Основные понятия теории надежности

1.1. Основные понятия теории надежности

Основные термины, понятия и определения приведены в ГОСТ 27.002- 89 «Надежность в технике. Термины и определения».

Надежность– свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выпол-

нять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, тех- нического обслуживания, хранения и транспортирования.

В определении имеются следующие особенности.

Во-первых, подчеркнута непрерывность выполнения объектом заданных функций. Нет смысла говорить о надежности объекта в период проведения на нем профилактических, ремонтных работ, замены изношенных элементов и других мероприятий с остановкой объекта. Объект в это время не выполняет заданных функций.

Во-вторых, в определение надежности включено понятие «установлен- ные пределы». Сложная система при отказе отдельных элементов или подси- стем может сохранить свою работоспособность и выполнить функциональ- ное предназначение, но с меньшей эффективностью.

В-третьих, надежность объекта целесообразно определять за определен- ные промежутки времени или наработку. То есть за время до прекращения эксплуатации.

Надежность является сложным комплексным свойством, которое в зави- симости от назначения объекта и условий его применения может включать свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемо- сти или определенные сочетания этих свойств.

Безотказность– свойство объекта непрерывно сохранять работоспо- собное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Если нас интересуют возможность работы объекта до полного исполь- зования его технических возможностей, применяется понятие долговечно- сти.

Долговечность– свойство объекта сохранять работоспособное состоя- ние до наступления предельного состояния при установленной системе тех- нического обслуживания и ремонта.

После отказа работоспособность объекта, как правило, может быть восстановлена. Поэтому в характеристику надежности введено понятие, определяющее пригодность объекта к ремонту – ремонтопригодность.

Ремонтопригодность– свойство объекта, заключающееся в приспособ- ленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния пу- тем технического обслуживания и ремонта.

Изменение состояния объекта возможно не только во время его исполь- зования, но и при хранении на складе, при транспортировании и т.д. Есть случаи, когда после транспортирования объект либо вовсе теряет свою ра- ботоспособность, либо его показатели настолько снижаются, что он практи- чески становится не пригодным к эксплуатации. Это свойство объекта ха- рактеризуется свойством сохраняемости.

Сохраняемость– свойство объекта сохранять в заданных пределах зна- чения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требу-

емые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

В процессе применения, хранения, транспортирования, технического об- служивания и ремонта технический объект может находиться в одном из не- скольких состояний.

Исправноесостояние – состояние объекта, при котором он соответ- ствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неисправноесостояние – состояние объекта, при котором он не соот- ветствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неисправный объект, в свою очередь, может находиться в следующих состояниях – работоспособном, неработоспособном и предельном.

Работоспособноесостояние – состояние объекта, у которого значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функ- ции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) кон- структорской (проектной) документации.

Неработоспособноесостояние – состояние объекта, при котором зна- чения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Предельное состояние– состояние объекта, при котором его даль- нейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо приведение его в работоспособное состояние невозможно или нецелесообразно.

Дополнительно для систем железнодорожной автоматики и телемехани- ки (СЖАТ) различают два вида неработоспособного состояния: защитное и опасное состояние.

Защитное состояние– неработоспособное состояние объекта, при ко- тором значения всех параметров, характеризующих его способность выпол- нять заданные функции по обеспечению безопасности движения поездов, со- ответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Опасное состояние– неработоспособное состояние объекта, при кото- ром значение хотя бы одного параметра, характеризующего его способность выполнять заданные функции по обеспечению безопасности движения поез- дов, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) кон- структорской документации.

Переход объекта из одного состояния в другое происходит вслед- ствие возникновения дефекта, повреждений и отказов, восстановлений и ремонтов. Событие, заключающееся в нарушении исправности объекта, называется дефектом. Если объект переходит в неисправное, но работо-

способное состояние, то такой дефект называют повреждением. Если объект переходит в неработоспособное или предельное состояние, то это событие называют отказом.

Обратный процесс называется процессом восстановления работоспо- собности. Если объект находился в неработоспособном состоянии, то производится его ремонт. Если объект находится в предельном состоя- нии, то производится его капитальный ремонт, состоящий в замене от- дельных деталей и восстановление его ресурса. Если ремонт экономиче- ски нецелесообразен, производится списание объекта.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 объекты разделяются на невосста- навливаемые и восстанавливаемые.

