Лекция 2. Показатели надежности ТС.

Лекция 1. Введение в надежность технических систем (ТС). Основные понятия, проблемы и задачи надежности.

К техническим системам (ТС) относятся технические объекты (изделия, машины, технические комплексы) военного и гражданского назначения. Основные понятия, проблемы и задачи надежности ТС справедливы и для лазерных комплексов (ЛК).

В соответствии с современной теорией, надежность – это свойство ЛК, как ТС, сохранять во времени свою работоспособность, то есть состояние, при котором комплекс способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Событие, которое заключается в нарушении работоспособности, т.е. переходе ТС в неработоспособное состояние, называется отказом. Отказом ТС является не только немедленное прекращение функционирования, но и недопустимое снижение технических характеристик, определяющих эффективность выполнения задачи.

Различные отказы имеют и разные последствия от незначительных отклонений в работе до аварийных ситуаций.

Области работоспособности изделий подразделяют на действительную область, которая определяет требуемую работоспособность изделия, и назначенную область, которая диктуется требованиями технических условий к отдельным параметрам.

Работоспособность зависит он наработки - объема работы, который может оцениваться в календарных часах, количестве циклов, количестве импульсов, километрах пробега, времени хранения и т.д. Измерение времени в календарных часах характерно для таких причин нарушения работоспособности изделия, как коррозия, действие внешних температурных факторов и облучение.

Время работы до отказа является случайной величиной, а если продолжительность работы изделия регламентируется и является детерминированной величиной, то оно называется установленным ресурсом .

Ресурс – это наработка до предельного состояния, оговоренного в технической документации.

Срок службы – это календарная продолжительность эксплуатации ТС до предельного состояния с учетом перерывов на техническое обслуживание и ремонт.

Надежность, являясь одним из основных свойств ТС, характеризующих ее качество, сама также характеризуется рядом свойств, основные из которых - безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Безотказность - свойство непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение определенной наработки без учета вынужденных перерывов.

Долговечность – свойство ТС сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

Предельное состояние – это такое состояние, при котором дальнейшее применение ТС по целевому назначению недопустимо из-за требования безопасности, низкой эффективности, в том числе экономической.

Следует отметить, что долговечность и безотказность неидентичные понятия, они определяют разные стороны одного явления. ТС может обладать высокой безотказностью и вместе с тем иметь низкую долговечность.

Ремонтопригодность - свойство ТС, заключающееся в ее приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей проведением технического обслуживания и ремонтов. Цель профилактического обслуживания - предупреждение появления неисправности или ненормальных условий работы с помощью таких профилактических способов, как настройка или регулировка, смазка, чистка и внесение некоторых исправлений. Профилактическое обслуживание может также включать в себя замену узлов или элементов, работающих на пределе своих возможностей.

Сохраняемость - свойство ТС сохранять работоспособное состояние в процессе его хранения.

Таким образом, надежность ТС - весьма специфическое свойство, зависящее от большого числа различных переменных факторов, многие из которых случайны и трудно поддаются оценке одним числовым показателем. Экспериментальное определение показателей надежности ТС во много раз сложнее, чем измерение или определение большинства технических параметров.

Надежность, которая изучает изменение показателей качества во времени, является как бы «динамикой качества», его разверткой во времени. Отсюда, надежность - это свойство машины сохранять требуемые показатели качества в течение всего периода ее использования.

Наука о надежности изучает изменение показателей качества ТС (изделий) под влиянием тех причин, которые приводят к абсолютным изменениям свойств изделий.

Надежность изделия является одним из основных показателей его качества.

Стремление обеспечить высокий уровень качества и надежности является основной движущей силой при создании новых и эксплуатации существующих изделий.

Основные свойства надежности - безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, должны обеспечиваться на всех этапах жизненного цикла ТС.

При проектировании ТС устанавливаются и обосновываются необходимые требования к надежности, которые должны обеспечиваться за счет принимаемых рациональных схемных и конструктивных решений и выбора материалов. На этой стадии разрабатываются методы защиты ТС от различных вредных воздействий, рассматриваются возможности автоматически восстанавливать утраченную работоспособность, оценивается приспособленность к ремонту и техническому обслуживанию.

