Лекция № 3
Под надежностью понимается свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания безопасности, ремонтопригодности и сохраняемости (рисунок 1).
Рисунок 1 – Надёжность оборудования
Для абсолютного большинства круглогодично применяемых технических устройств при оценке их надежности наиболее важными являются три свойства: безотказность, долговечность и ремонтопригодность.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени..
Долговечность - свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
В то же время техника сезонного применения (уборочные сельскохозяйственные машины, некоторые коммунальные машины, речные суда замерзающих рек и т.д.), а также машины и оборудование для ликвидации критических ситуаций (противопожарное и спасательное оборудование), имеющие по своему назначению длительный период нахождения в режиме ожидания работы, должны оцениваться с учетом сохраняемости, т.е. показателями всех четырех свойств.
Сохраняемость - свойство изделия сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность изделия выполнять требуемые функции, в течение и после хранения или транспортирования.
Ресурс (технический) - наработка изделия до достижения им предельного состояния, оговоренного в технической документации. Ресурс может выражаться в годах, часах, километрах, гектарах, числе включений. Различают ресурс: полный - за весь срок службы до конца эксплуатации; доремонтный - от начала эксплуатации до капитального ремонта восстанавливаемого изделия; использованный - от начала эксплуатации или от предыдущего капитального ремонта изделия до рассматриваемого момента времени; остаточный - от рассматриваемого момента времени до отказа невосстанавливаемого изделия или его капитального ремонта, межремонтный.
Наработка - продолжительность функционирования изделия или объем выполняемой им работы за некоторый промежуток времени. Измеряется в циклах, единицах времени, объема, длины пробега и т.п. Различают суточную наработку, месячную наработку, наработку до первого отказа.
Наработка на отказ - критерий надежности, являющийся статической величиной, среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами. Если наработка измеряется в единицах времени, то под наработкой на отказ понимается среднее время безотказной работы.
Есть наконец, целый ряд изделий (например, резинотехнические), оценивающийся главным образом сохраняемостью и долговечностью.
Перечисленные свойства надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость) имеют свои количественные показатели.
Так безотказность характеризуется шестью показателями, в том числе таким важным, как вероятность безотказной работы . Этот показатель широко применяется в народном хозяйстве для оценки самых различных видов технических средств: электронной аппаратуры, летательных аппаратов, деталей, узлов и агрегатов, транспортных средств, нагревательных элементов. Расчет этих показателей проводят на основе государственных стандартов.
Отказ - одно из основных понятий надежности, заключающееся в нарушении работоспособности изделия (один или несколько параметров изделия выходят за допускаемые пределы).
Интенсивность отказа - условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяется при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.
Вероятность безотказной работы - возможность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.
Долговечность также характеризуется шестью показателями, представляющие различные виды ресурса и срока службы. С точки зрения безопасности наибольший интерес представляет гамма-процентный ресурс - наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью g, выраженной в процентах. Так для объектов металлургического оборудования (машины для подъема и перемещения жидких металлов, насосы и устройства для перекачивания вредных жидкостей и газов) назначают g = 95 %.
Ремонтопригодность характеризуется двумя показателями: вероятностью и средним временем восстановления работоспособного состояния.
Ряд авторов подразделяют надежность на идеальную, базовую и эксплуатационную. Идеальная надежность - это максимально возможная надежность, достигаемая путем создания совершенной конструкции объекта при абсолютном учете всех условий изготовления и эксплуатации. Базовая надежность - надежность, фактически достигаемая при конструировании, изготовлении и монтаже объекта. Эксплуатационная надежность - действительная надежность объекта в процессе его эксплуатации, обусловленная как качеством проектирования, конструирования, изготовления и монтажа объекта, так и условиями его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.
Основные положения надежности будут неясны без определения такого важного понятия, как резервирование. Резервирование - это применение дополнительных средств или возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.
Одной из наиболее распространенных разновидностей резервирования является дублирование - резервирование с кратностью резерва один к одному. В связи с тем, что резервирование требует значительных материальных затрат, его применяют лишь для наиболее ответственных элементов, узлов или агрегатов, отказ которых угрожает безопасности людей или влечет тяжелые экономические последствия. Так пассажирские и грузопассажирские лифты подвешиваются на несколько канатов, самолеты снабжены несколькими двигателями, имеют дублированную электропроводку, в автомобилях применяется двойная и даже тройная система тормозов. Большое распространение получило и прочностное резервирование, основанное на концепции коэффициента запаса. Считается, что понятие прочности имеет самое непосредственное отношение не только к надежности, но и к безопасности. Более того, считается, что инженерные расчеты конструкций на безопасность почти исключительно строятся на использовании коэффициента запаса прочности. Значения этого коэффициента зависят от конкретных условий. Для сосудов, работающих под давлением, он составляет от 1,5 до 3,25, а для лифтовых канатов - от 8 до 25.
