприклад, процес зношування ріжучого інструменту, який протікає набагато інтенсивніше, ніж зношуються деталі і вузли металорізального верстата).

Повільно протікають процесивиявляються протягом усього періоду експлуатації ТЗ. Вони тривають дні та місяці. До таких процесів відносяться зношування основних елементів, повзучість металів, забруднення поверхонь тертя, корозія, сезонні зміни температури.

Ці процеси також впливають на точність, потужність, коефіцієнт корисної дії та інші параметри ТЗ, але зміни їх відбуваються дуже повільно. Звичайні методи боротьби з цими процесами – ремонт та профілактичні заходи, які проводяться через певні проміжки часу.

Слід підкреслити, що це процеси є випадковими функціями, котрим характерне розсіювання значень. Для багатьох ТС найбільшу роль відіграє процес зношування.

При розгляді впливу різних процесів на вихідні параметри ТЗ слід враховувати і зворотний зв'язок, що існує між ними та станом самої ТЗ. Наприклад, знос окремих механізмів машини може знизити точність її функціонування, а й призвести до зростання динамічних навантажень, які, своєю чергою, інтенсифікують процес зношування. Температурні деформації окремих ланок можуть не тільки спотворити становище вузлів машини і цим вплинути на якість її роботи, а й призвести до підвищення навантажень і, як наслідок, підвищеного тепловиділення в механізмах.

Загальна схема фізико-імовірнісної моделі оцінки параметричної надійності (рис. 1.1) показує, що однією з головних причин необоротної зміни стану ТЗ є перебіг різних процесів старіння в матеріалах, з яких вона виконана. Це суттєво позначається на працездатному стані ТЗ. Оцінка ймовірності виходу технічних характеристик ТЗ за допустимі межі є оцінкою рівня параметричної надійності машини. Закон розподілу, який описує в диференціальній або інтегральній формі цей імовірнісний процес, називають законом надійності.

Лекція 2. Показники надійності ТЗ. Види відмов.

Для вирішення завдань оцінки та аналізу надійності ТЗ, до яких відносяться і ЛК військового та цивільного призначення, необхідно насамперед встановити основні показники, чисельні значення яких визначають рівень надійності ТЗ (вироби, машини, пристрої тощо).

До основних показників надійності, які можуть кількісно оцінювати рівень безвідмовності, довговічності, збереження та ремонтопридатності ТЗ відносять:

Показники безвідмовності.

1.Вірогідність безвідмовної роботиє основним показником безвідмовності ТЗ, який показує ймовірність того, що в заданому інтервалі часу (або в межах заданого напрацювання) відмови системи не виникне.

Можливість безвідмовної роботи може застосовуватисядля оцінки рівня безвідмовності як систем, що відновлюються, так і не відновлюються, і пристроїв. Значення, як і ймовірності, може бути в межах.

Наприклад, якщо ймовірність безвідмовної роботи ТС протягом дорівнює 0,95, це означає, що з великої кількості систем в середньому 5% втратять свою працездатність раніше, ніж через роботи.

Показник застосовується для оцінки безвідмовності та одного виробу. І тут він визначає можливість виробу пропрацювати без відмов заданий період. Імовірність безвідмовної роботи та ймовірність відмови утворюють повну групу подій, тому

Значення характеризує ступінь небезпеки відмови і тому, чим нижче його значення, тим, за інших рівних умов, виріб працюватиме надійніше. Наприклад, для відповідальних виробів авіаційної техніки допустимі значення ймовірності безвідмовної роботи сягають і вище.

Якщо наслідки відмови пов'язані з незначними економічними втратами, допустиме значення приймається зазвичай, у межах.

Значення ймовірності безвідмовної роботи даного виробу можна визначити, якщо відомий закон розподілу термінів напрацювань повністю, який називають також законом надійності.

На рис. 2.1 представлена ​​схема формування закону надійності в диференціальній (щільність ймовірності) та інтегральній формах.

Причиною відмови є випадковий процес зміни вихідного параметра виробу протягом часу від початкового до гранично допустимого значення. Через випадковість процесу він може протікати з різною інтенсивністю. Тому напрацювання до граничного стану, тобто. напрацювання повністю виявляються як випадкова величина.

Рис. 2.1. Схема формування закону надійності.

Закон розподілу може бути виражений в аналітичній формі або у вигляді гістограми, одержаної на підставі статистичних даних.

Якщо для даного вихідного параметра відомий закон розподілу напрацювань повністю, то ймовірність безвідмовної роботи може бути визначена для будь-якого заданого значення залежно

Чисельно значення та рівні відповідно площі під кривою розподілу до та після значення (рис. 2.1,б).

Слід мати на увазі, що застосування показника без вказівки періоду часу протягом якого розглядається робота виробу, сенсу не має.

Що нижче вимоги безвідмовності, то більшу тривалість роботи виробу можна допускати.

1. При високих вимогах до надійності виробу задаються допустимим значенням і визначають час роботи виробу, що відповідає даній регламентованій ймовірності роботи. Значення називається гамма-процентним ресурсом (невипадкова величина) і за його значенням судять про більшу чи меншу безвідмовність виробів. При = 50% отримаємо значення середнього ресурсу Тср.р.

1. При звичайних вимогах до надійності, якщо відмова не призводить до тяжких наслідків, можна задаватися встановленим ресурсом виробу t=Tу.р (або терміном служби t=Тсл). У цьому випадку про безвідмовність виробу судять безпосередньо за значенням Р(t), що відповідає встановленому ресурсу.

2. Параметр потоку відмов ω.

,

де:

Ω(t) - середня кількість відмов у даному інтервалі часу від 0 до t (так

звана провідна функція);

Т m - напрацювання на відмову;

Параметр потоку відмов - це середня кількість відмов виробу в одиницю часу.

Цей параметр застосовується для відновлюваних ТС у разі відмов, які легко усуваються і не призводять до будь-яких значних наслідків (наприклад, заміна інструменту під час роботи на металорізальному верстаті).

3.Запас надійності K н , який представляє відношення Х max до такого значення параметра Х γ, при якому з ймовірністю параметр не вийде за дані межі, тобто.

.

Період часу, протягом якого забезпечується виконання умови (Кн≥1), називається гарантованим періодом безвідмовної роботи виробу Tr.

4.Інтенсивність відмов(λ-характеристика).

Це умовна щільність ймовірності виникнення відмови виробу, що визначається для моменту часу, що розглядається, за умови, що до цього моменту часу відмова не виникла.

Інтенсивність відмов у загальному випадку є функцією часу λ(t) та пов'язана з іншими характеристиками закону надійності залежністю

.

Статистично інтенсивність відмов оцінюють за залежністю

1.14.

де:

Число всіх виробів, що у експерименті;

Число справних виробів, що залишилися, на момент часу

У практиці розрахунків безвідмовності ТЗ типу ЛК застосування інтенсивності відмов доцільно на період нормальної експлуатації, для якого значенняλ-характеристиката приймається постійною величиною (λ= const).

Якісна залежність інтенсивності відмов від часу зображено на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Залежність інтенсивності відмов від часу.

Як випливає з малюнка, умовно можна виділити три часові інтервали, на яких поведінка λ(t) > 0 істотно по-різному.

Інтервал тривалістю від 0 до t 1 - інтервал приробітку.

На ньому інтенсивність відмов монотонно зменшується, досягаючи на час деякої стаціонарної інтенсивності. Сама назва інтервалу вказує на те, що на ньому відмови пристроїв обумовлені переважно неякісністю складання, монтажу, порушенням технології, дефектами комплектуючих виробів і т.д. На початку інтервалу приробітку пристрою з прихованими дефектами відмовляють з більшою ймовірністю. Інтенсивність відмов до кінця інтервалу опрацювання падає.

Після цього слідує інтервал нормальної роботи тривалістю

t н = t 2 – t 1 .

На цьому інтервалі відмови пристроїв в основному обумовлюються випадковими факторами, що діють при експлуатації та прихованими дефектами. Інтенсивність відмов можна вважати постійною (λ=const) на всьому інтервалі нормальної роботи.Саме ця інтенсивність відмов λ, особливо в радіоелектроніці, наводиться у довідниках з надійності.

У цьому випадку можливість безвідмовної роботи на інтервалі нормальної роботи визначається залежністю

За інтервалом нормальної роботи слідує інтервал старіння, на якому інтенсивність відмов монотонно зростає.

На цьому інтервалі все значніше починають позначатися напруга втоми в елементах конструкцій ТС, деградація окремих функціональних блоків і комплектуючих.

Показники довговічності.

До основних показників довговічності відносять технічний ресурс, середній ресурс, гамма-відсотковий ресурс та термін служби.

5.Технічний ресурс– напрацювання об'єкта від початку його експлуатації або поновлення після ремонту до переходу в граничний стан.

Для неремонтованих (невідновлюваних) об'єктів він збігається з напрацюванням вщент.

6.Середній ресурс - Математичне очікування технічного ресурсу.

