Характеристика свойств надежности по показателям

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

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

Ресурсисчисляется как суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации до перехода в предельное состояние.

Срок службыисчисляется так же, как и ресурс, но выражается в единицах календарной продолжительности (чаще - в годах).

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

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

Для количественной характеристики надежности используются показатели надежности. Номенклатура основных показателей приведена в табл. 3.2.

Как видно из таблицы, надежность, являясь сложным свойством, может быть количественно оценена достаточно большим числом показателей. Однако на практике обычно для каждого конкретного вида продукции (группы однородной продукции) используют не все, а лишь некоторые из перечисленных показателей. Это зависит от вида продукции, ее конструктивных и схемных решений, назначения, особенностей и условий ее использования.

Для оценки надежности приборного оборудования чаще всего используются показатели, сведенные в табл. 3.3.

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

По области использования показатели надежности могут подразделяться на нормативные и оценочные. Нормативные показатели регламентируются в нормативно-технической или конструкторской документации. К оценочным - относятся фактические значения показателей надежности опытных образцов и серийной продукции, получаемые по результатам испытаний и по данным эксплуатации.

Наработка и ресурс устанавливаются на основе расчетных, эксплуатационных и других данных; в тоже время для определенных изделий значения этих показателей могут назначаться заказчиком.

Отличие назначенных показателей от установленных состоит в том, что после истечения назначенных показателей эксплуатация объекта прекращается, а после истечения установленных – может продолжаться. Например, назначенный ресурс – суммарная наработка, при достижении которой применение объекта по назначению должно быть прекращено независимо от его технического состояния. Под установленным ресурсом понимается обоснованная технико-экономически или заданная величина ресурса, обеспечиваемая конструкцией, технологией или эксплуатацией, в пределах которой изделие не должно достигать предельного состояния.

Как уже отмечалось, причиной перехода объекта из работоспособного состояния в неработоспособное является отказ [50]. Классификация отказов приведена в табл. 3.4.

Критерием отказа называется признак или совокупность признаков неработоспособного состояния объекта, установленные в нормативно-технической и (или) технической документации.

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

Таблица 3.2.

Номенклатура показателей надежности

Характеризуемые свойства надежности	Наименование показателя	Обозначение
Безотказность	Вероятность безотказной работы Интенсивность отказов Установленная безотказная наработка Средняя наработка до отказа Средняя наработка между отказами Параметр потока отказов Гамма-процентная наработка до отказа	Р(t) λ(t) Ту Тср Т0 ω(t) Тγ
Долговечность	Средний ресурс Гамма-процентный ресурс Назначенный ресурс Установленный ресурс (ресурс) Средний срок службы Гамма-процентный срок службы   Назначенный срок службы Установленный срок службы (срок службы)	Тр Тр.н Тр.у Тсл Тсл.н Тсл.у
Сохраняемость	Средний срок сохраняемости Гамма-процентный срок сохраняемости Назначенный срок хранения Установленный срок сохраняемости (срок сохраняемости)	Тс Тс.н   Тс.у
Ремонтопри- годность	Среднее время восстановления работоспособного состояния Вероятность восстановления работоспособного состояния	Тв   Рв(t)
Несколько свойств (комплексные показатели)	Коэффициент сохранения эффективности Коэффициент оперативной готовности Коэффициент технического использования Коэффициент готовности Удельная суммарная трудоемкость (продолжительность) технических обслуживаний Удельная суммарная трудоемкость (продолжитель-ность) ремонтов	Кэф Ко.г Кт.и Кг   S   Sт.о (Sр)

Таблица 3.3.

Наиболее часто используемые показатели надежности

Таблица 3.4.

Классификация отказов

3.2. Принципы обеспечения надежности на этапах жизненного цикла изделия

Стадии жизненного цикла изделий, виды выполняемых работ, уровни надежности и их обеспечение, представлены на рис. 3.1.

Обеспечение надежности объектов, постоянное повышение их надежности осуществляются за счет взаимной увязки мероприятий на этапах жизненного цикла и обратных информационно-технических связей.

Для достижения наибольшей эффективности работ по повышению надежности необходима реализация следующих основных принципов [25,32,43,47]:

1. При организации работ по отработке на надежность следует исходить из того, что надежность закладывается (формируется) на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, обеспечивается при серийном производстве, поддерживается и восстанавливается при техническом обслуживании и ремонте, реализуется при использовании по назначению (см. рис. 3.2).

2. Требования к показателям надежности устанавливаются на стадии разработки не ниже норм, технического задания (ТЗ). Значения показателей надежности должны быть не ниже регламентированных государственными стандартами, и обеспечивать конкурентоспособность изделий на внешнем рынке.

3. Новые и модифицированные изделия, запускаемые в серийное производство, должны подвергаться отработке на надежность. Отработка на надежность должна включать комплекс конструкторских и технологических мероприятий, проведение проверочных расчетов и испытаний, установление правил и условий использования, определение комплекта ЗИП и потребного количества запасных частей на весь срок службы изделий и на гарантийный период.

4. Постановка на серийное производство должна осуществляться только в тех случаях, когда предусмотренным комплексом мероприятий обеспечивается показатели надежности, регламентированные ТЗ.

5. Подтверждение достигнутого уровня надежности должно проводиться путем испытаний опытных образцов с максимальным воспроизведением эксплуатационных условий.

6. Испытания на надежность должны носить комплексный характер и совмещать полнокомплектные испытания изделий, испытания составных частей, стендовые испытания, сбор и анализ информации о надежности и причинах отказов в реальных условиях эксплуатации.

7. Работа по отработке надежности изделий на всех стадиях их жизненного цикла должна проводиться на основе программ обеспечения надежности, разрабатываемых на стадии НИиОКР.

