Показатели надежности неремонтируемых объектов

 

 

	Рис. 1 Группы объектов, различающиеся показателями надежности.

 

Такие объекты работают до первого отказа. Для оценки надежности неремонтируемых объектов исполь­зуют вероятностные характеристики случайной величи­ны — наработки до отказа Т. Под наработкой понимают продолжительность или объем работы объек­та, измеряемые в часах, километрах, гектарах, циклах, кубометрах или в других единицах. Когда наработку выражают в единицах времени, иногда используют тер­мин «время безотказной работ ы », или, что то же самое, «время до появления отказа».

Полной характеристикой любой случайной величины является ее закон распределения, т. е. соотношение меж­ду возможными значениями случайной величины и соответствующими этим значениям вероятностями. Рас­пределение наработки до отказа может быть описано с помощью различных показателей надежности неремон­тируемых изделий. К числу таких показателей отно­сятся: функция надежности p(t); плотность распределения наработки до отказа f-(t); интенсивность отказов K(t}.

Функцией надежности называют функцию, выражающую вероятность того, что случайная на­работка до отказа объектов — будет больше заданной наработки, отсчитываемой от начала эксплуата­ции.

Во многих задачах в качестве показателя надежно­сти используется вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах заданной наработки не возникает от­каза объекта. Эту условную вероятность мож­но определить по функции надежности.

Надежность малых неремонтируемых объектов не всегда удобно характеризовать вероятностью безотказ­ной работы, так как для небольших периодов заданной наработки значения будут близкими к единице. Например, вероятность безотказной работы слюдяного конденсатора в течение 1 ч равна 0,9999999. Поэтому используются и другие показатели надеж­ности, например плотность распределения наработки до отказа

Для малых неремонтируемых объектов, например элементов электронных схем, средняя наработка до пер­вого отказа является понятием условным, так как обыч­но они не эксплуатируются столь долго и устаревают гораздо раньше, чем успевают наработать.

Показатели надежности ремонтируемых восстанавливаемых в процессе применения объектов

 

Показатели надежности таких объектов вычисляются лишь в календарном времени.

Восстанавливаемые в процессе применения ремонти­руемые объекты можно разделить на две группы.

К первой группе относятся объекты, для которых в течение заданного времени работы допускаются от­казы и вызванные ими кратковременные перерывы в ра­боте. Для объектов этой группы большое значение имеет свойство готовности — способности находиться в процессе эксплуатации максимальное время в работо­способном и готовом к применению состоянии.

Ко второй группе относятся объекты, отказы которых в течение заданного времени недопустимы. Если в этих объектах (системах) имеются избыточные элементы, то при отказах некоторых из них объект остается работо­способным и можно проводить ремонт отказавших эле­ментов во время выполнения задачи.

Один и тот же объект может быть отнесен к разным группам в зависимости от режима его применения.

 

Получение экспериментальных данных о надежности объектов

 

а) Источники информации о надежности (рис. 2)

Одной из основных трудностей при исследовании во­просов надежности является ограниченность и неупоря­доченность статистической информации о процессе экс­плуатации объектов. Эти сведения могут быть получены путем наблюдения за работой объектов либо в условиях реальной эксплуатации, либо при испытаниях на безот­казную работу. Данные испытаний обычно не могут полностью заменить эксплуатационные данные. Реаль­ная же эксплуатация представляет собой недостижимый по своим масштабам в лабораторных условиях экспери­мент. Однако и при реальной эксплуатации далеко не всегда удается получить нужную информацию.

Во-первых, данные реальной эксплуатации всегда относятся к морально стареющим устройствам. Конст­рукция и технология изготовления современных техниче­ских объектов меняются столь быстро, что нередки слу­чаи, когда данные об эксплуатации объектов, выпущен­ных несколько лет назад, имеют лишь историческое значение. Вместе с тем основной целью любых исследо­ваний в области надежности является повышение на­дежности будущих объектов.

Во-вторых, данные реальной эксплуатации обычно являются неполными. Это объясняется рядом причин: организационными трудностями сбора и обработки све­дений, трудоемкостью исследований при переносной кон­трольно-измерительной аппаратуре, недостаточной чув­ствительностью и точностью этой аппаратуры и не всегда высокой квалификацией работников. Из-за ограниченно­сти объема статистических данных во многих случаях трудно получить достоверные характеристики надежно­сти для различных условий применения объектов.

В-третьих, иногда трудно осуществлять наблюдение за работой некоторых объектов при их реальной экс­плуатации. Перечисленные причины определяют необходимость широкого применения испытаний изделий на безотказ­ную работу и моделирования процесса эксплуатации.