7.Гамма-відсотковий ресурс– напрацювання, протягом якого об'єкт не досягає граничного стану з ймовірністюγ , Вираженої у відсотках.

8.Термін служби - Календарна тривалість від початку експлуатації об'єкта до переходу в граничний стан.

Для ремонтних ТЗ розрізняють доремонтний, міжремонтний, післяремонтний та повний (до списання) термін служби. Термін служби вимірюється в одиницях календарного часу.

Розглянуті показники надійності не характеризують інтегрально надійність системи, що відновлюється. З цією метою служать комплексні показники надійності.

Комплексні показники надійності.

До них відносяться коефіцієнт готовності, коефіцієнт оперативної готовності,коефіцієнт збереження ефективностіта коефіцієнт технічного використання.

9. Коефіцієнт готовності Kг– ймовірність того, що система опиниться у працездатному стані у довільний момент часу, крім запланованих періодів, протягом яких застосування системи за призначенням не передбачається. У випадку Kг(t) є функцією часу.

Для більших інтервалів часу його визначають за формулою

З цієї формули видно, що коефіцієнт готовності характеризує одночасно дві різні властивості системи: безвідмовність і ремонтопридатність (відновлюваність). T 0 - Середнє напрацювання на відмову. Тв – середній час відновлення.

10. Коефіцієнт оперативної готовностіхарактеризує надійність систем, необхідність застосування яких виникає у довільний момент часу і які мають опрацювати певний час із заданою ймовірністю безвідмовної роботи:

де

Tp – час безвідмовної роботи після початку оперативного використання ТЗ.

До моменту оперативного використання ТЗ може бути в режимі чергування (при повних або полегшених навантаженнях, але без виконання заданих робочих функцій) або в режимі застосування – для виконання інших робочих функцій. В обох режимах можливе виникнення відмов та відновлення працездатності системи.

11. Коефіцієнт збереження ефективності– це відношення реального значення показника ефективності використання ТЗ за призначенням за певну тривалість експлуатації до номінального значення показника ефективності, обчисленому за умови, що відмови ТЗ протягом цього періоду не виникають.

У практиці, зазвичай, обмежуються розрахунком коефіцієнта оперативної готовності.

12.Коефіцієнт технічного використання Kти- Це відношення математичного очікування інтервалу часу перебування об'єкта у працездатному стані за деякий період експлуатації до тривалості цього періоду. Коефіцієнт технічного використання (Kти) характеризує частку часу знаходження об'єкта у працездатному стані за даний період експлуатації, що включає всі види технічного обслуговування та ремонтів, та визначається залежністю

де Траб - загальний час корисної роботи машини за її використання за призначенням за заданий період експлуатації;

ΣTiрем - сумарний час простоїв машини через її ремонт та технічне обслуговування за той же період.

p align="justify"> Коефіцієнт технічного використання є безрозмірною величиною (0≤Кти≤1), і чим вище його значення, тим машина більш пристосована до тривалої роботи. Коефіцієнт Кті чисельно дорівнює ймовірності того, що в даний, довільно взятий момент часу ТЗ працює, а не ремонтується і не знаходиться на технічному обслуговуванні.

На етапах проектування та розробки ТЗ та пристроїв зазначені показники оцінюються розрахунковим шляхом, на етапах виробництва та експлуатації визначаються на основі результатів випробувань.

Основні види та класифікація відмов.

При розрахунку показників надійності велике значення має вигляд і характер можливих відмов, що виникають.

Основними ознаками, що визначають різні види відмов, служать характер виникнення та перебігу процесів, що призводять до відмови, наслідки відмов та методи їх усунення.

З цього погляду існують такі основні види відмов:

1. Поступові та раптові відмови

Поступові відмови виникають у результаті протікання того чи іншого процесу старіння, що погіршує початкові параметри виробу.

Основною ознакою поступової відмови є те, що ймовірність виникнення протягом заданого періоду часу від до, залежить від тривалості попередньої роботи виробу t 1 . Що довше використовувався виріб, то вище ймовірність виникнення відмови, тобто. якщо. До цього виду належить більшість відмов. Вони пов'язані з зношуванням, корозією, втомою, повзучістю та іншими процесами старіння матеріалів, у тому числі створені вироби.

Раптові відмови - це ті, причиною яких є процеси, що виникли внаслідок поєднання несприятливих факторів та випадкових зовнішніх впливів, що перевищують можливості виробу до їх сприйняття.

Основною ознакою раптової відмови є те, що ймовірність його виникнення протягом заданого періоду часу не залежить від тривалості попередньої роботи виробу.

Прикладами таких відмов можуть бути теплові тріщини, що виникли в деталі внаслідок припинення подачі мастила; поломки деталі через неправильні методи експлуатації машини або виникнення перевантажень; деформація або поломка деталей, що потрапили до непередбачених умов роботи.

Відмова у своїй відбувається, зазвичай, раптово, без попередніх симптомів руйнації і залежить від ступеня зношеності.

Наприклад, причиною відмови автомобільної покришки може бути як зношування протектора в результаті тривалої експлуатації машини, так і прокол, що виник внаслідок їзди поганою дорогою і несприятливого поєднання випадкових факторів.

Імовірність відмови шини через знос протектора у старої шини в багато разів більше, ніж у нової. На противагу цьому прокол - раптова відмова - не пов'язаний із тривалістю роботи покришки до цієї події. Імовірність його виникнення однакова як нових покришок, так зношених.

Поділ на поступові та раптові відмови визначається природою їх виникнення.

Для поступового відмови процес втрати працездатності починається відразу під час експлуатації виробу.

Для раптової відмови час виникнення є випадковою величиною. Швидкість процесу виникнення протікає дуже швидко.

Можливо і третій вид відмов, який включає особливості двох попередніх і називається складною відмовою. Тут час початку виникнення відмови - випадкова величина, яка залежить від стану виробу, а швидкість процесу втрати працездатності виробу залежить від фізики процесу старіння. Наприклад, зовнішні ударні на машину від сторонніх предметів (рідкісне випадкове подія) можуть бути джерелом виникнення втомної тріщини через первинне пошкодження поверхні деталі.

2. Відмови функціонування та параметричні відмови.

Відмова функціонуванняпризводить до того, що виріб не може виконувати покладені на нього функції. Наприклад, в результаті відмови редуктор не передає руху, двигун внутрішнього згоряння не запускається, насос не подає олії тощо. Часто відмова функціонування пов'язана з поломками або заклинюванням окремих елементів виробу.

Параметрична відмова, який найбільш характерний для сучасних машин та виробів, виникає при виході параметрів (характеристик) виробу за допустимі межі. Тут виріб стає непрацездатним з погляду вимог, встановлених технічними умовами.

Продовження використання виробу, що має параметричну відмову, може призвести до тяжких економічних та інших наслідків. Наприклад, до випуску неякісної продукції, яка може бути причиною відмов функціонування у сфері її експлуатації, до невиконання виробом поставлених завдань, великих додаткових витрат часу і коштів. Але роль параметричних відмов важлива і тому, що у складних системах параметричні відмови елементів можуть призвести до відмови функціонування.

Тому параметричні відмови є одним з основних об'єктів розгляду теорії надійності ТЗ і машин.

3. Фактичні та потенційні відмови.

При експлуатації виробу рано чи пізно настане його перший, а потім наступні відмови. Якщо ці відмови запобігають завчасним виконанням ремонту та регулювань, то вони сприймаються не як фактичні, а як потенційно можливі події.Такі відмови називатимемо потенційними.

Для виробників та експлуатаційників характерне постійне прагнення недопущення будь-яких відмов під час роботи машини. Це може бути досягнуто не тільки за рахунок досконалості конструкції машини, але й шляхом запобігання можливим відмовам при правильній організації системи ремонту та технічного обслуговування, строгого виконання правил експлуатації.

Однак відсутність фактичних відмов ще не свідчить про високу надійність машини. Машина може взагалі не мати відмов при експлуатації, проте рівень її надійності не задовольнятиме розробників та споживачів, якщо це досягнуто за рахунок великого обсягу профілактичних та ремонтних робіт. Статистична інформація зі сфери експлуатації, коли враховуються лише фактичні відмови, часто дає неправильне уявлення про рівень надійності ТЗ та машини.

4. Допустимі та неприпустимі відмови.

Усі що виникають під час роботи ТЗ і машин відмови можна розділити ті, поява яких неминуче, оскільки виріб має обмежені можливості для сприйняття різних впливів, і відмови, які є наслідком порушення методів і правил проектування, виготовлення та експлуатації машини і які можливо і необхідно уникнути.

Допустимі відмовипов'язані зазвичай з процесами старіння, які не можна запобігти і які призводять до поступового погіршення вихідних параметрів виробу. Сюди слід віднести раптові відмови, які викликані несприятливим поєднанням чинників, якщо останні перебувають у межах, зазначених у технічних умовах. Конструктор може свідомо допускати деяку (як правило, невелику) ймовірність виникнення відмови, щоб полегшити та здешевити конструкцію.Це, звичайно, допустимо лише у випадках, коли відмова не викличе катастрофічних наслідків. Наприклад, навіть у літакових конструкціях допускається розвиток тріщин утоми в деяких елементах і панелях крил.

