- •1.1.2. Основные термины.
- •1.2.2. Количественные показатели долговечности:
- •1.2.3. Количественные показатели ремонта пригодности.
- •1.2.4Количественные показатели сохраняемости.
- •2.4.1. Расчет надежности по среднегрупповым значениям λ.
- •2.4.2. Расчет надежности с учетом условий эксплуатации.
- •2.4.3. Расчет надежности по коэффициентам надежности
- •4.2. Организация технической диагностики электроустановок (эу)
- •4.3. Техническая диагностика ауз
- •4.3.1.Особенности технической диагностики шахтной аппаратуры управления и защиты (ауз).
- •4.3.2. Идентификация отказов: понятие и определения.
- •4.3.3.Методы идентификации эксплуатационных отказов.
1.Основные положения теории надежности
1.1Основные понятия, термины и определение
Техническая система (ТС) – это совокупность совместно действующих объектов элементов), предназначенная для выполнения опредёленной функции (функции по назначению, целевой функции). Любой объект в свою очередь может рассматриваться как ТС. Элементы, из которых состоит система, могут быть восстанавливаемыми и невосстанавливаемыми: невосстанавливаемый элемент функционирует до первого отказа, после чего подлежит замене ; восстанавливаемый элемент при отказе может быть восстановлен и продолжать функционировать (обычно восстанавливаемые элементы оснащаются устройствами по предупреждению и обнаружению отказа). Качество ТС определяется соответствием совокупности таких её показателей, как технические параметры, конструктивные особенности, энергетическая эффективность, надежность, дизайн, технологичность, унификация, экономичность, габариты и вес и т.п., требованиям потребителя.
Надежность – свойство объекта (ТС) сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность выполнять функции в заданных режимах при условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования в соответствии с нормативно технической документацией (НТД) или, более просто:
Надежность – это способность ТС (объекта, изделия, устройства) выполнять целевую функцию при установленных нормативно – технических документацией (НТД) условиях в процессе эксплуатации , хранения и транспортирования.
Надежность ТС формируется на всех этапах создания и использования ТС. Этому соответствует:
надежность конструктивная (проектная);
надежность производственная;
надежность эксплуатационная.
Конструктивная надежность формируется на этапе проектирования и определяется
элементной базой, квалификацией проектировщика , адекватным учетом условий эксплуатации и технологических факторов, наличием и учетом данных, необходимых для расчета надежности.
Производственная надёжность закладывается в процессе производства изделия и
зависит от культуры производства, технологической дисциплины, квалификации персонала.
Эксплуатационная надежность проявляется в процессе эксплуатации изделия и зависит от таких фактов как соответствие реальных условий эксплуатации требованиям нормативно – технической и конструкторской документации (НТКД), организация технического обслуживания и квалификация обслуживающего персонала.
Необходимо отметить, что надежность, сформированная на предыдущем этапе «жизни» изделия является только основой надежности последующего этапа : фактическая надежность обеспечивается реальными условиями и может оказаться значительно ниже ожидаемой из – за воздействия негативных факторов (пренебрежение требованиями НТД и НТКД всегда приводят к снижению надежности).
Надежность ТС определяется следующими характеристиками:
- безотказностью;
- долговечностью;
- ремонтопригодностью;
- сохраняемостью.
Каждая из характеристик надежности оценивается количественными показателями, которые рассмотрим ниже.
1.1.2. Основные термины.
ТС может находится в 2-х состояниях: исправном и неисправном:
Исправное состояние ТС – когда все параметры этой системы(основные и дополнительные) соответствуют НТД или НКД (НТ(к)Д).
Неисправное состояние ТС – когда хотя бы один из параметров системы не соответствует НТ (К)Д.
Работоспособность – когда все параметры ТУ (ТС), определяющее выполнение функции по назначению, соответствуют НТ(К)Д.
Неработоспособность – когда хотя бы один из параметров, определяющих выполнение функции по назначению, не соответствует НТ(К)Д.
Повреждение – событие, в результате которого изделия становятся неисправными.
Дефект – неисправность, не связанная с потерей работоспособности.
Отказ – событие, заключающееся в потере работоспособности технической системой
(необратимое изменение свойств, нарушающее нормальное использование элементов системы).
Отказы всегда связаны с их идентификацией и восстановлением неисправного элемента.
Сбой – кратковременный самоустраняющийся отказ, при котором для восстановления работоспособности ремонта не требуется.
1.2. Количественные показатели надежности.
1.2.1. Количественные показатели безотказности.
Безотказность – свойство ТС непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторой наработки этой ТС(для одних ТС наработка измеряется в единицах времени, для других в единицах объема или количестве циклов).
Причины отказов
Ошибки проекти- износ функциональных внезапное воздействие
рования, произво- элементов в предыдущий без видимых ухудшений, дства и эксплуатации период случайное совпадение и т.д.
Под износом понимается постепенное утрачивание элементом из ряда функциональных свойств под влиянием постоянно действующих факторов, имеющих и случайный и детерминированный характер.
Обозначим: tз -заданный период времени;
τ- время до наступления отказа;
τ
0 tз
Поскольку отказ носит случайный характер, то и время до его наступления τ также случайно.