При рассмотрении производственного процесса во взаимосвязи его основных элементов необходимо использовать понятие надежности в более широком смысле. При этом надежность системы в целом будет отличаться от совокупности надежности ее элементов за счет влияния различных связей.
В теории надежности доказано, что надежность устройства, состоящего из отдельных элементов, соединенных (в надежностном смысле) последовательно, равна произведению значений вероятностей безотказной работы каждого элемента.
Связь надежности и безопасности совершенно очевидна: чем надежнее система, тем она безопаснее. Более того, вероятность несчастного случая можно трактовать как "надежность системы".
В то же время безопасность и надежность являются родственными, но не тождественными понятиями. Они дополняют одно другое. Так с точки зрения потребителя оборудование может быть надежным или не надежным, а по технике безопасности - безопасным или опасным. При этом оборудование бывает безопасным и надежным (приемлемо во всех отношениях), опасным и не надежным (безоговорочно отвергается), безопасным и не надежным (чаще всего отвергается потребителем), опасным и надежным (отвергается по техники безопасности, но может быть приемлемо для потребителя, если степень опасности не слишком велика).
Требования безопасности часто выступают в качестве ограничений на ресурс и срок службы оборудования или устройства. Это происходит, когда требуемый уровень безопасности нарушается до достижения предельного состояния вследствие физического или морального старения. Ограничения из-за требований безопасности играют особенно важную роль при оценке индивидуального остаточного ресурса, под которым понимается продолжительность эксплуатации от данного момента времени до достижения предельного состояния. В качестве меры ресурса может быть выбран любой параметр, характеризующийся продолжительностью эксплуатации объекта. Для летательных аппаратов мерой ресурса служит налет в часах, для транспортных средств - пробег в километрах, для прокатных станов - масса прокатного метала в тоннах и т.д.
Наиболее универсальной единицей с точки зрения общей методологии и теории надежности является единица времени. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Во - первых, время эксплуатации технического объекта включает и перерывы, в течение которых суммарная наработка не нарастает, а свойства материалов могут изменяться. Во - вторых, применение экономико-матеатических моделей для обоснования назначенного ресурса возможно лишь с использованием назначенного срока службы (срок службы определяется как календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или его возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние и измеряется в единицах календарного времени). В - третьих, исчисление ресурса в единицах времени позволяет ставить задачи прогнозирования в наиболее общей форме.
Начальный импульс к созданию численных методов оценки надежности был дан в связи с развитием авиационной промышленности и низким уровнем безопасности полетов на начальных этапах. Значительное число авиационных катастроф при постоянно возрастающей интенсивности воздушных ресурсов обусловило необходимость выработки критериев надежности для самолетов и требований к уровню безопасности. В частности, был проведен сравнительный анализ одного из многочисленных самолетов с точки зрения успешного завершения полетов.
Показательной с точки зрения безопасности является хронология развития теории и техники надежности. В 40-х годах основные усилия для повышения надежности были сконцентрированы на всестороннем улучшении качества, причем превалирующее значение имел экономический фактор. Для увеличения долговечности узлов и агрегатов различных видов оборудования разрабатывались улучшенные конструкции, прочные материалы, совершенные измерительные инструменты. В частности, электротехническое отделение фирмы "General Motors" (США) увеличило активный ресурс приводных двигателей локомотивов с 400 тыс. до 1,6 млн. км за счет использования улучшенной изоляции и применения усовершенствованных конических и сферических роликовых подшипников, а также проведения испытаний при высокой температуре. Был достигнут прогресс в разработке ремонтопригодных конструкций и в обеспечении предприятий оборудованием, инструментом и документацией для выполнения профилактических работ и операций по техническому обслуживанию.
Одновременно получило распространение составление и утверждение типовых графиков периодических проверок, карт контроля высокопроизводительного станочного оборудования.
В 50-е годы большое значение стали придавать вопросам обеспечения безопасности, особенно в таких перспективных отраслях, как космонавтика и атомная энергетика. Этот период является началом использования многих широко распространенных в настоящее время понятий по надежности элементов технических устройств, таких, как ожидаемая долговечность, соответствие конструкции заданным требованиям, прогнозирование показателей надежности.
В 60-е годы стала очевидной острая необходимость в новых методах обеспечения надежности и более широкое их применения. Центр внимания переместился от анализа поведения отдельных элементов различного типа (механических, электрических или гидравлических) на последствия, вызываемые отказом этих элементов в соответствующей системе. В течение первых лет эры космических полетов значительные усилия были затрачены на испытания систем и отдельных элементов. Для достижения высокой степени надежности получил развитие анализ блок-схем в качестве основных моделей. Однако с увеличением сложности блок-схем появилась необходимость в другом подходе, был предложен, а затем получил широкое распространение принцип анализа систем с помощью дерева отказов. Впервые он использовался в качестве программы для оценки надежности системы управления запуском ракет "МИНИТМЕН".
