1.6 Основные показатели надежности
Надежность объекта является комплексным свойством, формируемым такими составляющими, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного. времени или наработки. Это свойство особенно важно для объектов, отказ в работе которых связан с опасностью для жизни людей, с остановкой автоматизированного производства или с браком дорогостоящего изделия.
Долговечность - свойство объекта длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, то есть в течение всего периода эксплуатации, при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
Для невосстанавливаемых объектов понятия безотказности и долговечности практически совпадают.
Ремонтопригодность - свойство объекта, которое заключается в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, а также поддержанию и восстановлению работоспособности с помощью технического обслуживания и ремонтов. Важность ремонтопригодности машин определяется огромными затратами на их ремонт.
Сохраняемость - свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования. Практическая роль этого свойства особенно важна для приборов и прецизионных деталей.
Каждый из перечисленных показателей надежности имеет свои дифференцированные показатели, имеющие вероятностную природу.
1.6.1 Показатели для оценки безотказности
Основным показателем является вероятность безотказной работы P(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает:
,
(2)
где символ «Вер» обозначает вероятность события.
Значение P(t) находится в интервале от 0 до 1.
Вероятность противоположного события, то есть возникновения в пределах заданной наработки хотя бы одного отказа, называется вероятностью отказа и дополняет вероятность безотказной работы до единицы:
(3)
В приведенных выше выражениях F(t) - интегральная функция распределения случайной наработки t.
Например, если вероятность безотказной работы машины в течение Т=1000 ч равняется 0,95, то это означает, что из большого количества машин в среднем около 5% машин теряют свою работоспособность раньше, чем через 1000 ч работы.
В определениях, указанных выше и последующих, под заданной выработкой понимается значение наработки, фиксируемое в нормативной документации на объект.
Показатель P(t) может быть применим и для оценки безотказности одного объекта. В этом случае он как бы определяет шансы объекта проработать без отказов заданный период времени. Для автомобиля показатель P(t) находится в интервале от 0,9 до I в зависимости от вида выполняемых работ.
Необходимо иметь ввиду, что применение P(t) без указания периода времени t=T, в течение которого рассматривается работа изделия, бессмысленно.
На рисунке 3 показана зависимость вероятности безотказной работы P(t) объекта от времени (наработки) его эксплуатации. Кривые пересекаются в точке, соответствующей среднему сроку службы (наработке) объекта t=Tcp, при котором P(t) =Q(t) = 0,5.
Рисунок 3 - Зависимость вероятности безотказной работы объекта от наработки
Показатель удобен
в том случае, когда 0
< P(t)
< 1, то есть
отказ - резкое
событие. В том же случае, когда отказы
легко устранимы и не приводят
к каким-либо значительным последствиям
(замена режущего элемента
при работе на станке, работа автомобиля
в целом и т.д.) и P(t)
О, более наглядным показателем
безотказности является параметр потока
отказов ω(t)
— отношение
среднего числа отказов объекта за
произвольно малую его наработку к
значению этой наработки
где
(t)
- среднее
число отказов за время t,
Тср - наработка на отказ - отношение суммарной наработки изделия к числу отказов, возникших за этот период, т.е. средняя продолжительность безотказной работы объекта.
Таким образом, параметр потока отказов - это среднее число отказов объекта в единицу времени.
Для невосстанавливаемых и восстанавливаемых объектов понятие наработки различается: в первом случае подразумевается наработка до первого отказа (он же является и последним), во втором — между двумя соседними во времени отказами (после каждого отказа производится восстановление работоспособного состояния).
Математическое ожидание случайной наработки
(5)
является характеристикой безотказности и называется средней наработкой на отказ (между отказами). Через t обозначено текущее значение наработки, а f(t)— плотность вероятности ее распределения.
Средняя наработка на отказ - отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.
Средняя наработка до отказа Тсо - это математическое ожидание наработки T до отказа невосстанавливаемого объекта, т.е.
где N - количество исследуемых объектов.
Иногда используют также показатель гамма-процентной наработки до отказа - наработки, в течении которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.
Для оценки безотказности невосстанавливаемых объектов используется и такой показатель, как интенсивность отказов λ – условная плотность вероятности отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого времени отказ не возник. Показатель равен отношению среднего числа объектов, отказавших в единицу наработки Nomк, к числу объектов, оставшихся работоспособными Nраб
(7)
Интенсивность отказов как показатель надежности более чувствителен, чем вероятность безотказной работы, особенно для объектов веской надежности.