Основные определения

Надёжность как наука

Надёжность как наука развивается в трёх направлениях:

1. Математическая теория надёжности занимается разработкой методов оценки надёжности и изучением закономерностей отказов.
2. Статистическая теория надёжности занимается сбором, хранением и обработкой статистических данных об отказах.
3. Физическая теория надёжности изучает физико-химические процессы, происходящие в объекте при различных воздействиях.

Теория надежности

Теория надежности является основой инженерной практики в области надежности технических изделий. Часто безотказность определяют как вероятность того, что изделие будет выполнять свои функции на определенном периоде времени при заданных условиях. Математически это можно записать следующим образом:

,

где - функция плотности времени наработки до отказа, а t – продолжительность периода времени функционирования изделия, в предположении, что изделие начинает работать в момент времени t=0. Теория надежности предполагает следующие четыре основных допущения:

• Отказ рассматривается как случайное событие. Причины отказов, соотношения между отказами (за исключением того, что вероятность отказа есть функция времени) задаются функцией распределения. Инженерный подход к надежности рассматривает вероятность безотказной работы как оценку на определенном статистическом доверительном уровне.
• Надежность системы тесно связана с понятием «заданная функция системы». В основном рассматривается режим работы без отказов. Однако, если в отдельных частях системы нет отказов, но система в целом не выполняет заданных функций, то это относится к техническим требованиям к системе, а не к показателям надежности.
• Надежность системы может рассматриваться на определенном отрезке времени. На практике это означает, что система имеет шанс (вероятность) функционировать это время без отказов. Характеристики (показатели) надежности гарантируют, что компоненты и материалы будут соответствовать требованиям на заданном отрезке времени. Поэтому иногда надежность в широком смысле слова означает свойство «гарантоспособности» . В общем случае надежность относится к понятию «наработка», которое в зависимости от назначения системы и условий ее применения, определяет продолжительность или объем работы. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега в милях или километрах и т.п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков, выстрелов оружия и т.п.).
• Согласно определению, надежность рассматривается относительно заданных режимов и условий применения. Это ограничение необходимо, иначе невозможно создать систему, которая способна работать в любых условиях. Внешние условия функционирования системы должны быть известны на этапе проектирования. Например, Марсоход создавался совершенно для других условий эксплуатации, чем семейный автомобиль.

Программа обеспечения надежности

Для достижения необходимой надежности могут быть использованы различные методы и средства. Каждая система предполагает свой уровень допустимой надежности, так как последствия отказов различных систем могут значительно различаться. Так, надежность точилки для карандашей может превышать надежность пассажирского самолета, однако последствия и стоимость их отказов сложно сравнить.

Программа обеспечения надежности (ПОН) является документом, который определяет организационно-технические требования и мероприятия (задачи, методы, средства анализа и испытаний), направленные на обеспечение заданных требований к надежности, а также уточняет требования заказчика по определению и контролю надежности. Определение надежности (reliability assessment) заключается в определении численных значений показателей надежности изделия. Контроль надежности (reliability verification) состоит в проверке соответствия изделия заданным требованиям по надежности [ГОСТ 27.002-89]. Различают расчетный, расчетно-экспериментальный и экспериментальный методы определения и контроля надежности.

В расчетном методе определения надежности расчет надежности основан на использовании показателей надежности по справочным данным о надежности элементов, по данным о надежности изделий-аналогов и другой информации, имеющейся к моменту оценки надежности. Расчетно-экспериментальный метод определения надежности (Analytical-experimental reliability assessment) основан на процедуре определения показателей надежности элементов экспериментальным методом, а показателей надежности системы в целом – с использованием математической модели. Экспериментальный метод определения надежности (Experimental reliability assessment) основан на статистической обработке данных, получаемых при испытаниях или эксплуатации системы или ее составных частей и элементов.

ПОН разрабатывается на ранних стадиях проектирования и реализуется на всех этапах жизненного цикла изделия. В техническом плане основным объектом ПОН является оценивание и достижение готовности и стоимости эксплуатации (затраты на запасные части, техническое обслуживание и ремонт, транспортные услуги и т.п.). Зачастую требуется нахождение компромисса между высокой готовностью и затратами, или например, поиск максимального отношения «готовность/стоимость». В ПОН рассматриваются порядок и условия проведения испытаний на надежность, критерии их завершения и принятия решений по результатам испытаний.

Нормирование надежности

Для любой системы одной из первых инженерных задач надежности является адекватное нормирование показателей надежности, например в терминах требуемой готовности. Нормирование надежности - это установление в проектной или иной документации количественных и качественных требований к надежности. Требования по надежности относятся как к самой системе и ее составным частям, так и к планам испытаний, к точности и достоверности исходных данных, формулированию критериев отказов, повреждений и предельных состояний, к методам контроля надежности на всех этапах жизненного цикла изделия. Например, требования по ремонтопригодности могут включать в себя показатели стоимости и времени восстановления. Оценивание эффективности процессов технического обслуживания и ремонта является частью процесса FRACAS (failure reporting, analysis and corrective action system – система отчетов об отказах, анализа и коррекции действий).