Впоследствии методика построения дерева отказов была усовершенствована и распространена на широкий круг различных технических систем. После катастрофических аварий на подземных комплексах запуска межконтинентальных баллистических ракет в США официально было введено в практику изучение безопасности систем как отдельной независимой деятельности. Министерство обороны США ввело требование по проведению анализа надежности на всех этапах разработки всех видов вооружения. Параллельно были разработаны требования по надежности, работоспособности и ремонтопригодности промышленных изделий.
В 70-е годы наиболее заметной была работа по оценке риска, связанного с эксплуатацией атомных электростанций, которая проводилась на основе анализа широкого спектра аварий. Ее основная направленность заключалась в оценке потенциальных последствий подобных аварий для населения в поисках путей обеспечения безопасности.
В последнее время проблема риска приобрела очень серьезное значение и до настоящего времени привлекает все возрастающее внимание специалистов самых различных областей знаний. Это понятие настолько присуще как безопасности, так и надежности, что термины «надежность», «опасность» и «риск» часто смешивают.
Среди технических причин несчастных случаев на производстве причины, связанные с недостаточной надежностью производственного оборудования, сооружений, устройств или их элементов, занимают особое место, поскольку чаще всего они проявляются внезапно и в связи с этим характеризуются высокими показателями тяжести травм.
Большое количество видов, используемых в промышленности, строительстве и на транспорте металлоемкого оборудования и конструкций является источником опасных производственных факторов вследствие существующей возможности аварийного выхода из строя отдельных деталей и узлов.
Основной целью анализа надежности и связанной с ней безопасности производственного оборудования и устройств является уменьшение отказов (в первую очередь травмоопасных) и связанных с ними человеческих жертв, экономических потерь и нарушений в окружающей среде.
В настоящее время существует довольно много методов анализа надежности и безопасности. Так наиболее простым и традиционным для надежности является метод структурных схем. При этом объект представляется в виде системы отдельных элементов, для которых возможно и целесообразно определить показатели надежности. Структурные схемы применяются для расчета вероятности отказов при условии, что в каждом элементе одновременно возможен только один отказ. Подобные ограничения вызвали появление других методов анализа.
Метод предварительного анализа опасности определяет опасности для системы и выявляет элементы для определения видов отказов при анализе последствий, а также для построения дерева отказов. Он является первым и необходимым шагом при любом исследовании.
Анализ последствий по видам отказов ориентирован главным образом на аппаратуру и рассматривает все виды отказов по каждому элементу. Недостатки заключаются в больших затратах времени и в том, что часто не учитывается сочетание отказов и человеческого фактора.
Анализ критичности определяет и классифицирует элементы для усовершенствования систем, однако часто не учитывает отказы с общей причиной взаимодействия систем.
Анализ с помощью дерева событий применяется для определения основных последовательностей и альтернативных результатов отказов, но не пригоден при параллельной последовательности событий и для детального изучения.
Анализ опасностей и работоспособности представляет расширенный вид анализа последствий по видам отказов, который включает причины и последствия изменений основных переменных параметров производства.
Анализ типа «причина-последствие» хорошо демонстрирует последовательные цепи событий, достаточно гибок и насыщен, но слишком громоздкий и трудоемкий.
Наиболее распространенным методом, получившим широкое применение в различных отраслях, является анализ с помощью дерева отказов. Данный анализ четко ориентирован на отыскание отказов и при этом выявляет такие аспекты системы, которые имеют важное значение для рассматриваемых отказов. Одновременно обеспечивается графический, наглядный материал. Наглядность дает специалисту возможность глубоко проникнуть в процесс работы системы и в тоже время позволяет сосредотачиваться на отдельных конкретных ее отказах.
Главное преимущество дерева отказов по сравнению с другими методами заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы. В тоже время построение дерева отказов является определенным видом искусства в науке, поскольку нет аналитиков, которые бы составили два идентичных дерева отказов.
Чтобы отыскать и наглядно представить причинную взаимосвязь с помощью дерева отказов, необходимо использовать элементарные блоки, подразделяющие и связывающие большое число событий.
Таким образом, применяемые в настоящее время методы анализа надежности и безопасности оборудования и устройств, хотя и имеют определенные недостатки, все же позволяют достаточно эффективно определять причины различного рода отказов даже у сравнительно сложных систем. Последнее особенно актуально в связи с большой значимостью проблемы возникновения опасностей, обусловленных недостаточной надежностью технических объектов.
