2. Специальная терминология

При оценке надежности изделий в процессе их создания и эксплуатации применяется специальная терминология. ГОСТ 13377–87 устанавливает основные термины в области надежности изделий, общий для разных отраслей промышленности, в том числе термины по основным показателям надежности. Под изделием понимают системы и их элементы, в частности сооружения, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты, узлы и детали. Стандарт не исключает применения отраслевых терминов, являющихся дополнением, к терминам устанавливаемым настоящим стандартом и отражающим специфические требования к изделиям отрасли. Мы с Вами рассмотрим только основные термины:

Надежность — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надежность изделия обусловливается его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью, а также долговечностью его частей.

Эксплуатационные показатели — показатели производительности, экономичности, рентабельности и пр.

Работоспособность — состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации. Параметры, характеризующие выполнение функций, обусловливают эксплуатационные показатели изделия.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности оборудования. Признаки (критерии) отказов рекомендуется оговаривать в технической документации на изделия данного типа.

Неисправность — состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации. Следует различать неисправности, не приводящие к отказам, и неисправности (и их сочетания), вызывающие отказы.

Наработка — продолжительность или объем работы изделия, измеряемые в часах, километрах, гектарах, циклах, кубометрах или в других единицах. В процессе эксплуатации или испытаний можно различать суточную наработку, месячную наработку, наработку до первого отказа, наработку между отказами и др.

Безотказность — свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. Для изделий, неремонтируемых или заменяемых после первого отказа, а также изделий, для которых из условия безопасности отказы недопустимы, показателями безотказности могут служить, например, вероятность безотказной работы, интенсивность отказов. Для ремонтируемых изделий показателями безотказности могут служить наработка на отказ, параметр потока отказов, вероятность безотказной работы.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Показателями долговечности могут быть, например, ресурс, срок службы.

Предельное состояние изделия определяется невозможностью его дальнейшей эксплуатации, обусловленной снижением эффективности либо требованиями техники безопасности, и оговаривается в технической докумен­тации.

Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения, технического обслужива­ния и ремонтов. Под устранением отказов подразумевается восста­новление работоспособности. Показателями ремонтопригодности могут служить, например, среднее время восстановления, вероятность вы­полнения ремонта в заданное время, средняя стоимость техничес­кого обслуживания.

Ресурс, Т_рг — наработка изделия до предельного состояния, оговоренного в технической документации. Различают годовой ресурс, ресурс до первого ремонта, межремонтный ресурс, назначенный ресурс, средний ресурс и др. Ресурс может измеряться как в часах, так и в любых других единицах.

Срок службы Т_сл — календарная продолжительность эксплуатации из­делия до момента возникновения предельного состояния, оговоренного в технической документации, или до его списания. Различают срок службы до первого капитального (среднего) ремонта, срок службы между капитальными ремонтами, срок службы до списания, сред­ний срок службы и др.

Наработка на отказ, Т — среднее значение наработки ремонтиру­емого изделия между отказами. Если наработка выражена в едини­цах времени, может применяться термин среднее время безотказной работы.

Среднее время восстановления, Т_в — среднее время вынужденного не­регламентированного простоя, вызванного отыскиванием и устране­нием, одного отказа.

Коэффициент готовности, К_г — вероятность того, что изделие будет работоспособно в произвольно выбранный момент времени в проме­жутках между проведением планового технического обслуживания.

Коэффициент технического использования, К_ти — отношение наработки изделия в единицах времени, за некоторый период эксплуатации, к сумме этой наработки и времени всех простоев, вызванных техни­ческим обслуживанием и ремонтами, за тот же период эксплуатации.

Вероятность безотказной работы, Р(t) — вероятность того, что в за­данном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникает отказ изделия.

Интенсивность отказов, λ(t) — вероятность отказа неремонтируемого изделия в единицу времени после данного момента времени при ус­ловии, что отказ до этого момента не возник.

Резервирование — метод повышения надежности путем введения резервных частей, являющихся избыточными по отношению к мини­мальной, функциональной структуре изделия, необходимой и доста­точной для выполнения им заданных функций.

Сохраняемость — свойство изделия сохранять обусловленные эк­сплуатационные показатели в течение и после срока хранения и тран­спортирования, установленного в технической документации. Вот только малая часть терминов теории надежности часто встречающихся в машиностроении.

Думаю, все согласятся с тем что, оборудование, рассчитанное на длительную эксплуатацию /от нескольких лет до нескольких десятков лет/, не может проработать весь срок без отказов и какого бы то ни было ремонта. Но как часто будут происходить эти отказы, сколько времени ма­шина или аппарат могут работать нормально от одного отказа до другого или, как принято говорить, какова будет наработка оборудо­вания между двумя соседними отказами?