При изготовлении (производстве) обеспечивается и контролируется надежность ТС, зависящая от качества изготовления деталей, методов контроля выпускаемой продукции, возможностей управления ходом технологического процесса, от качества сборки, методов испытания и доводки и других показателей технологического процесса.

При эксплуатации ТС реализуется ее надежность, при этом она зависит от режимов и условий эксплуатации, принятой системы ее ремонта, технологии технического обслуживания и других эксплуатационных факторов.

Методы повышения качества и надежности, имея общую для всех ТС направленность, обладают, как правило, теми или иными специфическими особенностями в зависимости от конструкции, назначения и технических требований, которые предъявляются к конкретному образцу.

В табл. 1.1 приведена классификация машин по их назначению, в которой указаны основные требования к их техническим характеристикам.

Уровень надежности машины должен быть таким, чтобы при ее использовании в любых, оговоренных техническими условиями (ТУ) ситуациях не возникали отказы, т.е. не нарушалась ее работоспособность. Кроме того, во многих случаях желательно, чтобы машина имела запас надежности для повышения сопротивляемости экстремальным воздействиям, когда машина попадает в условия, не предусмотренные ТУ.

Кроме того, запас надежности необходим для обеспечения работоспособности машины при ее износе. Износ приводит к постепенному ухудшению технических характеристик машины. Поэтому, чем выше запас надежности, тем дольше при прочих равных условиях, машина будет находиться в работоспособном состоянии.

Недостаточный уровень надежности машины (как новой, так и «изношенной») может привести к различным последствиям при нарушении ее работоспособности, основными из которых являются:

— гибель изделия, когда оно перестает функционировать в результате поломки, деформации, заклинивания механизмов, возникновения катастрофических процессов (разрушения конструкции, пожара, радиации, химических реакций и др.);

Таблица 1.1.

— снижение эффективности работы изделия, когда оно способно функционировать, но с меньшими скоростями, КПД, производительностью, мощностью, точностью и другими техническими характеристиками, которые были достигнуты для новой неизношенной машины.

Первая категория последствий является недопустимой, она часто связана не только с уровнем надежности изделия, но и с безопасностью.

Вторая категория последствий характерна для «нормального» функционирования большинства машин и технических устройств.

Поведение машины с позиций надежности связано с изменением во времени тех ее «выходных» параметров, которые характеризуют целевое назначение и качество машины и должны находиться в установленных пределах.

Оценка параметрической надежности ТС и анализ причин и последствий изменения ее технических характеристик в процессе длительной эксплуатации является фундаментом всей проблемы надежности.

Огромные средства затрачиваются в мире для того, чтобы машинный парк находился в работоспособном состоянии. Создание ремонтных предприятий и заводов по изготовлению запасных частей, применение многоцелевых служб по ремонту и техническому обслуживанию машин, включая системы информации, транспортировки и снабжения, - все это является следствием того, что машины теряют свою работоспособность из-за процессов изнашивания, коррозии, усталостного разрушения и других процессов, приводящих к «старению» машины.

По разным источникам на ремонт и техническое обслуживание машин за все время их эксплуатации затрачивается в 5-10 раз больше средств, чем на изготовление новых.

В индустриально развитых странах приблизительно 4,5 валового национального дохода тратится на трение, износ и коррозию подвижных соединений технических изделий. Это приводит к потерям сырьевых материалов и энергии общей стоимостью в несколько сотен биллионов долларов ежегодно во всем мире.

Особенно велики потери от недостаточной надежности уникальных машин. При выходе их из строя по непредвиденным обстоятельствам велика опасность трагических последствий для людей и окружающей среды.

Поэтому все большее внимание во всем мире уделяется вопросам эксплуатации и ремонта промышленных изделий.

Прогноз развития ведущих отраслей промышленности показывает, что в ХХI веке по большинству отраслей в сфере эксплуатации и ремонта будет занято до 80…90% всех трудовых ресурсов.

Недостаточный уровень надежности изделий приводит к большим экономическим потерям.

Но могут быть такие последствия ненадежности изделий, которые нельзя оценить никакими экономическими показателями. Это гибель людей в результате авиационных или других катастроф, отказы военной техники в ответственные моменты, необратимые разрушения окружающей среды. Достаточно вспомнить такие трагические события, как авария на Чернобыльской атомной электростанции или гибель космического корабля «Челленджер». В мире постоянно происходят многочисленные аварии и катастрофы.

