Количественные показатели надежности

Лекция № 3 НТС 1-й МГ 16-ММ-КТ2

Изменение состояния изделия. Классификация отказов

Изменение состояния изделия может происходить вследствие отказа, появления неисправности или повреждения.

При этом понятие «отказ» является одним из главных понятий теории надежности.

Отказ -это потеря способности изделия выполнять требуемую функцию.

Отказ является событием, которое приводит изделие к состоянию неисправности.

Неисправность - это состояние изделия, характеризующееся неспособностью выполнять требуемую функцию, исключая такую неспособность во время профилактического обслуживания или других запланированных действий, или из-за нехватки внешних ресурсов.

Повреждение - приемлемая для пользователя неполная способность изделия выполнять требуемые функции.

К повреждениям можно отнести отдельные нарушения в ТС, не приводящие к потере ее работоспособности.

Например, повреждение лакокрасочного покрытия на отдельных элементах ТС.

Не устранение повреждения (или повреждений) может привести ТС к отказу.

Отказы классифицируют по признакам, приведенным в табл. 1.

В зависимости от последствий, вызываемых отказами, их можно подразделить на функциональные и параметрические.

Классификация отказов

Таблица №1 Классификация отказов и неисправностей технологической системы (ТС)

	Признак	Вид
	Влияние на способность реализации ТС	Отказ элемента (операции) вызывает отказ системы ТС
Отказ элемента не вызывает отказ системы (неисправность) ТС
	Источник процессов, приводящих к отказа системы ТС	Вследствие изнашивания элемента управления ТС
Вследствие старения элемента управления ТС
	Причина возникновения	Конструктивный (при проектировании компонентов ТС)
Производственный (при производстве компонентов ТС)
Эксплуатационный (при эксплуатации компонентов ТС)
Систематический (при функционировании компонентов ТС)
	Связь с отказом других элементов	Зависимый (отказ одного элемента ТС нарушает функционирование всей ТС)
Независимый
	Полнота выполнения требуемых функций	Полная (нарушается функционирование всей ТС)
Частичная (частично нарушается функционирование ТС)
	Последствия, вызываемые отказом	функциональный
параметрический
	Характер возникновения отказа	Внезапный
Постепенный
	Частота возникновения отказа	С малой наработкой
С большой наработкой
	Продолжительность устранения отказа	Не влияет на время функционирования ТС
Влияет на время функционирования ТС

При функциональном отказе:

- изделие прекращает выполнять заданные функции.

При параметрическом отказе:

- изменение выходных характеристик изделия превышает допустимые нормы.

Функциональный отказ ТС  это отказ, в результате которого наступает прекращение ее функционирования, не предусмотренное регламентированными условиями производства или конструкторской документацией.

Функциональный отказ наступает в результате разрушения деталей станка, приспособления, инструмента и др.

Это приводит к невозможности обеспечить, например, формообразующее движение резания и транспортировку заготовки.

Параметрический отказ ТС - это отказ, при котором сохраняется ее функционирование, но происходит выход значений одного или нескольких параметров технологического процесса за пределы, установленные в нормативно-технической или конструкторской и технологической документации.

При эксплуатации ТС подвержена механическим, тепловым и другим воздействиям, способствующим снижению качества обработанных деталей и производительности обработки.

По характеру (закономерности) возникновения и возможности прогнозирования отказы разделяют на внезапные и постепенные.

Внезапный отказ возникает неожиданно и проявляется в скачкообразном изменении одного или нескольких заданных параметров изделия.

Момент наступления внезапного отказа является случайным, не зависящим от продолжительности эксплуатации, и его невозможно прогнозировать.

Примерами такого отказа для ТС является поломка инструмента вследствие колебания твердости материала заготовки, ошибка наладчика в настройке оборудования и т.д.

Отличительной особенностью внезапных отказов является постоянство их интенсивности во времени.

Постепенный отказ проявляется в постепенном изменении одного или нескольких заданных параметров изделия.

Причиной постепенных отказов обычно бывает износ, усталостные разрушения и другие постепенно нарастающие изменения в деталях и узлах изделия в процессе эксплуатации.

К постепенным отказам относится большинство функциональных отказов ТС, поскольку они связаны с изнашиванием, коррозией, усталостными разрушениями и другими процессами разрушения и деформирования элементов станка, приспособления и режущего инструмента.

Время наступления постепенного отказа функционально связано с интенсивностью физико-механических процессов, происходящих при работе ТС.