Прогнозирование и повышение надежности

Прогнозирование надежности (reliability prediction) включает в себя разработку соответствующих расчетных моделей для каждого показателя надежности системы и оценивание входных параметров этой модели в виде параметров надежности компонентов этой систем для решения конечной задачи – оценки выходных параметров надежности системы. Разработка расчетных моделей является частью общего процесса идентификации объекта, который включает в себя получение и анализ информации о критериях качества функционирования, отказов и предельных состояниях, структуре объекта, составе и взаимодействии элементов. Параметры модели надежности компонентов учитывают их уровни нагруженности, возможные режимы эксплуатации.

Прогнозирование надежности является одной из наиболее общепринятых форм анализа надежности (reliability analysis). Прогнозирование надежности используется для оценивания проектных возможностей системы, сравнения альтернативных проектных решений, определения областей потенциальных отказов и контроля процессов повышения надежности.

Прогнозирование надежности играет большую роль в инженерной практике, в том числе и при планировании мероприятий по повышению показателей надежности. Повышение надежности может быть осуществлено как при проектировании, так и при производстве объекта, а также непосредственно при его эксплуатации. Основными методами повышения надежности являются резервирование, уменьшение интенсивности отказов элементов, уменьшение среднего времени восстановления, мероприятия по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта.

Прогнозирование надежности позволяет также обосновать объем и номенклатуру запасных элементов.

Существуют справочники и стандарты (например, MIL-HDBK-217, Bellcore/Telcordia для электронных изделий, NSWC для механических устройств), которые позволяют сформировать данные об интенсивности отказов или средней наработки между отказами (MTBF), которые используются в качестве входных параметров математической модели надежности системы. Для создания математической модели надежности технических систем наиболее часто используются программные средства, реализующие такие технологии, как анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО), структурные схемы надежности (ССН) или деревья неисправностей. Прогнозирование надежности позволяет также обосновать объем и номенклатуру запасных элементов.

Параметры системной надежности

При анализе параметров системной надежности учитывается структура системы, состав и взаимодействие входящих в нее элементов, возможность перестройки структуры и алгоритмов ее функционирования при отказах отдельных элементов.

Наиболее часто в инженерной практике рассматривают последовательное, параллельное, смешанной (последовательно- параллельное и параллельно-последовательное) соединение элементов, а также схемы типа «K из N», мостиковые соединения.

По возможности восстановления и обслуживания системы подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые, обслуживаемы е и необслуживаемые. По режиму применения (функционирования) – на системы непрерывного, многократного (циклического) и однократного применения.

В основном в качестве параметра надежности используется среднее время до отказа (MTTF), которое может быть определено через интенсивность отказов или через число отказов на заданном отрезке времени. Интенсивность отказов математически определяется как условная плотность вероятности возникновения отказа изделия при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не произошел. При увеличении интенсивности отказов, среднее время до отказа уменьшается, надежность изделия падает. Обычно среднее время до отказа измеряется в часах, но также может выражаться в таких единицах как циклы и мили.

В других случаях надежность может выражаться через вероятность выполнения задачи. Например, надежность полетов гражданской авиации может быть безразмерной, или иметь размерность в процентах, как это делается в практике системной безопасности. В отдельных случаях успешным результатом системы может являться единоразовое срабатывание. Это актуально для систем, которые рассчитаны на срабатывание всего 1 раз: например, подушки безопасности в автомобиле. В этом случае задается вероятность срабатывания или, как, например, для ракет, вероятность попадания в цель. Для таких систем мерой надежности является вероятность срабатывания. Для восстанавливаемых систем может задаваться такой параметр, как среднее время восстановления (ремонта) и время проверки (тестирования).Часто параметры надежности задаются в виде соответствующих статистических доверительных интервалов.

Моделирование надежности

Моделирование надежности – это процесс прогнозирования или исследования надежности компонент или системы до ее ввода в эксплуатацию. Наиболее часто для моделирования надежности систем используются методы анализа деревьев неисправностей и структурных схем надежности. Входные параметры для моделирования надежности систем могут быть получены из разных источников, то есть из справочников, отчетов об испытаниях и эксплуатации и т.п. В любом случае, данные должны быть использованы с большой осторожностью, так как прогнозы верны только тогда, когда данные получены при тех же условиях, при которых компоненты будут применяться в системе.

Часть данных о прогнозировании может быть получена по результатам исследований двух основных видов:

• анализа физики отказов, при котором исследуются механизмы возникновения отказов, например, механизм усталостного разрушения или деградации от химической коррозии;
• анализа результатов стресс-испытаний, эмпирического метода, при котором подсчитывается число компонентов системы, отказавших при разных уровнях внешнего воздействия.

