5.4 Способы уменьшения интенсивности отказов для повышения надежности систем
Вероятность безотказной работы системы, интенсивность отказов которой уменьшена в k раз, равна
Тогда выигрыш надежности составляет:
Зависимости GQ(Λ0,t) при различных к приведены на рис. 37. Из этого рисунка и выражения видно, что при малых Λ0,t выигрыш надежности по средней наработке растет пропорционально k. Это означает, что уменьшение интенсивности отказов может привести к существенному повышению надежности систем длительного использования и значительному повышению надежности систем, предназначенных для малого времени работы.
Рисунок 37 – Зависимость выигрыша надежности от значений интенсивности отказов
Эффективными методами понижения интенсивности отказов систем являются:
применение наиболее надежных элементов;
отбраковка («выжигание») малонадежных элементов системы;
облегчение режимов работы элементов.
Выбор наиболее надежных элементов. При проектировании и конструировании систем недопустимо применение элементов с устаревшими характеристиками. Необходимо производить тщательный отбор даже среди рекомендованных типов элементов. С этой целью разрабатываются специальные нормы надежности элементов и систем.
В зависимости от назначения оборудования и количества входящих в системы элементов, требуются различные уровни надежности элементов.
Из опубликованных в отечественной и зарубежной литературе данных следует, что требования к надежности элементов современных сложных систем высокие. Надежность же элементов такова, что удовлетворить этим высоким требованиям зачастую при создании систем, не прибегая к специальным мерам по повышению надежности, пока почти невозможно.
Кроме этого, при выборе элементов необходимо учитывать реальные условия эксплуатации системы. Значения интенсивностей отказов элементов, определенные в лабораторных (заводских) условиях, нуждаются в обязательной корректировке на действительные условия работы.
Отбраковка («выжигание») малонадежных элементов системы. Уменьшить интенсивность отказов можно путем отбраковки, или «выжигания» элементов, имеющих конструктивные и производственные дефекты. Для этого осуществляется тщательная тренировка элементов системы в тяжелых условиях работы. Идея метода выжигания дефектных элементов состоит в исключении начального участка λ-характеристики (рис. 38).
Рисунок 38 – Повышение надежности путем исключения периода приработки
Режим выжигания элементов выбирается на основании анализа кривых λ=f(t). Для большинства элементов с увеличением коэффициента нагрузки КН кривая λ=f(t) смещается влево вверх (рис. 39). При этом участок λ=const сокращается, и начало этого участка смещается влево.
Рисунок 39 – Вид зависимости λ(t) при различных режимах работы элементов
Численные значения КН времени выжигания определяются путем проведения специальных испытаний элементов при различных коэффициентах нагрузки и на основании статистических данных об отказах этих элементов. По этим сведениям строятся кривые λ=f(t) и по характеру кривых устанавливаются коэффициент нагрузки и время выжигания.
Если интенсивность отказов по статистическим данным сохраняет постоянную величину, а параметры элемента уходят за допустимые пределы, то такой режим выжигания является недопустимым.
Облегчение режимов работы элементов. Снижение нагрузки элементов, уменьшение их тепловых, вибрационных и других режимов приводит к уменьшению вероятности появления отказа. Поэтому облегчение режимов работы является одним из возможных путей повышения надежности оборудования. В подавляющем большинстве современных систем элементы работают в загруженном режиме. Изменение интенсивности отказов в номинальном (кривая 1) и недогруженном (кривая 2) режимах работы элементов показано на рис. 40.
Рисунок 40 – Влияние КН на λ(t)
Из рисунка видно,
что при разгруженном режиме работы
элементов интенсивность отказов в
течение периода нормальной эксплуатации
,
по-прежнему, остается постоянной; ее
величина уменьшается по сравнению с
интенсивностью отказов при номинальном
режиме работы, а длительности периодов
приработки
и нормальной эксплуатации увеличиваются.
Для ряда элементов в настоящее время определены зависимости интенсивности отказов от коэффициента нагрузки КН. Например, зависимость интенсивности отказов элементов электронных схем от значений КН довольно точно можно представить формулой
где a, b, n – коэффициенты, зависящие от типа элемента.
Из этой формулы видно, что облегчать режимы работы особенно выгодно в том случае, если элементы работают в перегруженном режиме. Если же элементы работают в режимах, близких к номинальным, то дальнейшее понижение коэффициента нагрузки дает менее значительный эффект.
Облегчение режимов работы элементов практически означает, что в систему ставятся элементы, имеющие запас по прочности или мощности. Однако при замене элементов одного типа другим необходимо обращать внимание не только на их прочность, но и на зависимость интенсивности отказов от значения коэффициента нагрузки.