Зная ресурс детали или узла, а также применяя методы технического диагностирования, постепенный отказ можно предвидеть и предупредить своевременным техническим обслуживанием или ремонтом.

Постепенные отказы в зависимости от источника процессов, приводящих к неисправности, разделяются на отказы вследствие изнашивания и старения.

Отказ вследствие изнашивания - это отказ, вероятность возникновения которого возрастает с течением времени из-за накапливания ухудшений, вызванных прилагаемыми при использовании нагрузками. Примером могут служить функциональные отказы ТС, вызванные износом подшипниковых узлов,

Недостаточная прочность наиболее нагружаемого сечения детали может привести к ее поломке и, соответственно, к отказу изделия.

Производственный отказ наступает при изготовлении или ремонте из-

делия из-за нарушения установленного технологического процесса: например,

несоблюдение заданных параметров точности при изготовлении детали, вхо-

дящей в изделие.

Эксплуатационный отказ вызывается несовершенством или нарушени-

ем правил и (или) условий эксплуатации. Несвоевременное проведение регули-

ровок, применение несоответствующих требованиям смазочных материалов,

использование изделия не по назначению  все это примеры нарушений правил

эксплуатации, которые могут привести к отказам. Например, применительно к

ТС несвоевременная настройка станка на размер может привести к параметри-

ческому отказу ТС.

Отказ, однозначно вызванный определенной причиной, которая может

быть устранена только модификацией проекта или производственного процес-

са, правил эксплуатации и документации, называется систематическим

отказом.

Свойства надежности

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от

назначения изделия и условий его эксплуатации, может включать безотказ-

ность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, как в отдельности,

так и в определенном сочетании этих свойств.

Безотказность  это способность изделия выполнять требуемую функ-

цию в заданном интервале времени в данных условиях. Обычно предполагают,

что в начале интервала времени изделие в состоянии выполнять требуемую

функцию. «Данные условия» могут включать климатические, технические и

экономические обстоятельства.

Долговечность  это способность изделия выполнять требуемую функ-

цию до достижения предельного состояния при заданных условиях использова-

ния и технического обслуживания.

Для неремонтируемых изделий свойства безотказность и долговечность

совпадают, так как их предельным состоянием является первый отказ. Ремон-

тируемое изделие после отказа может быть восстановлено, если это экономиче-

ски целесообразно. Для некоторых изделий, которые можно многократно ре-

монтировать, пределом долговечности обычно бывает экономическая целесо-

образность дальнейшей эксплуатации или моральный износ. ТС также допус-

кают возможность многократного восстановления, но наступает момент, когда

их ремонтировать невыгодно, и тогда их списывают.

Различие свойств безотказности и долговечности в том, что безотказность

 это способность изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние, а

долговечность  это свойство изделия сохранять работоспособное состояние с

возможными перерывами для ремонта.

Ремонтоспособность  это способность изделия при данных условиях

использования и технического обслуживания к поддержанию или восстановле-

нию состояния, в котором оно может выполнять требуемую функцию.

Факторы, влияющие на ремонтопригодность, могут быть объединены в две основные группы:

- расчетно-конструкторские,

- эксплуатационные.

К расчетно-конструкторским факторам относятся:

- сложность конструкции,

- уровень взаимозаменяемости и унификации деталей и эксплуатационных материалов,

- возможность независимого снятия узлов изделия или деталей и простоты разборки-сборки и др.

Эксплуатационные факторы связаны с возможностями человека-оператора, эксплуатирующего изделие.

Сохраняемость  это способность изделия выполнять требуемую функцию в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Из определения следует, что сохраняемость фактически представляет собой способность изделия сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.

В процессе хранения или транспортирования изделие не работает. В связи

с этим основным видом его отказа на этих стадиях является отказ постепенный,

возникающий вследствие старения материала.

Время возникновения такого отказа  величина случайная и получить экспериментальным путем ее распределение чрезвычайно трудно.

В связи с этим прогнозировать показатели сохраняемости в процессе проектирования и создания изделия вряд ли возможно.

Количественные показатели надежности

При решении практических задач, связанных с надежностью изделий, в том числе ТС, качественной оценки недостаточно.

Количественную оценку отдельных свойств надежности можно выполнить с помощью единичных критериев (рис. 1).

Существуют также комплексные критерии, характеризующие одновременно несколько свойств надежности, например, коэффициент готовности.