Неприпустимі відмовипов'язані з порушенням умов виробництва та експлуатації та з неврахованими факторами.

По-перше, це відмови через порушення технічних умов при виготовленні та збиранні виробів. По-друге, відмови можуть наступити за порушення правил і умов експлуатації та ремонту – перевищення режимів роботи машини вище допустимих, порушення правил ремонту, помилки людей, керуючих машиною, тощо. Крім цього, існують і приховані причини виникнення неприпустимих відмов – це невраховані у технічних умовах та нормативах параметри, що впливають на надійність. Виріб може бути виконаний у суворій відповідності до технічних умов (ТУ), однак самі ТУ не враховують усіх тих об'єктивно існуючих факторів, які впливають на надійність і виявляються в процесі експлуатації. Аналіз належності кожної відмови до тієї чи іншої категорії класифікації дозволяє вибирати показники надійності та модель розрахунку, що правильно відображають реальну ситуацію, в якій використовується виріб.

Нормування показників надійності

При створенні нової ТЗ або машини необхідно призначити показники надійності, щоб під час експлуатації машини було гарантовано безпеку та високу ефективність роботи.

Зазвичай, залежно від вимог до ефективності роботи виробу та вимог до його надійності досягається компроміс між ними.

Нормування підлягає в першу чергу ймовірність безвідмовної роботи виробу з оцінкою тривалості періоду, протягом якого вона оцінюється, а для високонадійних систем, у яких повинен встановлюватися запас надійності та значення.

При цьому допустиме значення ймовірності безвідмовної роботи є мірою для оцінки наслідків відмови, які можуть бути найрізноманітнішими - від незначної матеріальної шкоди до катастрофічної. Ці наслідки пов'язані з характером самої відмови, з категорією відмови та з такими факторами, як час, необхідний для усунення відмови, вид ремонту, тривалість існування відмови (можливість самовідновлення працездатності виробу), вплив цієї відмови на ймовірність виникнення інших відмов тощо.

Усі особливості відмови та її наслідків слід характеризувати припустимою ймовірністю безвідмовної роботи, яка акумулює у собі і чисельно оцінює небезпеку наслідків відмови.

Так, якщо відмова існує нетривалий час, а потім працездатність машини самовідновлюється і за цей час не станеться незворотних процесів, то допускатиметься нижча ймовірність безвідмовної роботи, ніж при «повній» відмові та більш небезпечних наслідках. Оцінюючи надійності складних виробів як машина загалом, а й окремі її вузли і агрегати повинні характеризуватися допустимою ймовірністю безвідмовної роботи. При нормуванні показників надійності необхідно враховувати специфіку конструкції та призначення цієї машини.

Зазвичай застосовують шість класів надійності залежно від допустимих значень (табл. 2.2).

Таблиця 2.2.

До нульового класу входять маловідповідальні деталі та вузли, відмова яких залишається практично без наслідків. Їх хорошим показником надійності може бути середній термін служби, напрацювання на відмову чи параметр потоку отказов.

Класи 1-4 характеризуються підвищеними вимогами до безвідмовності (номер класу відповідає числу дев'яток після коми значення).

У п'ятий клас включаються високонадійні вироби, відмова яких

у заданий період неприпустимий.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

ФЕДЕРАЛЬНИЙ ДЕРЖАВНИЙ АВТОНОМНИЙ ОСВІТНИЙ ЗАКЛАД

ВИЩОЇ ОСВІТИ

"Національний дослідницький ядерний університет "МІФІ"

Обнінський інститут атомної енергетики -

філія федеральної державної автономної освітньої установи «Національний дослідницький ядерний університет «МІФІ»

(ІАТЕ НІЯУ МІФІ)

Технікум ІАТЕ НІЯУ МІФІ

Курсове проектування

з дисципліни «Теоретичні основи забезпечення надійності систем автоматизації та модулів мехатронних систем»

на тему «Надійність технічних систем»

Вступ. 3

1 Загальна частина. 6

1.1. Теорія надійності. 6

1.2 Показники з метою оцінки безвідмовності. 9

1.3 Показники з метою оцінки ремонтопридатності. 11

1.4 Показники оцінки довговічності. 11

1.5 Показники для оцінки збереження. 12

2 Вибір та обґрунтування методів розрахунку 12

2.1 Розрахунок надійності. 12

3 Розрахункова частина. 14

3.1 Розрахунок надійності системи.

3.2 Дерево подій. 20

3.3 Дерево відмов. 20

4 Надійність системи.. 21

4.1 Шляхи підвищення надійності системи.

4.2 Побудова схеми з підвищеною надійністю. 23

5 Висновок. 24

6 Висновок. 25

Список використаної літератури.

Вступ

Питанням надійності технічних систем, з кожним роком приділяється все більша увага. Важливість проблеми надійності технічних систем обумовлена ​​їх повсюдним поширенням практично у всіх галузях промисловості.

У нашій країні теорія надійності почала інтенсивно розвиватися з 50-х років, і до теперішнього часу сформувалася в самостійну дисципліну, основними завданнями якої є:

• Встановлення видів показників надійності тих. систем;
• Вироблення аналітичних методів оцінки надійності;
• спрощення оцінки надійності технічних систем;
• Оптимізація надійності на стадії експлуатації системи.

Надійність - властивість системи зберігати у часі та у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність системи виконувати необхідні функції у заданих режимах та умовах експлуатації. Надійність - найважливіший показник якості виробів, який має забезпечуватися усім стадіях життєвого циклу вироби (проектування - виготовлення - експлуатація). Від надійності залежать такі основні показники, як якість, ефективність та безпека. Техніка може працювати добре лише за умови, що вона є достатньо надійною.

Надійність по суті є характеристикою ефективності системи. Якщо оцінки якості автоматичної системи досить характеризувати її надійністю виконання системою функцій у різних станах, то надійність збігається з ефективністю системи.

Надійність технічного обладнання залежить від його проектування та виробництва. Щоб створити надійну технічну систему, потрібно правильно розрахувати її надійність у момент проектування, знати методи та програми розрахунку та забезпечення високої надійності. Необхідно також довести на практиці, що показники отриманої надійності технічної системи не нижчі від заданих показників.

Інтуїтивно надійність об'єктів пов'язують із неприпустимістю відмов у роботі. Це розуміння надійності у «вузькому» сенсі — властивість об'єкта зберігати працездатний стан протягом певного часу чи деякого напрацювання. Інакше висловлюючись, надійність об'єкта полягає у відсутності непередбачених неприпустимих змін його якості у процесі експлуатації та зберігання. Надійність у «широкому» сенсі — комплексна властивість, яка в залежності від призначення об'єкта та умов його експлуатації може включати властивості безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності і збереження, а також певне поєднання цих властивостей.

Актуальністю даної курсової роботи є важливість розрахунку надійності, при якому можуть бути використані різні методи та засоби, та досягнення необхідної надійності. У роботі розглянуті методи розрахунку надійності технічних систем, види відмов, методи підвищення надійності, і навіть причини, викликають відмови.

Об'єктом дослідження у цій роботі є електричні схеми.

Основною метою даної курсової є розбір параметрів заданої системи та вимоги, що пред'являються до неї, підбір необхідних методів для розрахунку надійності системи, а також обґрунтування цих методів.

Для реалізації поставленої мети необхідно вирішити низку завдань:

• Розглянути задану систему, а також параметри, опис та вимоги;
• Вибрати та обґрунтувати методи розрахунків;
• Зайнятися розрахунковою частиною: безпосередньо розрахувати надійність системи, побудувати дерево відмов та дерево подій;
• Знайти методи підвищення надійності заданої системи.

Ця курсова робота складатиметься з наступних частин:

1) Вступ, в якому описується мета та завдання роботи

2) Теоретична частина, у якій викладаються основні поняття, вимоги та методи розрахунку надійності.

3) Практична частина де відбувається розрахунок надійності заданої системи.

4) Висновок, в якому містяться висновки щодо даної роботи

Ступінь значущості надійності різних технічних систем у світі дуже високий, оскільки сучасні технічні об'єкти мають бути максимально надійні і безпечні.

1 Загальна частина

1.1 Теорія надійності

Надійністьце властивість об'єкта зберігати у часі у встановлених межах значення параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції у заданих режимах та умовах застосування технічного обслуговування, ремонтів, зберігання та транспортування. Надійність є складною властивістю, яка залежно від призначення об'єкта та умов його застосування складається із поєднання безпеки, ремонтопридатності.

Для абсолютної більшості технічних пристроїв, що цілорічно застосовуються, при оцінці їх надійності найбільш важливими є три властивості: безвідмовність, довговічність і ремонтопридатність.

