Для каких объектов свойства безотказности и долговечности совпадают почему
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, ремонтов, хранения и транспортирования.
Чтобы четко уяснить понятие надежности необходимо иметь в виду следующие три основные момента.
Что понимается под «объектом» (было рассмотрено выше).
К параметрам, характеризующим способность выполнять требуемые функции, относятся кинематические и динамические характеристики, показатели производительности, скорости, грузоподъемности, экономичности, точности и т. п.
Требование к объекту выполнять необходимые функции распространяется только при соблюдении заданных режимов и условий применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Например, если двигатель изготовлен для северных районов, а эксплуатируется в южных, где он будет перегреваться, то нельзя считать, что этот двигатель низкой надежности. Также нельзя считать, что машина низкой надежности, если не проводят технические обслуживания и ремонты, соответствующие технической документации.
Актуальность надежности возрастает в связи со сложностью современных машин и важностью функций, которые они выполняют. Современные технические средства состоят из множества взаимодействующих механизмов. Отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы без резервирования приводит к нарушению работы всей системы.
Недостаточная надежность машин и оборудования приводит к огромным затратам на ремонт и простою в работе, иногда к авариям, связанным с большими экономическими потерями и с человеческими жертвами.
Надежность — сложное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания четырех свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Для каждого объекта характерны все или часть свойств надежности. Так, для объектов, подлежащих длительному хранению, важно свойство сохраняемости. Рассмотрим эти четыре свойства.
1. Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работо способное состояние в течение некоторого времени или наработки.
Это свойство особенно важно для объектов, отказ которых опасен для жизни людей. Отказ рулевого управления или тормозов автомобиля может иметь тяжелые последствия, поэтому для таких объектов безотказность -наиболее важная составная часть надежности.
Первостепенное значение безотказность имеет для объектов, отказ которых вызывает перерыв в работе большого комплекса машин или остановку автоматизированного производства.
2. Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособное со стояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Долговечность и безотказность — не взаимоисключающие, а дополняющие друг друга и связанные между собой показатели. Различие же заключается в следующем. Безотказность характеризует свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Долговечность же характеризует продолжительность работоспособного состояния объекта по суммарной наработке, прерываемой периодами на техническое обслуживание, устранения отказов и ремонтов.
В зависимости от характера производства и вида объекта на первый план при оценке его надежности может выдвигаться безотказность или долговечность. Например, для дереворежущего станка общего назначения или трелевочного трактора отсутствие отказов в течение смены скорее желательное, чем необходимое условие, поскольку после непродолжительного ремонта они вновь поступают в работу. Для сложной и высокопроизводительной автоматической линии, работа которой в значительной степени определяет технико-экономические показатели всего предприятия, свойство безотказности выдвигается на первый план.
Как видно из приведенных определений, свойство безотказности определяется, в основном, совершенством конструкции машины и качеством ее изготовления. Свойство долговечности же определяется еще и качеством ремонта, регулярностью и тщательностью технического обслуживания.
Все объекты делятся на ремонтируемые и неремонтируемые.
Ремонтируемым называется объект, для которого проведение ремонтов предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Очевидно, что для перемонтируемых объектов понятия «безотказность» и «долговечность» совпадают. Машины и оборудование лесного комплекса относятся к категории ремонтируемых, следовательно, для них важную роль играют такие свойства, как ремонтопригодность и сохраняемость.
3. Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
С усложнением систем все труднее становится находить причины отказов и отказавшие элементы. Так, в сложных электрогидравлических системах поиск причин отказов может занимать более 50% общего времени восстановления работоспособности. Поэтому облегчение поиска отказавших элементов закладывается в конструкцию новых сложных систем. Возможность быстрого обнаружения и устранения отказа, легкий доступ ко всем узлам определяют малые затраты времени на ремонт. Таким образом, важность ремонтопригодности определяется простоями, связанными с обнаружением отказов и проведением ремонта, что в свою очередь ведет к недовыпуску продукции и значительным убыткам.
4. Сохраняемость — свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и (или) транспортирования, т.е. здесь речь идет о сохраняемости значений показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности. Сохраняемость характеризует способность объекта противостоять отрицательному влиянию условий хранения и транспортирования (дождь, снег, пыль).
Продолжительность хранения и транспортировки иногда не оказывает заметного влияния на поведение объекта во время нахождения в этих режимах, но при последующей работе их свойства могут быть значительно ниже, чем аналогичные свойства объектов, не находящихся на хранении и не подлежащих транспортировке. Например, после продолжительного хранения аккумуляторных батарей их наработка до отказа существенно снижается. Сохраняемость данных объектов обычно характеризуется таким сроком хранения в определенных условиях, в течение которого снижение средней наработки до отказа, обусловленное хранением, находится в допустимых пределах.
