Понятие и характеристики надежности

Надежность является одним из главных параметров определяющих качество изделий и систем, наряду с безопасностью, экономичностью, удобством в эксплуатации, эргономичностью и другими параметрами.

СогласноГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения» надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. В более широком смысле надёжность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Сбой – самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора. Сбой можно отнести к событиям, которые частично нарушают работоспособность, то есть снижают некоторые параметры системы.

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет. Определяется коэффициентом надежности P(t), который характеризует вероятность того, что в заданном интервале времени t (наработка) не возникнет отказ изделия. Коэффициент надежности изменяется в пределах от 0 до 1.

Вероятность отказа – вероятность того, что объект откажет хотя бы один раз в течение заданной наработки, будучи работоспособным в начальный момент времени. Вероятность отказа Q(t) и вероятность безотказной работы образуют полную группу событий Q(t) + P(t) = 1.

Наработка на отказ – отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

При оценке надежности чаще всего используется экспоненциальное распределение, что существенно упрощает теоретические выводы. Например, для экспоненциального распределения наработка на отказ будет равняться

,

где l – интенсивность отказов.

Величина l не является постоянной и может меняться, например в зависимости от времени эксплуатации системы (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Зависимость интенсивности отказов от времени эксплуатации системы

Допустимое значение P(t) выбирается в зависимости от степени опасности отказа. Так, для ответственных изделий авиационной техники P(t) доходит до величины 0,9999. Следует иметь ввиду, что применение P(t) без указания времени t = Т, в течение которого рассматривается работа изделия, не имеет смысла (см. рис. 7.2).

Рис. 7.2. Зависимость вероятности безотказной работы P(t) и отказа Q(t)

от времени эксплуатации изделия

При оценке надежности большое значение приобретают экономические показатели. Показателем надежности с экономической точки зрения может служить экономический показатель надежности K_э, равный сумме затрат, связанных с изготовлением С_и и эксплуатацией С_э машины, отнесенной к длительности эксплуатации Т_э

.

Следует стремиться к минимальному значению этого показателя за счет рационального распределения средств между сферой производства и сферой эксплуатации (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Зависимость суммарных затрат на изготовление и эксплуатацию C

от коэффициента надежности P(t)

При большем влиянии безотказности на эксплуатационные затраты, оптимальные значения P(t) будут сдвигаться в сторону более высоких значений. Практически почти всегда с экономической точки зрения выгодно делать более надежные изделия даже в том случае, если к нему не предъявляются высокие требования безотказности по условиям эксплуатации.

Часто применяется показатель – цена надежности С_н, который складывается из постоянной и переменной составляющих затрат на изготовление, обусловленных требованиями обеспечения надежности.

Зависимость для определения цены надежности изделия имеет вид

,

где С₀ – цена надежности аналога или прототипа; Т₀ – наработка или срок службы прототипа; Т – наработка или срок службы данного изделия; a – эмпирический показатель, характеризующий уровень прогрессивности производства (изменяется в пределах от 0,5 до 1,5).

Подавляющееся большинство систем относится к восстанавливаемым системам, для которых справедливо следующее равенство

,

где T_в – среднее время восстановления; – интенсивность потока восстановления.