Для систем, в которых точно можно определить время отказа (что не дано для систем с плавающими параметрами), может быть определена эмпирическая функция распределения времени отказа Это делается чаще всего при проведении испытаний с повышенным уровнем стресса (ускоренные испытания). Эти испытания делятся на две основные категории:

• определение распределения отказов ранней стадии эксплуатации при наблюдении снижающейся интенсивности отказов, что является первой частью ванно-образной кривой интенсивности отказов. Здесь обычно используют умеренный уровень нагрузок. Они прикладываются на ограниченном отрезке времени, который называют временем цензурирования. Именно поэтому здесь определяется только часть функции распределения.
• безотказовые наблюдения (нулевые эксперименты), которые дают возможность получить лишь ограниченную информацию о распределении отказов. В этом случае испытания проводятся на коротком отрезке времени на малой по объему выборке, что позволяет получить только верхнюю границу оценки интенсивности отказов. Во всяком случае, это удобно для заказчика.

Для исследования средней части распределения, которая чаще всего определяется свойствами материалов, необходимо применять повышенные нагрузки на достаточно малом отрезке времени. В таких видах ускоренных испытаний применяются несколько степеней нагрузки. Часто эмпирическое распределение этих отказов параметризируется законом Вейбулла или лог-нормальным распределением.

Общей практикой моделирования «ранней» интенсивности отказов является использование экспоненциального распределения. Это менее сложная модель для распределения времени отказа, содержащая только один параметр – постоянную интенсивность отказов. В этом случае для в качестве критерия согласия может быть использован критерий хи-квадрат для оценки постоянства интенсивности отказов. По сравнению с уменьшающейся интенсивностью отказов это довольно пессимистическая модель и требует проведения анализа чувствительности.

Надежность на этапе проектирования

Надежность на этапе проектирования является новой дисциплиной и относится к процессу разработки надежных изделий. Этот процесс включает в себя несколько инструментов и практических рекомендаций и описывает порядок их применения, которыми должна владеть организация для обеспечения высокой надежности и ремонтопригодности разрабатываемого продукта с целью достижения высоких показателей готовности, снижения затрат и максимального срока службы продукта. Как правило, первым шагом в этом направлении является нормирование показателей надежности. Надежность должна быть «спроектирована» в системе. При проектировании системы назначаются требования к надежности верхнего уровня, затем они разделяются на определенные подсистемы разработчиками, конструкторами и инженерами по надежности, работающими вместе. Проектирование надежности начинается с разработки модели. При этом используют структурные схемы надежности или деревья неисправностей, при помощи которых представляется взаимоотношение между различными частями (компонентами) системы.

Одной из наиболее важных технологий проектирования является введение избыточности или резервирование. Резервирование – это способ обеспечения надежности изделия за счет дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций (ГОСТ 27.002). Путем введения избыточности совместно с хорошо организованным мониторингом отказов, даже системы с низкой надежностью по одному каналу могут в целом обладать высоким уровнем надежности. Однако, введение избыточности на высоком уровне в сложной системе (например, на уровне двигателя самолета) очень сложно и дорого, что ограничивает такое резервирование. На более низком уровне системы резервирование реализуется быстро и просто, например, использование дополнительного соединения болтом.

Существует много методик анализа надежности, специфических для отдельных отраслей промышленности и приложений. Наиболее общие из них следующие.

• Анализ видов и последствий отказов (АВПО)
• Имитационное моделирование надежности
• Анализ опасностей (Hazard analysis)
• Анализ структурных схем надежности (RBD)
• Анализ деревьев неисправностей
• Ускоренные испытания
• Модели ускорения жизни
• Модели деградации
• Анализ роста надежности
• Вейбулл-анализ (анализ эмпирических данных испытаний и эксплуатации)
• Анализ смеси распределений
• Устранение критичных отказов
• Анализ ремонтопригодности, ориентированной на безотказность
• Анализ диагностики отказов
• Анализ ошибок человека-оператора

Инженерные исследования проводятся для определения оптимального баланса между надежностью и другими требованиями и ограничениями. Существенную помощь при инженерном анализе надежности могут оказать программные комплексы для расчета надежности.

Испытания на надежность

Испытания на надёжность проводятся для того, чтобы на более ранних этапах жизненного цикла изделия обнаружить потенциальные проблемы, обеспечить уверенность, что система будет отвечать заданным требованиям.

Испытания на надежность могут проводится на разных уровнях. Сложные системы могут испытываться на уровне компонент, устройств, подсистем и всей системы в целом. Например, испытания компонент на воздействие внешних факторов может выявить проблемы перед тем, как они будут обнаружены на более высоком уровне интеграции. Проведение испытаний на каждом уровне интеграции до испытания всей системы с одновременным развитием программы испытаний позволяет снизить риск неудачи такой программы. Расчет надежности производится на каждом уровне испытаний. При этом часто используются такие методы как анализ роста надежности и системы отчета и анализа отказов и корректирующих действий (FRACAS). Недостатками таких испытаний являются время и затраты. Заказчики могут пойти на некоторый риск и отказаться от испытаний на более низких уровнях.

