Единичные показатели надежности

ВВЕДЕНИЕ

В течение длительного времени понятие надежности носило, по существу, интуитивный, субъективный и качественный характер. Необходимость в количественной оценке надежности технических систем впервые стала остро ощущаться в годы второй мировой войны. Интенсивное развитие военной, а затем и космической техники привело к созданию современной теории надежности, широко использующей количественные показатели, которые можно измерять, задавать и анализировать как конструктивные параметры.

Теория надежности – это наука, изучающая закономерности распределения отказов технических устройств, причины и модели их возникновения. Выводы и положения теории надежности используются при проектировании, изготовлении, приемке, эксплуатации и хранении технических объектов, для расчета качественных характеристик изделий, обеспечения технико-экономической эффективности и прогнозирования их состояния в заданных условиях эксплуатации.

Чтобы наука о надежности отвечала поставленным перед нею задачам и была способной давать точные заключения, обоснования и выводы, она должна иметь соответствующий математический аппарат, который объединяет в одну систему модели и методы, с помощью которых решают проблемы оценки, прогнозирования, оптимизации различных показателей надежности.

Основной базой математического аппарата теории надежности являются теория вероятностей, математическая статистика, математическая логика, теория случайных процессов, теория массового обслуживания, теория графов и теория оптимизации.

Проблема надежности в технике вызвала к жизни такие новые научные направления, как физика отказов, статистическая теория прочности, техническая диагностика, инженерная психология, исследование операций, планирование эксперимента и др.

Теория надежности была разработана в трудах математиков и инженеров для нужд радиоэлектроники, связи, автоматического управления, вычислительной и военной техники, электроэнергетики и транспортных систем. Благодаря инженерным расчетам надежности технических систем гарантируется успешное осуществление космических полетов, поддержание национальной безопасности, бесперебойное снабжение электроэнергией потребителей, безаварийное движение электротранспорта и т. п.

В последние годы накоплен значительный опыт в области практического применения теории надежности. Это, в свою очередь, привело к возникновению новых принципов и подходов, используемых при проектировании технических систем, а также новых понятий, определений и методов.

Теория надежности служит научной основой деятельности лабораторий, отделов, бюро и групп надежности на предприятиях, в проектных, научно-исследовательских и эксплуатирующих организациях.

Надежность – одна из актуальных проблем систем электроснабжения (СЭС). Используя основные положения теории надежности, можно разработать научно обоснованный комплекс мероприятий, осуществление которого обеспечивает нормальное функционирование СЭС с наименьшими затратами. Этот комплекс должен охватывать все периоды «жизни» СЭС – проектирование, монтаж и эксплуатацию.

Количественная оценка надежности СЭС в настоящее время стала особенно необходимой. Такие факторы, как возрастание сложности СЭС, функционирование в условиях рыночной экономики, требуют анализа надежности при проектировании и обеспечение надежности в процессе эксплуатации СЭС. Величина ущерба от ненадежности в СЭС города, промышленного предприятия намного превышает стоимость восстановления или замены вышедшего из строя оборудования. Неудобства для потребителей, потери продукции, несчастные случаи, снижение производительности – все это обходится значительно дороже, чем стоимость ремонта элементов СЭС.

Значит, уже на этапе проектирования СЭС необходимо учитывать характеристики надежности коммутационной аппаратуры, трансформаторов и другого электрооборудования. Обеспечение надежности в процессе эксплуатации позволяет предотвратить аварии с нарушением электроснабжения потребителей, сократить длительность перерывов питания и уменьшить ущерб.

Надежность электроснабжения является методологической основой, определяющей целевую направленность общеинженерных и специальных технических дисциплин при решении задачи обеспечения высокого уровня функционирования систем электроснабжения различных потребителей.

 

СТАНДАРТИЗАЦИЯ В ОБЛАСТИ

НАДЕЖНОСТИ.

Работа по госу­дарственной и международной стандартизации общетехнических аспектов надежности и разработке системы стандартов (стандарты группы 27) проводит созданный в 1990 г. технический комитет ТК119 «Надежность в технике» Госстан­дарта Российской Федерации.

