Работоспособность и надежность изделий.

Работоспособность и надежность изделий.

Каждое изделие характеризуется рядом выходных параметров. Значение каждого выходного параметра зависит от выходных параметров узлов и отдельных частей, составляющих данное изделие.

Работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Примеры отказов: поломка вала, заклинивание золотника гидросистемы, выход за допустимые пределы КПД двигателя, величины деформации станины станка и др. Различные отказы имеют разные последствия — от незначительных отклонений в работе машины до аварийных ситуаций.

Любой отказ возникает или может возникнуть через некоторый период времени, который является случайной величиной. В зависимости от причин отказа различают время работы изделия:

1) срок службы до отказа - время оценивается календарной продолжительностью работы изделия (коррозия, действие внешних температурных факторов или облучения и др.).

2) наработка до отказа - продолжительность работы изделия или соответствующий ей объем выполненной работы (число циклов, путь, производительность и т. п.).

Наработка или срок службы до предельного регламентированного состояния называется соответственно ресурсомилидопустимым сроком службы.

Надежность — это свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность. Надежность изделия — обобщенное свойство, которое включает в себя понятия безотказности и долговечности.

Безотказность— св-во изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого периода времени или некоторой наработки.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т.е. в течение всего периода эксплуатации при установленной системе ТО и ремонтов.

Показатели для оценки безотказности изделия.

Основным показателем безотказности изделия является вероятность безотказной работы Р(t) (коэффициент надежности) — вероятность того, что в заданном интервале времени t = Т (или в пределах заданной наработки) не возникнет отказа изделия. Знач. Р(t) может находиться в пределах 0 ≤ Р (t) ≤ 1.

Показатель Р(t) может быть применим и для оценки безотказности одного изделия. В этом случае он определяет шансы изделия проработать без отказов заданный период времени. Вероятность безотказной работы Р(t) и вероятность отказа F(t) образуют полную группу событий, поэтому P(t) + F(t)=1

Допустимое значение Р(t) выбирается в зависимости от степени опасности отказа. Например, для ответственных изделий авиационной техники допустимые значения коэффициента надежности доходят до Р(t)=0,9999 и выше, т. е. практически равны единице.

Если последствия отказа связаны с незначительными экономическими потерями, допустимое значение Р(t) может быть существенно ниже.

Следует иметь в виду, что применение Р(t) без указания периода времени t=Т, в течение которого рассматривается работа изделия, не имеет смысла.

Показатели безотказности работы изделия:

Налич. отказов за рассм. промеж. врем. t=T	Значение Р (t)	Основной показатель безотказности
Как правило, имеют место	Р(t) → 0	ω – параметр потока отказов
Могут быть или нет (редкое событие)	О < P(t) < 1	Р(t) – вероятность безотказной работы
Недопустимы	Р(t) → 1	Кн – запас надёжности

Источники и причины изменения начальных параметров машины.

В процессе эксплуатации на машину действуют все виды энергии, что может привести к изменению параметров отдельных элементов, механизмов и машины в целом. Три основных источника воздействий:

- действие энергии окружающей среды, включая человека, исполняющего функции оператора или ремонтника;

- 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).

Законы состояния.

Законы состояния - закономерности, описывающие взаимосвязи обратимых процессов, когда после прекращения действия внешних факторов материал (и соответственно деталь) возвращается в исходное состояние.

Законы состояния можно разделить на статические, когда в функциональную зависимость, описывающую связь между входными и выходными параметрами, фактор времени не входит, и на переходные процессы, где учитывается изменение выходных параметров во времени.

Типичными примерами статических законов состояния могут служить закон Гука, закон теплового расширения твердых тел и др.

Статические законы, описывающие изменения состояния изделия, хотя и не включают фактор времени, но могут быть использованы для расчетов надежности, если известны изменения характеристик изделия в процессе эксплуатации. Обычно они относятся к категории быстропротекающих процессов или процессов средней скорости. Лишь при известном изменении ур-ня внеш. воздействий их можно использ. для решения задач надежности.

Так, если из-за износа отдельных сопряжений машины в ней с течением времени повышается тепловыделение и растут нагрузки в отдельных звеньях, т. е. Q = Q(t) и Р = Р(t), то соответств. будет изменяться и деформация Δl(t).

Законы старения.

Законы старения всегда связаны с фактором времени, в некоторых из них время непосредственно не фигурирует, так как в полученных зависимостях отыскивается связь с другими факторами (например, энергией), которые, в свою очередь, проявляются во времени. Такие зависимости называются законами превращения.