Безвідмовність - властивість об'єкта безперервно зберігати працездатний стан протягом певного часу чи напрацювання.

Довговічність - властивість об'єкта зберігати працездатний стан до граничного стану при встановленої системі технічного обслуговування і ремонту.

Ремонтопридатність - властивість об'єкта, що полягає у пристосованості до підтримки та відновлення працездатного стану шляхом технічного обслуговування та ремонту.

Збереженість -властивість об'єкта зберігати в заданих межах значення параметрів, що характеризують здатність об'єкта виконувати необхідні функції протягом і після зберігання та (або) транспортування.

Ресурс (технічний) - напрацювання виробу до досягнення ним граничного стану, узгодженого у технічній документації. Ресурс може виражатися у роках, годинах, кілометрах, гектарах, числі включень. Розрізняють ресурс: повний за весь термін служби до кінця експлуатації; доремонтний - від початку експлуатації до капітального ремонту виробу, що відновлюється; використаний - від початку експлуатації або від попереднього капітального ремонту виробу до моменту часу, що розглядається; залишковий - від моменту часу, що розглядається, до відмови невідновлюваного виробу або його капітального ремонту, міжремонтний.

Напрацювання - тривалість функціонування виробу або обсяг виконуваної ним роботи за певний проміжок часу. Вимірюється у циклах, одиницях часу, обсягу, довжини пробігу тощо. Розрізняють добове напрацювання, місячне напрацювання, напрацювання до першої відмови.

Напрацювання на відмову - критерій надійності, що є статичною величиною, середнє значення напрацювання виробу, що ремонтується, між відмовими. Якщо напрацювання вимірюється в одиницях часу, під напрацюванням на відмову розуміється середній час безвідмовної роботи.

Перелічені властивості надійності (безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збереження) мають свої кількісні показники.

Так безвідмовність характеризується шістьма показниками, зокрема таким важливим, як ймовірність безвідмовної роботи. Цей показник широко застосовується в народному господарстві для оцінки різних видів технічних засобів: електронної апаратури, літальних апаратів, деталей, вузлів і агрегатів, транспортних засобів, нагрівальних елементів. Розрахунок цих показників проводять з урахуванням державних стандартів.

Відмова - одне з основних визначень надійності, що полягає у порушенні працездатності виробу (один або кілька параметрів виробу виходять за межі, що допускаються).

Відмови класифікуються за такими ознаками:

1) за характером прояву:

• Раптові (характеризуються різкою зміною одного або кількох заданих параметрів виробу);
• Поступові (характеризуються поступовим зміною однієї чи кількох заданих параметрів машини);
• Перемежуються (виникають багаторазово і продовжуються короткий час).

2) відмови як випадкові події можуть бути:

• Незалежними (коли відмова якогось елемента не призводить до відмови інших елементів);
• Залежними (з'являються внаслідок відмови інших елементів);

3) за наявності зовнішніх ознак:

• Очевидні (явні);
• Приховані (неявні);

4) відмови за обсягом:

• Повні (при аварії);
• часткові;

5) відмови з причин виникнення:

• Конструктивні (виникають через недостатню надійність, невдалу конструкцію вузла тощо);
• Технологічні (виникають через застосування неякісних матеріалів або порушення технологічних процесів при виготовленні);
• Експлуатаційні (виникають через порушення режимів роботи, зношування сполучених деталей від тертя).

Усі об'єкти ділять на ремонтовані (відновлювані) і неремонтовані (невідновлювані) залежно від способу усунення відмови.

Інтенсивність відмови - умовна щільність ймовірності виникнення відмови невідновлюваного об'єкта, визначається за умови, що до моменту часу, що розглядається, відмова не виникла.

Можливість безвідмовної роботи - можливість, що у межах заданої напрацювання відмова об'єкта немає.

Довговічність також характеризується шістьма показниками, що представляють різні види ресурсу та термін служби. З точки зору безпеки найбільший інтерес представляє гамма-відсотковий ресурс — напрацювання, протягом якого об'єкт не досягне граничного стану з ймовірністю g, вираженою у відсотках

Показником якості об'єкта є його надійність. Отже, що вище надійність, то вище якість об'єкта. У процесі експлуатації об'єкт може бути в одному з наступних технічних станів (рис.1.1):

1) Справний стан – стан об'єкта, у якому він відповідає всім вимогам нормативно-технічної документації.

2) Несправний стан - такий стан об'єкта, у якому він відповідає хоча б одному з вимог нормативно-технічної документації.

3) Працездатний стан - стан об'єкта, у якому значення всіх параметрів, характеризуючих здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативно-технічної документації.

4) Непрацездатний стан - стан об'єкта, у якому значення хоча б одного параметра, що характеризує здатність виконувати певні функції, відповідає вимогам нормативно-технічної документації.

5) Граничний стан - стан, у якому подальша експлуатація об'єкта неприпустима чи недоцільна, або відновлення працездатного стану неможливе чи недоцільно.

1.2 Показники оцінки безвідмовності

Щоб оцінити безвідмовність, застосовують такі показники як:

1) Імовірність безвідмовної роботи - ймовірність того, що в межах заданого напрацювання не виникає відмова об'єкта. Імовірність безвідмовної роботи змінюється від 0 до 1 і розраховується за такою формулою:

де - число працездатних об'єктів у початковий час, а - число об'єктів, відмовили на момент t від початку випробувань чи експлуатації.

2) Середнє напрацювання до відмови (або середній час безвідмовної роботи) та середнє напрацювання на відмову. Середнє напрацювання на відмову - математичне очікування напрацювання об'єкта до першої відмови:

де - напрацювання до отказа -го об'єкта, а - кількість об'єктів.

3) Щільність ймовірності відмови (або частота відмов) - відношення числа виробів, що відмовили, в одиницю часу до початкового числа, що знаходяться під наглядом:

де - число відмов у розглянутому інтервалі напрацювання;

− загальна кількість виробів, що перебувають під наглядом;

− величина розглянутого інтервалу напрацювання.

4) Інтенсивність відмов - умовна щільність ймовірності виникнення відмови об'єкта, яка визначається за умови, що до моменту часу, що розглядається, відмова не виникла:

де – частота відмов;

ймовірність безвідмовної роботи;

Кількість виробів, що відмовили, за час від до;

Розглянутий інтервал напрацювання;

Середня кількість безвідмовно працюючих виробів, що визначається за такою формулою:

де − число безвідмовно працюючих виробів на початку розглянутого інтервалу напрацювання;

− кількість безвідмовно працюючих виробів наприкінці інтервалу напрацювання.

1.3 Показники для оцінки ремонтопридатності

Щоб оцінити ремонтопридатність, застосовують такі показники як:

1) Середній час відновлення – математичне очікування часу відновлення об'єкта, що визначається за формулою:

де - час відновлення -го відмови об'єкта;

Число відмов за заданий термін випробувань чи експлуатації.

2) Імовірність відновлення працездатного стану – ймовірність того, що час відновлення працездатного стану об'єкта не перевищить задане значення. Для більшої кількості об'єктів машинобудування ймовірність відновлення визначається за експонентним законом розподілу:

де – інтенсивність відмов (величина постійна).

1.4 Показники оцінки довговічності

Властивість довговічності може реалізовуватися як протягом деякого напрацювання (тоді говорять про ресурс), так і протягом календарного часу (тоді говорять про термін служби). Деякі основні показники ресурсу та терміну служби:

1) Середній ресурс – математичне очікування ресурсу.

2) Гамма-відсотковий ресурс - сумарна напрацювання, протягом якої об'єкт не досягне граничного стану із заданою ймовірністю.

3) Середній термін служби – математичне очікування терміну служби.

4) Гамма-відсотковий термін служби – календарна тривалість експлуатації, протягом якої об'єкт не досягає граничного стану з ймовірністю.

5) Призначений ресурс - сумарна напрацювання, при досягненні якої експлуатація об'єкта має бути припинена незалежно від його технічного стану.

6) Непризначений термін служби – календарна тривалість експлуатації, при досягненні якої експлуатація об'єкта має бути припинена незалежно від його технічного стану.

1.5 Показники для оцінки збереження

З позиції теорії надійності, природно, припустити, що об'єкт ставиться на зберігання або починає транспортуватися в справному стані.

Властивість збереження також реалізується протягом деякого часу, який називається терміном збереження.

1) Термін збереження - календарна тривалість зберігання та/або транспортування об'єкта, протягом якої зберігаються в заданих межах значення параметрів, що характеризують здатність об'єкта виконувати задані функції.

2) Середній термін збереження - математичне очікування терміну збереження об'єкта.

3) Гамма-відсотковий термін зберігання - календарна тривалість зберігання та/або транспортування об'єкта, у продовженні якої показники безвідмовності, ремонтопридатності та довговічності об'єкта не вийдуть за встановлені межі з ймовірністю.

1. Вибір та обґрунтування методів розрахунку

2.1 Розрахунок надійності.