Основным перспективным направлением работ ТК 119 является участие в разработке международных стандартов по надежности по линии МЭК/ТК 56 «Надежность», а также разработка соответст­вующих государственных стандартов.

В настоящее время в стране действует система стандартов (Надежность в технике) ГОСТ 27.001—89. Основные положения данной системы способствуют нормативному обеспечению методов, мероприятий и средств, направленных на достижение требуемого уровня надежности технических изделий.

Эта система преследует две основные цели:

- обеспечение объективности и сопоставимости результатов контроля и испытаний;

- обеспечение эффективности организационных, конструкторских, тех-нологических и эксплуатационных мероприятий, направленных на достижение и поддержание оптимального уровня надежности изделий.

В систему стандартов входят общетехнические и организационно—методические стандарты, которые, на сегодняшний день, регламентируют шесть классификационных групп стандартизации.

Группа 0 включает в себя стандарты, освещающие общие вопросы надежности, в том числе: организационные вопросы обеспечения надежности; общую методологию обеспечения надежности; терминалогию, общие требования к программам обеспечения надежности; экономические проблемы надежности; другие вопросы организационно – методического обеспечения надежности.

Группа 1 включает в себя стандарты, нормирующие показатели надежности, в том числе: общие требования к номенклатуре и нормам показателей надежности; правила выбора и задания показателей надежности в нормативно – технической документации; правила установления критериев отказов и предельных состояний; другие вопросы нормирования надежности.

Группа 2 включает в себя стандарты, нормирующие методы расчета норм надежности; расчета и анализа показателей надежности с учетом видов разрушений и функциональной структуры; расчета норм запасных частей и другие вопросы.

Группа 3 включает в себя стандарты, нормирующие методы обеспечения надежности, в том числе: методы оптимизации показателей надежности, консруктивного обеспечения надежности, учета условий эксплуатации и режимов работы, технологического обеспечения надежности, обеспечения ремотопригодности и т.д.

Группа 4 включает в себя стандарты, нормирующие вопросы испытаний и контроля надежности, в том числе: методы контроля надежности; методы испытаний на надежность, другие вопросы испытаний и контроля надежности.

Группа 5 включает в себя стандарты, нормирующие правила сбора и обработки информации по надежности, в том числе: организацию сбора и обработки информации; методы сбора и обработки; формы документов по сбору и обработке информации и т.д.

Стандартизация в области надежности должна носить ком­плексный характер и быть взаимоувязанной со стандартизацией по безопасности, живучести, технической диагностике, применению статистических и других методов и одновременно должна рассматриваться как составная часть стан­дартизации управления качеством.

Структура и состав стандартов системы «Надежность в технике» в процессе разработке должны приближаться к структуре и составу стандартов МЭК/ТК 56.

Стандарты по надежности являются обязательными для изделий, требования к которым устанавливают государственные органы. Для других видов изделий обязательный характер требований стандартов по надежности оговаривают в контрактах, договорах на поставку и/или аналогичных документах. Требования стандартов по контролю надежности являются обязательными для изделий, численные значения показателей надежности которых заявлены изготовителем или поставщиком в сопроводительной документации на изделие, паспорте или рекламе любого вида. В остальных случаях стандарты по надежности являются рекомендуемыми.

За рубежом общетехнические стандарты по надежности разрабатывают в ос­новном только на международном уровне — в МЭК/ТК 56 «На­дежность». Страны активно участвуют в разработке международ­ных стандартов и внедряют их в качестве национальных. Это обеспечивает гармоничный учет интересов разных стран, получе­ние взаимопризнаваемых решений и, как следствие, простоту прямого применения международных стандартов на националь­ном уровне, т.е. фонд национальных стандартов в странах формируется как итог работ по международной стандартизации.

В настоящее время в стране действует система стандартов «Надежность в технике», состав и структура которой приведена в таблице 1.

Основные положения данной системы способствуют нормативному обеспечению методов, мероприятий и средств, направленных на достижение требуемого уровня надежности технических изделий.