Например, статистика показывает, что ежегодно в мире происходит около 1200 крупных аварий на судах. На дне мирового океана после аварий находится более 50 ядерных боеголовок и более 10 ядерных реакторов.

Безопасность функционирования ТС - это комплексная проблема, которая включает вопросы, связанные с деятельностью человека, с организацией труда, с социально-политической ситуацией (например, возможность диверсии), с обученностью персонала, его дисциплинированностью. Надежность машины, включая ее поведение в экстремальных ситуациях, является одним из основных факторов в проблеме безопасности.

Нарушение работоспособности и выход из строя многих ТС связаны не только с вопросами безопасности и экономическими затратами, но и оказывают непосредственное влияние на окружающую среду и экологическую обстановку на нашей планете.

Работа машин, когда их характеристики (например, КПД, состав выхлопных газов, герметичность, динамические нагрузки, температура и др.) выходят за допустимые пределы, когда осуществляется ремонт и техническое обслуживание машин, особенно при непредвиденных обстоятельствах или при ликвидации последствий аварии, приводят к вредным, часто разрушительным воздействиям на биосферу, на неживую природу, на атмосферу, на весь механизм взаимодействия в окружающем нас мире.

В проблеме создания конкурентоспособной продукции и отыскания наиболее эффективных путей ее сбыта существенную роль играет уровень надежности поставляемых потребителю машин.

Отказ машины в процессе использования, если даже это не приводит к тяжелым последствиям, наносит серьезный моральный ущерб фирме-изготовителю и подрывает доверие к ней.

При отказах машин в процессе их эксплуатации или хранения фирмы-изготовители или специальные организации вынуждены создавать разветвленную сеть технического обслуживания и аварийного ремонта с соответствующей информационной системой, добиваясь максимального удовлетворения разнообразных запросов потребителя. Чем выше гарантированный изготовителем уровень надежности машины, тем, при прочих равных условиях, большей конкурентоспособностью она будет обладать.

Принятие решения о необходимости повышения достигнутого уровня надежности машины должно опираться на экономический анализ. Современный уровень развития техники позволяет достичь практически любых показателей качества и надежности изделия. Все дело заключается в затратах для достижения поставленной цели.

Таким образом, высоконадежную машину целесообразно создавать не только по требованиям безотказности и престижности, но и с позиции экономической эффективности.

При увеличении затрат на изготовление новой машины надо решить вопрос, какую долю этих средств следует использовать для повышения технических характеристик и какую - на повышение надежности.

В условиях интенсивного развития машиностроения практика с ее разнообразными запросами в области проектирования, производства и эксплуатации машин ставит перед наукой о надежности новые задачи, связанные с прогнозированием, с методами испытания на надежность, с оптимизацией конструкции по критериям качества и надежности.

Вместе с тем, как бы разнообразны не были машины и условия их работы, формирование показателей надежности происходит по общим законам, подчиняется единой логике событий, и раскрытие этих связей является основой для оценки, расчета и прогнозирования надежности, а также для построения рациональных систем производства, испытания и эксплуатации машин.

Наука о надежности изучает закономерности изменения показателей качества изделий с течением времени, и на основании этого разрабатываются методы, обеспечивающие с наименьшими затратами времени и средств необходимую продолжительность и безотказность работы ТС.

Следует подчеркнуть, что вопросы достижения определенного уровня показателей качества машин - их точности, мощности, КПД, производительности и других - рассматривают, как правило, отраслевые науки, а «надежность» рассматривает процесс изменения этих показателей с течением времени.

В настоящее время все большие позиции завоевывает методический подход, базирующийся на разработке моделей параметрической надежности, в которых формализуется процесс изменения во времени работоспособности машины. Вероятностные характеристики этого процесса могут быть спрогнозированы на ранних стадиях создания машины.

Поэтому основными особенностями научного аспекта проблемы надежности машин приняты:

— учет фактора времени, поскольку оценивается изменение начальных характеристик машины в процессе ее эксплуатации;

— сочетание вероятностных методов с закономерностями физических процессов;

— прогнозирование возможного изменения состояния объекта при его использовании;

— установление связи надежности машины с показателями ее качества и работоспособности.