В процессе испытаний на безотказную работу группа объектов работает (выполняет свое основное назначе­ние) до момента выхода из строя всех или определенно­го количества объектов. Испытания на безотказную ра­боту почти всегда связаны с физическим моделировани­ем условий эксплуатации. При проведении этих испытаний обычно удается преодолеть большинство пе­речисленных выше трудностей получения сведений о ра­боте объектов. Однако эксперимент обычно продолжа­ется очень долго (например, при испытаниях механиче­ских деталей на износ).

Для проведения эксперимента необходимо значительное количество специального обо­рудования. Обычно эксперимент стоит очень дорого; часто при испытаниях приходится расходовать значи­тельное количество дефицитных деталей. Испытаниям подвергаются лишь серийно выпускаемые изделия, тогда как часто желательно иметь хотя бы некоторую инфор­мацию о проектируемых изделиях. Поэтому нельзя огра­ничиться лишь испытаниями на безотказную работу. Возникает вопрос о применении и всемерном развитии моделирования процесса эксплуатации изделий.

 

 

Рис. 2 Пути получения экспериментальных данных о надежности изделий

 

Этот путь лабораторных исследований дает возмож­ность проводить эксперимент в течение очень короткого времени (минуты вместо месяцев и лет), многократно повторять и видоизменять его. Кроме того, можно в ка­кой-то мере исследовать поведение будущих, проектируе­мых объектов. В процессе эксперимента не нужно рас­ходовать значительное количество иногда дефицитных объектов. Однако при моделировании всегда необходима входная информация, получаемая из реальной эксплуа­тации или в результате испытаний на безотказную ра­боту. Иными словами, моделирование не может полностью заменить реальную эксплуатацию и испытания на безотказную работу, хотя роль моделирования может быть очень большой.

В большинстве технических наук стремятся приме­нить моделирование вместо натурного эксперимента, по­тому что последний слишком дорог, трудоемок, продол­жителен и пр., хотя принципиально осуществим. Это справедливо и для моделирования процесса эксплуата­ции объектов. Вместе с тем при эксплуатации некоторых объектов существует много ситуаций, когда почти не­возможно вести натурные эксперименты и моделирова­ние является единственным путем экспериментального исследования.

б) Виды испытаний на безотказную работу

При проведении испытаний на безотказную работу обычно приходится так или иначе решать две группы задач.

1. Испытаниям на безотказную работу обычно под­вергается сравнительно небольшое число экземпляров объектов. Поэтому существует проблема статистической оценки свойств объектов по результатам испытаний ограниченного числа экземпляров. Имеются два вариан­та постановки этой задачи, обычно связанные с различ­ным назначением испытаний.

Во-первых, может быть поставлен вопрос, соответст­вуют ли значения показателей надежности заданным требованиям. Этот вопрос обычно возникает при кон­трольных и приемо-сдаточных испытаниях. При такой постановке задачи решение обычно ищется путем при­менения метода проверки статистических гипотез.

Во-вторых, можно ставить вопрос об определении численных значений показателей надежности испытывае­мых объектов. Такие вопросы обычно возникают при испытаниях блоков, узлов и макетов аппаратуры в ходе ее конструирования и применения. В данном случае обычно применяются методы оценки параметров распре­деления наработки до отказа.

2. Гораздо меньше исследован вопрос о сопоставле­нии результатов испытаний на безотказную работу с данными реальной эксплуатации. Испытания на без­отказную работу в какой-то мере воспроизводят процесс реальной эксплуатации. Для использования результатов испытаний необходимо установить соответствующие со­отношения подобия.

При этом встречаются значительные трудности.

Испытания на безотказную работу различаются в пер­вую очередь по значению и характеру внешних воздей­ствий на испытываемые изделия.

Параметры режима работы (испытаний) будем на­зывать нагрузками. Полная нагрузка на элемент опре­деляется совместным действием ряда нагрузок. Сущест­вуют тепловая, вибрационная, химическая (действие агрессивных сред), электрическая и другие нагрузки.

По значению нагрузки можно различать три вида испытаний на безотказную работу:

1 испытания при эксплуатационных нагрузках;

2 ускоренные испытания;

3 испытания на повреждающую нагрузку.

Продолжительность испытаний при эксплуатационных нагрузках очень велика: наработка до отказа каждого из испытываемых устройств близка к соответствующей наработке при реальной эксплуатации.

При ускоренных испытаниях на срок службы нагруз­ки значительно больше эксплуатационных. Поэтому испытуемые устройства быстро выходят из строя. Испы­тания на безотказную работу почти всегда стараются в той или иной мере ускорять. Чем раньше будут закон­чены эти испытания, тем больше ценность полученных результатов. Несмотря на явные преимущества ускорен­ных испытаний, они пока еще не получили широкого распространения. Такое положение в значительной мере объясняется трудностями определения зависимости меж­ду результатами ускоренных испытаний и данными ре­альной эксплуатации.