Показатели долговечности машин

Показатели долговечности характеризуют ресурс объекта, или срок службы. К основным показателям долговечности относятся процентный ресурс, средний ресурс, γ-процентный срок службы и средний срок службы, назначенный ресурс, установленный ресурс, ресурс.

Назначенный ресурс, установленный ресурс, ресурс относятся к индивидуальным показателям долговечности.

γ-Процентный ресурс - наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью γ (в процентах). Если f (t) -функция плотности вероятности наработок до предельного состояния, то γ-процентный ресурс t_р,γ определяется из выражения

1 - γ =  f(t) dt.

Средний ресурс - математическое ожидание ресурса. Этот показатель определяется по функции плотности вероятности наработок до предельного состояния из выражения

T_P = m(t_P) =  t f(t) dt

Принято различать

• средний ресурс между средними (капитальными) ремонтами,

• средний ресурс до списания,

• средний ресурс до среднего (капитального) ремонта.

Средний срок службы - математическое ожидание срока службы (календарный год).

Принято различать

средний срок службы между средними (капитальными) ремонтами,

до среднего (капитального) ремонта,

до списания.

Назначенный ресурс - суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния. Этот показатель устанавливается из технико-экономических расчетов или требований безопасности человека. Он применяется для характеристики тех изделий, отказы которых приводят к большим экономическим потерям, угрожают безопасности человека или приводят к вредному влиянию на окружающую среду.

Установленный ресурс - ресурс при γ 100 % = 100. Этот показатель соответствует сдвигу в функции распределения ресурса.

Ресурс (срок службы) - установленное в НТД значение ресурса (срока службы) изделий, спроектированных, изготовленных и эксплуатируемых в соответствии с требованиями НТД, до истечения которого наступление предельного состояния недопустимо.

После истечения ресурса (срока службы) эксплуатация изделия продолжается. Изделия, предельные состояния которых наступили до истечения регламентированного ресурса (срока службы), относятся к дефектным по уровню долговечности.

Показатель «установленный ресурс» является частным случаем данного показателя (когда с вероятностью, равной единице, наступление предельного состояния невозможно). Таким образом, термины «ресурс» и «срок службы» могут использоваться как понятия и как показатели, характеризующие долговечность, единичного изделия (индивидуальная норма долговечности).

Показатели ремонтопригодности изделий машиностроения

К показателям ремонтопригодности относятся вероятность восстановления в заданное время, среднее время восстановления, интенсивность восстановлении объекта, установленное время восстановления и др.

Вероятность восстановления в заданное время - вероятность того, что время восстановления объекта не превысит заданное. Если функция плотности времени восстановления f(t_в), то

P(t_В) =  f(t_В) dt,

Среднее время восстановления объекта - математическое ожидание времени восстановления работоспособности — определяется из выражения

T_В = m(t_В) =  t f(t_В) dt

Установленное время восстановления - регламентированное в НТД время, в течение которого работоспособность объекта должна быть восстановлена.

Показатели сохраняемости.

К ним относятся γ- процентный срок сохраняемости, средний срок сохраняемости, установленный срок сохраняемости, срок сохраняемости. Выделим из них следующие показатели:

γ -Процентный срок сохраняемости - срок сохраняемости, который будет, достигнут объектом с заданной вероятностью γ процентов;

срок сохраняемости - установленная в НТД календарная продолжительность, в течение и после которой для изделий рассматриваемого типа сохраняются значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности.

Последний показатель является критерием для классификации изделии на годные или дефектные по уровню сохраняемости.

Комплексные показатели надежности.

К комплексным показателям относятся коэффициент оперативной готовности в стационарном режиме, называемый просто коэффициентом готовности, коэффициент ремонтопригодности и коэффициент технического использования.

Все восстанавливаемые объекты, включая и системы, применяемые для непрерывной или временной эксплуатации, периодически требуют обслуживания. Обслуживание бывает двух видов:

• внеплановое, необходимое вследствие возникновения отказов или из-за неправильной работы эксплуатируемого объекта;

• плановое - обслуживание объекта через регулярные промежутки времени.