Вивчення надійності технічних систем здійснюється на основі методів з даними про відмови та відновлення, отримані в результаті використання систем та їх елементів. У процесі роботи зазвичай використовуються аналітичні методи розрахунку надійності. Найчастіше, це логіко - імовірнісні методи, а також методи, засновані на теорії випадкових процесів.

Час відновлення елементів систем зазвичай набагато менше часу між відмовами. Цей факт дозволяє використовувати для розрахунку надійності асимптотичні методи. Але дослідження надійності з допомогою цих методів є складним завданням, оскільки формули для опису надійності вдається отримати який завжди, і вони складні для практичного використання.

Тим не менш, для аналізу та розрахунку надійності систем застосовуються й інші методи. Це логіко - імовірнісні, графові, евристичні, аналітико - статичні та машинні моделювання.

В основі логіко-імовірнісних методів лежить безпосереднє застосування теорем та теорій ймовірностей для аналізу та розрахунку надійності технічних систем.

Графовий метод є найбільш загальним описи технічної системи. Він враховує вплив будь-яких чинників, які впливають систему. Але недоліком цього є складність введення даних і визначення характеристик надійності.

Суть евристичного методу оцінки та розрахунку надійності полягає у поєднанні груп елементів системи в один загальний елемент. Таким чином, відбувається зменшення кількості елементів у системі. Цей метод застосовується лише високонадійних елементів без похибки обчислень.

p align="justify"> Методи машинного моделювання є універсальними і допускають розгляд систем з великою кількістю елементів. Але використання цього методу як дослідження надійності є доцільним лише тоді, коли неможливо отримати аналітичне рішення.
При аналізі систем із високим надійністю виникають проблеми, пов'язані з великими витратами машинного часу. Для збільшення швидкості розрахунків застосовують аналітико – статичний метод. Але такий метод не дозволяє в повному обсязі визначати надійність системи, якщо врахувати велику кількість факторів, що впливають на її правильне функціонування.

В основі розрахунку заданої системи лежить метод експонентного розподілу.

Вибрано саме метод експонентного розподілу, тому що він визначається одним параметром λ. Ця особливість експонентного розподілу вказує на його перевагу в порівнянні з розподілами, що залежать від більшої кількості параметрів. Зазвичай параметри невідомі, і доводиться знаходити наближені значення. Простіше оцінити один параметр, ніж два або три і т.д.

3 Розрахункова частина

3.1 Розрахунок надійності системи

1. Завдання 1:

Структурна схема задачі 1:

Рис. 1 - Структурна схема задачі 1

Інтенсивність відмов:

Середнє напрацювання до відмови:

Можливість безвідмовної роботи:

ВБР системи при послідовному з'єднанні елементів:

1. Завдання 2:

Структурна схема задачі 2:

Рис. 2 - Структурна схема задачі

Таблиця 1 - Інтенсивність відмов і середнє напрацювання до відмови:

Формула для розрахунку ймовірності безвідмовної роботи окремого елемента:

Можливість безвідмовної роботи кожного елемента ланцюга:

Розрахунок надійності електричного кола:

3.2 Дерево подій

Рис. 3 - Дерево подій

3.3 Дерево відмов

Рис. 4 - Дерево відмов

4 Надійність системи

4.1 Шляхи підвищення надійності системи

Серед методів підвищення надійності обладнання можна виділити:
. зменшення інтенсивності відмов елементів системи;
. резервування;
. скорочення часу безперервної роботи;
. зменшення часу відновлення;
. вибір раціональної періодичності та обсягу контролю систем.
Зазначені методи використовуються при проектуванні, виготовленні та в процесі експлуатації обладнання.
Як уже було сказано, надійність систем закладається при проектуванні, конструюванні та виготовленні. Саме від роботи проектувальника та конструктора залежить, як працюватиме обладнання в тих чи інших умовах експлуатації. Організація процесу експлуатації також впливає надійність об'єкта. При експлуатації обслуговуючий персонал може істотно змінити надійність систем як у бік зниження, і у бік підвищення.
До конструктивних способів підвищення надійності відносяться:
- Застосування високонадійних елементів та оптимізація режимів їх роботи;
- Забезпечення ремонтопридатності;
- Створення оптимальних умов для роботи обслуговуючого персоналу тощо;
- раціональний вибір сукупності контрольованих параметрів;
- раціональний вибір допусків на зміну основних параметрів елементів та систем;
- захист елементів від вібрацій та ударів;
- уніфікація елементів та систем;
- розробка експлуатаційної документації з урахуванням досвіду застосування такого обладнання;
- Забезпечення експлуатаційної технологічності конструкції;
- застосування вбудованих контрольних пристроїв, автоматизація контролю та індикація несправностей;
- зручність підходів для обслуговування та ремонту.
При виробництві обладнання використовують такі способи підвищення надійності, як:
- Вдосконалення технології та організації виробництва, його автоматизація;
- Застосування інструментальних методів контролю якості продукції при статистично обґрунтованих вибірках;
- тренування елементів та систем.
Названі засоби підвищення надійності повинні застосовуватися з урахуванням впливу кожного з них на працездатність системи.
Для підвищення надійності систем у процесі експлуатації використовуються методи, засновані на вивченні досвіду експлуатації. Велике значення підвищення надійності також має кваліфікація обслуговуючого персоналу.

Стан системи визначається станом її елементів і від її структури. Для підвищення надійності систем та елементів застосовують резервування: Резервування - спосіб забезпечення надійності об'єкта за рахунок використання додаткових засобів та (або) можливостей, надлишкових щодо мінімально необхідних для виконання необхідних функцій. Резерв - сукупність додаткових коштів та (або) можливостей, що використовуються для резервування.

Існують три способи включення резерву:

• постійне - у якому елементи функціонують як з основними;
• резервування заміщенням - при якому резервний елемент вводитися до складу системи після відмови основного, таке резервування називається активним і вимагає використання комутувальних пристроїв;
• ковзне резервування - резервування заміщенням, при якому група основних елементів системи резервується одним або декількома резервними елементами, кожен з яких може замінити будь-який основний елемент, що відмовив у даній групі.

4.2 Побудова схеми з підвищеною надійністю

Структурна схема, яка нам дана:

Рис. 5 – Структурна схема

Елементи 1 та 18 є найбільш не надійними, оскільки при виході з ладу одного з них відбудеться відмова усієї системи.

Структурна схема підвищеної надійності із застосуванням резервування заміщенням:

Рис. 6 – Структурна схема з підвищеною надійністю

5 Висновок

Резервування заміщенням є зручнішим видом підвищення надійності системи.

Його переваги:

1. Значне збільшення ймовірності безвідмовної роботи системи
2. Невелика кількість резервних елементів
3. Підвищення ремонтопридатності (бо точно відомо який елемент відмовив).

Недоліки цього виду резервування полягають у тому, що:

1. У разі виявлення помилки необхідно перервати роботу основного програмного забезпечення для виявлення несправного елемента та виключення його з роботи
2. Ускладнюється програмне забезпечення, тому що потрібна спеціальна програма виявлення несправних елементів
3. Система не може виявити помилку при відмові одночасно основного та резервного елементів.

6 Висновок

У цій роботі був проведений розрахунок ймовірності безвідмовної роботи складної системи. На основі структурної схеми було побудовано дерево відмов та дерево подій. Також були розглянуті методи підвищення надійності та на основі резервування було побудовано структурну схему з підвищеною надійністю, проведено аналіз переваг та недоліків обраного методу підвищення надійності.

Список використаної літератури

1. Половко, О.М. Основи теорії надійності/А.М. Половка, С.В. Гуров – СПб.: БХВ – Петербург, 2006.-С.
2. Надійність технічних систем: довідник/Ю.К. Біляєв; В.А. Богатирьов
3. Надійність технічних систем: Електронний навчальний посібник. - Режим доступу: http://www.kmtt43.ru/pages/technical/files/pedsostav/krs/Nadejnost"%20tehnicheskih%20sistem.pdf
4. ГОСТ 27.301 - 95 Надійність у техніці. Розрахунок надійності. Основні положення
5. Основні поняття теорії надійності [Електронний ресурс]: електронний навчальний посібник. - Режим доступу: http://www. obzh. ru / nad/4-1. html(Дата звернення 13.02.2017р.)
6. ГОСТ Р 27.002-2009 Надійність у техніці. Терміни та визначення.

Завантажити: У вас немає доступу до завантаження файлів з нашого сервера.

Терміни надійність, безпека, небезпекаі ризикчасто змішують, у своїй їх значення перекриваються. Часто терміни аналіз безпекиабо аналіз небезпекивикористовуються як рівнозначні поняття. Поряд із терміном аналіз надійностівони ставляться до дослідження як працездатності, відмов устаткування, втрати працездатності, і процесу виникнення.

Забезпечення надійності систем охоплює різні аспекти людської діяльності. Надійність є однією з найважливіших характеристик, що враховуються на етапах розробки, проектування та експлуатації різних технічних систем.

