Предельные состояния и критерии

Методические указания

В этом разделе необходимо знать как оцениваются предельные состояния деталей и узлов приборов. Уметь их рассчитывать используя программы на Bas, Pas, Del и C++.

РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

П редельные состояния и критерии расчета несущей способности.

 

В опросы для самопроверки

1. К акими расчетными программами Вы пользовались при оценке предельных состояний деталей?

2. К акие критерии предельных показателей Вы знаете?

ТРЕБОВАНИЯ К ДЕТАЛЯМ

ПО КРИТЕРИЯМ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

Р азличные состояния работоспособности деталей приборов. Критерии работоспособности. Методики и программы расчета Pas, Del и C++.

Методические указания

В этом разделе необходимо знать изменения работоспособности деталей приборов. Критерии работоспособности. Методики и программы расчета.

Требования к деталям по критериям общей и метрологической работоспособности

Надежность приборов и средств автоматизации — неотъем­лемый показатель качества любого технического изделия. Надежность изделий характеризуют следующими показате­лями:

Общая надежность — свойство системы или изделия, обеспе­чивающее нормальное выполнение заданных функций системы в течение требуемого промежутка времени или требуемой нара­ботки;

Безотказность — свойство системы или изделия сохранять работоспособность в определенных режимах или условиях экс­плуатации;

Долговечность — свойство системы или изделия длительно (с возможными перерывами на ремонт) сохранять работоспо­собность в определенных режимах и условиях эксплуатации до разрушения или другого предельного состояния;

Ремонтопригодность — свойство системы или изделия, за­ключающееся в приспособленности к восстановлению исправ­ности и поддержанию технического ресурса путем предупреждения обнаружения и устранения неисправностей и отказов.

Безотказность количественно оценивается прямыми или кос­венными вероятностными показателями: интенсивностью отка­зов, временем непрерывной работы прибора до первой неис­правности (наработкой на отказ).

Долговечность количественно оценивается техническим ре­сурсом.

Ремонтопригодность количественно оценивается продолжительностью восстановления работоспособности, что определяется затратами труда и средств на предупреждение, обнаружение, и устранение неисправностей и отказов с учетом квалификации обслуживающего персонала, уровня технической оснащенности и организации системы ремонта.

Теория надежности изучает процессы возникновения отказов технических объектов и способы борьбы с от­казами. Техническими объектами могут быть изделия, системы и их элементы, в частности сооружения, уста­новки, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали.

Различают два основных состояния объектов: работо­способное и неработоспособное. Согласно ГОСТ 13377-75 состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных пара­метров в пределах, установленных нормативно-техниче­ской документацией, называют работоспособным. Состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способ­ность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным нормативно-технической документацией, называют неработоспособным.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении рабо­тоспособности, т. е. в переходе в неработоспособное со­стояние.

Виды отказов объектов

Отказы можно классифицировать по различным при­знакам.

1. По характеру устранения можно различать окончательные (устойчивые) и перемежающиеся (то возникающие, то исчезающие) отказы. Окончательные отказы являются следствием необрати­мых процессов в деталях и материалах. При оконча­тельных' отказах для восстановления работоспособности объекта необходимо производить его ремонт (регули­ровку). Пример окончательного отказа — отказ телеви­зора из-за обрыва нити накала одной из электронных ламп.

Перемежающиеся отказы в большинстве случаев являются следствием обратимых случайных изменений режимов работы и параметров объектов. При возвраще­нии режима работы в допустимые пределы объект сам, обычно без вмешательства человека, возвращается в ра­ботоспособное состояние. Например, совершенно исправ­ный триггер может перестать реагировать на управляю­щий сигнал из-за случайного резкого уменьшения напряжения питания. Когда напряжение питания опять станет равным номинальному значению, триггер будет продолжать исправно работать (конечно, если в резуль­тате колебаний напряжения не произошел окончатель­ный отказ).