Некоторые системы принципиально не могут подвергаться испытаниям, например, из-за чрезмерно большого числа различных тестов или жестких ограничений по времени и затратам. В таких случаях могут быть использованы ускоренные испытания, методы планирования экспериментов и моделирование.

Отметим, что сегодня все чаще и чаще применяются так называемые ускоренные испытания в динамически меняющейся среде для оценивания качества и надежности высококачественной и высоконадежной продукции, в том числе и структурно-сложных систем с учетом их старения, усталости, износа и деградации в ходе их эксплуатации. Для этого за последние двадцать лет в статистике ускоренных испытаний разработаны специальные модели ускорения жизни (см., например,Nelson (1990), Meeker and Escobar (1998), Singpurvalla (1995)), которые хорошо адаптированы для статистического анализа данных об отказах, наблюденных как при меняющихся во времени стрессах (нагрузках, ковариантах), так и при наличии деградационных процессов, которые также могут зависеть от этих стрессов.

Надежность и безопасность

Надежность в инженерной практике отличается от безопасности отношением к видам опасностей, с которыми она имеет дело. Надежность в технике главным образом связана с определением стоимостных показателей. Они относятся к тем опасностям в смысле надежности, которые могут перерасти в аварии с частичной потерей доходов для компании или заказчика. Это может произойти из-за потери по причине неготовности системы, неожиданно высоких затрат на запасные части и ремонт, перерывов в нормальной работе и т.п. Безопасность относится к тем случаям проявления опасности, которые могут привести к потенциально тяжелым авариям. Требования по безопасности функционально связаны с требованиями по надежности, но характеризуются более высокой ответственностью. Безопасность имеет дело с нежелательными опасными событиями для жизни людей и окружающей среды в том же смысле, что и надежность но не связана напрямую со стоимостными показателями и не относится к действиям по восстановлению после отказов и аварий. У безопасности другой уровень важности отказов в обществе и контроля со стороны государства. Безопасность часто контролируется государством (например, атомная промышленность, космос, оборона, железные дороги и нефтегазовый сектор).

Отказоустойчивость

Надежность может быть увеличена при использовании резервирования «2 из 2» на уровне компонент или системы, но это может привести к снижению безопасности за счет увеличения вероятности ложной тревоги (например, ложное срабатывание тормозной системы поезда). Отказоустойчивые мажоритарные системы (логика голосования «2 из 3») может увеличить как надежность, так и безопасность на системном уровне. Такие методы являются общей практикой в аэрокосмических системах, в которых требуется постоянная готовность и недопустимость опасных отказов

Оценка надежности техники при эксплуатации

После того, как система изготовлена, осуществляется мониторинг ее надежности, оцениваются и корректируются недоработки и недостатки. Мониторинг включает в себя электронное и визуальное наблюдение за критическими параметрами, выявленными на стадии проектирования при разработке дерева неисправностей. Для обеспечения заданной надежности системы данные постоянно анализируются, используя статистические методы, такие как Вейбулл-анализ и линейная регрессия. Данные о надежности и оценки параметров являются ключевыми входами для модели системной логистики.

Одним из наиболее общих методов для оценивания надежности техники при эксплуатации являются системы отчетов, анализа и коррекции действий (FRACAS). Систематический подход к оцениванию надежности, безопасности и логистики основан на отчетах об отказах и авариях, менеджменте, анализе корректирующих/предупреждающих действий.

Организация работ по надежности

Системы любой сложности разрабатываются организациями, такими как коммерческие компании или государственные учреждения. Организация работ по надежности (инжиниринг надежности) должна быть согласована со структурой компаний или учреждений. Для небольших компаний работы по надежности могут быть неформальными. С ростом сложности задач возникает необходимость формализации функций по обеспечению надежности. Так как надежность важна для заказчика, заказчик должен видеть некоторые аспекты организации этих работ.

Существует несколько типов организации работ по надежности. Менеджер проекта или главный инженер проекта может иметь в непосредственном подчинении одного или более инженеров по надежности. В более крупных организациях обычно образуется отдельное структурное подразделение, которое занимается анализом надежности, ремонтопригодности, качества, безопасности, человеческого фактора, логистикой. Так как работа по обеспечению надежности особенно важна на этапе проектирования, часто инженеры по надежности или соответствующие структуры интегрированы с проектными подразделениями.

В отдельных случаях компания создает независимую структуру, которая занимается организацией работ по надежности.