8. Проведение расчетов надежности новых изделий должно предшествовать испытаниям опытных образцов (опытной партии). Расчеты должны проводиться на стадиях разработки технического предложения и рабочего проекта.

Отработка на надежность серийно изготавливаемых изделий должна включать: организацию сбора и обработки информации о надежности изделий в процессе эксплуатации; организацию анализа рекламаций, претензий потребителей и данных служб гарантийного ремонта; выявление составных частей, лимитирующих надежность изделий («слабых» элементов); установление причин отказов и повторяемости каждого из них; выявление технологических операций и параметров, оказывающих отрицательное влияние на надежность изделий; анализ дефектов материалов и комплектующих изделий и их влияния на надежность для формирования необходимых требований к поставщикам; разработку и реализацию мероприятий по устранению причин наиболее часто повторяющихся отказов.

Поддержание работоспособного или исправного состояния объекта реализуется техническим обслуживанием (ТО). В ТО входят работы по непосредственному поддержанию работоспособности объекта (профилактика, текущий ремонт, контрольные операции), а также конкретные мероприятия технической подготовки к работе (развертывание, регулирование, заправка, смазка и т. д.)

Параметрами ТО могут служить: количество обслуживающего персонала, количество запасных частей, временные показатели продолжительности ремонтных или подготовительных работ.

В зависимости от того, предусмотрено или нет ТО в нормативно-технической документации на объект, различают обслуживаемые или необслуживаемые объекты.

Восстановление исправного или работоспособного состояния после повреждения или отказа реализуется комплексом операций, составляющих ремонт.

Под операцией ремонта понимают законченную часть работ, выполняемых на одном рабочем месте исполнителем определенной специальности. В ремонт могут входить разборка, дефектовка, контроль технического состояния, восстановление работоспособного состояния деталей, сборка и т. д. Содержание части операций ремонта может совпадать с содержанием некоторых операций ТО. Ремонт изделий может выполняться заменой или восстановлением отдельных деталей и сборочных единиц, т.е. ремонт может применяться и для восстановления ресурсов изделий.

Методы обеспечения надежности

3.3.1. Нормирование требований к надежности

Под нормированием требований к надежности понимают задания в нормативно-технической и (или) технической документации количественных значений показателей надежности и (или) комплекса требований к конструкции, технологии изготовления и правилам эксплуатации, выполнение которых обязательно для обеспечения требуемого уровня надежности [25,32,43,47].

Возможные качественные требования, предъявляемые к конструкции, технологии и эксплуатации, реализуются на основе методов, приведенных на рис. 3.3.

Рассмотрим нормирование функционально-эксплуатационных показателей (показателей назначения). Нормативные значения такого вида показателей (мощность, частота, амплитуда, расход, материалоемкость, габаритные размеры и т.п.) регламентируются в стандартах некоторой детерминированной величиной, позволяющей классифицировать изделия на соответствующие и не соответствующие требованиям нормативно-технической документации (на годные и бракованные). Если норма – детерминированная величина, то фактические значения функционально-эксплуатационных показателей качества у отдельного изделия являются случайными величинами, распределение которых может быть описано некоторым теоретическим распределением, например, нормальным.

Аналогичное положение имеет место в практике нормирования точности изготовления.

Рассмотрим подробнее сущность показателей надежности, как количественной характеристики данного свойства изделий.

Показатели надежности при таком подходе следует подразделять на две группы: фактические значения показателей, характеризующие надежность реально изготовленных изделий, и показатели надежности, регламентированные в качестве норм, т.е. нормативные показатели. Показатели надежности реально изготовленной продукции могут характеризовать надежность одного изделия или их совокупности (партии). Надежность единичного образца изделия характеризуется наработкой до отказа, наработкой между отказами, ресурсом (сроком службы), сроком восстановления. Эти характеристики являются случайными величинами и их точные значения могут быть определены только по данным эксплуатации или испытаний. В общем случае значения этих показателей различны у каждого изделия.

Если закон распределения наработок (ресурса) неизвестен, то можно пользоваться следующим правилом:

нормальный закон – для изделий, у которых основным видом разрушения является износ и коррозия;

распределение Вейбулла и логарифмически-нормальное – при отказах из-за усталостного разрушения;

экспоненциальное распределение – для устройств электронной приборной аппаратуры, имеющих большое число элементов.

Статистически показатели надежности совокупности (партии) реально изготовленной продукции определяются по показателям надежности единичных изделий, входящих в данную совокупность. При этом показатели надежности такой совокупности могут получаться в виде точечных оценок доверительных интервалов. Необходимость построения доверительных интервалов связана с ограниченностью объемов выборок, по которым имеются данные о надежности единичных изделий.

При регламентации показателей надежности необходимо четко разграничивать события, происходящие в изделии: повреждение и отказ.

К повреждениям относятся события, заключающиеся в нарушении исправного состояния изделия при сохранении его работоспособности, а к отказам – события, приводящие к нарушению работоспособного состояния. Одновременно с регламентацией показателей надежности должны указываться критерии отказов и предельных состояний, которые должны регламентировать, какие дефекты относятся к повреждениям, а какие к отказам. Во всех случаях критерии отказов должны назначаться с учетом функционального назначения изделий, экономической целесообразности и должны быть согласованы с потребителем.

От правильно выбранной номенклатуры нормируемых показателей надежности зависят конструктивно-технологические решения, принимаемые при разработке новых изделий. Конкретный состав нормируемых показателей надежности должны устанавливаться для каждого вида изделий с учетом особенностей его использования, последствий отказов, принятой системы технического обслуживания и ремонта и по согласованию с потребителем.

Возможная форма организации проверки соблюдения установленных показателей показана на рис. 3.4.