Ужесточение требований к надежности технических изделий — острая необходимость обеспечения конкурентоспособности продукции предприятий на внешнем рынке. При усиливающейся конкуренции на мировых рынках уровень надежности продукции становится одним из решающих факторов сохранения и расширения рынков сбыта. Без четких, понятных зарубежным фирмам доказательств высокой надежности выход на внешний рынок становится все более проблематичным. При этом в качестве доказательства высокой надежности продукции необходимо подтверждение (сертификат) третьей стороны, т. е. организации, независимой от изготовителя и потребителя продукции.

В условиях массового производства для корректной оценки заданных значений показателей надежности изделий потребовалось бы направить весь объем их выпуска на испытания, для оценки же показателей долговечности и сохраняемости потребовалось бы проведение испытаний длительностью до 20—25 лет.

В этой ситуации у разработчика и изготовителя продукции возникает необходимость не только обеспечить требуемый уровень надежности, но и подтвердить его с помощью некоторой системы или процедуры, которая была бы признана как внутри России, так и за рубежом. Такая процедура должна, очевидно, включать оценку не только данных испытаний готовой продукции, но и эффективности принятой на предприятии системы обеспечения надежности в целом.

Так как надежность является составной частью понятия качества продукции, то в общем случае независимым подтверждением стабильного уровня надежности продукции является сертификат на систему качества предприятия - Систему Менеджмента Качества (СМК), выдаваемый аккредитованной организацией. Требования к системе качества при этом устанавливаются международными стандартами ISO серии 9000 (9001—9003), а право выдачи сертификата имеют организации (органы по сертификации систем качества), аккредитованные в национальной или международной системе сертификации. Сертификат на систему качества является достаточно полным доказательством наличия эффективных процедур обеспечения надежности.

Что же такое Система Менеджмента Качества?
Если придерживаться терминологии Международной организации по стандартизации (ISO), то: «Система Менеджмента Качества» – это система менеджмента для руководства и управления организацией применительно к качеству» (ISO 9000:2000).
Составными элементами Системы Менеджмента Качества являются:

· организационная структура управления компанией;

· ответственность руководства;

· процедуры, регламентирующие деятельность компании;

· ресурсы (персонал, инфраструктура и т.д.).

Надо отметить, что Системы Менеджмента Качества занимают особое место среди всех существующих систем управления, ибо являются одним из последних достижений в области решения проблем качества любой организации.
Главным достоинством этих систем является то, что они ориентированы на потребителей и направлены не на контроль качества уже готовой продукции и не на исправление брака, а на его предотвращение на самых ранних этапах жизненного цикла продукции.
Очевидно, что уровень качества продукции нельзя повысить за счёт внедрения отдельных, изолированных друг от друга мероприятий, а, значит, необходим системный подход. Принцип системности является одним из основных принципов, на которых базируется менеджмент качества. Управление взаимосвязанными процессами как системой улучшает результативность и эффективность деятельности организаций при достижении поставленных целей.
Важным принципом менеджмента качества является вовлечение всего персонала в деятельность организации.

Большое внимание уделяется межкорпоративному сотрудничеству и построению взаимовыгодных отношений с поставщиками.

Стратегической задачей при внедрении СМК является удовлетворение требований потребителя и постоянное улучшение качества производимой продукции (оказываемых услуг).
Система Менеджмента Качества помогает производителю постоянно выпускать конкурентоспособную продукцию.
Мотивацией для внедрения Системы Менеджмента Качества является:

· улучшение экономических показателей деятельности компании (рост прибыли, повышение рентабельности, уменьшение затрат на устранение дефектов и т.д.);

· повышение эффективности управления компанией за счёт рационального распределения полномочий и ответственности в области качества;

· преимущество в тендерах на право участия компании в различных проектах;

· получение привилегий на поставку продукции (или оказание услуг) для федеральных или государственных нужд;

· повышение престижа и укрепление доверия к торговой марке;

· минимизация риска, связанного с финансовыми потерями из-за отсутствия требуемого уровня и стабильности качества;

· получение оптимальной выгоды от бизнеса.