Вследствие воздействия внешней среды на незащищенные составные части машин во время хранения, сокращаются сроки их службы, увеличиваются затраты на ремонт.
Коррозионное поражение во время хранения — это, например, одна из главных причин выбраковки втулочно-роликовых цепей (23% — передающие звенья, транспортеры). Кроме того, эксплуатационные испытания вту-лочно-роликовых цепей показали, что условия хранения оказывают влияние на их износ.
При хранении в сыром неотапливаемом помещении резиновых манжет в течение 3, 4 и 5 лет их ресурс, соответственно, снижается до 70, 30 и 3% по сравнению с новыми манжетами. Более 40% клиновых ремней выбраковывают из-за расслоения и трещин, возникающих вследствие неправильного хранения.
Ресурс резинотехнических изделий снижается и при хранении в сухих отапливаемых помещениях, так как естественный процесс старения можно только замедлить, но предотвратить полностью нельзя.
Ресурс клиновых ремней уменьшается вследствие снижения механической прочности, модуля упругости и прочности связи между элементами конструкции клиновых ремней. Физико-механические свойства клиновых ремней минимально снижаются при их хранении в сухих отапливаемых помещениях при температуре 18-23°С и относительной влажности воздуха 55- 70%.
Свойство сохраняемости имеет особое значение для нового поколения машин и оборудования лесного комплекса, имеющего в своем составе системы программного управления, микропроцессорную технику, следящие системы, сложные пневматические и гидравлические устройства, для которых должны выполняться особые условия и правила хранения и транспортировки.
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 отказаМатематическое 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.
В настоящее время в отечественной и зарубежной технической литературе приводится большое количество определении надежности и безотказности, которые, по содержанию практически ничем не отличаясь, друг от друга (изменяется только форма) и дают не совсем верное представление об этих понятиях. Для того чтобы разобраться в сути данной проблемы, необходимо вначале проанализировать существующие понятия надежности и безотказности. Итак, приведем некоторые формулировки понятий надежности и безотказности, которые даются в отечественных и зарубежных источников.
Рис. 1 Теоретическая кривая изменения сохраняемости объекта
В них говорится, что Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания свойств: безотказности, долговечности, ремонта пригодности и сохраняемости.
В международном стандарте ISO 8402 понятию надежности дается следующее определение: Надежность — Способность Изделия выполнять требуемые функции в заданных условий Течение заданного периода времени.
Безотказность-свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.
Ранее в гост 13377-75 [116] понятию надежности и безотказности давалось такое определение: надежность — свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям применения технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Безотказность-свойство машины сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.
Храмцов Н. В. [112] считает, что при определении пoнятия надежности концовку можно опустить, то есть… технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки МожНо в определении не употреблять. Безотказности же он даёт следующие определение. Безотказность — это свойство изделия Сохранять работоспособность.
Ачкасов К. А. же считает, что Надежность-это свойство машины (сборочной единицы, агрегата) выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданНых пределах в течение требуемого времени или требуемой наРаботки [И 1].
В определении понятия безотказности этот автор придерживается стандартной формулировки по ГОСТ 13377-75.
А вот другие авторы (Ермолов Л. С., Кряжков В. М., Черкун В. Е.) считают, что данное определение безотказности нуждается в уточнении и дают следующее определение этому понятию: Безотказность-это свойство объекта непрерывно соХранять работоспособность в течение некоторого времени или Некоторой наработки [114]. Дьяченко С. С. и Рабухин В. Б. считают, что Надежность — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданНых пределах в течение требуемого промежутка времени или Требуемой наработки.
Далее авторы утверждают, что Надежность — это вероятНостный показатель, определяющий вероятность того, что в Заданном интервале времени или в пределах заданной наработки Не возникает отказа. Кроме того, авторы считают, что надежность конструкции зависит от способности материала сопротивляться разрушению при возникновении пиковых напряжений[117].
Другие же авторы (Шведков Е. Л., Денисенко Э. Т., Ковенс-кии И. И.) считают, что Надежность-способность объекта выПолнять заданные функции, сохраняя во времени значения определенных эксплуатационных свойств в заданных пределах при заданных режимах и условиях использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Надежность — комплексное свойство, которое в зависимости от назнаЧения объекта и условий его эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонт пригодность и сохранность в отдельности или в их Сочетании. [109]
Этот перечень определений можно было бы продолжить и далее, но в этом нет никакой необходимости, ибо все определения будут по смыслу одни и те же, только с различными вариациями.
Так что же такое надежность и безотказность, каков смысл надежности » физический, или вероятностно-статистический? Следствием чего является надежность и безотказность, что лежит в их основе? Надежность и безотказность — это одно и тоже или это разные понятия и какова взаимосвязь между ними? Какие объекты оцениваются надежностью, а какие безотказностью? Эти и другие вопросы требуют своего ответа и разъяснения потому, что, не дав на них ответов, нам не решить проблему повышения надежности.