Целью внепланового обслуживания является восстановление функций объекта путем замены, ремонта или наладки элементов, вызывающих нарушение работы.

Целью планового обслуживания является сохранение объекта в работоспособном состоянии. Оно включает контроль, проверку, осмотры, ремонтные работы. Эти операции выполняются с целью предотвратить рост интенсивности отказов элементов и системы и не допустить превышения ее расчетного уровня. Такое обслуживание называют также профилактическим.

Периодичность выполнения обслуживания зависит от физических характеристик применяемых элементов объекта (деталей и сборочных единиц), статистических характеристик износа элементов, от интенсивности отказов элементов и от требований к надежности, с которой должен работать объект.

Периодичности внепланового обслуживания (ремонта) строго зависит от интенсивности отказов во время эксплуатации объекта и, следовательно, является функцией величины, обратной средней наработке на отказ Т₀.

Для времени работы системы t существует среднее число отказов

N = t/T₀

во время эксплуатации и, следовательно, имеется среднее число внеплановых обслуживании. Суммарное количество восстановлений n_В будет зависеть от числа элементов, вызывающих отказы.

Значение t/T₀ может быть разложено на t/T₀₁, t/T₀₂, t/Т₀₃ и т.д., т.е. на число мероприятий по обслуживанию, которые должны выполняться над отдельными элементами с соответствующими временами средней наработки на отказ. Общее среднее число внеплановых мероприятий по обслуживанию для наработки t системы определяется так:

n_В =  t/T_0i =  t ω (t) _i.

Если известно, что для восстановительной операции необходимо затратить Т_Вi часов по i-му элементу, то суммарное время восстановления системы в будет равно:

Т_В = Т_Вi× n_В

Если это время сложить с временем Т_проф, затрачиваемым на профилактические мероприятия, получим полное время обслуживания или время технической эксплуатации объекта:

Т_обсл = Т_В + Т_проф.

Коэффициент оперативной готовности в стационарном режиме - вероятность того, что объект, находясь в режиме ожидания, окажется работоспособным в произвольный момент времени и начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.

Этот показатель характеризует стационарную вероятность безотказной работы объекта в течение заданного времени работы t₀ и определяется для любых распределений времени работы между отказами и времени восстановления, имеющих конечные средние значения t и τ,

При экспоненциальном распределении наработок между отказами и времени восстановления коэффициент оперативной готовности определяется из выражения

где  - интенсивность отказов,  - интенсивность восстановления.

Фактически он представляет вероятность того, что объект со средней наработкой на отказ, равной Т₀, требующий времени восстановления Т_В для каждой наработки Т₀ будет готова к эксплуатации в любой заданный момент времени t₀ в будущем.

Общеупотребительным обозначением коэффициента оперативной готовности в стационарном режиме является К_Г – коэффициент готовности, который можно определить по формуле

К_Г = Т_Р / (Т_Р + Т_В) = 1 / (1 + ω (t) Т_В),

где Т_Р =  t.

С точки зрения надежности и эффективности эксплуатации техники можно сделать вывод:

• чем надежнее машина, тем выше К_Г;

• чем больше К_Г , тем эффективнее техника.

Коэффициент ремонтопригодности К_Р показывает вероятность того, что в установившемся процессе эксплуатации объекта в любой произвольно выбранный момент времени он будет находиться в состоянии восстановления

К_Р = 1 - К_Г = ω (t) Т_В / (1 + ω (t) Т_В)

Вывод: чем больше времени объект будет находиться в работоспособном состоянии, тем меньшее значение будет иметь К_Р , тем более эффективней будет эксплуатация машины.

Коэффициент технического использования - отношение математического ожидания времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, времени простоев, обусловленных техническим обслуживанием, и временем ремонтов за тот же период эксплуатации.

Коэффициент технического использования К_ТИ показывает какую долю общего времени эксплуатации объект находится в работоспособном состоянии

К_ТИ = Т_Р / (Т_Р + Т_В + Т_проф) = Т_Р / (Т_Р + Т_обсл).