Типичным примером законов превращения могут служить зависимости, описывающие процессы коррозии. Вывести закономерности, непосредственно отражающие изменение величины коррозии во времени, как правило, трудно в результате следующих причин:

1) из-за поливариантности коррозийных процессов, когда большое число факторов оказывает одновременно и часто противоположное действие на интенсивность повреждения;

2) коррозия может быть не только равномерно распределенной по поверхности металла (например, в виде окисной пленки), но и носить локальный характер (местная коррозия) или проявляться в виде межкристаллитной коррозии.

Например, при химической коррозии металлов и сплавов, которая возникает при контакте с сухими газами или некоторыми неэлектролитами (смазками) и протекает наиболее интенсивно в условиях повышенных температур.

Для оценки возможности возникновения и интенсивности коррозионного процесса применяют законы химической термодинамики. Поскольку при окислительно-восстановительных коррозионных реакциях совершается работа химического процесса, то фактором, характеризующим интенсивность процесса, может служить величина одной из термодинамических функций.

Выбор закона распределения.

Теория вероятностей дает широкий ассортимент различных законов распределения случайных величин, которые могут быть использованы и для решения задач надежности. В этих законах t = Т — срок службы (наработка) до отказа — случайная непрерывная, положительная величина. Основанием для использования того или иного закона Распределения и оценки его параметров служат обычно опытные данные, полученные при испытании изделий или образцов, сведения об аналогах, эксплуатационные наблюдения или теоретические предпосылки.

Для решения задач надежности широкое применение получил нормальный закон. Однако, учитывая область существования О при точных решениях, необходимо вводить нормирующий множитель, который обеспечивает равенство единице площади кривой f(t) в области положительных значений. Нормальный закон в ряде случаев рекомендуют применять при износе и других постепенных отказах. Однако часто наблюдаются асимметричные законы распределения. В этих случаях могут подойти логарифмически-нормальное распределение, закон Вейбулла, гамма-распределение, распределение Релея.

Случайный поток отказов.

Поток событий – последовательность однородных событий, происходящих одно за другим в какие-то моменты времени. Если эти промежутки времени строго определены, то будет иметь место регулярный поток событий, если они случайны, то будет случайный поток событий.

Основной характеристикой случайного потока является параметр потока отказов ω — условная плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемых изделий для рассматриваемого момента времени, т. е. среднее число отказов в единицу времени после момента t

ω(t) = dΩ(t) / dt (1)

где Ω(t) — математическое ожидание числа отказов за время t.

Потоки отказов могут быть простыми, когда происходят отказы одинаковых или однородных элементов, и сложными, состоящими из простых, когда учитываются различные виды отказов.

Поскольку среднее число отказов (математическое ожидание) Ω за время t для сложного потока равно сумме этих характеристик для каждого из простых потоков, т. е.

Ω = Ω₁ + Ω₂ + … + Ω_n (2)

то, дифференцируя это равенство и учитывая (1), получим

ω = (3)

Например, рассматривая поток отказов всей машины, разбивают его на потоки отказов механических, гидравлических, электромеханических и электронных систем или разделяют машину на функциональные системы и узлы и оценивают удельный вес каждого простого потока отказов.

Чем больше рассматриваемый промежуток времени, тем ближе значение параметра потока отказов к 1/Т_ср независимо от законов распределения f(t). Это свойство называют асимптотическим поведением потока отказов. При экспоненциальном распределении параметр потока отказов совпадает с интенсивностью отказов λ=1/T_CP. Т. о., для любых законов распределения случайный поток отказов со временем становится стационарным (ω = const), а при экспоненциальном законе он стационарен сразу.

Работоспособность и надежность изделий.

Каждое изделие характеризуется рядом выходных параметров. Значение каждого выходного параметра зависит от выходных параметров узлов и отдельных частей, составляющих данное изделие.

Работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Примеры отказов: поломка вала, заклинивание золотника гидросистемы, выход за допустимые пределы КПД двигателя, величины деформации станины станка и др. Различные отказы имеют разные последствия — от незначительных отклонений в работе машины до аварийных ситуаций.

Любой отказ возникает или может возникнуть через некоторый период времени, который является случайной величиной. В зависимости от причин отказа различают время работы изделия:

1) срок службы до отказа - время оценивается календарной продолжительностью работы изделия (коррозия, действие внешних температурных факторов или облучения и др.).

2) наработка до отказа - продолжительность работы изделия или соответствующий ей объем выполненной работы (число циклов, путь, производительность и т. п.).

Наработка или срок службы до предельного регламентированного состояния называется соответственно ресурсомилидопустимым сроком службы.

Надежность — это свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность. Надежность изделия — обобщенное свойство, которое включает в себя понятия безотказности и долговечности.

Безотказность— св-во изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого периода времени или некоторой наработки.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т.е. в течение всего периода эксплуатации при установленной системе ТО и ремонтов.