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

 

Качество продукции – это совокупность её свойств, обусловливающих способность удовлетворять определенным потребностям, в соответствии с назначением. Одним из важнейших технико – экономических показателей качества продукции является надежность.

Наука о надежности изучает закономерности изменения технического состояния объектов и, в частности, возникновения отказов и на основании этого разрабатывает способы их предупреждения и устранения, обеспечивающие с наименьшей затратой времени и средств необходимую продолжительность их работы, т.е. теория надежности – наука о методах обеспечения и сохранения надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации. Таким образом, надежность закладывается на стадии проектирования, обеспечивается в процессе изготовления и поддерживается (управляется) в процессе эксплуатации.

Термины и определения, используемые в теории надежности, регламентированы ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Термины и определения».

Согласно ГОСТ «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, хранения и транспортирования.

Объект – техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.

Под системой понимается совокупность взаимосвязанных устройств, которая предназначена для самостоятельного выполнения заданных функций. К примеру, электроэнергетическая система (ЭЭС) представляет собой совокупность взаимосвязанных электрических станций, электрических сетей, узлов нагрузок, объединенных процессом производства, преобразования, передачи и распределения электроэнергии для снабжения потребителей.

Отдельные части, на которые можно подразделить систему, представ­ляющие собой законченные устройства, способные самостоятельно выполнять некоторые локальные функции в системе принято называть элементами (например, генераторы, трансформаторы, линии электропередач и т. д.).

Понятия «элемент» и «система» в расчетах надежности относительны. Объект, считающийся системой в одном исследовании, может рассматриваться как элемент в объекте большего масштаба. Например, если исследуется надежность работы электростанции, то станция представляется как система, а отдельные генераторы, выключатели, шины РУ, турбины и т.д. – как отдельные элементы. Если исследуется надежность одного генератора, то отдельные его части (статор, возбудитель и т.д.) представляются как элементы, а сам генератор – как система.

В связи с этим, рассматривая многие свойства и характеристики эле­ментов и систем, в тех случаях, где нет необходимости подчеркивать свойст­ва, присущие только системам или только элементам, будем говорить об объ­ектах. В качестве объекта могут рассматриваться система, подсистема или элемент.

Одним из важнейших понятий в теории надежности является понятие технического состояния объекта, которое определяется как совокупность подверженных изменению в процессе производства и эксплуатации его свойств, характеризуемых в определенный момент времени признаками, установленными технической документацией.

Разделяют пять основных видов технического состояния изделий:

1. исправное;

2. неисправное:

3. работоспособное;

4. неработоспособное;

Предельное.

Переход изделий из одного вида технического состояния в каждый из последующих, указанных выше, происходит вследствие свершения событий: повреждение или отказ. Переход изделий из одного состояния в другое в

обратной последовательности происходит вследствие проведения определенного процесса: восстановление или ремонт.

Исправность – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией (НТД).

Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров, установленных НТД.

Основные параметры характеризуют функционирование объекта при выполнении поставленных задач.

Понятие исправност ь шире, чем понятие работоспособность. Работоспособный объект обязан удовлетворять лишь тем требования НТД, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. Таким образом, если объект неработоспособен, то это свидетельствует о его неисправности. С другой стороны, если объект неисправен, то это не означает, что он неработоспособен.

Предельное состояние – состояние объекта, при котором его применение по назначению недопустимо или нецелесообразно.

Применение (использование) объекта по назначению прекращается в следующих случаях:

· при неустранимом нарушении безопасности;

· при неустранимом отклонении величин заданных параметров;

· при недопустимом увеличении эксплуатационных расходов.

Для некоторых объектов предельное состояние является последним в его функционировании, т.е. объект снимается с эксплуатации, для других – определенной фазой в эксплуатационном графике, требующей проведения ремонтно-восстановительных работ

По характеру исполнения и функционирования объекты могут быть восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Если при возникновении от­каза работоспособность объекта может быть восстановлена путем проведе­ния ремонтов и технического обслуживания, то такой объект называется восстанавливаемым. Если же при отказе объект либо не подлежит, либо не поддается восстановлению в процессе эксплуатации, то он называется невосстанавливаемым.

