ЛЕКЦИЯ 2 Основные характеристики надежности

2. Классификация систем в зависимости от возможности корректировки их свойств в

процессе функционирования.

3. Характеристики всех аспектов надежности системы:

– показатели безотказности;

– показатели долговечности;

– показатели сохраняемости;

– показатели ремонтоспособности.

Для характеристики свойств надежности используют определенные показатели, базовыми из которых являются наработка, ресурс, срок службы, срок сохраняемости.

Наработка характеризует продолжительность или объем работы системы (измеряется в часах, числе циклов, километрах).

Ресурс – суммарная наработка, исчисляемая от начала эксплуатации системы или ее возобновление после ремонта до перехода в предельное состояние.

Срок службы исчисляется так же, как и ресурс. Отличие состоит в том, что срок службы измеряется в единицах календарной продолжительности.

Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения или транспортировки объекта, в течение и после которой значения показателей надежности сохраняется в установленных пределах.

Базовые показатели не могут полностью характеризовать различных по своему назначению систем. Их перечень должен быть дополнен в соответствии с видами систем. Классификация видов систем в зависимости от возможности корректировки их свойств в процессе функционирования приведен на рис. 1.5.

Рис. 1.5.

Для определения названных видов систем необходимо дать понятие мероприятий, с помощью которых корректируются свойства систем, а именно: ремонта и технического обслуживания.

Техническое обслуживание – предупредительное мероприятие, проводимое по плану и включающее в себя контрольно-диагностические, крепежные, заправочные, регулировочные, моечные, уборочные и некоторые другие работы. Характерной особенностью ТО является выполнение этих работ как правило без разборки узлов и механизмов системы.

Ремонт – операция по восстановлению и поддержанию работоспособности системы, устранения неисправностей, возникающих при работе и выявленных при Т.О.

В зависимости от того, предусмотрены нормативно-технической и конструкторской документацией для данной системы операции ТО, системы подразделяются на обслуживаемые и необслуживаемые.

В зависимости от того, предусмотрены соответствующей документацией операции ремонта, системы подразделяют на ремонтируемые и неремонтируемые.

В зависимости от того возможно или невозможно у данной системы восстановление работоспособного состояния в рассматриваемой ситуации системы подразделяют на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Приведенные определения очевидны, но требуют единствен­ного пояснения, устанавливающего связь между понятиями "ремонтируемой" и "восстанавливаемой" системы: в зависимости от ситуации ремонтируемая система может быть восстанавливаемой (например, ремонт при наличии соответствующего оборудования) и невосстанавливаемой.

Из определения систем следует, что для одного типа систем важнейшими являются характеристики, определяющие один свойства надежности, а для другого типа систем – другие. Так. для необслуживаемых и неремонтируемых систем важнейшими являются характеристики безотказности и их показатели, а для обслуживаемых и ремонтируемых – не только показатели, характеризующие безотказность, а в основном показатели долговечности.

Таблица показателей, использующихся для качественной характеристики свойств надежности, имеет следующий вид.

Дадим определения и поясним сущность перечисленных показателей, характеризующих свойства надежности.

Характеристики безотказности

Вероятность безотказной работы ( )– вероятность того, что при определенных режимах эксплуатации системы на заданном отрезке времени (t), отказ не возникает. Статистическую оценку вероятности безотказной работы получают, обработав результаты испытаний на надежность больших выборок.

, (1.1)

где – общее число объектов в выборке;

– число объектов, отказавших к моменту времени – t.

Вероятность безотказной работы называют также функцией надежности, а ее дополнение до 1, т.е. – функцией риска.

Гамма-процентная наработка до отказа определяет интервал времени , в котором обеспечивается безотказная работа системы с вероятностью g. Увеличение вероятности g приводит к уменьшению значения .

Интенсивность отказов определяется как вероятность отказа невосстанавливаемой системы в единицу времени после данного момента времени при условии, что до этого момента времени отказ не возникал:

.