З розвитком та ускладненням техніки поглибилася та розвивалася проблема її надійності. Вивчення причин, що викликають відмови об'єктів, визначення закономірностей, яким вони підпорядковуються, розробка методу перевірки надійності виробів та способів контролю надійності, методів розрахунків та випробувань, пошук шляхів та засобів підвищення надійності – є предметом досліджень надійності.

Якщо в результаті аналізу потрібно визначити параметри, що характеризують безпеку, необхідно на додаток до відмов обладнання та порушень працездатності системи розглянути можливість пошкоджень самого обладнання або інших пошкоджень, що викликаються ними. Якщо на цій стадії аналізу безпеки передбачається можливість відмов у системі, то проводиться аналіз ризику для того, щоб визначити наслідки відмов у сенсі шкоди, що завдається обладнанню, та наслідків для людей, що знаходяться поблизу нього.

Наука про надійність є комплексною наукою та розвивається у тісній взаємодії з іншими науками, такими як фізика, хімія, математика та ін., що особливо наочно проявляється при визначенні надійності систем великого масштабу та складності.

При вивченні питань надійності розглядають найрізноманітніші об'єкти: вироби, споруди, системи зі своїми підсистемами. Надійність виробу залежить від надійності його елементів, і що вище їх надійність, то вище надійність всього виробу.

Теорія надійності спирається на сукупність різних понять, визначень, термінів та показників, що суворо регламентуються у державних стандартах (ГОСТ).

Система- Це технічний об'єкт, призначений для виконання певних функцій.

Окремі частини системи (конструктивно відокремлені, як правило) називаються елементами.

Однак необхідно помітити, що той самий об'єкт в залежності від того завдання, яке хоче вирішити конструктор (дослідник, проектувальник, розробник), може розглядатися як система або як елемент. Наприклад, радіостанція зазвичай сприймається як система. Однак вона може стати елементом більшого об'єкта - радіорелейної лінії, що розглядається як система. Отже, можна дати ще одне повніше визначення елемента.

Елемент- це об'єкт, що є найпростішою частиною системи, окремі частини якої представляють самостійного інтересу у межах конкретного розгляду.

З погляду теорії надійності будь-який технічний об'єкт (система, пристрій, елемент) можна охарактеризувати його властивостями, технічним станом та пристосованістю до відновлення після втрати працездатності (рис. 1).

Надійністьвластивість об'єкта зберігати у часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції у заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування. Недостатня надійність об'єкта призводить до величезних витрат на його ремонт, простою машин, припинення постачання населення електроенергією, водою, газом, транспортними засобами, невиконання відповідальних завдань, іноді до аварій, пов'язаних з великими економічними втратами, руйнуванням великих об'єктів та людськими жертвами. Чим менша надійність машин, тим більші партії їх доводиться виготовляти, що призводить до перевитрати металу, зростання виробничих потужностей, завищення витрат на ремонт та експлуатацію.

Рисунок 1 - Основні характеристики ТЗ

Надійність об'єкта є комплексною властивістю, їїоцінюють за чотирма показниками - безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності та збереження або за поєднанням цих властивостей.

Безвідмовністьвластивість об'єкта зберігати працездатність безперервно протягом деякого часу або деякого напрацювання. Ця властивість особливо важлива для машин, відмова у роботі яких пов'язана з небезпекою для життя людей. Безвідмовність властива об'єкту у кожному з можливих режимів його існування, у тому числі при зберіганні та транспортуванні.

Довговічністьвластивість об'єкта зберігати працездатний стан до граничного стану при встановленої системі технічного обслуговування і ремонту.

На відміну від безвідмовності довговічність характеризується тривалістю роботи об'єкта за сумарним напрацюванням, що переривається періодами для відновлення його працездатності в планових та непланових ремонтах та при технічному обслуговуванні.

Граничний станстан об'єкта, у якому його подальша експлуатація неприпустима чи недоцільна, або відновлення його працездатного стану неможливе чи недоцільно.

Ремонтопридатністьвластивість об'єкта, що полягає у його пристосованості до підтримки та відновлення працездатного стану шляхом проведення технічного обслуговування та ремонту. Важливість ремонтопридатності технічних систем визначається величезними витратами ремонт машин.

Збереженість -властивість об'єкта зберігати в заданих межах значення параметрів, що характеризують здатність об'єкта виконувати необхідні функції протягом і після зберігання та (або) транспортування. Практична роль цієї якості велика для деталей, вузлів та механізмів, що знаходяться на зберіганні в комплекті запасного приладдя.

Об'єкти поділяють на невідновлювані,які не можуть бути відновлені споживачем і підлягають заміні (наприклад, електричні лампочки, підшипники, резистори тощо), та відновлювані,які можуть бути відновлені споживачем (наприклад, телевізор, автомобіль, трактор, верстат тощо).

Надійність об'єкта характеризується такими станами: справне, несправне, працездатне, непрацездатне.

Справний стантакий стан об'єкта, за якого він відповідає всім вимогам нормативно-технічної та (або) конструкторської (проектної) документації.

Справний виріб обов'язково працездатний.

Несправний стантакий стан об'єкта, при якому він не відповідає хоча б одній із вимог нормативно-технічної та (або) конструкторської (проектної) документації. Розрізняють несправності, що не призводять до відмови, та несправності, що призводять до відмови. Наприклад, пошкодження фарбування автомобіля означає його несправний стан, але такий автомобіль є працездатним.

Працездатним станомназивають такий стан об'єкта, при якому він здатний виконувати задані функції, що відповідають вимогам нормативно-технічної та (або) конструкторської (проектної) документації.

Непрацездатний виріб є одночасно несправним.

Поняття справності ширше поняття працездатності. Несправна ТЗ може бути працездатною і непрацездатною - все залежить від того, якою вимогою НТД не задовольняє дана ТЗ. Так, наприклад, якщо погнутий кожух або шасі, порушено їхнє лакофарбове покриття, пошкоджено ізоляцію провідників, однак параметри апаратури знаходяться в межах норми, то ТЗ вважається несправною, але водночас працездатною.

Рисунок 2 – Класифікація об'єктів ТЗ

Вчений Дунін-Барковський дав таке визначення терміна «технологічна надійність»: «…властивість технологічного обладнання та виробничо-технічних систем, таких як верстат, система ливарного, ковальсько-пресового або іншого виробничо-технічного обладнання або автоматичних ліній, зберегти на заданому рівні вихідні параметри якості виробу, що виробляється, протягом необхідного часу». Потім А. С. Проніков ввів поняття «надійність технологічних процесів». Він пише, що «більший відсоток відмов різних машин пов'язаний з недостатньою надійністю технологічного процесу», що «технологічний процес повинен бути надійним, т. с. не допускати таких показників, які можуть впливати на якість виробів, що випускаються». Питання оцінки надійності технологічних процесів і безвідмовності розглядаються також у роботах П. І. Бобрика, А. Л. Меєрова та ін. відповідно до встановлених вимог.

Але очевидно, що зміна в часі характеристик технологічних систем може призводити до зміни як якості виготовлення продукції, а й продуктивності. Відмови технологічних систем у більшості випадків призводять не до появи бракованих виробів, а до затримки у виконанні завдання, що впливає на продуктивність обладнання. Тому, характеризуючи властивість надійності технологічних систем, доцільно його розглядати з точки зору виконання завдань як за показниками якості, так і за обсягом продукції, що виготовляється.

Таким чином, у технічній літературі широке висвітлення отримали питання застосування методів теорії надійності до аналізу властивостей технологічних систем забезпечувати виготовлення продукції відповідно до вимог технічної документації та у встановленому обсязі.

Технологічна система - це сукупність засобів технологічного оснащення, об'єктів виробництва та, у випадку, виконавців, необхідна і достатня до виконання певних технологічних процесів і операцій і яка перебуває у стані готовності до функціонування чи стані функціонування відповідно до вимог технічної документації. Таким чином, можна розглядати технологічну систему для виконання однієї операції та технологічну систему для виконання деякого процесу, що складається з окремих операцій

У технологічну систему входять елементи, котрим обов'язково наявність функціональних зв'язків, які забезпечують протікання технологічних процесів виготовлення продукції. Окремим випадком таких зв'язків є кінематичні зв'язки між окремими елементами (наприклад, у системі верстат – пристосування – інструмент – деталь).

Надійністю технологічної системи називатимемо властивість технологічної системи виконувати задані функції, зберігаючи показники якості та ритм випуску придатної продукції протягом необхідних проміжків часу експлуатації або необхідного напрацювання. Ритм випуску - це кількість виробів певного найменування, типорозміру та виконання, що випускаються в одиницю часу.

Під поняттям «надійність технологічного процесу» і «надійність технологічної операції» розуміється надійність технологічної системи, що забезпечує функціонування процесу або операції відповідно до вимог технічної документації.

З визначень слід, що технологічну систему можна вважати надійною у тому випадку, якщо вона забезпечує виконання завдання за показниками якості виготовленої або виготовленої продукції та за параметрами продуктивності.