Восстановление – событие, заключающееся в повышении уровня работоспособности объекта или относительного уровня его функционирования, которое достигается проведением ремонтов, отключений или изменением режима работы. Отказ и восстановление – это два противоположных случайных события.

К числу невосстанавливаемых объектов можно отнести, например: подшипники качения, полупроводниковые изделия и т.п. Энергетические объекты в целом следует считать восстанавливаемыми, хотя могут быть случаи, когда отдельные элементы или части объектов на некотором временном интервале необходимо рассматривать как невосста­навливаемые.

Важнейшим понятием в теории и практике надежности является понятие отказа. Согласно ГОСТ, под отказом понимается событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния ТИ, т.е. утраты работоспособности. Таким образом, если происходит полная или частичная утрата способности выполнения заданных функций, то такое событие называется отказом.

Это определение является качественным. При этом необходимо установить критерий отказа, т. е. что считать потерей работоспособности. Работоспособное состояние объекта определяется перечнем заданных параметров, характеристик и допустимыми пределами их изменения – допусками. Нарушением работоспособного состояния называется выход хотя бы одного заданного параметра за установленный допуск. Признаки, позволяющие установить факт нарушения работоспособного состояния, и являются критериями отказа. Критерий отказа – отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт возникновения отказа. Например, поставляемая ЭЭС потребителю энергия характеризуется, в частности, U и f. По условию работы потребителей допускается определенное отклонение этих параметров от их номинальных значений U _ном и f _ном. Выход параметров за пределы заданных отклонений rU_доп; rf_доп и означает наступление отказа ЭЭС.

При рассмотрении показателей надежности любого объекта различают три периода его эксплуатации: 1—период приработки; 2—нормальной эксплуатации; 3 – период интенсивного износа и старения (см. рис. 1)

 

 

Рисунок 1.

 

Период 1 характеризуется снижением интенсивности отказов с течением времени (приработочные отказы), что объясняется выявлением скрытых дефектов монтажа и изготовления, отбраковкой элементов.

Период 2 характеризуется примерно постоянной интенсивностью отказов (внезапные отказы).

Период 3 характеризуется повышением интенсивности отказов с течением времени и связан с интенсивным износом и старением, необратимыми физико–химическими процессами в материалах, из которых изготовлен элемент и его части (постепенные отказы).

Внезапные отказы проявляются в результате резкого, скачкообразного изменения основных параметров объекта, связанных с концетрациями внешних или внутренних нагрузок, либо с нарушением условий работы, ошибочными действиями персонала и т. д.

При постепенных отказах наблюдается плавное изменение параметров в результате выше указанных причин. Постепенные отказы часто проявляются в форме внезапных отказов. Это подразделение условно.

Кроме того, отказы классифицируются:

· по степени нарушения работоспособности – на полные и частичные;

· по связи с отказами других объектов – на не зависимые и зависимые;

· по времени существования - на устойчивые и сбои;

Если в результате отказа объект полностью прекращает выполнение своих функций, то такой отказ называется полным, если частично – частичным. Если отказ какого – либо объекта в системе не является следствием отказов других объектов, то такой отказ называется независимым. Если же при отказе объекта изменяется вероятность появления отказов других объектов, то такой отказ называется зависимым. Устойчивый – такой отказ, когда для восстановления работоспособности требуется ремонт объекта; сбой – когда для восстановления работоспособности требуется только отключение объекта или изменение его режима работы без ремонта.

У объектов, функционирующих не постоянно во времени, отказы могут быть следующих видов:

n отказ срабатывания, заключающийся в невыполнении объектом требуемого срабытывания;

n ложное срабатывание, заключающееся в срабатывании при отсутствии требований;

n излишнее срабатывание, заключающееся в срабатывании объекта при требовании срабатывания других элементов.