Невосстанавливаемым называется объект, для которого в рассматрива- емых условиях восстановление работоспособности не предусмотрено в нормативно-технической документации.

Восстанавливаемый объект – объект, для которого проведение восста- новления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно- технической и конструкторской документации.

1.2. Классификация и причины возникновения отказов Отказ– событие, которое заключается в нарушении работоспособного

состояния объекта. Отказ– событие, после возникновения которого, харак- теристики (параметры) технического объекта выходят за установленные пре- делы.

По характеру и скорости изменения параметров объекта до момен- та возникновения отказы делят на внезапные и постепенные.

Внезапные отказыхарактеризуются скачкообразным изменением зна- чений одного или нескольких параметров объекта. Причинами внезапных отказов могут быть как естественные постепенные изменения в физической структуре объекта, которые при определенных условиях приобретают лави- нообразный характер, так и условия применения объекта. Внезапный отказ может наступить в любой момент времени. Предвидеть и предупредить его нельзя.

Постепенный отказхарактеризуется постепенным изменением значе- ний одного или нескольких параметров объекта. Постепенный отказ являет- ся следствием накопления сравнительно малых и медленных изменений свойств объекта, например, изнашивание поверхностей трения. Постепен- ные отказы можно предвидеть и даже избежать, своевременно заменяя из- ношенные объекты.

По типу отказы делят на:

- отказы функционирования, при которых прекращается выполнение объектом основных функций (например, поломка зубьев шестерни);

- отказы параметрические, при которых параметры объекта выходят за

установленные пределы (потеря точности измерения напряжения вольтмет- ром).

По наличию причинно-следственной связи отказы делят на:

- независимые;

- зависимые.

Независимый отказ– отказ объекта, возникающий в результате про- цессов, происходящих в его внутренней структуре, и не обусловлен возник- новением отказов других объектов. Зависимые отказыявляются следстви- ем возникновения отказов других объектов.

По своей природе отказы могут быть:

- случайные, обусловленные непредусмотренными перегрузками, де- фектами материала, ошибками персонала, сбоями системы управления и т.д.;

- систематические, обусловленные закономерными явлениями, вызы- вающими постепенное накопление повреждений – усталость, износ, старе- ние, коррозия и т.д.

По причине возникновения отказы могут быть

- конструкционные;

- производственные;

- эксплуатационные.

Конструкционные отказывозникают в результате ошибок и наруше- ний правил и норм конструирования в период разработки объекта: недоста- точной заданной прочности, неправильного выбора режима, неудачной компоновки объекта. Производственные отказывозникают в результате несовершенства процесса или нарушений технологии изготовления объек- тов. Часто к таким отказам приводит нарушение сортности материалов и других комплектующих объектов. Эксплуатационные отказысвязаны с воздействием недопустимо больших нагрузок, высоких или низких темпера- тур, ударов, тряски и других воздействий, непредусмотренных режимами их эксплуатации.

По характеру проявления отказы делят на

- явные;

- скрытые.

Явнымназывают отказ, который мгновенно проявляется при его воз- никновении. Скрытымназывают отказ, который обнаруживается только при проведении профилактических работ.

По возможности последующего использования объекта:

- полные;

- частичные.

В случае полного отказа применение объекта до восстановления его ра- ботоспособного состояния невозможно. В случае частичного отказа приме- нение объекта возможно, хотя значение одного или нескольких параметров не будет соответствовать требованиям нормативно-технической документа- ции.

По возможности устранения:

- устранимые;

- неустранимые.

При устранимом отказе возможно восстановление системы, как в усло- виях эксплуатирующих подразделений, так и на ремонтных предприятиях. В случае неустранимого отказа система или изделие подлежит списанию и утилизации.

По последствиям:

- защитные;

- опасные.

Защитный отказ – это событие, которое заключается в нарушении рабо- тоспособного состояния системы при сохранении защитного состояния. Опасный отказ – это событие, которое заключается в нарушении работоспо- собного и защитного состояний.