Обучение инженеров по надежности

Некоторые высшие учебные заведения подготавливают инженеров по надежности. Другой формой подготовки специалистов в области надежности могут быть аккредитованные при высших учебных заведениях или колледжах учебные программы или курсы. Инженер по надежности может иметь профессиональный диплом именно по надежности, но для большинства работодателей это не требуется. Проводятся многочисленные профессиональные конференции, реализуются отраслевые программы подготовки кадров по вопросам надежности. К международным организациям инженеров и ученых в области надежности относятся IEEE Reliability Society, American Society for Quality (ASQ) и Society of Reliability Engineers (SRE).

Струков А.В. «Анализ международных и российских стандартов в области надежности, риска и безопасности».

A.Avizienis, J.-C. Laprie and B. Randell «Fundamental Concepts of Dependability». Research Report No 1145, LAAS-CNRS, April 2001

Nelson W. Accelerated Testing: Statistical Models, Test Plans, and Data Analysis.- New York: J.Wiley and Sons,(1990).

Meeker W.Q., Escobar, L.A. Statistical Methods for Reliability Data.- New York: J.Wiley and Sons,(1998).

Singpurvalla N. Survival in Dynamic Environments. "Statistical Science", (1995), v.1, 10, p.86-103.

Bagdonavicius V.B., Nikulin, M.S. Accelerated Life Models: Modeling and Statistical Analysis.- Boca Raton: Chapman&Hall/CRC, 2002.

Антонов А.В., Никулин М.С. Статистические модели в теории надежности. М.: Абрис: 2012.

Ссылки

• Струков А.В. «Анализ международных и российских стандартов в области надежности, риска и безопасности».

Примечания

надёжность Энциклопедия «Авиация»

надёжность - авиационной техники — свойство летательного аппарата в целом и (или) его частей (конструкции, бортового оборудования, двигателей и др.) выполнять заданные функции, сохраняя значения эксплуатационных показателей в установленных пределах,… … Энциклопедия «Авиация»

НАДЁЖНОСТЬ, надёжности, мн. нет, жен. (книжн.). отвлеч. сущ. к надежный. Надёжность предприятия. Надёжность средства. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Надёжность, надёжности, надёжности, надёжностей, надёжности, надёжностям, надёжность, надёжности, надёжностью, надёжностями, надёжности, надёжностях (

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский государственный социальный университет

Факультет охраны труда и окружающей среды

РЕФЕРАТ

по дисциплине " Надёжность технических систем и техногенный риск "

• 1. Основные понятия надежности, ее параметры и показатели
• 2. Основные термины и понятия, связанные с надежностью
• 3. Оценка надежности (безотказности) технических систем
• 4. Количественные характеристики безотказности
• 5. Структурно-логический анализ технических систем
• 6. Методы исследования безопасности технических систем
• 7. Обеспечение надежности и безопасности технических систем
• Заключение
• Список используемой литературы

1. Основные понятия надежности, ее параметры и показатели

Надежность является одним из важнейших комплексных свойств качества сложных технических систем, отказ которых может привести к авариям и чрезвычайным происшествиям. По международному стандарту ИСО (ISO, International Organization for Standardization) качество - это совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности. Надежность - специфическое свойство, поскольку это свойство проявляется только в эксплуатации и на всем ее периоде. Надежность - это качество объекта, развернутое во времени. Основные вопросы, которые изучает теория надежности, - отказы технических элементов и систем, в целом; критерии и количественные характеристики надежности; методы анализа и повышения надежности элементов и систем на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации; методы испытания технических средств на надежность; методы оценки эффективности мероприятий по повышению надежности.

Теория надежности как наука исследует влияние конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на уровень надежности изделия. Математические методы, используемые в теории надежности, базируются на теории вероятностей и математической статистике, поскольку каждый конкретный отказ есть событие случайное, появление которого не может быть точно предсказано заранее.

Необходимость установления и исследования закономерностей, характеризующих надежность технических устройств, желание получать количественное описание характеристик их надежности привели к созданию теории надежности.

Изучением закономерностей, свойственных случайным событиям, занимается теория вероятностей . Характеристики случайных событий на практике определяются на основе массовых наблюдений, а объективно обоснованная оценка получаемых при этом статистических материалов основывается на методах математической статистики . Надежность одновременно является важным и самостоятельным научным направлением.

По общепринятому определению (ГОСТ 27.002-89), надежность - это свойство изделия (объекта) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных показателей в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического о б служивания, ремонта, хранения и транспортирования.

Надежность - сложное понятие, оно выражается четырьмя параметрами:

1 . Безотказность - свойство объекта (изделия) непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Показателями безотказности являются: средняя наработка на отказ, интенсивность или параметр потока отказов, вероятность безотказной работы при заданной наработке.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и текущего ремонта. Показателями являются: средний ресурс (в единицах наработки), средний срок службы (обычно в календарных годах), гамма-процентный ресурс или срок службы.

Ремонтопригодность (эксплуатационная технологичность) - свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей.

