Основные объекты, состояния и события в надежности машин
В теории надежности рассматриваются следующие обобщенные объекты.
Изделие - единица продукции, выпускаемая предприятием или его структурным подразделением, которая может состоять из одной детали или совокупности деталей, например, автомобиль, станок, подшипник, ремень и т.д.
Элемент - простейшая при данном рассмотрении составная часть изделия, предназначенная для выполнения его определенных функций; в задачах надежности может состоять из многих деталей.
Система - совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций, например, несущая система автотранспортного средства.
Для однозначности формулировок введем понятие объект, обобщающее в себе такие понятия, как элемент, система и изделие.
Объекты подразделяются на:
- невосстанавливаемые, для которых проведение восстановления работоспособного состояния не предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации, и они подлежат замене (радиоэлементы, микросхемы, уплотнительные кольца, подшипники качения и т.п.);
-восстанавливаемые, для которых восстановление работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической документации (автомобиль, радиоприемник).
Ряд изделий, относимых к невосстанавливаемым, например, подшипники качения, иногда восстанавливаются, но не потребителями, а на специализированных предприятиях.
Надежность характеризуется следующими стандартизованными /6/ основными состояниями и событиями.
Работоспособность - состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической и (или) конструкторской документацией. Работоспособность не касается требований,непосредственно не влияющих на эксплуатационные показатели, например, повреждение окраски автомобиля.
Исправность - состояние объекта, при котором он удовлетворяет не только основным, но и вспомогательным требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации. Исправное изделие обязательно работоспособно.
Неисправность - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской документации. Различают неисправности, не приводящие к отказам, и неисправности и их сочетания, приводящие к отказам.
Отказ - событие, заключающееся в полной или частичной утрате объектом работоспособности.
1.5 Классификация отказов
Отказы подразделяются на отказы функционирования, при которых выполнение функций объектом прекращается (например, поломка зубьев шестерни), и параметрические, при которых хотя бы один параметр объекта изменяется в недопустимых пределах (снижение скорости автомобиля, падение КПД передачи и т.д.).
Причины отказов делятся на случайные и систематические.
Случайные причины - это непредусмотренные перегрузки, дефекты материала и погрешности изготовления, не обнаруженные контролем, ошибки обслуживающего персонала и т.п., например, крупные неровности дороги, наезды автомобиля на препятствие, недопустимые отклонения размеров заготовок и т.д., которые преимущественно вызывают отказы при действиях в неблагоприятных сочетаниях. Систематические причины – это номерные явления, вызывающие постепенное накопление таких повреждений, как коррозия, старение, усталость, ползучесть, износ,засорения, замыкания, утечки.
В соответствие с этими причинами и характером развития и проявления отказы подразделяются на внезапные, возникающие в результате сочетания неблагоприятных факторов и случайных внешних воздействий, скачкообразно превышающих возможности объекта (поломки Я перегрузок, заедания); постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостные разрушения, перегорания ламп) и постепенные,
представляющие собой выходы параметров за границы допуска в процессе эксплуатации или хранения в результате изнашивания, старения, коррозии, и т.д.
По причинам возникновения отказы можно подразделить на конструкционные, вызванные в результате несовершенства или нарушения установленных правил и (или) норм конструирования объекта, производственные (технологические), вызванные несовершенством или нарушениями технологии изготовления или ремонта объекта, и эксплуатационные, вызванные его неправильной эксплуатацией.
По своим последствиям отказы могут быть легкими легкоустранимыми, средними - не вызывающими разрушений других узлов, и тяжелыми - вызывающими вторичные разрушения иди жертвы.
По возможности дальнейшего использования объекта отказы подразделяют на полные, исключающие использование объекта до устранения отказа, и частичные, при которых объект может ограниченное время использоваться, например, транспортное средство на пониженной скорости.
По характеру устранения отказы делятся на устранимые, причины возникновения которых известны и могут быть полностью устранены, что исключает их возникновение при дальнейшей эксплуатации, и неустранимые, причины возникновения которых не могут быть устранены для объектов данного вида.
В свою очередь устранимые отказы подразделяются по сложности устранения на устранимые в порядке технического обслуживания, в порядке среднего или капитального ремонта и по месту.
Отказы подразделяются также по наличию внешних проявлений на явные, появление которых сопровождается признаками, непосредственно воспринимаемыми органами чувств наблюдателя или средствами контроля, и скрытые, обнаружение которых невозможно без проведения дополнительных операций по контролю работоспособности объекта.
По времени возникновения отказы делятся па приработочные, возникающие в первый период эксплуатации и связанные с отсутствием приработки и с попаданием на сборку дефектных элементов, не отбракованных контролем; при нормальной эксплуатации, характеризуемой практически постоянной или незначительно изменяющейся интенсивностью отказов, и износовые. Названным временным интервалам соответствуют три отличающихся явно выраженных участка кривой изменения интенсивности отказов, представленной на рисунке 2.
С целью уменьшения отказов на участке приработки вводят тщательный контроль качества материалов и комплектующих элементов, а также специальные приработочные испытания. Обычно в расчетах надежности первый участок кривой не учитывают, а используется второй участок, на котором в основном проявляются отказы случайного характера, вызванные неблагоприятным сочетанием допусков или увеличением непредусмотренных нагрузок. На третьем участке, называемом периодом старения или износа, происходят необратимые физико-химические изменения, когда интенсивность отказов монотонно возрастает и надежность соответственно снижается.
P(t) - вероятность безотказной работы; f(t) - плотность распределения отказов; λ(t) - интенсивность отказов
Рисунок 2 - Типичные формы кривых, являющихся основными характеристиками надежности элементов