Нужно установить окна, а не знаете, чему отдать предпочтение? С одной стороны, хорошо знакомые деревянные, а с другой, популярные нынче пластиковые. В обоих случаях экологичность, безопасность и надежность конструкции соответствует цене и честности производителя. И все же когда нужно будет устанавливать новые окна, то можно обнаружить существенную разницу между этими двумя типами. 
Нужно установить окна — плюсы и минусы деревянных и пластиковых конструкций
Если нужно будет установить деревянное окно, то не стоит верить фирмам, которые обещают привезти конструкцию послезавтра. Это в принципе невозможно, ведь минимальный срок изготовления деревянной конструкции составляет 30 дней. Дерево нужно просушить, окрасить или затонировать, покрыть лаком, если нужно установить окна из дерева. А вот когда нужно будет установить пластиковое окно, то его фирма сможет изготовить и за сутки. Особенно если у производителя есть свое собственное производство.
Когда нужно установить окна
, то деревянные конструкции уступают пальму первенства по двум причинам. Это кропотливый монтаж и высокая цена. Чтобы действительно установить деревянные евроконструкции, надо будет заплатить примерно 3-4 раза, чем за конструкцию с ПВХ профилем. 
Когда нужно установить окн
а, то следует помнить, что даже самые дорогие пластиковые конструкции изготавливаются из поливинилхлорида. А это значит, что при высоких температурах, в сильную жару или во время пожара будет выделяться наибольшее количество вредных веществ
Срок службы также надо учитывать, когда нужно установить окна. Ведь пластиковые конструкции прослужат в среднем около 40 лет. Они себя уже хорошо зарекомендовали в непростом российском климате. Деревянные же конструкции прослужат примерно 10 лет, а потом солнце, ветер и влага сделают свое черное дело и постепенно разрушат конструкцию.
Если нужно будет установить пластиковое окно, то хотя бы потому что сделать это проще и быстрее. Когда нужно установить окна, то пластиковые конструкции можно смонтировать своими руками, имея минимальный опыт. Такой фокус с деревянной конструкцией уже не пройдет. Установка деревянной конструкции — это довольно процесс, который требует и опыта, и специальных приспособлений.
Другая причина, по которой нужно установить окна из пластика, легкий уход. Надо будет только протирать профиль тряпочкой, регулировать и смазывать фурнитуру, менять уплотнитель. Деревянный профиль, который рассыхается или впитывает влагу, требует к себе больше внимания. Но с другой стороны, дерево подлежит реставрации, а пластик придется полностью менять.
Стеклопакет в пластиковой конструкции легче заменить. Сделать это можно за несколько дней. Но в деревянной конструкцией сделать этого намного труднее. В ней стеклопакет прочно вклеен в створку силиконовым герметиком, а штапик надежно прикреплен. Поэтому снять стеклопакет, не повредив штапик, очень сложно. Это также учитывают, когда нужно установить окна. Если это будет отечественная конструкция, то на замену стеклопакета уйдет неделя или две. А если производитель окажется иностранным, то ждать замены придется минимум месяц.
Надежность. - это свойство машины, ее узла или детали выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели (производительность, мощность, расход энергии, точность и др.) в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки (в километрах, гектарах, кубометрах, циклах или др.)
Терминология по надежности в технике распространяется на любые технические объекты-изделия, сооружения и системы, а также их подсистемы, рассматриваемые с точки зрения надежности на этапах проектирования, производства, испытаний, эксплуатации и ремонта. В качестве подсистем могут рассматриваться сборочные единицы, детали, компоненты или элементы. При необходимости в понятие "объект" могут быть включены информация и ее носители, а также человеческий фактор (например, при рассмотрении надежности системы "машина-оператор").
На стадии разработки термин “объект” применяется к наугад выбранному представителю из генеральной совокупности объектов.
Надежность - комплексное свойство, состоящее в общем случае из безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Например, для неремонтируемых объектов основным свойством может являться безотказность. Для ремонтируемых объектов одним из важнейших свойств, составляющих понятие надежности, может быть ремонтопригодность.
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.
Объект - техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.
Элемент - простейшая составная часть изделия, в задачах надежности может состоять из многих деталей.
Система - совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.
12 .Показатели безотказности: вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа, интенсивность отказов, параметр потока отказов, наработка на отказ. Закон Вейбулла для характеристики распределения отказов, типичная кривая изменения плотности вероятности отказов в процессе эксплуатации объектов.
Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает. На практике этот показатель определяется статистической оценкой
где N0 - исходное число работоспособных объектов, n(t) - число отказавших объектов за время t.
Средняя наработка до отказа Математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.
Наработка до отказа - эквивалентный параметр для неремонтопригодного устройства. Поскольку устройство неремонтируемое, то это просто среднее время, которое проработает устройство до того момента, как сломается.