4. Сохраняемость - свойство объекта сохранять установленные показатели качества в процессе хранения, транспортирования и непосредственно после. Показателями сохраняемости являются средний и гамма-процентный срок хранения.

Надежность технической системы закладывается в процессе ее проектирования, осуществляется в процессе ее производства и поддерживается в процессе эксплуатации, поэтому обеспечение надежности является серьезной задачей для проектирования, создания и эксплуатации таких систем.

Уровень надежности технических систем, задаваемый техническими требованиями, характеризуется рядом количественных показателей, среди которых наиболее часто используется вероятность безотказной работы.

2. Основные термины и понятия, связанные с надежностью

Работоспособность - это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданную функцию с параметрами, установленными требованиями технической документации, в течение расчётного срока службы. Отказ - это нарушение работоспособности. Свойство элемента или системы непрерывно сохранять работоспособность при определённых условиях эксплуатации (до первого отказа) называется безотказностью . Безотказность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Восстанавливаемой называют систему, которая в процессе своей эксплуатации допускает ремонт, к невосстанавливаемым - соответственно система, которая в процессе выполнения своих функций в силу причин технического либо экономического характера, проведение ремонтов не допускает. Примером невосстанавливаемой системы являются искусственный спутник Земли.

Долговечность - свойство элемента или системы длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при определенных условиях эксплуатации.

Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.

Живучесть - способность технического устройства, сооружения, средства или системы выполнять основные свои функции, несмотря на полученные повреждения. Например, под живучестью судна можно понимать его способность оставаться на плаву и не терять остойчивость в случае затопления одного или большего числа отсеков из-за полученного повреждения корпуса.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Сбой - самоустраняющийся отказ.

Наработка - время или объём работы.

Ресурс (техника) - объём работы или срок эксплуатации, на который рассчитывается машина, здание и т. п. После исчерпания ресурса безопасная работа устройства не гарантируется, ему требуется капитальный ремонт или замена.

Срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

3. Оценка надежности (безотказности) технических систем

В общем случае под технической системой понимают объект, выполняющий заданные функции, который может быть расчленен на элементы, каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элементами. Элементы могут иметь разнообразные выходные параметры, которые с позиции надежности можно разбить на три группы:

X 1 - параметры, изменение которых с выходом за установленные уровни показателей приводит к потере работоспособности элемента и системы;

Х 2 - параметры, участвующие в формировании выходных параметров всей системы, по которым трудно судить об отказе элемента;

Х 3 - параметры, влияющие на работоспособность других элементов аналогично изменению внешних условий работы системы.

Рассмотрим (на примере автомобильного двигателя) взаимодействие возможных типов выходных параметров двух элементов системы, которую можно представить структурной схемой (рис. 1).

В представленной на рис. 1 схеме для элемента № 1 - системы питания X 1 - это пропускная способность топливного жиклера (если жиклер забит и топливо не поступает, то система питания отказывает и отказывает двигатель), Х 2 - это повышенный расход топлива при износе топливного жиклера, что приводит к ухудшению топливной экономичности автомобиля,

Х 3 - богатая горючая смесь при износе жиклера приводит к перегреву двигателя и затрудняет работу системы охлаждения.

Рис. 1 Схема взаимодействия выходных параметров элементов

В свою очередь плохая работа системы охлаждения приводит к перегреву двигателя и образованию паровых пробок в системе питания - это Х 3 для элемента № 2, плохая работа термостата затягивает прогрев двигателя, что приводит к снижению топливной экономичности автомобиля - это Х 2 , обрыв ремня приводит к отказу системы охлаждения и отказу автомобиля - это X 1 для элемента № 2.

В реальных сложных системах элементы могут иметь или все три типа выходных параметров, или меньше (один или два). Во многом это зависит от степени расчленения системы на элементы. В рассмотренном примере система питания и система охлаждения двигателя сами являются сложными системами, состоящими и большого числа деталей.

При анализе надежности сложной системы ее элементы полезно разделять на группы по роли влияния на безотказность системы:

Элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность (например, повреждение обивки салона, коррозия крыла автомобиля). Отказ таких элементов обычно рассматривают изолированно от системы.

Элементы, работоспособность которых за рассматриваемый промежуток времени или наработки практически не меняется (для автомобиля, направляемого на уборку урожая, учитывать изменение состояния картера коробки передач не имеет смысла).

Элементы, восстановление работоспособности которых не требует значительных затрат времени и, практически, не снижает показателей эффективности работы.

Элементы, отказы которых приводят к отказу автомобиля и регламентируют его надежность.

В тех случаях, когда функционирование технической системы связано с выполнением разнообразных задач в неодинаковых условиях эксплуатации, выделение элементов в указанные группы может быть проблематично (отказ стеклоочистителя в сухую хорошую погоду не приводит к отказу автомобиля, а в дождь и слякоть - приводит к его отказу).