Примерами таких объектов могут быть различные системы релейной защиты, противоаварийной автоматики и т. п.

Причины и характер отказов объектов. Характер проявления всех свойств надежности наиболее полно фокусируется в причинах и характере отказов объектов, которые в значительной степени определяют и средства обеспечения надежности. Поэтому полезно проанализировать причины, обу­словливающие отказы. Если рассматривать их с точки зрения источников происхождения, то они могут быть подразделены на два класса:

1. повреждения и неполадки оборудования, устройств, входящих в систему;

2. ошибочные или вынужденные действия обслуживающего персонала.

Надежность, определяемая причинами первого класса, иногда называ­ется аппаратной, а определяемая причинами второго класса - эксплуатационной.

Причины первого класса, в свою очередь, подразделяются на три груп­пы. Первую группу составляют ошибки, допущенные при конструировании, определении условий и режимов эксплуатации, изготовлении, монтаже или ремонтах оборудования. Эти ошибки, скрытые дефекты обычно проявляются в начальный период эксплуатации, который называют периодом приработки. Для него в результате указанных ошибок, а также невозможности учета всех скрытых дефектов из-за их неопределенности или недостаточности инфор­мации характерен некоторый пик частоты отказов.

Вторая группа причин вызвана износом и приводит к постепенному ут­рачиванию объектом ряда функциональных свойств. Этот процесс закономе­рен в том отношении, что с увеличением времени жизни, т. е. работы или да­же хранения, опасность утраты этих свойств возрастает. Таким образом, процесс износа происходит под влиянием постоян­но действующих факторов, имеющих и случайный, и детерминированный характер. Однако естественное завершение процесса износа имеет случайный характер. Этот период называется периодом старения.

Время между периодами приработки и старения называется периодом нормальной работы объекта. В это время в наибольшей степени проявляют­ся причины третьей группы. К ним относятся непредвиденные и непредска­зуемые воздействия, обычно физического характера, не связанные с перио­дом предшествующей работы. Эти внезапные по своей природе воздействия приводят к отказам, которые обычно имеют мгновенный характер, В качестве примера причин этой группы можно привести такие, как грозы, автокатастрофы, падение деревьев, попадание животных на электроустанов­ки, гололедные явления, порывы ветра и т. д.

Отмеченные три группы причин отказов приводят к необратимым изменениям свойств объекта. Но есть и такие причины, которые не вызывая необратимых изменений в физической структуре элемента, проявляются в большинстве случаев кратковременно и только во время своего появления могут нарушать временно работоспособность элемента или системы. Такие временные или самоустраняющиеся отказы называются сбоями.

Причины второго класса отказов также могут быть подразделены на две группы. Первую из них составляют причины, обусловленные низкой ква­лификацией эксплуатационного и ремонтного персонала, недостаточностью опыта. Вторую группу составляют причины, обусловленные масштабностью и сложностью устройств и схем, с которыми приходится работать обслужи­вающему персоналу. Например, большое число разъединителей и выключа­телей и другой сложно связанной коммутационной аппаратурына подстан­циях повышает вероятность неправильных переключений, которые могут привести к ложным отключениям или включениям на короткозамкнутые цепи и т. п.

Однако какие бы виды отказов и виды причин, их вызвавшие, не рассматривались, их неизменно объединяет общий признак - случайность возникновения даже при постепенном накоплении физических изменений. Он позволяет трактовать отказ элемента или системы как случайное событие. Это положение является определяющим при выборе математического аппа­рата, который целесообразно применять при изучении различных закономер­ностей отказов системы.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств».

Надежность электроэнергитических установок и систем, кроме перечисленных свойств, включает также устойчивоспособность, режимную управляемость, живучесть и безопасность.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособлении к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов (повреждений), к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортировки.

Устойчивость – способность объекта переходить от одного устойчивого режима к другому при различных возмущениях. Свойство системы непрерывно сохранять устойчивость в течение некоторого интервала времени называется устойчивоспособностью.