Обычно последствия возникновения перемежающих­ся отказов отличаются от последствий появления окон­чательных отказов. Например, если из-за низкого на­пряжения питания нет изображения в телевизоре, то это меньшая неприятность, чем окончательный отказ кине­скопа. В ряде случаев перемежающиеся отказы дают более тяжелые последствия, чем окончательные. Пере­межающиеся отказы особенно неприятны в инфор­мационных системах, где они известны под назва­нием сбоев. Появление сбоя трудно обнаружить, так как после его исчезновения объект остается работоспо­собным.

Таким образом, перемежающиеся отказы суще­ственно отличаются от окончательных причиной возник­новения, внешними проявлениями и последствиями появления. Поэтому иногда целесообразно различать два показателя надежности: для окончательных отказов и для перемежающихся отказов.

2. По связи с другими отказами можно различать отказы; первичные, т. е. возникшие по любым при­чинам, кроме действия другого отказа, и вторичные, т. е. возникшие в результате другого отказа. Например, из-за пробоя конденсатора может сгореть сопротивление. При вычислении показателей надежности обычно учитываются лишь первичные отказы.

Отказы являются случайными событиями, которые могут быть независимыми или зависимыми. Отказы яв­ляются зависимыми, если при появлении одного из них изменяется вероятность появления второго отказа. Для независимых отказов вероятность появления одного из них не зависит от того, произошли другие отказы или нет.

Таким образом, различие между вторичным и за­висимым отказами состоит в том, что после появления отказа (первичного) вторичный отказ другого элемента наступает неизбежно, а для зависимого отказа лишь изменяется вероятность его появления.

3. По легкости обнаружения отказы могут быть очевидными (явными) или скрытыми (неявными ).

4. Для каждого определенного типа объектов отка­зы можно различать по внешним проявлениям. Напри­мер, различные отказы конденсаторов можно разбить на две группы: типа обрыв и типа замыкание.

5. По характеру возникновения можно различать от­казы внезапные, состоящие в резком, практически мгновенном изменении характеристик объектов, и отка­зы постепенные, происходящие за счет медленно­го, постепенного ухудшения качества объектов.

Рассмотрим более подробно характер возникновения отказов. Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (поломки, трещи­ны, обрывы, пробои изоляции и т. п.), из-за чего эти отказы часто называют грубыми. Внезапные отказы по­лучили свое название из-за того, что обычно отсутствуют видимые признаки их приближения, т. е. перед отказом обычно не удается обнаружить количественные измене­ния характеристик объекта.

Постепенные отказы (параметрические, плавные) связаны с износом деталей, старением материалов и разрегулированием устройств. Параметры объекта мо­гут достигнуть критических значений, при которых его состояние считается неудовлетворительным, т. е. проис­ходит отказ.

Внезапный отказ объекта также является следствием накопления необратимых изменений материалов. Иначе говоря, возникновение внезапного отказа также являет­ся следствием случайного процесса изменения какого-то параметра объекта. Внезапным отказ кажется лишь потому, что не контролируется изменяющийся пара­метр, при критическом значении которого наступает от­каз объекта, обычно связанный с его механическим повреждением.

Таким образом, возникновению всякого отказа пред­шествует накопление тех или иных изменений внутри объекта (при этом, конечно, не рассматриваются отка­зы, происшедшие из-за небрежности или неумения ра­ботников).

Для объектов разного назначения и устройства при­меняются различные -показатели надежности. В настоя­щее время можно выделить четыре группы объектов, различающиеся показателями и методами оценки на­дежности:

1 неремонтируемые объекты, применяемые до пер­вого отказа;

2 ремонтируемые объекты, восстановление которых в процессе применения невозможно (невосстанавливае­мые объекты);

3 ремонтируемые восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых недопустимы переры­вы в работе;

4 ремонтируемые восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых допустимы кратко­временные перерывы в работе.

Классификация объектов по показателям и методам оценки надежности приведена на рис.1.