В зависимости от характера влияния на надежность сложной системы, ее элементы можно считать включенными последовательно (по аналогии с включением лампочек в гирлянде) или параллельно. При этом реальную конструктивную схему системы можно представить структурной схемой безотказности. Рассмотрим структурную схему подшипникового узла , состоящего из следующих элементов: 1 - вал, 2 - подшипник, 3 - корпус подшипника, 4 - винты крепления крышки подшипника (4 шт.), 5 - крышка подшипника. Если отказ элемента приводит к отказу системы, то можно считать, что элемент включен последовательно. Если при отказе элемента система продолжает функционировать, то элемент включен параллельно. В соответствии с этим структурная схема подшипникового узла будет иметь вид

Рис.2 Структурная схема подшипникового узла с позиции его безотказн о сти: 1- вал; 2 - подшипник; 3 - корпус подшипника; 4 - винты крепления крышки подшипника; 5 - крышка подшипника

4. Количественные характеристики безотказности

Безотказность (и другие составляющие свойства надежности) технических систем проявляется через случайные величины: наработку до очередного отказа и количество отказов за заданное время. Поэтому количественными характеристиками свойства здесь выступают вероятностные переменные.

Наработка есть продолжительность или объем работы объекта. Для РЭС естественно исчисление наработки в единицах времени, тогда как для других технических средств могут быть удобнее иные средства измерения (например, наработка автомобиля - в километрах пробега). Для невосстанавливаемых и восстанавливаемых изделий понятие наработки различается: в первом случае подразумевается наработка до первого отказа (он же является и последним отказом), во втором - между двумя соседними во времени отказами (после каждого отказа производится восстановление работоспособного состояния). Математическое ожидание случайной наработки Т

(1)

является характеристикой безотказности и называется средней наработкой на отказ (между отказами). В (1) через t обозначено текущее значение наработки, а f(t ) - плотность вероятности ее распределения.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки t отказ объекта не возникнет:

(2)

Вероятность противоположного события называется вероятностью отк а за и дополняет вероятность безотказной работы до единицы:

(3)

В (2) и (3) F(t ) есть интегральная функция распределение случайной наработки t . Плотность вероятности f(t ) также является показателем надежности, называемым частотой отказов :

(4)

Из (4) очевидно, что она характеризует скорость уменьшения вероятности безотказной работы во времени.

Интенсивностью отказов называют условную плотность вероятности возникновения отказа изделия при условии, что к моменту t отказ не возник:

(5)

Функции f(t) и (t) измеряются в ч.

Интегрируя (5), легко получить:

Это выражение, называемое основным законом надежности , позволяет установить временное изменение вероятности безотказной работы при любом характере изменения интенсивности отказов во времени. В частном случае постоянства интенсивности отказов

(t ) == const (6)

переходит в известное в теории вероятностей экспоненциальное распределение:

} (7)

Поток отказов при(t )=const называется простейшим и именно он реализуется для большинства технических систем в течении периода нормальной эксплуатации от окончания приработки до начала старения и износа.

Подставив выражение плотности вероятности f(t ) экспоненциального распределения (7) в (1), получим:

т.е. при простейшем потоке отказов средняя наработка Т 0 обратна интенсивности отказов. С помощью (7) можно показать, что за время средней наработки, t=T 0 , вероятность безотказной работы изделия составляет 1/ Часто используют характеристику, называемую - процентной наработкой - время, в течении которого отказ не наступит с вероятностью (%):

5. Структурно-логический анализ технических систем

Конечной целью расчета надежности технических устройств является оптимизация конструктивных решений и параметров, режимов эксплуатации, организация технического обслуживания и ремонтов. Поэтому уже на ранних стадиях проектирования важно оценить надежность объекта, выявить наиболее ненадежные узлы и детали, определить наиболее эффективные меры повышения показателей надежности. Эти задачи можно решить предварительным структурно - логическим анализом системы.

Большинство технических объектов являются сложными системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов, устройств контроля, управления и т.д. Техническая система (ТС) - совокупность технических устройств (элементов), предназначенных для выполнения определенной функции или функций. Соответственно элемент - составная часть системы.

Расчленение ТС на элементы достаточно условно и зависит от постановки задачи расчета надежности. Например, при анализе работоспособности технологической линии ее элементами могут считаться отдельные установки и станки, транспортные и загрузочные устройства и т.д.. В свою очередь станки и устройства также могут считаться техническими системами и при оценке их надежности должны быть разделены на элементы - узлы, блоки, которые, в свою очередь - на детали и т.д..

При определении структуры ТС в первую очередь необходимо оценить влияние каждого элемента и его работоспособности на работоспособность системы в целом. С этой точки зрения целесообразно разделить все элементы на четыре группы:

1. Элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность системы (например, деформация кожуха, изменение окраски поверхности и т.п.).

2. Элементы, работоспособность которых за время эксплуатации практически не изменяется и вероятность безотказной работы близка к единице (корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности).