Управляемость – свойство объекта поддерживать нормальный режим посредством управления, т.е. свойство, которое определяет эффективность управления системой. Способность объекта обеспечивать включение, отключение и изменение режима работы элементов по заданному алгоритму называется режимной управляемостью.

В электрических системах с большим количеством взаимосвязанных элементов и автоматической коммутационной аппаратуры значительное влияние на надежность оказывает не только структура системы, но и надежность функционирования автоматики и коммутационной аппаратуры в аварийных режимах работы.

Живучесть – свойство системы противостоять крупным возмущениям режима, не допуская их каскадного (цепочечного) развития и массового отключения потребителей, не предусмотренного алгоритмом работы противоаварийной автоматики.

Безопасность – свойство объекта или систем не допускать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды во всех возможных режимах работы и аварийных ситуациях

 

Невосстанавливаемый объект.

 

Для неремонтируемых (не восстанавливаемых) систем и их элементов имеют смысл лишь показатели безотказности, т.к. первый их отказ одновременно является и последним. К числу основных показателей надежности таких систем (элементов) относятся:

· вероятность безотказной работы - (ВБР) - P(t)

· частота отказов –а(t)

· интенсивность отказов – λ(t)

· средняя наработка до первого отказа – Тср

ВБР – это вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени «0 – Т» не произойдет ни одного отказа, т.е. это вероятность того, что время работы элемента до отказа (t_i) будет не меньше заданного времени «Т»

Математически это записывается следующим образом

p(t)=Вер(T≥t) =1-F(t) = 1- ∫ f(t)dt

F(t) - есть интегральная функция распределение случайной наработки t.

Вероятность отказа есть функция распределения времени работы Т до отказа: Q(t) = F(t).

Т. к. P(t) = P{T t}, то

 

P(t) =P{t≤T˂∞} = ∫ f(t)dt/.

 

Введем следующие обозначения:

T = {0, t₁, … t_N } = {t_i } – случайная величина наработки объекта до отказа;

N₀ - число объектов, поставленных на испытание;

N(t) – число объектов, работоспособных к моменту наработки t;

n(t) – число объектов, отказавших к моменту наработки t;

n( t) – число объектов, отказавших в интервале наработки [ t, t + t ];

t – длительность интервала наработки.

Тогдастатистическая оценка ВБР (эмпирическая функция надежности) определяется:как отношением числа N(t) объектов, безотказно проработавших до момента наработки t - к общему числу объектов N - число однотипных объектов (элементов), поставленных на испытания (находящихся под контролем); во время испытаний отказавший объект не восстанавливается и не заменяется исправным. Оценку ВБР можно рассматривать как показатель доли работоспособных объектов к моменту наработки t.

 

(1)

 

Поскольку N(t) = N₀ - n(t), то

Р(t) = N₀ - n(t)/N₀ =1-n(t)/N₀ =1-Q(t) (2)

где (t) = n(t)/ N₀ – оценка вероятности отказа - это вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени произойдет хотя бы один отказ,

Очевидно, что ВО будет являться функцией распределения случайной величины t и представляет из себя вероятность того, что наработка до отказа окажется меньше некоторой заданной наработки T:

 

Q(t) = P{T < t} = 1 – p(t) =F(t).

(3)

 

Так как события, заключающиеся в наступлении или не наступлении отказа к моменту наработки t, являются противоположными, то

 

P(t)+Q(t) = 1 (4)

Функция Р(t) является убывающей, причем 0< Р(t)<1, Р(0) = 1, Р(∞) = 0

Графики ВБР и ВО приведены на рис. 1.

 

 

Рис. 1

 

Частота отказов (плотность распределения отказов -ПРО)

 

Плотность вероятности f(t) также является показателем надежности, называемым частотой отказов:

= а(t) (5)

f(t)=dF(t)/dT = dq(t)/dt =d[1-p(t)]/dt = - dp(t)/dt = a(t)

 

Из (5) очевидно, что она характеризует скорость уменьшения вероятности безотказной работы во времени.

Статистическая оценка ПРО определяется отношением числа объектов

n(