1.6.6 Экономический показатель надежности

Экономические показатели при оценке надежности достаточно важны, так как повышение показателей надежности, с одной стороны, связано с дополнительными материальными затратами, а с другой - с повышением эффективности капитальных вложений, уменьшением затрат труда на техническое обслуживание и ремонты, а также потерь от простоев объекта в ремонте.

Экономический показатель надежности К_э определяется как отношение суммы всех затрат, связанных с изготовлением Q_u и эксплуатацией Q_э объекта, к длительности его эксплуатации Т_э

Следует стремиться к минимизации этого показателя за счет рационального распределения капиталовложений между сферами производства и эксплуатации.

Затраты на изготовление нового объекта складываются из двух величин:

₍₁₃₎

где Q_n - постоянные затраты, не зависящие от требований надежности;

Q_н - переменная составляющая затрат, обусловленная требованиями

надежности (цена надежности).

Во многих случаях зависимость для цены надежности имеет степенной характер и Q_H определяется по эмпирической формуле

₍₁₄₎

где О_но - цена надежности аналога или прототипа;

Т- наработка на отказ проектируемого изделия;

Т₀ - наработка на отказ прототипа;

а - эмпирический показатель, характеризующий уровень прогрессивности производства с точки зрения возможностей повышения надежности объекта; обычно находится в пределах от 0,5 до 1,5.

1.7 Нормирование показателей надежности

С целью создания высоконадежных объектов необходимо нормирование надежности - установление номенклатуры и количественных значений основных показателей надежности элементов объекта.

Номенклатуру показателей надежности выбирают в зависимости от класса изделий, режимов эксплуатации, характера отказов и их последствий. Выбор показателей надежности может определяться заказчиком.

Все изделия подразделяются на следующие классы:

- неремонтируемые и невосстанавливаемые изделия общего назначения - составные части изделий, невосстанавливаемые на месте эксплуатации и не подлежащие ремонту (например, подшипники, шланги, тонеры, крепежные детали, радиодетали и др.), а также невосстанавливаемые изделия самостоятельного функционального назначения (например, электрические лампы, контрольные приборы и др.);

-восстанавливаемые изделия, подвергающиеся плановым техническим обслуживаниям, текущему и среднему ремонту, а также изделия, подвергающиеся капитальному ремонту;

- изделия, предназначенные для выполнения кратковременных разовых или периодических заданий.

Режимы эксплуатации изделий могут быть следующими:

- непрерывными, когда изделие работает непрерывно в течение определенного времени;

- циклическими, когда изделие работает с заданной периодичностью в течении определенного времени;

- оперативными, когда неопределенный период простоя сменяется периодом работы заданной продолжительности.

Обычно нормируют вероятность безотказной работы P(t) с оценкой ресурса Т_р, в течение которого она регламентируется. Значение Т_р должно быть согласовано со структурой и периодичностью ремонтных работ и

технического обслуживания, а допустимая вероятность безотказной работы является мерой опасности последствий отказа. Чем выше требования к объекту, тем больше допустимое значение P(t).

В общем случае градация изделий по классам надежности представлена в таблице 1.

Таблица 1 — Классы надежности

Отметим, что данные значения P(t) заданы для определенного периода эксплуатации Т_р при условии строгой регламентации и выполнения режимов работы и условий эксплуатации.

В нулевой класс входят малоответственные детали и узлы, отказ которых остается практически без последствий. Для них хорошим показателем надежности может быть средний срок службы, наработка на отказ или параметр потока отказов,

Классы с первого по четвертый характеризуются повышенными требованиями к безотказной работе (номер класса соответствует числу девяток после запятой). В пятый класс включаются высоконадежные изделия, отказ которых в заданный период недопустим.

В автостроении обычно задаются значения коэффициента готовности К_r> среднее время нахождения в работоспособном состоянии Т_р, наработка до первого отказа и средняя наработка на отказ.

При нормировании показателей надежности по составным частям объектов наибольшее распространение получили следующие методы нормирования:

равной надежности;

учета сложности элементов и числа их предельных состояний;

оптимального распределения требований по надежности с учетом ограничений по массе, стоимости и другим характеристикам элементов;

- нормирования с учетом проверок и восстановления элементов системы в процессе эксплуатации;

- нормирования с учетом и оптимизацией затрат на экспериментальную отработку системы.

В общем случае задача нормирования надежности элементов к оптимизации целевой функции, которая, в свою очередь, является функцией точечных значений оценок надежности элементов:

G=G(P_i), i= , (15)

где P_i – оценка надежности i-го элемента;

N – число элементов, входящих в систему.

В качестве целевой функции можно выбрать минимальную стоимость или массу и т.п.:

G=C; C=C(P_i), i= (16)

G=M; M=M(P_i), i= (17)

В процессе решения отыскивают вектор P=P(P₁, P₂,…, P_N), минимизирующий C или M.

Часть нормирования проводят при условии выполнения не только требований по надежности системы, но и требования по безопасности. Тогда в качестве функции надежности используют функцию безопасности.

Для транспортных машин очень важно выявить и количественно оценить отказы, которые влияют на безопасность их работы. По американской методике FMECA безопасность системы оценивается вероятностью безотказной работы с учетом двух параллельных показателей: категории последствий и уровня опасности.

Категория последствий оценивает степень серьезности тех последствий, к которым может привести отказ:

- I класс – отказ не приводит к травмированию персонала;

- II класс – отказ приводит к травмированию персонала;

- III класс – отказ приводит к серьезной травме или смерти;

- IV класс – отказ приводит к серьезным травмам или смерти группы людей.

Уровень опасности P_оп учитывает то время, которое имеет в своем распоряжении персонал для устранения отказа и предотвращения аварии. Чем меньше время T_y, тем выше степень опасности, возникающей от данного отказа. Численно уровень опасности характеризуется величиной

(18)

Вид отказа, который приводит к аварии без всякого предупреждения персонала (T_y→0) характеризуется высшим уровнем опасности, равным единице.

Противоположным по характеру является отказ, на устранение которого всегда имеется необходимое время (Т→∞) и опасности аварии не возникает. В этом случае уровень опасности равен нулю.