Наработка - продолжительность или объем работы объекта, измеряемая в часах, мото-часах, гектарах, километрах пробега, циклов включений и др.
Измеряется статистически, путём испытания множества приборов, или вычисляется методами теории надёжности.
Т = 1/m * Σti где ti - наработка i-го объекта между отказами; m - число отказов.
Интенсивность отказов. Условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник. Интенсивностью отказов называется соотношение числа отказавших образцов аппаратуры в единицу времени к среднему числу образцов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие образцы не восстанавливаются и не заменяются исправными.
Параметр потока отказов. Отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки.
Если ребенок начал вставать и передвигаться активнее - значит пришло время ограничить для его безопасности доступ к некоторым шкафам и ящикам.
В принципе выбирать мы не собирались, т.к. замки от IKEA внушали самое большое доверие. Но наличие 2-х больших комодов (а это уже 11 ящиков) и кроме них 12-ти других важных и опасных дверей, заставили присмотреться и оценить другие более дешевые аналоги. Брали на пробу разных производителей и практически все их пришлось заменить на икеевские.
О достоинствах (а недостатков кроме стоимости не обнаружено)
Служат уже год без нареканий. Держатся на любой поверхности. Главное -перед наклеиванием ее обезжирить.
Существует регулировка под разные двери в плане ширины замка - мы устанавливали и на шкаф в ванной,
где расстояние небольшое, и на ящик под кроваткой, где потребовалась максимальная длина замка. Регулируется путем отрезания ленты. Правда уже бесповоротно))
Замок достаточно туго открывается. С длинными ногтями думаю сложнее, с небольшими открытие-закрытие занимает секунды. Главное приноровиться. Ну а ребенку конечно не под силу вообще. В отличие от других испробованных нами замков.
Цвет только белый. Нас это более чем устроило, т.к. в комнате все в основном светлое, ну а там где не совпало для нас не страшно-на первом месте безопасность.
Надежность – это свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Это качество, простирающееся во времени . Поэтому понятие надежности близко к понятию качества, а потому проблемы управления качеством непосредственно отражаются в представлении о надежности.
Надежность – это объективное свойство изделия, надежность можно измерить. Для измерения надежности введены понятия "отказ", "вероятность безотказной работы", "интенсивность отказов" и др. Понятия об отказе и безотказности являются одними из основных в теории надежности. Обычно под безотказностью понимают свойство изделий сохранять работоспособность в течение длительного времени. Отказ – это полная или частичная утрата изделием работоспособности.
Американские авторы Д. Ллойд и М. Липов в книге "Надежность" пишут : "Надежность сказывается на стоимости, на временных затратах, психологически – в виде неудобств, а в определенных случаях грозит также безопасности людей и нации. Обычно потери за счет ненадежности представляют собой не только стоимость выходящего из строя агрегата, но также и стоимость связанного с ним оборудования, которое портится или разрушается в результате отказа... Классическим примером психологического эффекта ненадежности являются печальной памяти спутники "Авангард". Соединенные Штаты, остро переживая успехи России, запустившей "Спутник-1", попытались вступить в соревнование, используя для этой цели почти нс испытанную ракету, которой и пришлось работать почти на пределе своих возможностей. Неудачи и последовавшие за этим уныние и потеря престижа были очень серьезны".
У американского писателя, поэта и ученого XIX в. Оливера Холмса есть стихотворение "Шедевр священника, или Замечательная одноконная коляска". В нем говорится о священнике, который построил коляску, замечательную тем, что все ее части имели абсолютно одинаковую прочность. Эта коляска прослужила ровно 100 лет и развалилась прямо по дороге. Все детали сломались одновременно .
Изделие, которое бы разрушалось таким образом, – это мечта любого инженера и специалиста по управлению качеством. Но реальные механизмы разрушаются случайным образом и в случайное время. Поэтому для оценки надежности применяют статистические методы и вероятностный аппарат математики. Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что в данном интервале времени или в пределах заданной наработки не произойдет отказа изделия.
Для оценки надежности существует много числовых характеристик. Например, коэффициент готовности – это вероятность того, что изделие окажется работоспособным в заданные или случайные моменты, – время, в течение которого изделие работоспособно, отнесенное ко времени его функционирования.
потребителем подразумевает время, в течение которого товар с гарантией производителя сохраняет свои параметры качества, ожидаемые потребителем, и потому это время обычно называют гарантированным сроком службы продукта.
Гарантированный производителем срок службы продукта называют долговечностью товара. Долговечность зависит от возможностей ремонта, после которого его параметры качества могут быть восстановлены, т.е. от ремонтопригодности продукта.
По реальному сроку службы потребитель судит в основном о качестве приобретенного им товара, что сказывается в дальнейшем на его отношении к соответствующему производителю и в конечном итоге на имидже этого производителя в глазах потребителя .