Попробуем просистематизировать все эти понятия и выделить в них основные и дополняющие аргументы.
Так, одни авторы (Дьяченко С. С, Ачкасов А. К., Храмцов Н. В.), считают. что Надежность — это свойство, Аналогичное определение дается так же и в ГОСТ 27. 002-83, ГОСТ 13377-75. В отличие от других авторов Шведков Е. Л. считает, что Надежность- это Способность. Какое же это свойство и какая способность? Одни считают, что этим свойством является, что-то сохранять другие это свойство трактуют как, что-то выполнять…
Но, что-то сохранять, или, что-то выполнять объект может лишь в том случае, если это обеспечено каким-то целым рядом физико-механических или конструктивных свойств показателей, то есть это уже следствие определенных свойств. Кроме того, свойство, как известно, это признак материальной основы, проявляющийся при взаимодействии одного предмета (или явления) с другим, чего в данном случае не наблюдается. Это физические, химические и другие свойства, характеризующие внутреннее состояние объектов. А сохранять или выполнять — это функциональные (технологические) ocoбeности и к свойствам объектов они вряд ли имеют какое-либо отношение, это уже результат, действие, следствие свойств. Поэтому говорить, что Надежность — это свойство, не имеет смысла, ибо надежность это уже следствие Не одного, а целого Комплекса свойств (физико-механических и конструктивных) Шведков Е. Л. же в своем определении Заменил Слово Свойство на способность. Это несколько лучше, но не устраняет до конца ошибочность представлений о надежности.
Далее, в основной части определения (ГОСТ 27.002-83 говорится, что это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров. Каких — таких всех параметров? Эксплуатационных, конструктивных технологических., эстетических, эргономических, физических или еще каких-то других? В дополнительной части определения как-то странно уточняется вид этих параметров. Что это за параметры? Оказывается — это параметры, характеризующие способность выполнять требуемые функции. Какие функции, какие параметры, сплошные недоговорки. Может быть все-таки не характеризующие, а обеспечивающие способно что-то выполнять. Конечно, можно и охарактеризовать, то Есть Дать оценку той или иной способности или способностям человека, машины, системы, но это опять-таки следствие, характеристика этих способностей, а не их первооснова, не причина, которая порождает эти способности. То есть опять нарушена причинно-следственная связь.
Но что же это все-таки за такие требуемые функции? Ведь всяких разных функций у разных объектов великое множество. А какие здесь имеются ввиду: эксплуатационные, технические, административно-хозяйственные, инженерно-психологические, эргономические, транспортные, сельскохозяйственные, экологические и т. д., какие, какого вида, класса, разряда и т. д.? Сказано только то, что эти функции должны выполняться в заданных режимах. Каких режимах? Режиме ожидания, непрерывного функционирования, хранения, консервации, перегрузки, испытания и т. д.? Ответа на данный вопрос в этом определении не содержится. Сказано только, что эти требуемые функции должны выполняться и в условиях технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Но если, например, это эксплуатационные функции (вероятнее всего о них подразумевают авторы), то тогда становится абсолютно непонятным, как эти функции (скорость, мощность, безотказность и др.) могут выполняться если объект во время техобслуживания, ремонта, хранения в транспортировки не работает, не функционирует, да еще чтобы они выполнялись в каких-то заданных режимах (видимо, авторы имели ввиду не режимы, а параметры) но написали режимы, считая, что это одно и то же, хотя это абсолютно разные понятия.
Далее, в уточняющей части определения сказано, что надежность — это сложное свойство. По этому поводу следует отметить, что свойство единично, потому оно и свойство, что характеризует какой-то один отличительный признак материи или объекта. Другое дело, что в основе этого свойства может лежать одно или несколько физических явлений или состояний материи.
Например, такое свойство как прочность единственное и неповторимое, но в его основе лежит компонентный состав материала, его микроструктура, наличие или отсутствие микро и макро-дефектов и т. д. Тем более, это свойство не может в зависимости от назначения объекта или условий его применения состоять из сочетания других каких-то свойств. Тем более таких «свойств» как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Все эти термины и стоящие за ними понятия не являются свойствами. А вот их понятия характеризуют либо техническое состояние объекта (безотказность), либо его конструктивные особенности (ремонтопригодность), либо износостойкость человечность), либо физико-механическое состояние.
То есть, если убрать все эти излишние нагромождения слов, о из ГОСТ определения следует, что Надежность — Это способность объекта не ломаться или работать безотказно в течение заданного промежутка времени.
Но ведь она (машина) потому и не ломается (или не ООтказывает), что надежна. А, что же такое сама надежность, которая обеспечивает эту безотказную работу объекта? Ответа на этот вопрос ни в одном определении не содержится.