К основным задачам надежности относят:

— На этапе проектирования - расчет сроков службы основных элементов машины (по износу, усталостной прочности), прогнозирование надежности машины по ее выходным параметрам, анализ вариантов и выбор рациональной конструкции по показателям надежности, оценка оптимальных режимов работы и области применения машины с учетом заданного периода сохранения работоспособности.

— На этапе изготовления нового образца - создание системы управления качеством и надежностью, обеспечение надежности технологического процесса изготовления деталей и узлов машины, разработка методов испытания образцов машин по параметрам качества и надежности.

— На этапе эксплуатации - разработка рациональной системы технического обслуживания и ремонта машины, создание методов и средств для диагностирования состояния машины в процессе эксплуатации, создание информационной базы данных о надежности машины и ее элементов.

При решении разнообразных задач надежности необходимо, в первую очередь, установить, как будет вести себя машина при выполнении своих функций и во взаимодействии с окружающей средой, в результате каких причин будут постепенно изменяться ее технические характеристики.

Общий методологический подход для решения этих проблем представлен на рис. 1.1 в виде физико-вероятностной модели надежности. Данная схема раскрывает основные причинно-следственные связи, приводящие к изменению (деградации) во времени выходных параметров .

Деградация состояния машины происходит потому, что при эксплуатации все виды энергии - механическая, тепловая, химическая, электромагнитная - воздействуют на машину и вызывают в ней обратимые и необратимые процессы, изменяющие ее начальные характеристики.

Рис. 1.1. Схема физико-вероятностной модели параметрической надежности.

Можно указать следующие основные источники энергетических воздействий на машину:

— действие энергии окружающей среды, в которой находится машина в процессе эксплуатации, включая человека, исполняющего функции оператора;

— внутренние источники энергии, связанные как с рабочими процессами, протекающими в машине, так и с работой отдельных механизмов машины;

— потенциальная энергия, которая накоплена в материалах и деталях машины в процессе их изготовления (внутренние напряжения в отливке, монтажные напряжения);

— воздействия на машину при производстве ремонтных работ и при техническом обслуживании.

К основным видам энергии, влияющим на работоспособность ТС относят:

— Механическую энергию, которая не только передается по всем звеньям механизмов машин в процессе работы, но и воздействует на машину в виде статических и динамических нагрузок от взаимодействия с внешней средой.

Силы, возникающие в машине, определяются характером рабочего процесса, инерцией перемещающихся частей, трением в кинематических парах. Эти силы являются случайными функциями времени, так как природа их возникновения связана со сложными физическими явлениями и с переменными режимами работы машины. Например, в достаточно широких пределах изменяются нагрузки в динамических системах, крутящий момент двигателей, усилия на рабочих органах сельскохозяйственных, строительных, текстильных и других машин, силы трения в кинематических парах и др.

Механическая энергия в машине может проявиться также как следствие тех затрат энергии, которые имели место при изготовлении частей машины и сохранились в них в потенциальной форме. Например, деформация деталей при перераспределении внутренних напряжений после сборки узла или после термической обработки детали.

— Тепловую энергию, действующую на машину и ее части при колебаниях температуры окружающей среды, при осуществлении рабочего процесса (особенно сильные тепловые воздействия имеют место при работе двигателей и ряда технологических машин), при работе приводных механизмов, электротехнических и гидравлических устройств.

— Химическую энергию, оказывающую влияние на работу машины, например, посредством коррозии отдельных узлов машины на воздухе, который содержит влагу и агрессивные составляющие.

Если же машина работает в условиях агрессивных сред (оборудование химической промышленности, суда, многие машины текстильной промышленности и др.)‚ то химические воздействия вызывают процессы, приводящие к разрушению отдельных элементов и узлов машины.

— Ядерную (атомную) энергию, образующуюся в процессе ядерных реакций и воздействующую на материалы (особенно в космосе), изменяя их свойства.

— Электромагнитную энергию в виде радиоволн (электромагнитных колебаний), пронизывающих все пространство вокруг машины и оказывающих негативное влияние на работу электронной аппаратуры, которая все в большем объеме применяется в современных машинах.