Наибольшее распространение в исследованиях надежности получил показатель интенсивность отказов (λ ):
где n – число выбывших из строя изделий; N – общее число
изделий; – среднее время испытаний.
Среднее время испытаний определяется по формуле
где – число изделий в испытательной группе; – продолжительность испытания данной группы.
Если количество изделий, выбывших из строя, превышает 5-10%, то в расчетвводятся коррективы:
(2.3)
где – количество отказавших изделий в данной группе;
– количество отказов за одно и то же время испытаний;
Продолжительность испытаний для вывода изделия из строя.
Для расчета средней интенсивности отказов важно выбрать правильный интервал времени, так как обычно плотность отказов меняется во времени.
ПРИМЕР 2.1
При испытании некоторой детали электронной аппаратуры λ может определяться через 1000–2000 ч. Проводится испытание 4 групп по 250 изделий в течение 2000 ч.
Результаты испытаний таковы:
Рассчитаем :
Всего за время испытаний вышло из строя 20 изделий (7 + 5 + + 4 + 4).
Детали и узлы могут выходить из строя из-за дефектов производства и по другим причинам.
При постоянном уровне частоты отказов за единицу времени распределение вероятностей промежутков безотказной работы выражается показательным законом распределения эксплуатационной долговечности.
Основными параметрами качества для изделий являются:
- – функциональные характеристики – соответствие изделия назначению;
- – надежность – количество ремонтопригодных отказов за срок службы;
- – долговечность (срок службы) – показатель, связанный с надежностью;
- – бездефектность – количество обнаруженных потребителем дефектов.
Надежность представляет собой понятие, связанное, прежде всего, с техникой. Его можно трактовать как безотказ -
ностъ, способность выполнять определенную задачу или как вероятность выполнения определенной функции или функций в течение определенного времени и в определенных условиях .
Как техническое понятие "надежность" представляет собой вероятность (в математическом смысле) удовлетворительного выполнения определенной функции. Поскольку надежность представляет собой вероятность, для ее оценки применяются статистические характеристики. Результаты измерения надежности должны включать данные об объеме выборок, о доверительных границах, о процедурах выборочного исследования и др.
В технике применяется также понятие "удовлетворительное выполнение". Точное определение этого понятия связано с определением его противоположности – "неудовлетворительного выполнения" или "отказа".
Общему понятию "надежности" противостоит понятие "собственно надежность" образца оборудования, которая представляет собой вероятность безотказной работы в соответствии с заданными техническими условиями при установленных проверочных испытаниях в течение требуемого промежутка времени. При испытаниях надежности измеряется собственно надежность. Она представляет но существу "операционную надежность" оборудования и является следствием двух факторов: собственно надежности и эксплуатационной надежности. Эксплуатационная надежность, в свою очередь, обусловлена соответствием аппаратуры ее использованию, порядком и способом оперативного применения и обслуживания, квалификацией персонала, возможностью ремонта различных деталей, факторами окружающей среды и др.
На каждую характеристику, подлежащую измерению, в технических условиях задается допуск, нарушение которого рассматривается как "отказ". Допуск, определяющий отказ, должен быть оптимальным с необходимой надбавкой на износ деталей, т.е. он должен быть шире нормального заводского допуска. Поэтому заводские допуски устанавливают с учетом того, что детали со временем изнашиваются.
Охарактеризуем основные понятия, связанные с надежностью.
- 1. Исправность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций, так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих удобства эксплуатации, внешний вид и т.п.
- 2. Неисправность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени не соответствует хотя бы одному из требований, характеризующих нормальное выполнение заданных функций.
- 3. Работоспособность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям, установленным в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций.
- 4. Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате изделием его работоспособности.
- 5. Полный отказ – отказ, до устранения которого использование изделия по назначению становится невозможным.
- 6. Частичный отказ – отказ, до устранения которого остается возможность частичного использования изделия.
- 7. Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого интервала времени.
- 8. Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность (с возможными перерывами для технического обслуживания и ремонта) до разрушения или другого предельного состояния. Предельное состояние может устанавливаться по изменениям параметров, по условиям безопасности и т.п.
- 9. Ремонтопригодность – свойство изделия, выражающееся в его приспособленности к проведению операций технического обслуживания и ремонта, т.е. к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов.
- 10. Надежность (в широком смысле ) – свойство изделия, обусловленное безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью самого изделия и его частей и обеспечива
ющее сохранение эксплуатационных показателей изделия в заданных условиях.
- 11. Восстанавливаемость – свойство изделия восстанавливать начальные значения параметров в результате устранения отказов и неисправностей, а также восстанавливать технический ресурс в результате проведения ремонтов.
