16. Взаимосвязь качества и надежности. Виды отказов

Термины «качество» и «надежность» настолько тесно взаимосвязаны, что ни одно из них на самом деле не имеет смысла без другого. Но, несмотря на эту тесную связь, нужно попытаться четко разобраться в этих понятиях по отдельности, так как от этого будут зависеть и меры по их обеспечению. Прежде всего отметим, что показатели надежности являются одними из эксплуатационных показателей качества. Следовательно, термин «качество» имеет более широкое значение, чем термин «надежность».

«надежность изделия – свойство изделия сохранять значения установленных параметров функционирования в определенных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность – комплексное свойство, которое в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость в отдельности или определенное сочетание этих свойств как изделия в целом, так и его частей».

В соответствии с ИСО 9000:2000 термин «качество» имеет определение: «качество: степень, с которой совокупность собственных характеристик выполняет требования».

Сравнивая эти определения, можно отметить следующее:

• качество, в отличие от надежности, не привязано к термину «изделие» и может в равной степени относиться к продукции, процессу, услуге, любому виду деятельности, в том числе интеллектуальному,

• качество должно удовлетворять требованиям потребителя, а надежность только требованиям установленных режимов и условий эксплуатации, т.е. в отличие от качества надежность не имеет субъективного фактора,

• надежность жестко связана с понятием функционирование, т.е. имеет отношение к такому изделию, которое функционирует, в то время как качество имеет отношение к любому объекту, как функционирующему, так и не функционирующему,

• из всех эксплуатационных показателей только надежность не имеет размерности и отражает качество всего изделия в целом независимо от того, какой из его элементов виноват в отказе, т.е. надежность можно отнести к интегрирующему (главному, основному, общему) эксплуатационному показателю качества изделия.

Потеря функционирования изделия вызывается отказом. Отказ есть неспособность какого-то элемента изделия или всего агрегата осуществлять свои функции. Риск отказа зависит от степени, вида отказа и причин отказа. Степень отказа определяется тем, привел ли отказ к частичному или полному прекращению выполнения функций изделием. Причины отказов связаны главным образом с несовершенством разработки (конструктивные), плохим качеством изготовления (производственные), неправильной эксплуатацией изделия (эксплуатационные), с другими причинами (их называют внешними), непосредственно не зависящими от рассматриваемого изделия.

Методы оценки надежности

Как отмечено выше, надежность является комплексным свойством, и каждое из ее свойств имеет свое значение.

Безотказность является наиболее общей характеристикой надежности и характеризует вероятность безотказной работы Р(t) изделия. Очевидно, что для исправного изделия в момент начала (t=0) функционирования (работы) вероятность Р(0)= 1. Чем больше время работы, тем выше вероятность отказа изделия. Временной график Р(t) в общем виде приведен на рис.

Р ассмотрим численные характеристики безотказности. Их две:

• Р(t) - вероятность безотказной работы за заданное время t_p . Можно сказать и по-другому: за заданное время t_p объект будет функционировать безотказно;

• m_ср – средняя наработка до отказа (или математическое ожидание наработки объекта до первого отказа). .

Графически интенсивность отказов можно отразить в виде кривой на рис. 2. Такой вид кривой называется кривой интенсивности отказов. Она имеет еще одно название – кривая жизни изделия. Обычно такая кривая делится на три периода: период приработки, период стабильной эксплуатации, период износа. Названия периодов точно отражают характеристику процессов, происходящих с элементами изделия. Очевидно, что на первом и третьем периоде эксплуатации интенсивность отказов изменяется во времени, а на втором периоде ее можно принять постоянной величиной (л =const).

О тказы на первом периоде возникают чаще всего по двум причинам: несовершенная проектная документация и несовершенные процессы производства. Чем выше качество изделия, тем короче период приработки. Для нормального процесса эксплуатации изделия период его приработки желательно перенести на предприятие. Отказы на последнем периоде в основном связаны с износом элементов конструкции или усталостью материалов. Число отказов изделия можно сократить за счет дублирования наиболее слабых элементов конструкции.

Долговечность изделия определяется временем его эксплуатации от начала работы до момента начала катастрофического износа, т.е., если приработка изделия проведена на предприятии, то долговечность изделия соответствует длительности второго периода работы изделия (рис. 2). Очевидно, что значение долговечности конкретного изделия является случайной величиной, вызванное вариабельностью, как процессов изготовления изделия, так и вариабельностью условий эксплуатации. Долговечность по наработке называется ресурсом, а по календарному времени - средним сроком службы изделия.

Ремонтопригодность изделия определяется средней длительностью (или трудоемкостью) ремонта. Это – характеристика восстанавливаемого изделия. Для исследования безотказности ремонтируемых изделий необходимо применение математического аппарата случайных потоков. Случайный поток – это последовательность событий, возникающих в случайные моменты времени.

Сохраняемостью называется свойство изделия непрерывно сохранять (в заданных пределах) значения установленных для него показателей качества во время и после хранения и при транспортировке. Сохраняемость характеризуется количественными показателями, значения которых определяются условиями хранения и транспортирования изделия, а также мерами, принятыми для защиты его от вредных воздействий внешней температуры, влажности воздуха, пыли, солнечной радиации, тряски, плесневых грибков и пр. Наиболее эффективными методами повышения сохраняемости изделия являются консервация, применение специальных защитных покрытий и пропитывающих составов, профилактическое обслуживание.

Резервирование. Эффективным методом повышения надежности изделий, особенно сложных технических устройств, является резервирование, то есть введение дополнительного числа элементов и связей по сравнению с минимально необходимым для выполнения заданных функций в конкретных условиях работы. Элементы минимизированной структуры изделия, обеспечивающей его работоспособность, называются основными элементами; резервными называются элементы, предназначенные для обеспечения работоспособности изделия в случае отказа основных элементов.

Резервирование классифицируется по ряду признаков, основные из которых – уровень резервирования, кратность резервирования, состояние резервных элементов до момента включения их в работу, возможность совместной работы основных и резервных элементов с общей нагрузкой, способ соединения основных и резервных элементов.

По уровню резервирования его подразделяют на общее, при котором резерв предусматривается на случай отказа объекта в целом, и раздельное (поэлементное), при котором резервируются отдельные части объекта (блоки, узлы, элементы). Возможно также сочетание общего и раздельного резервирования – смешанное. Под кратностью резервирования понимается отношение числа резервных элементов к числу основных элементов. Однократное резервирование называется дублированием.

Основные меры по обеспечению надежности

Меры по обеспечению надежности нормального функционирования изделия при его эксплуатации можно сгруппировать по следующим шести пунктам:

1. Разработка требований к надежности изделия.

2. Разработка программы обеспечения требуемой надежности, включая проектирование изделия, его изготовление и транспортировку.

3. Оценка проектов обеспечения надежности с помощью испытаний.

4. Рост надежности.

5. Постоянный контроль надежности.

6. Постоянный анализ надежности.