Параметри та властивості технологічної системи та її елементів змінюються у процесі функціонування, тобто при протіканні технологічного процесу чи операції. Тому технологічна система у певний момент може бути у працездатному чи непрацездатному стані.

При проведенні досліджень можна оцінювати працездатність системи як окремо – за її здатністю забезпечувати необхідний рівень якості виготовленої продукції та за параметрами продуктивності, так і за обома властивостями одночасно з урахуванням залежності між ними.

Технологічна система працездатна за параметрами якості, якщо забезпечує виготовлення продукції з показниками якості, що відповідають вимогам технічної документації, та працездатна за параметрами продуктивності, якщо забезпечує встановлений ритм випуску.

Окремі порушення в технологічній системі будемо відносити до категорії пошкоджень, якщо вони переводять систему зі справного стану на несправне, і до відмови, якщо вони переводять систему з працездатного стану на непрацездатний.

Таким чином, відмова технологічної системи - це подія, що полягає у втраті працездатності.

Відмови в технологічних системах можуть бути раптовими та поступовими. До поступових відносяться відмови, викликані неправильним або дискретним характером змін у стані технологічної системи і що призводять до поступової втрати працездатності (знос направляючих верстата, інструменту, пристроїв, температурні деформації, старіння матеріалу базових деталей обладнання тощо). Раптовими є відмови, зумовлені окремими порушеннями, момент настання яких практично неможливо прогнозувати (поломка інструменту, помилка налагоджувальника в налаштуванні обладнання, дефекти у матеріалі чи заготовках тощо).

Надалі такі поступові та раптові відмови відноситимуться до категорії відмов, обумовлених станом системи, тобто до внутрішніх відмов. Але технологічні системи окремих операцій чи процесів можуть бути у стані непрацездатності також через зовнішні чинники (порушення електропостачання, пошкодження приміщень, відсутність матеріалу, заготовок тощо. буд.). Вочевидь, зовнішні чинники призводять до зниження надійності за параметрами продуктивності. До зовнішніх відмови слід відносити також простої технологічних систем з організаційних причин.

Для того, щоб вирішити проблему підвищення надійності машин та механізмів, необхідно не просто констатувати факт відмови, але розглядати кожен випадок передчасної відмови як подію та встановлювати справжню причину порушення працездатності. Аналіз має починатися із встановлення місця відмови. Кожен вид пошкодження чи відмови має різні форми прояву. Всі причини відмов можуть бути віднесені до однієї з трьох основних груп:

Помилки проектування та виготовлення;

Помилки експлуатації;

Зовнішні чинники, тобто. причини, безпосередньо які залежать від виробу чи вузла.

Типовими дефектами конструювання є: недостатня захищеність вузлів тертя, наявність концентраторів напруги, неправильний розрахунок несучої здатності, неправильний вибір матеріалів та ін. механічної обробки та ін. Основними експлуатаційними причинами відмов та пошкоджень є: порушення умов застосування; неправильне технічне обслуговування; наявність перевантажень і непередбачених навантажень, зумовлених порушеннями енергопостачання, впливом пов'язаних відмов (вторинні ушкодження), впливом явищ природи, потраплянням у механізм сторонніх предметів тощо.

Подібна класифікація дозволяє лише віднести зафіксовану відмову до однієї з названих вище причин. Завдання полягає в тому, щоб, знаючи фізичну причину руйнування, забезпечити конструювання виробів із встановленою довговічністю. Тому важливо на вигляд зруйнованої деталі зробити правильний попередній висновок про причини руйнування.

При вирішенні будь-якої задачі оцінки надійності технологічних систем виходять з наступних передумов:

1) Надійність технологічних систем повинна оцінюватися тільки за тими параметрами та показниками якості виготовленої продукції, рівень яких залежить від операції. Наприклад, при шліфуванні валу обробці підлягає лише одна поверхня, інші ж не змінюються. Тому оцінка надійності такої операції шліфування залежить від умов забезпечення необхідного розміру і шорсткості тільки оброблюваної поверхні.

Багато показників ергономічності та технічної естетики однозначно визначаються конструкцією виробу і не залежать від надійності технологічних операцій (наприклад, розташування та кількість точок мастила у виробі, що оглядається, оглядовість тощо). Тому при розрахунку надійності технологічних операцій такі показники якості готового виробу не повинні враховуватися.

2) При розрахунку надійності технологічних систем слід виходити з того, що у конструкторській документації однозначно задані номінальні значення та показники якості готового виробу. Оцінюючи ж надійності технологічних операцій (як у процесі технологічної підготовки виробництва, і у серійному виготовленні) слід лише враховувати, наскільки процес виготовлення забезпечує дотримання встановлених вимог, і розглядати у своїй відповідності сучасному рівню показників, закладеному в конструкторської документації. Це означає, що технологічний процес може мати високу надійність, хоча отримана при його реалізації продукція може належати до другої категорії якості.

3) При оцінці надійності технологічних систем в умовах серійного виробництва слід виходити із заданих у технологічній документації технологічних маршрутів, режимів та засобів технологічного оснащення.

4) Відпрацювання технологічних операцій та процесів за показниками надійності на етапі підготовки виробництва має проводитися шляхом відшукання кращого технологічного рішення за економічними критеріями та ймовірності виконання завдання за показниками якості виготовленої продукції та параметрами продуктивності.

Оцінка надійності технологічних систем зводиться до диференційованої оцінки показників безвідмовності, довговічності та ремонтопридатності або обчислення, при необхідності, комплексних показників, що характеризують одночасно всі складові властивості надійності.

Оцінка безвідмовності зводиться до визначення:

Ймовірність того, що аналізований технологічний процес (або операція) забезпечить виготовлення продукції відповідно до необхідних технічної документації показників якості протягом заданого інтервалу часу без вимушених перерв при одночасному забезпеченні заданого обсягу виробництва в одиницю часу (ритму запуску);

Середнього напрацювання до відмови;

Параметр потоку відмов.

Оцінюючи показників безвідмовності не враховуються вимушені простої устаткування, зумовлені організаційними причинами.

Для безперервних технологічних операцій за напрацювання приймається тривалість роботи (год); для дискретних технологічних операцій (обробка різанням, штампування тощо) - кількість оброблених деталей або кількість оброблених прутків (при виготовленні деталей із пруткового матеріалу).

Оцінюючи безвідмовності автоматичних ліній, і навіть технологічних операцій, за одиницю напрацювання приймається кількість виготовлених деталей після фінішної операції.

Операція контролю має розглядатися як невід'ємна частина відповідних технологічних операцій.

Відмовою технологічної системи за показниками якості не слід вважати те, що відбулося після операції обробки, відхилення від вимог технічної документації по одному з показників якості, виявлене при контрольній операції, внаслідок чого дефектна деталь або ізольована або спрямована на доопрацювання (переробку). Оцінюючи безвідмовності за параметрами продуктивності час виготовлення дефектної продукції має враховуватися як час, витрачений усунення відмови.

Для дорогих і трудомістких у виготовленні виробів безвідмовність повинна оцінюватися для обробки та окремо для контрольної операції.

Оцінка довговічності зводиться до визначення:

Календарної тривалості функціонування технологічної системи повністю, капітального ремонту, між ремонтами, до повної заміни;

Напрацювання системи до тих же періодів.

Оцінка ремонтопридатності технологічної системи зводиться:

До визначення показників, що характеризують тривалість та вартість виявлення та усунення відмов;

До встановлення часу, необхідного для приведення системи до робочого стану;

До усунення показників, що характеризують трудомісткість та вартість операцій технічного обслуговування технологічних систем, підналадок, зміни інструменту.

Оцінка надійності технологічних систем проводиться шляхом обчислення показників надійності на етапах технологічної підготовки виробництва, серійного виготовлення, а також після капітального ремонту або модернізації найважливіших елементів технологічних систем.

Основна мета оцінок надійності технологічних систем - приведення технологічних процесів у такий стан, при якому забезпечується виготовлення продукції відповідно до встановлених у технічній документації параметрів та показників якості при одночасному забезпеченні максимальної продуктивності та мінімуму втрат від шлюбу. Залежно від етапу проведення оцінок можуть вирішуватись приватні завдання:

При плануванні – встановлення обсягів виробництва окремих ділянок та цехів, визначення економічно обґрунтованих норм точності;

При технологічній підготовці виробництва - вибір оптимальних технологічних процесів (вибір режимів обробки, встановлення місць контрольних операцій у технологічному процесі та планів контролю);

При серійному виробництві - визначення відповідності параметрів технологічної системи встановленим вимогам, виявлення негативних факторів та розробка заходів щодо підвищення надійності чи точності та стабільності технологічних процесів;

Після проведення ремонтів технологічних систем – оцінка якості ремонту.

Ці ж методи можуть бути використані для організації приймально-здавальних випробувань після ремонту основних елементів технологічних систем або їх модернізації.