— Биологические факторы также могут влиять на работоспособность машины и вызывать биоповреждения, например, в виде биокоррозии металла, когда на его поверхности развиваются микроорганизмы (так называемые водородные бактерии). Особенно интенсивны эти процессы в тропических странах, где имеются микроорганизмы, которые не только разрушают некоторые виды пластмасс, но могут воздействовать и на металл.

Все виды энергии, действующие на машину и ее механизмы, вызывают в ней целый ряд нежелательных процессов, создают условия для ухудшения ее технических характеристик.

Часть процессов, происходящих в машине, являются обратимыми. Обратимые процессы временно изменяют параметры деталей, узлов и всей системы в некоторых пределах, без тенденции прогрессивного ухудшения. Наиболее характерные примеры таких процессов – упругая деформация узлов и деталей машин, происходящая под действием внешних и внутренних сил, и тепловые деформации конструкций.

Необратимые процессы приводят к прогрессивному ухудшению технических характеристик машины с течением времени и поэтому их называют процессами старения.

Наиболее характерными необратимыми процессами в машинах являются изнашивание, коррозия, усталость, перераспределение внутренних напряжений и коробление деталей с течением времени.

Процессы, изменяющие начальные характеристики машины, протекают с различной скоростью и могут быть разделены на три основные категории.

Быстро протекающие процессы возникают сразу же, как только машина начинает функционировать. Эти процессы имеют периодичность изменения, измеряемую обычно долями секунды. Они заканчиваются в пределах цикла работы машины и вновь возникают при следующем цикле.

Сюда относятся вибрации узлов, изменения сил трения в подвижных соединениях, колебания рабочих нагрузок и другие процессы, влияющие на взаимное положение узлов машины в каждый момент времени и искажающие цикл ее работы.

Процессы средней скорости связаны с периодом непрерывной работы машины, их длительность измеряется обычно в минутах или часах. Они приводят к монотонному изменению начальных параметров машины. К этой категории относятся как обратимые процессы (например, изменение температуры самой машины и окружающей среды), так и необратимые (например, процесс изнашивания режущего инструмента, который протекает во много раз интенсивнее, чем изнашиваются детали и узлы металлорежущего станка).

Медленно протекающие процессы проявляются в течение всего периода эксплуатации машины. Они длятся дни и месяцы. К таким процессам относятся изнашивание основных механизмов машины, ползучесть металлов, загрязнение поверхностей трения, коррозия, сезонные изменения температуры.

Эти процессы также влияют на точность, мощность, коэффициент полезного действия и другие параметры машин, но изменения их происходят очень медленно. Обычные методы борьбы с этими процессами - ремонт и профилактические мероприятия, которые проводятся через определенные промежутки времени.

Следует подчеркнуть, что все процессы являются случайными функциями, для которых характерно рассеивание значений. Для многих машин наибольшую роль играет процесс изнашивания.

При рассмотрении влияния различных процессов на выходные параметры машины следует учитывать и обратную связь, которая существует между ними и состоянием машины. Например, износ отдельных механизмов машины может не только снизить точность ее функционирования, но и привести к возрастанию динамических нагрузок, которые, в свою очередь, интенсифицируют процесс изнашивания. Температурные деформации отдельных звеньев могут не только исказить положение узлов машины и этим повлиять на качество ее работы, но и привести к повышению нагрузок и, как следствие, к повышенному тепловыделению в механизмах.

Общая схема физико-вероятностной модели надежности (рис. 1.1) показывает, что одной из главных причин необратимого изменения состояния машины является протекание различных процессов старения в материалах, из которых она выполнена. Это существенно сказывается на работоспособном состоянии ТС. Оценка вероятности выхода технических характеристик ТС за допустимые пределы и является по существу оценкой уровня параметрической надежности машины. Закон распределения ‚ описывающий в дифференциальной или интегральной форме этот вероятностный процесс, называют законом надежности.

Лекция 2. Показатели надежности ТС.

Для решения задач надежности ТС, к которым относятся и ЛК военного и гражданского назначения, необходимо в первую очередь установить основные показатели, численные значения которых определяют уровень надежности ТС (изделия, машины, устройства и т.п.).

Рассмотрим основные показатели надежности, которые могут количественно оценивать уровень безотказности, долговечности, сохраняемости и ремонтопригодности.

Показатели безотказности.