Это позволяет использовать для количественной оценки безотказности положения теории вероятности, которая изучает случайные процессы. В соответствии с этим вероятность отказа (или безотказной работы) в течении заданного периода t , имеет вид:
–функция ненадежности (вероятность отказа); - функция надежности (вероятность безотказной работы).
База данных для определения количественных пользователей надежности формируется путем статистических наблюдений за различными объектами, которые могут быть организованы по одному из следующих принципов:
а) наблюдение за каждым объектом в течении всего времени его «жизни» (недостаток – большая длительность наблюдений для получения необходимой базы данных);
б) одновременное наблюдение за группой однотипных объектов, работающих в примерно одинаковых условиях (достоинство – быстрое накопление данных , недостаток – данные надо корректировать в условиях, отличающихся от наблюдаемых);
в) интенсифицированные испытания в специально созданных условиях (лаборатория, стенд и т.д. ):
перегрузки повышенная температура, повышенное содержание влаги и пыли , вибрация и т.п. (достоинство – быстрое накопление данных, недостаток – трудность адекватного учета отклонения условий испытаний от режима реальной эксплуатации).
Безотказность как характеристика надежности невосстанавливаемых элементов определяется следующими количественными показателями:
- безотказностью;
вероятностью отказа;
наработкой на отказ;
частотой отказов;
интенсивностью отказов.
а) Безотказность-это вероятность того, что в заданном интервале времени отказа не произойдет соответствует выражению:
или
где N0-число наблюдаемых устройств;
N(t)-число исправных устройств на момент времени t.
Для реальных статических наблюдений ( ):
Где:N0-общее число наблюдаемых устройств;
Ni-число устройств, работающих безотказно в промежутке времени
t- время, для которого определяется вероятность безотказной работы
б)Вероятность отказа – это вероятность того, что в заданном интервале времени отказ произойдет:
или
где n(t) –количество устройств, отказавших к моменту времени t.
Для реальных наблюдений:
где -число элементов, отказавших в 𝑖-том интервале времени Δt
в)Наработка на отказ – это среднее время безотказной работы (или среднее количество циклов):
где:ti-среднее время наработки
Для устройств, наблюдаемых одновременно, средняя наработка на отказ может быть определена так:
где-ti наработка до отказа 𝑖-того устройства.
Для группы однотипных элементов, наблюдаемых в разные промежутки времени
где ni-число отказавших однотипных элементов;
–среднее время безотказной работы в i-том интервале времени:
Отметим, что tср может быть определено и так: (докажите!)
г) Частота отказов – отношение числа элементов, отказавших в единицу времени, к первоначальному числу наблюдаемых элементов:
где n(t) – число элементов, отказавших заданном интервале времени ;
Частота отказов позволяет определить число элементов, которые могут выйти из строя в определенный моментом времени:
д) Интенсивность отказов λ (t) – это отношение числа элементов отказавших, в единицу времени , к числу элементов, оставшихся исправными:
где n(t) и N(t) – число отказавших и оставшихся исправными элементов на момент времени t
Интенсивность отказов может быть определена на частоте отказов и безотказности:
- (докажите!)
В общем случае интенсивность отказов зависит от времени. Однако исследования в отношении характера изменения лямбда- характеристики(так называется зависимость λ=f(t)), показали что для подавляющего большинства ТС она имеет один и тот же вид:
λ
t1 t2 t3 t
Здесь:
t1 – период приработки (исправление погрешностей проектирования, изготовления и монтажа ТС ) (до десятков часов );
t2 - период нормативной эксплуатации (десятки тысяч часов);
t3 - износ.
Выводы:
а) период приработки – закономерное явление;
б) в период нормальной эксплуатации отказы носят случайный характер, интенсивность отказов минимальная и имеет постоянную величину.
Если принять для периода нормальной эксплуатации интенсивность отказов λ(t)= const можно получить простое выражение, связывающее все показатели надежности.
Количество отказов за время t:
или использовав функцию надежности:
получим
1
P(t)
P(t+∆t)
∆ t
t t
С учетом этого интенсивность отказов может быть определена следующим образом:
Найдем λ(t) при бесконечности малом приращения времени t:
При λ(t)=const=λ имеем
откуда
Решив, полученное выражение относительно P(t),имеем основное уравнение надежности
Остальные показатели могут быть определены известными способами:
Вероятность отказов:
Частота отказов:
Наработка до отказа: .
С учетом этого вероятность безотказной работы, может быть выражена через наработку до отказа:
Рассмотренные показатели безотказности являются основными для невосстанавливаемых элементов.
Для ремонтируемых (восстанавливаемых) элементов кроме вышеуказанных показателей используются также следующие:
а) Средняя наработка на отказ Т – среднее значение наработки ремонтируемого устройства между отказами:
где ti – наработка до 1,2,…n-го отказа
n – число отказов от начала эксплуатация устройства до его списания
б) Параметр потока отказов ω(t) – это среднее количество отказов ремонтируемого устройства
в единицу времени, взятые для рассматриваемого момента времени:
где , – число отказов устройства по состоянию на рассматриваемые моменты времени соответственно и ;
N0 – число контролируемых устройств ;
– рассматриваемый период работы устройства ( причем.<< ).