- 12. Сохраняемость – свойство изделия сохранять исправность и надежность в определенных условиях и транспортировки.
Для некоторых изделий, относительно несложных по конструкции, понятие "отказа" можно ввести совершенно четко. Например, электролампочка или горит, или не горит.
На практике иногда обращают особое внимание на совершенствование основных узлов изделия, упуская из виду, что причиной ненадежности и последующей аварии могут быть конструкционные узлы, которые носят вспомогательный характер.
Чтобы измерить (оценить ) надежность, необходимо испытать аппарат, который описывал бы случайные события или случайные процессы. Речь идет о теории вероятностей и математических дисциплинах. За основной количественный показатель надежности принимают вероятность безотказной работы изделия в течение заданного промежутка времени.
Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что в данном интервале времени или в пределах заданной наработки нс произойдет отказа изделий. С введением этого понятия появляется возможность измерять надежность и сравнивать надежность изделия по этому показателю. Вероятность безотказной работы одного и того же изделия не одинакова в разные моменты его эксплуатации.
Для оценки надежности существует множество характеристик, в частности: вероятность безотказной работы; коэффициент готовности (вероятность того, что изделие окажется работоспособным в заданный или случайный момент); коэффициент использования времени (время, в течение которого изделие работоспособно, отнесенное ко времени его функционирования).
Время безотказной эксплуатации товара потребителем подразумевает время, в течение которого товар с гарантией производителя сохраняет свои параметры качества, ожидаемые потребителем, и поэтому это время обычно называют гарантированным сроком службы изделия.
Гарантированный срок службы товара, как правило, меньше его действительного срока службы, который характеризуется долговечностью товара.
Долговечность зависит от возможностей ремонта, после которого параметры качества товара восстановлены, т.е. зависит от ремонтопригодности. Долговечность характеризует реальный срок службы товара. По реальному сроку службы потребитель судит о качестве приобретаемого товара, что сказывается в дальнейшем на его отношении к производителю и в конечном итоге на имидже этого производителя в глазах потребителя.
В то же время гарантированный срок службы товара имеет существенное значение в момент его приобретения по сравнению с аналогичным продуктом конкурентов, а неукоснительность последующего выполнения всех предварительно оговоренных условий, гарантий при приобретении товара определяет отношение потребителя к надежности не только поставщика (продавца), по и производителя.
Если в течение гарантированного срока службы значение параметров качества не соответствует ожиданиям потребителя, которые гарантирует ему производитель, то ответственность за это несет производитель товара (поставщик), который должен за свой счет произвести ремонт, а в случае невозможности ремонта заменить некачественный товар на качественный.
Производитель должен гарантировать качество товара как во время его хранения, так и во время его эксплуатации .
Для предвидения отказов в будущем необходимы фактические данные о частоте отказов за время использования оборудования по назначению.
При обработке информации применяется величина, обратная частости отказов "среднее время между отказами".
Для исследования надежности применяются достаточно сложные аналитические методики. Например, при исследовании электронных систем инженер выбирает ряд ключевых характеристик, выбирает наиболее важную из них, выбирает варианты действий и один из этих вариантов, изучает условия работы и оценивает их.
В связи с высокими темпами современного научно-технического прогресса важно выбрать оптимальный момент для перехода от научных исследований и подготовительных работ к производству продукции. В условиях конкуренции удачно выбранное время запуска в производство является важным фактором, действующим в двух направлениях: "слишком ранний" запуск в производство может привести к таким же отрицательным последствия, как и "слишком поздний".
Причинами изготовления ненадежной продукции могут быть:
- – отсутствие регулярной проверки соответствия стандартам;
- – ошибки в применении материалов и неправильный контроль материалов в ходе производства;
- – неправильный учет и отчетность по контролю, включая информацию об усовершенствовании технологии;
- – нс отвечающие стандартам схемы выборочного контроля;
- – отсутствие испытаний материалов на их соответствие;
- – невыполнение стандартов по приемочным испытаниям;
- – отсутствие инструктивных материалов и указаний по проведению контроля;
- – нерегулярное использование отчетов по контролю для усовершенствования технологического процесса.
Математические модели, применяемые для количественных оценок надежности, зависят от "типа" надежности. Современная теория выделяет три ее типа.
- 1. Надежность мгновенного действия (например, плавких предохранителей).
- 2. Надежность при нормальной эксплуатационной долговечности (например, вычислительной техники). В исследованиях нормальной эксплуатационной надежности в качестве единицы измерения используют "среднее время между отказами". Рекомендуемый в практике диапазон от 100 до 2000 ч.
- 3. Чрезвычайно продолжительная эксплуатационная надежность (например, космические корабли). Если требования к сроку службы превышают 10 лет, их относят к чрезвычайно продолжительной эксплуатационной надежности.