Вероятность безотказной работы является основным показателем безотказности ТС, который показывает вероятность того, что в заданном интервале времени (или в пределах заданной наработки) отказа системы не возникнет. Вероятность безотказной работы может применятьсядля оценки уровня безотказности как восстанавливаемых, так и невосстанавливаемых систем и устройств. Значение ‚ как всякой вероятности, может находиться в пределах .

Например, если вероятность безотказной работы ТС в течение равняется 0,95‚ то это означает, что из большого количества систем в среднем 5% машин потеряют свою работоспособность раньше, чем через работы.

Показатель применим для оценки безотказности и одного изделия. В этом случае он определяет возможность изделия проработать без отказов заданный период времени. Вероятность безотказной работы и вероятность отказа образуют полную группу событий, поэтому

Значение характеризует степень опасности отказа и поэтому, чем ниже его значение, тем, при прочих равных условиях, изделие будет работать более надежно. Например‚ для ответственных изделий авиационной техники допустимые значения вероятности безотказной работы доходят до и выше.

Если последствия отказа связаны с незначительными экономическими потерями, допустимое значение принимается обычно в пределах . Значение вероятности безотказной работы данного изделия можно определить, если известен закон распределения сроков наработок до отказа, который называют также законом надежности.

На рис. 2.1 представлена схема формирования закона надежности в дифференциальной (плотность вероятности) и интегральной формах. Причиной отказа является случайный процесс изменения выходного параметра изделия с течением времени от начального до предельно допустимого значения . В силу случайности процесса он может протекать с различной интенсивностью, и наработки до предельного состояния, т.е. наработки до отказа проявляются как случайная величина .

Рис. 2.1. Схема формирования закона надежности.

Закон распределения может быть выражен в аналитической форме или в виде гистограммы, полученной на основании статистических данных.

Если для данного выходного параметра известен закон распределения наработок до отказа, то вероятность безотказной работы может быть определена для любого заданного значения по зависимости .

Численно значения и равны соответственно площади под кривой распределения до и после значения (рис. 2.1,б).

Следует иметь в виду, что применение показателя без указания периода времени ‚ в течение которого рассматривается работа изделия, смысла не имеет. Чем ниже требования безотказности, тем большую длительность работы изделия можно допускать.

При этом могут быть два способа выбора показателей безотказности.

1. При высоких требованиях к надежности изделия задаются допустимым значением и определяют время работы изделия , соответствующее данной регламентированной вероятности безотказной работы. Значение называется гамма-процентным ресурсом (неслучайная величина) и по его значению судят о большей или меньшей безотказности изделий. При γ =50% получим значение среднего ресурса Тср.р.

2. При обычных требованиях к надежности, если отказ не приводит к тяжелым последствиям, можно задаваться установленным ресурсом изделия t =Tу.р, (или cроком службы t =Тсл). В этом случае о безотказности изделия судят непосредственно по значению Р(t)‚ соответствующей установленному ресурсу.

Параметр потока отказов ω.

,

где Ω(t) - среднее число отказов в данном интервале времени от 0 до t (так

называемая ведущая функция). Тm - наработка на отказ. Параметр потока отказов ω - это среднее число отказов изделия в единицу времени. Данный параметр применяется для восстанавливаемых ТС в случае отказов, которые легко устранимы и не приводят к каким-либо значительным последствиям (например, замена инструмента при работе на металлорежущем станке).

Запас надежности Kн, который представляет отношение Хmax к такому значению параметра Х γ, при котором с вероятностью γ параметр не выйдет за данные пределы, т.е.

.

Период времени, в течение которого обеспечивается Кн≥1, называется гарантированным периодом безотказной работы изделия Tr.

Интенсивность отказов (λ-характеристика). Это условная плотность вероятности возникновения отказа изделия, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента времени отказ не возник.

Интенсивность отказов в общем случае является функцией времени λ(t) и связана с другими характеристиками закона надежности зависимостью

.

В практике расчетов безотказности ТС применение интенсивности отказов целесообразно на периоде нормальной эксплуатации, для которого значение λ принимается постоянной величиной (λ=const).

Качественная зависимость интенсивности отказов от времени изображена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Зависимость интенсивности отказов от времени.