Этот вопрос решается на практике, на основе статистических данных о работе однотипного оборудования. Используя методы математичес­кой статистики, можно установить какое-то среднее время нормаль­ной работы машины или аппарата между двумя соседними отказами. Устранение каждого отказа требует, как правило, ремонта оборудо­вания, поэтому показателем надежности изделия можно практически считать среднее время его безотказной работы между двумя ремон­тами или, иначе говоря, среднее время безремонтной работы.

Зная соотношение наработки на отказ и заданного времени без­отказной работы данного оборудования, можно определить вероятность его безотказной работы, т.е. вероятность того, что в течение задан­ного времени при нормальных условиях эксплуатации изделия в нем не произойдет отказ. Вероятность безотказной работы оборудова­ния является очень важным количественным показателем надежности изделия. Выражается она числом от нуля до единицы или в про­центах от 0 до 100 %.

В большинстве случаев, когда наработка на отказ и заданное время исправной работы оборудования равны, вероятность его безот­казной работы в течение этого времени по законам теории вероят­ности составит всего около 0,37 (37 %), поскольку наработка на отказ характеризует лишь среднее время безотказной работы оборудования. Поэтому в одних случаях отказы могут возникнуть значительно позже среднего времени, а в других случаях раньше.

Очевидно, для повышения вероятности безотказной работы изде­лия в течение заданного времени необходимо, чтобы его наработка на от­каз значительно превышала заданное время его безотказной работы. Если наработка на отказ превышает заданное время в 10 раз, напри­мер, она равна 200 ч, а заданное время безотказной работы оборудо­вания составляет 20 ч, то вероятность безотказной работы в этом случае составляет: (200-20)/200=0,9 или 90 % . Если наработка на отказ будет увеличена до 2000 ч, т.е. будет превышать заданное время в 100 раз, то вероятность безотказной ра­боты оборудования будет равна (2000–20)/2000=0,99 или 99 %.

Надеюсь, все понимают что, любая более менее сложная машина или аппарат не может состоять из одного элемента а, как правило, в его состав входит от нескольких десятков до нескольких тысяч элементов /самая простенькая шариковая ручка состоит как минимум из пяти элементов/. Если обозначить количество этих элементов N, а наработку на отказ, считая ее одинаковой для всех элементов А, то общая наработка на отказ в этом случае равна отношению А/N. Предположим, что оборудование состоит из 1000 элементов, а наработка на отказ составляет 10 ⁶ ч. В этом случае общая наработка на отказ оборудования составляет 10⁶/10³=10³ часов. Итак, мы можем оценить важнейшее свойство, характеризующее на­дежность оборудования, – время его безотказной работы. Что очень важно при оценке работы ответственных деталей оборудования.

Вторым, важ­ным свойством изделия является его долговечность. Основными по­казателями долговечности оборудования являются ресурс и срок службы. Согласно принятой терминологии эти показатели вроде бы одинаковы. Однако это не так.

Ресурс это чистое время работы оборудования за весь срок его службы. В этом случае исключаются всякого рода простои машин или аппаратов.

Срок службы оборудо­вания определяется общей календарной продолжительностью нахож­дения машин или аппаратов в эксплуатации.

Допустим, что данная машина находится в эксплуатации 5 лет, и каждый рабочий день в году (таких рабочих дней будем считать 305) работает непрерывно по 7 ч. Полный ресурс машины в этом случае будет равен 7×305×5=10675 ч, а срок службы составит 5 лет.

Очень важным количественным показателем надежности оборудо­вания, учитывающим его долговечность и ремонтопригодность, яв­ляется коэффициент технического использования К_ти .

Предположим, нам нужно определить коэффициент технического использования компрессора. Примем, что его полный технический ре­сурс составляет 5000 ч. За весь период эксплуатации компрессора на его ремонт затрачено 600 ч и на все профилактические работы – 400 ч. Коэффициент технического использования компрессора в этом случае составит:

5000/(5000+600+400)=0,83.

Понятно, что чем выше коэффициент К_ти , тем надежнее и качественнее оборудование, тем меньше затраты на его ремонт и техническое обслуживание.

Следует отметить, что не существует единого показателя, который позволил бы сразу оценить все основные свойства, характеризующие надежность изделия: его безопасность в работе, долговечность и ре­монтопригодность. Наоборот, оценка надежности изделия будет пол­нее и всестороннее, если приведены показатели не одного какого-либо свойства, а нескольких свойств.