Статистическая оценка интенсивности отказов определена зависимостью:

; (1.2)

где: – число отказавших объектов в выборке в интервале времени от до ;

– интервал времени;

– среднее число исправно работающих объектов в интервале .

;

где и – число исправно работающих объектов в начале и конце интервала , соответственно.

Рассмотренные показатели характеризуют безотказность системы в простейшем случае – эксплуатации до первого отказа. Но свойство безотказности характеризует в определенной мере и надежность восстанавливаемых систем, при эксплуатации которых допустимы многократно повторяющиеся отказы. Эти отказы не должны приводить к серьезным последствиям и требовать значительных затрат на восстановление работоспособности.

Важным показателем безотказности восстанавливаемых систем служит параметр потока отказов – отношение математического ожидания числа отказов системы за достаточно малую наработку к значению этой наработки:

; (1.3)

где – число отказов, наступивших от начального момента времени до достижения наработки t.

Статистическая оценка параметра потока отказов для наиболее простого – стационарного потока определяется зависимостью:

.

Еще одним показателем безотказности восстанавливаемых систем служит наработка на отказ – среднее значение наработки восстанавливаемой системы между отказами (Т).

Статистическая оценка определится:

(1.4)

Приведенные характеристики безотказности невосстанавливаемых систем , , тесно связаны между собой, причем значение или позволяет вычислить значения остальных.

Вероятность безотказной работы , как количественная характеристика определенного аспекта надежности обладает следующими достоинствами:

¾ характеризует изменение надежности во времени;

¾ охватывает большинство факторов, существенно влияющих на надежность системы, а поэтому достаточно полно характеризуют надежность;

¾ сравнительно просто может быть получена расчетным путем, что позволяет во-многом решить проблему надежности на этапе проектирования;

¾ является удобной характеристикой надежности, как простейших элементов, так и сложных систем.

Указанные достоинства явились причиной широкого практи­ческого распространения этой характеристики.

Однако имеет ряд недостатков, в числе которых тот, что является достаточно полной характеристикой только для невосстанавливаемых систем.

Интенсивность отказов , сохраняя достоинства позволяет выделить характерные участки работы системы (рис. 1.6), что делает возможным правильную организацию процесса эксплуатации системы.

Рис. 1.6

Интенсивность отказов – наиболее удобная характеристика для систем разового применения.

Характеристики долговечности

Ресурс – это величина, характеризующая запас возможной наработки системы. Более точно, ресурс – сумма интервалов безотказной работы системы до разрушения или другого предельного состояния.

Гамма – процентный ресурс (или гарантированный ресурс) – ресурс, которым обладают не менее, чем g – процентов эксплуатируемых систем, где g – гарантированная вероятность

Единицы для измерения ресурса выбираются к каждой отрасли и к каждому классу систем. Так для самолетов и авиационных двигателей мерой ресурса служит налет в часах, для автомобилей – пробег в километрах и т.п.

Срок службы – понятие тесно связанное с ресурсом и определяемое, как календарная продолжительность эксплуатации объекта до перехода его предельное состояние и измеряемое в единицах времени. Связь между гамма-процентным ресурсом и гамма-процентным сроком службы аналогична.

Характеристика сохраняемости

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

Гамма-процентный срок сохраняемости – срок сохраняемости, которым обладают не менее чем g – процентов эксплуатируемых систем.

Характеристики ремонтопригодности

Время восстановления определяется календарной продолжительностью операций по восстановлению работоспособного состояния системы или продолжительностью операций по техническому обслуживанию и ремонту.

Характеристики комплексные

Коэффициент технического использования – отношение ресурса системы к сумме ресурса и времени восстановления работоспособности.

Коэффициент готовности – отношение продолжительности безотказной работы системы за заданный период эксплуатации к сумме этой продолжительности и продолжительности ремонтов за тот же период эксплуатации.