При нормальной эксплуатационной надежности техническое предсказание надежности может быть теоретическим, эмпирическим и экспериментальным.
При теоретических средствах испытания разрабатывают схему данной операции и проверяют соответствие схемы с помощью математической модели. Если схема нс соответствует операции, вносятся уточнения до тех пор, пока соответствие не будет достигнуто. Это так называемое научное исследование.
Эмпирический подход заключается в выполнении необходимых измерений в отношении фактически выпускаемой продукции и выводах о надежности.
Экспериментальный подход занимает промежуточное положение между теоретическим и эмпирическим. При экспериментальном подходе используют и теорию, и измерения. При этом широко применяют методы математического моделирования процессов, создавая на этой основе экспериментальные данные. После этого информация подвергается статистическому анализу с применением современных средств вычислительной техники, что обеспечивает надежность и достоверность выводов.
Любому виду испытания предшествует план эксперимента.
Поскольку надежность является вероятностной характеристикой, количественные оценки используются для оценки "средней надежности", рассчитанной на основе выборок из всей совокупности, а также для предсказания будущей надежности. Надежность исследуется с помощью статистических методов и поддается уточнению с их помощью.
Следует отметить, что продолжительность службы не является единственным показателем эксплуатационных свойств.
В ряде случаев используются другие показатели (километраж пробега, продолжительность активного использования и др.); продолжительность службы изделий зависит как от условий изготовления, так и условий эксплуатации.
Надежность многих изделий может быть выявлена в условиях их потребления. Научно обоснованная система наблюдения за эксплуатацией изделий позволяет выявить дефекты, обусловленные нарушениями технологического процесса у производителя.
Производитель должен:
применять статистический контроль качества;
- – проверять через определенные интервалы состояние управляемости процессов;
- – стремиться к повышению качества и надежности выпускаемого оборудования;
- – обеспечить правильное понимание требований заказчика и удовлетворения их.
Анализ различных определений надежности, имеющихся в литературе, приводит к обобщенному выводу, что под надежностью понимают безотказную работу изделий при регламентированных условиях эксплуатации в течение определенного периода времени.
Выборочный контроль. Характерной особенностью контроля при исследовании надежности является то, что возможности составления выборок ограничены малочисленностью единиц аппаратуры на ранних стадиях ее освоения. Как правило, число единиц для испытания выбирает заказчик. При этом уровень достоверности результатов испытания варьирует в зависимости от числа проверенных единиц. Такое же влияние оказывает продолжительность предполагаемого оперативного времени и степень износа образцов при испытании.
На практике составление выборок для испытания надежности производят в соответствии с планом, который вначале (а затем каждый раз, когда попавшее в выборку изделие характеризуется пониженным средним временем безотказной работы) предусматривает 10%-ный риск потребителя при уровне приемлемого качества, соответствующем 10% единиц, с надежностью ниже нормы. Отметим некоторое различие между статистическим контролем качества и выборочными проверками в связи с техническим обеспечением надежности. В последнем случае кроме вопросов представительности выборки возникает вопрос о необходимом времени испытаний.
Естественно, стопроцентное испытание партий до полного износа образцов невозможно. Поэтому схемы выборочного контроля, применяемые при изучении надежности, предусматривают текущую выборочную проверку выпускаемой продукции с ослабленным режимом контроля до тех пор, пока не будет обнаружена продукция с характеристиками ниже нормы. Иными словами, ослабленная процедура контроля продолжается до тех пор, пока в выборке не появится дефектный экземпляр. При обнаружении единицы выпускаемой продукции с пониженной против нормы характеристикой восстанавливается нормальный режим контроля, который может перейти в режим усиленного контроля в зависимости от количества брака, выявленного в выборке. Как правило, подобные планы выборочного контроля разрабатываются с учетом заданного среднего времени безотказной работы и размеров ежемесячного выпуска продукции.
При исследовании надежности для решения вопроса о приемке или забраковывании партии нередко используют метод последовательного анализа. Прежде всего выявляют, что среднее время безотказной работы при заданных условиях находится на уровне установленного минимума или превышает его. Такие испытания планируются после того, как предназначенные к испытанию образцы и испытательная аппаратура прошли надлежащую проверку. Испытания прекращаются, как только принимается решение о приемке. Но они не прекращаются, если принято решение забраковать партию. В последнем случае они продолжаются в соответствии с точно определенным планом статистического контроля.
Под отказом понимают появление первых признаков неправильной работы или неполадки в работе аппаратуры. Каждый отказ характеризуется определенным временем его возникновения.
Результаты исследования надежности имеют значение при сертификации продукции и систем качества Мазур И. И., Шапиро В. Д. Управление качеством: учеб. пособие. М.: Омега-Л, 2011.
Загрузка...