2.6. Расчет надежности систем на этапе эксплуатации

В период эксплуатации наиболее важными вопросами являются пла­нирование и расчет периодов профилактик, а также планирование и расчет числа запасных элементов и блоков системы.

2.6.1. Планирование и расчет периодов профилактик

Профилактическое обслуживание – система предупредительных мер, направленных на снижение вероятности возникновения отказов (техниче­ские параметры, регулировки, замена комплектующих элементов, восста­новление защитных покрытий и токопроводимых контактов и др.).

Профилактика преследует две цели:

– предупредить возникновение отказов;

– обнаружить такие отказы элементов изделия, которые не могли быть обнаружены средствами контроля в процессе эксплуатации и оста­лись скрытыми, необнаруженными.

Профилактическое обслуживание может быть организовано по принципу обслуживания регламентного, календарного, а также комбини­рованного использования регламентного и календарного обслуживания.

Регламентное обслуживание – обслуживание, которое проводится по достижении параметрами изделия некоторых регламентированных показа­телей. Этот вид обслуживания применяется тогда, когда известна связь ра­ботоспособности и показателей некоторых технических параметров (силы тока, напряжения, сопротивления, яркости и т.д.).

Если же главный параметр, определяющий работоспособность изде­лий, – время, в течение которого изделие эксплуатируется или хранится, то профилактическое обслуживание назначается в строго определенные ка­лендарные сроки вне зависимости от состояния изделия. Такое обслужива­ние называется календарным.

В инженерной практике обычно связь работоспособности с показа­телями технических параметров, так же как и с временем использования, известна с некоторым приближением. Поэтому большее распространение получил комбинированный метод профилактического обслуживания.

В процессе эксплуатации параметры изделия контролируются, и по достижении ими критических значений производится профилактика. Про­филактика производится и тогда, когда время, измеряемое от последней профилактики, достигает значения времени, календарно запланирован­ного. Естественно, что время календарного обслуживания в этом случае может быть увеличено, поскольку существует некоторая вероятность пре­дупреждения отказа.

Выбор контролируемых параметров и контролируемых элементов должен осуществляться по оптимальным маршрутам, т.е. в определенной последовательности с учетом информативности, которую дает каждая из проверок. Как правило, такие задачи решаются методами технической ди­агностики.

Календарное обслуживание осуществляется на основе изучения за­кономерностей отказов. Обычно, как уже показывалось ранее, интенсив­ность отказов изменяется с течением времени, что можно представить в виде графика (рис. 2.51).

На участке 0 – t₁ преобладают отказы периода приработки и трени­ровки, на участке t₁ – t₂ – внезапные отказы (закон распределения времени до отказа – экспоненциальный), на участке от t₂ и далее – отказы износо­вого характера и старения (закон распределения времени до отказа – нор­мальный). Период времени 0 – t₁ нельзя считать периодом нормальной эксплуатации, ему соответствует влияние скрытых дефектов производства. Профилактика, ориентированная на обеспечение надежности изделия с нормальными техническими характеристиками, начинается с момента времени t₁.

Время профилактической проверки назначается исходя из следую­щих соображений. На участке t₁ – t₂, для которого  = const, время профи­лактики берется с учетом того, что вероятность появления отказа q не пре­вышала допустимой вероятности q_доп (рис. 2.52).

Рис. 2.51. Изменение интенсивности Рис. 2.52. Выбор времени профилактики

отказов во времени

Известно, что для экспоненциального закона (подразд. 2.1.2, (2.16))

Отсюда

(2.134)

Пример 2.21. Определить время календарного обслуживания изде­лия, для которого  = 0,0001 1/ч, q_доп = 0,01,

ч.

На участке времени, превышающем t₂, время профилактики опреде­ляется также исходя из того, что вероятность отказа не превышала допус­тимой вероятности.

На рис. 2.53 допустимая вероятность отказа q_доп представлена за­штрихованной площадью, ограниченной f(x). Для определения времени ка­лендарного обслуживания изделия, ориентированного на замену деталей и блоков, выработавших ресурс, предварительно определяется среднее время работы до износового отказа Т и среднеквадратического отклонения . То­гда

(2.135)

где n – коэффициент при , соответствующий заданному значениюq_доп (табл. 2.3).

Таблица 2.3

qдоп	0,01	0,02	0,04	0,05	0,06	0,08	0,10	0,12	0,16	0,20
n	2,526	2,323	2,053	1,960	1,880	1,750	1,643	1,554	1,404	1,282

Рис. 2.53. Допустимая вероятность отказа

Пример 2.22. Определить время замены блока изделия, если q_доп = = 0,01, Т = 120 ч, = 2 ч:

= 120 – 2,5262 = 115 ч.

Профилактическое обслуживание сложных системы начинается с планирования профилактических работ для простых устройств, входящих в нее. Сроки профилактики и ее содержание корректируются затем с уче­том сложности систем.

Универсальных рекомендаций по оптимизации планирования про­филактики не существует. В некоторых случаях целесообразно всю сис­тему ставить на профилактику в одно и то же время и обеспечивать работу ее в полном составе в период между профилактическими обслуживаниями. В других случаях целесообразно ставить на профилактику отдельные эле­менты системы и обеспечивать ее непрерывную работу, хотя бы и не все­гда в полном составе.

Характер изменения вероятности безотказного состояния P(t) под влиянием профилактического обслуживания в простейшем случае, когда возможно полное выявление отказных состояний, показан на рис. 2.54.

Рис. 2.54. Влияние профилактики на интенсивность отказов

Система начинает работу в момент времени 0 с вероятностью безот­казного состояния, равной 1. С течением времени вероятность безотказ­ного состояния снижается, и в момент времени t₁ система будет поставлена на профилактику. К моменту окончания профилактики t₂ вероятность без­отказного состояния приближается к единице. Далее процесс повторяется.

Влияние профилактики на функциональную надежность изделия может быть определено следующей формулой:

(2.136)

где R(t) – вероятность выполнения изделием заданной функции на интер­вале t; K_ти(t) – коэффициент технического использования изделия с учетом проведения профилактики на интервале t; P(t) – вероятность выполнения изделием заданной функции на интервале t (использования изделий по назначению).

(2.137)

P(t) в первом приближении можно оценить по формуле

(2.138)

где ₀ – интенсивность отказов, обеспечиваемая данным объемом профи­лактики; t – интервал использования изделия по назначению.