1 Основные определения и количественные показатели

надёжности

1.1 Надёжность объектов как комплексное свойство

Надёжность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех величин, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки. В определении выделены три характерные черты надёжности объекта: непрерывность выполнения функций без учёта ремонтов, хранения; функционирование в установленных пределах; надёжность определяют за определённые промежутки времени при работе на проектном уровне нагрузки.

В зависимости от условий решаемой задачи один и тот же объект может именоваться системой или элементом. Элемент – это определённым образом ограниченный объект. Под системой (системой элементов) обычно понимают объект, в котором возможно или необходимо различать определённые взаимозависимые части, соединённые воедино. Термины «система» и «элемент» - относительны.

Надёжность, как сложное свойство, в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания отдельных свойств, а именно: безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость.

Безотказность – это свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени (некоторой наработки). Безотказность характеризуется техническими состояниями объекта, а именно: исправностью или неисправностью, работоспособностью или неработоспособностью, дефектом (повреждением) или отказом. Номенклатура этих величин и пределы их допустимых изменений устанавливаются нормативной документацией на объект.

Исправное состояние объекта – это состояние, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации. Неисправное состояние – это несоответствие хотя бы одному требованию документации.

Если значение хотя бы одной величины, характеризующей способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и конструкторской документации, то такое состояние объекта называется неработоспособным. Событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта, называется отказом. Событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта, когда объект сохраняет свою работоспособность, называют повреждением (дефектом).

Границы между исправным и неисправным, работоспособным и неработоспособным состояниями обычно условны и характеризуются значениями входных и выходных величин объекта. Работоспособность и неработоспособность могут быть как полными, так и частичными. При полной работоспособности возможно достижение максимальной эффективности его применения. При частично работоспособном объекте эффективность его применения в тех же условиях меньше максимально возможной, но значения её показателей ещё находятся в пределах, установленных для нормального функционирования данного объекта.

Таким образом, работоспособность должна рассматриваться применительно к определённым внешним условиям эксплуатации объекта. Элемент работоспособный в одних условиях, может, оставаясь исправным, оказаться неработоспособным в других условиях. Переход объектов из одного состояния в другое обычно происходит вследствие повреждения или отказа. Термин «дефект» применяют на этапах изготовления и ремонта, а термин «отказ» - при эксплуатации объекта.

1 - повреждение; 2 – отказ; 3 – переход объекта в предельное состояние; 4 – восстановление; 5 – ремонт

Рисунок 1.1 - Схема постоянных состояний объекта

Ремонтопригодность – это свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин отказов, и восстановлению работоспособного состояния путём проведения технического обслуживания и ремонтов. Свойство ремонтопригодности полностью определяется конструкцией объекта и обеспечивается при разработке, изготовлении и монтаже объектов с учётом будущего уровня их восстановления, который определяется соотношением ремонтопригодности и внешних условий для выполнения ремонта. Отсюда ясна относительность деления объектов на «восстанавливаемые» и «невосстанавливаемые». Есть неремонтируемые элементы, обладающие свойством восстановления работоспособности при возникновении некоторых отказов. В частности, примером могут быть элементы системы управления и защиты АСУ ТП при наличии резервных элементов и автоматических переключателей для перехода на использование резерва.

Отнесение объекта к восстанавливаемым или невосстанавливаемым системам влечёт за собой выбор определённых показателей надёжности. Очевидно, что для невосстанавливаемого объекта не имеет смысла такой показатель надёжности как среднее время восстановления.

Долговечность – это свойство объектов сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние характеризуется тем, что дальнейшее применение объекта по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление состояний исправности и работоспособности невозможно или нецелесообразно. Критерием предельного состояния служит признак или совокупность признаков, которая установлена нормативно-технической и конструкторской документацией.

Для неремонтируемых объектов различают предельное состояние двух видов: объект неработоспособен; дальнейшая эксплуатация пока ещё работоспособного объекта согласно определённым критериям оказывается недопустимой в связи с безопасностью.

Для ремонтируемых объектов выделяют три вида предельных состояний: для двух видов предельного состояния требуется капитальный или средний ремонт, т.е. временное прекращение эксплуатации; третий вид предельного состояния предполагает окончательное прекращение эксплуатации объекта.

Таким образом, долговечность объекта, измеряемая техническим ресурсом либо сроком службы, ограничена не отказом, а предельным состоянием; что означает проведение ремонта или списание.

Так как отказы и переходы в предельное состояние объектов обусловлены их работой, то используется понятие «наработка». Под наработкой понимают продолжительность или объём работы объекта. Измеряется наработка в единицах времени и единицах объёма работы объекта. Наработка может быть непрерывной или суммарной. Суммарную наработку иногда сопоставляют с определённым интервалом календарного времени. Оба вида наработки могут представлять собой случайные или детерминированные величины.

Кроме указанных видов наработки, применяют термины «наработка до отказа», «наработка между отказами», «ресурс», «срок службы». Наработка до отказа – это наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа. Она характеризует безотказность как восстанавливаемых, так и не восстанавливаемых объектов.

Наработка между отказами – это наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа. Эта наработка относится только к восстанавливаемым объектам.

Технический ресурс – это наработка объекта от начала его эксплуатации или её возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Физический смысл ресурса – это зона возможной наработки объекта. В каждый момент времени различают две части ресурса: израсходованную к этому моменту в виде суммарной наработки и оставшуюся до перехода в предельное состояние. Остаточный ресурс оценивают ориентировочно, поскольку ресурс является случайной величиной и, как случайная величина, ресурс полностью характеризуется функцией распределения вероятности. Параметры этого распределения являются показателями долговечности (средний и гамма-процентный ресурсы).

Всё сказанное о ресурсе относится к сроку службы. Срок службы – это календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или возобновления эксплуатации после ремонта до перехода в предельное состояние.

Наработка до отказа, наработка между отказами, ресурс, срок службы – всегда случайные величины.

Сохраняемость – это свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортировки. Задача сохраняемости особенно важна при транспортировке подвижных объектов.