Как следует из рисунка, условно можно выделить три временных интервала, на которых поведение λ(t) > 0 существенно различно. Интервал длительностью от 0 до t1 - интервал приработки. На нем интенсивность отказов монотонно уменьшается, достигая к моменту времени некоторой стационарной интенсивности. Само название интервала указывает на то, что на нем отказы устройств обусловлены в основном некачественностью сборки, монтажа, нарушением технологии, дефектами комплектующих изделий и т.д. В начале интервала приработки устройства со скрытыми дефектами отказывают с большей вероятностью. Интенсивность отказов к концу интервала приработки падает. После этого следует интервал нормальной работы длительностью tн =t2 - t1 ‚ на котором отказы устройств в основном обусловливаются случайными, факторами, действующими при эксплуатации, скрытыми дефектами. Интенсивность отказов λ можно считать постоянной (λ=const) на всем интервале нормальной работы. Для многих комплектующих изделий именно эта интенсивность отказов λ, особенно в радиоэлектронике, приводится в справочниках по надежности.

При этом, вероятность безотказной работы на интервале нормальной работы определяется зависимостью

За интервалом нормальной работы следует интервал старения, на котором интенсивность отказов монотонно возрастает. На этом интервале все значительнее начинают сказываться усталостные напряжения в конструкциях устройств, деградация отдельных функциональных блоков и комплектующих.

Показатели долговечности.

К основным показателям долговечности относят технический ресурс, средний ресурс, гамма-процентный ресурс и срок службы.

Технический ресурс – наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Для неремонтируемых (невосстанавливаемых) объектов он совпадает с наработкой до отказа.

Средний ресурс – математическое ожидание технического ресурса.

Гамма-процентный ресурс – наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах.

Срок службы – календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта до перехода в предельное состояние. Для ремонтируемых объектов различаются доремонтный, межремонтный, послеремонтный и полный (до списания) сроки службы. Срок службы измеряется в единицах календарного времени.

Рассмотренные показатели надежности не характеризуют интегрально надежность восстанавливаемой системы. Для этой цели служат комплексные показатели надежности.

Комплексные показатели надежности.

К ним относятся коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности и коэффициент технического использования.

Коэффициент готовности Kг(t) – вероятность того, что система окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение системы по назначению не предусматривается. В общем случае Kг(t) является функцией времени. Однако для больших интервалов времени его определяют по формуле

Из этой формулы видно, что коэффициент готовности характеризует одновременно два различных свойства системы: безотказность и ремонтопригодность (восстанавливаемость). T0 – средняя наработка на отказ. Тв – среднее время восстановления.

Коэффициент оперативной готовности характеризует надежность систем, необходимость применения которых возникает в произвольный момент времени и которые должны проработать определенное время с заданной вероятностью безотказной работы. Как правило

где tp – требуемое время безотказной работы после начала оперативного использования системы. До момента оперативного использования система может находиться в режиме дежурства (при полных или облегченных нагрузках, но без выполнения заданных рабочих функций) или в режиме применения – для выполнения других рабочих функций. В обоих режимах возможно возникновение отказов и восстановления работоспособности системы.

Коэффициент сохранения эффективности – это отношение значения показателя эффективности использования ТС по назначению за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению показателя эффективности, вычисленному при условии, что отказы ТС в течение этого периода не возникают.

В практике, как правило, ограничиваются расчетом коэффициента оперативной готовности .

Коэффициент технического использования Kти – это отношение математического ожидания интервала времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к длительности этого периода. Коэффициент технического использования (Kти) характеризует долю времени нахождения объекта в работоспособном состоянии за данный период, включающий все виды технического обслуживания и ремонтов, и определяется зависимостью

где Траб - общее время полезной работы машины при ее использовании по назначению за заданный период эксплуатации; ΣTiрем - суммарное время простоев машины из-за ее ремонта и технического обслуживания за тот же период.

Коэффициент технического использования является безразмерной величиной (0≤Кти≤1), и чем выше его значение, тем машина более приспособлена к длительной работе. Коэффициент Кти численно равен вероятности того, что в данный, произвольно взятый момент времени ТС работает, а не ремонтируется и не находится на техническом обслуживании.

На этапах проектирования и разработки ТС и устройств указанные показатели оцениваются расчетным путем, на этапах производства и эксплуатации определяются на основе результатов испытаний.

Основные показатели надежности сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.