В основу сучасного розвитку робіт з теорії надійності можуть бути покладені такі причини:

Більшість відмов, які виникають під час експлуатації виробів, можна було передбачати заздалегідь, тому їх не можна вважати випадковими;

Більшість раптових відмов пояснюються недоробкою та помилками конструювання, виготовлення та складання, тому необхідно не просто констатувати факти появи раптових відмов, а розробляти способи, що виключають їхню можливість;

Більшість методів промислового контролю насправді не дає змоги виявити дефекти; потрібні нові методи контролю, що дозволяють прогнозувати моменти появи відмов з метою своєчасного вживання необхідних заходів, що виключають раптовий характер відмов;

Надійність технічних систем має оцінюватися ще стадії проектування;

Управління надійністю має носити комплексний характер та забезпечуватися на етапах проектування, виготовлення, експлуатації та ремонту.

Показниками надійностіназивають кількісні характеристики однієї чи кількох властивостей об'єкта, що становлять його надійність. Значення показників надійності набувають за результатами випробувань або експлуатації. По відновлюваності виробів показники надійності поділяють на показники виробів, що не відновлюються, і показники для відновлюваних виробів.

Невідновлюванимназивають такий елемент, який після роботи до першої відмови замінюють на такий самий елемент, оскільки його відновлення в умовах експлуатації неможливе. Як приклади невідновлюваних елементів можна назвати діоди, конденсатори, тріоди, мікросхеми, гідроклаїани, піропатрони і т. п.

Більшість складних технічних систем із тривалими термінами служби є відновлюваними,тобто що виникають у процесі експлуатації відмови систем усувають під час ремонту. Технічно справний стан виробів у процесі експлуатації підтримують проведенням профілактичних та відновлювальних робіт.

Надійність виробів, залежно від призначення, можна оцінювати, використовуючи або частина показників надійності, або всі показники.

Показники безвідмовності:

• - ймовірність безвідмовної роботи -ймовірність того, що в межах заданого напрацювання відмова об'єкта не виникає;
• - середнє напрацювання вщент -математичне очікування напрацювання об'єкта до першої відмови;
• - середнє напрацювання на відмову -відношення сумарного напрацювання об'єкта, що відновлюється, до математичного очікування числа його відмов протягом цього напрацювання;
• - інтенсивність відмов -умовна щільність ймовірності виникнення відмови об'єкта, яка визначається за умови, що до моменту часу, що розглядається, відмова не виникла. Цей показник відноситься до невідновлюваних виробів.

Показники довговічності.Кількісні показники довговічності виробів, що відновлюються, діляться на дві групи.

• 1) Показники, пов'язані з терміном служби виробу:
  • - термін служби -календарна тривалість експлуатації від початку експлуатації об'єкта або її відновлення після ремонту до переходу до граничного стану;
  • - середній термін служби- Математичне очікування терміну служби;
  • - термін служби до першого капітального ремонту агрегату чи вузла -це тривалість експлуатації до ремонту, що виконується для відновлення справності та повного або близького до повного відновлення ресурсу виробу із заміною або відновленням будь-яких його частин, включаючи базові;
  • - термін служби між капітальними ремонтами,залежить переважно від якості ремонту, тобто від того, якою мірою відновлено їх ресурс;
  • - сумарний термін служби- его календарна тривалість роботи технічної системи від початку експлуатації до вибракування з урахуванням часу роботи після ремонту;
  • - гамма-відсотковий термін служби- календарна тривалість експлуатації, протягом якої об'єкт не досягне граничного стану з ймовірністю, вираженою у відсотках.
• 2) Показники, пов'язані з ресурсом виробу:
  • - ресурс- сумарне напрацювання об'єкта від початку його експлуатації або його відновлення після ремонту до переходу в граничний стан.
  • - середній ресурс -математичне очікування ресурсу; для технічних систем як критерій довговічності використовують технічний ресурс;
  • - призначений ресурс- сумарне напрацювання, при досягненні якого експлуатація об'єкта має бути припинена незалежно від його технічного стану;
  • - гамма-відсотковий ресурс- сумарна напрацювання, протягом якої об'єкт не досягне граничного стану із заданою ймовірністю у, вираженої у відсотках.

Одиниці для вимірювання ресурсу вибирають стосовно кожної галузі і кожного класу машин, агрегатів і конструкцій окремо.

Комплексні показники надійності.Показником, визначальним довговічність системи, об'єкта, машини, може бути коефіцієнт технічного використання.

Коефіцієнт технічного використання -відношення математичного очікування сумарного часу перебування об'єкта у працездатному стані за певний період експлуатації до математичного очікування сумарного часу перебування об'єкта у працездатному стані та всіх простоїв для ремонту та технічного обслуговування. Коефіцієнт технічного використання, взятий за період між плановими ремонтами та технічним обслуговуванням, називається коефіцієнтом готовності,який оцінює непередбачені зупинки машини та що планові ремонти та заходи з технічного обслуговування не повністю виконують свою роль.

Показником надійності елемента, що не відновлюється, або всієї системи є можливість безвідмовної роботи P(t)за заданий час / або функція надійності,яка є функцією, зворотної функції розподілу:

P(t) = l-F(t) = P(r>t),

де Р(/) - можливість відмови елемента до моменту /; т - час роботи елемента, що не відновлюється.

Графічно функція надійності є монотонно спадною кривою (рис. 6.7); при / = Про Р(1= 0) = 1, при /-«про Р(1= оо) = 0.

Рис. 6.7.

У загальному вигляді ймовірність безвідмовної роботи Р(0 випробуваних елементів конструкцій визначається як відношення числа елементів, що залишилися справними, в кінці часу випробування до початкового числа елементів поставлених на випробування:

/>(*) = (ЛГ - „)/#,

де N- Початкове число випробуваних елементів; п- кількість елементів, що відмовили за V, N – п = п 0- Число елементів, що зберегли працездатність.

Величина P(t)та ймовірність появи відмови F(t)у момент часу tпов'язані співвідношенням

P(t) + F(t)-,

звідки F(t) = l-P(t)або F(t) = -n 0/N.

Причина виникнення раптових відмов не пов'язана із зміною стану об'єкта та часом його попередньої роботи, а залежить від рівня зовнішніх впливів. Раптові відмови оцінюються інтенсивністю відмовА(0 - ймовірністю виникнення відмови в одиницю часу за умови, що до цього моменту відмова не виникла. У загальному вигляді ймовірність безвідмовної роботи можна виразити через інтенсивність відмов А.(/):

P(t) = exp

Показник А(0 вимірюється числом відмов в одиницю часу (ч "). За допомогою даного виразу можна отримати формулу для ймовірності безвідмовної роботи будь-якого елемента технічної системи за будь-якого відомого розподілу часу напрацювання на відмову. Функція А(/) може бути визначена за результатами випробувань Численні дослідні дані показують, що для багатьох елементів графік функції А(7) має «коритоподібний» вигляд (рис. 6.8).

Рис. 6.8.

від напрацювання /

Аналіз графіка показує, що час випробування можна умовно розбити на три періоди. У першому їх функція А(/) має підвищені значення. Це період опрацюванняабо період ранніх відмов для прихованих дефектів. Другий період називають періодом нормальної роботи.Для цього періоду характерна стала інтенсивність відмов. Останній, третій період – це період старіння.Оскільки період нормальної роботи є основним, то у розрахунках надійності приймається k(t) - const. В цьому випадку при експонентному законі розподілу функція надійності має вигляд:

P = ехр

Р(/) = ехр[-(?1, + А. 2)

Однією з найважливіших характеристик безвідмовності системи є середній час «життя»об'єкта, яке обчислюють, використовуючи вираз:

г 0 = | р (^ = / ех р (-М Л = т-0 0 ^

Тому функцію надійності можна записати і так:

/5(/) = ехр(-//Г 0).

Якщо час роботи елемента мало порівняно із середнім часом «життя», можна використовувати наближену формулу:

Для випадку експоненційного розподілу середній час «життя» системи дорівнює

А,] + А, + ... + А. ((

Приклад 6.4. Визначити середній час "життя" системи за період часу I = 10 год, якщо відомо, що система складається з п'яти елементів з відповідними інтенсивностями відмов, год-1: ^ = 2 10 е; до 2 = 5 10 "5; Х, 3 = 10" 5; Х, 4 = 20 КГ 5; А-5 - 50 10" 5. Результатами випробувань встановлено, що розподіл напрацювання на відмову підпорядковується експоненційному закону.

Рішення.З урахуванням експоненційного закону розподілу напрацювання на відмову визначимо можливість безвідмовної роботи:

/'(?) = ехр «1-(Я, + Я, 2 + А, 3 + А. 4 + Я. 5) г =

1 -(2 + 5 + 1 + 20 + 50)10“ 5 -10 = 0,992.

За тих же умов визначаємо середній час «життя» системи:

• 1 I А/л I * «I А/
• 1 1 п
• 1/(2+ 5 + 1+ 20+ 50)10~ 5 =10 5 /78 = 1282 год.