3. Элементы, ремонт или регулировка которых возможна при работе изделия или во время планового технического обслуживания (наладка или замена технологического инструмента оборудования, конструктивные доработки ТС и т.д.).

4. Элементы, отказ которых сам по себе или в сочетании с отказами других элементов приводит к отказу системы.

Очевидно, при анализе надежности ТС имеет смысл включать в рас-смотрение только элементы последней группы.

Для расчетов параметров надежности удобно использовать структурно - логические схемы надежности ТС, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Структурно - логическая схема представляет собой совокупность ранее выделенных элементов, соединенных друг с другом последовательно или параллельно. Критерием для определения вида соединения элементов (последовательного или параллельного) при построении схемы является влияние их отказа на работоспособность ТС.

Последовательным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента приводит к отказу всей системы (рис. 3).

Параллельным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента не приводит к отказу системы, пока не откажут все соединенные элементы (рис. 4).

Рис.3 Последовательное соединение элементов

Рис.4 Параллельное соединение элементов

Безотказность сложной системы, состоящей из последовательно включенных элементов, определяется произведением вероятностей безотказной работы элементов как совместно наблюдаемых событий. Например, система состоит из 50 элементов с одинаковой безотказностью Как видно из приведенного примера, увеличение количества элементов при их последовательном включении приводит к снижению безотказности сложной системы. Следует пояснить, что "последовательным" такое соединение элементов является только в смысле надежности, физически они могут быть соединены как угодно.

Для реальных элементов безотказность является переменной величиной, зависящей от их наработки, ее можно выразить законом распределения вероятностей. На рис. 5 показаны графики законов распределения вероятностей для трёх последовательно включённых элементов.

Рис. 5. Схема влияния наработки системы на вероятность отказа ее элеме н тов

Из рис. 5 следует, что при наработке t 1 наибольшую вероятность отказа будет иметь первый элемент, однако, при увеличении наработки до величины t 2 вероятность отказа второго элемента может существенно возрасти. Третий элемент при рассматриваемых значениях наработки остается практически безотказным. Таким образом, для повышения безотказности системы, состоящей из последовательно включенных элементов, следует в первую очередь повышать надежность наиболее "слабых" элементов. Одинаково увеличивать средний ресурс всех элементов системы нецелесообразно.

При параллельном включении элементов (рис. 6) сложная система откажет только при отказе всех т элементов, вероятность совместного наблюдения этих событий

Безотказность сложной системы

Например, для системы из трех элементов с безотказностью 0,9 общая безотказность. Таким образом, увеличение числа параллельно включенных элементов увеличивает безотказность сложной системы.

Рис. 6 . Структурная схема безотказности системы из трех параллельно включенных элементов

В качестве примера оценим безотказность грузового двухосного автомобиля по проколу колес (колеса задней оси спаренные). Известно, что при определенном пробеге автомобиля безотказность по проколу переднего колеса равна а по проколу заднего колеса (часто передние колеса наезжают на лежащий гвоздь, подбрасывают его и он прокалывает заднее колесо, поэтому обычно вероятность прокола задних колес больше, чем передних).

Если автомобиль груженый (вариант а ), то при проколе любого колеса дальнейшее движение авто нобиля невозможно - наблюдается отказ сложной системы. Если автомобиль совершает порожний пробег (вариант б), то при проколе одного из спаренных колес дальнейшее движение возможно; отказ будет происходить только при проколе обоих спаренных колес или переднего колеса. В соответствии с этими условиями на рис. 7 показаны структурные схемы безотказности сложной системы по обоим вариантам.

а

Безотказность сложной системы по структурной схеме варианта б

Рис. 7 . Структурная схема безотказности автомобиля по проколу колес : а - движение груженого автомобиля; б - движение порожнего автомобиля; Пл - перед нее левое колесо, Пп - переднее правое колесо,Зл - заднее ле вое колесо, Зп - заднее правое колесо

Таким образом, при движении груженого автомобиля отказ по проколу колеса может наблюдаться в 22 случаях из 1000, а при движении порожнего автомобиля - в 2 случаях из 1000.

Структурные схемы безотказности выстраиваются с учетом влияния на отказ системы отказа её элементов, которые условно считают последовательно или параллельно включенными. При этом выделяются и анализируются два варианта совместных событий: не откажет ни один элемент или откажут все элементы. Во многих случаях проще провести анализ всех возможных состояний сложной системы, рассматривая каждое из них как несовместное событие. Для такого анализа составляют структурные схемы состояний сложной системы, которые дают представление обо всех возможных комбинациях состояний элементов, и каждая комбинация рассматривается как несовместное событие.

6. Методы исследования безопасности технических систем

надежность безотказность технический проектирование

Безопасность - это многоплановая проблема, которая должна быть разрешена известными способами до того, как отсутствие правильного решения приведет к профессиональному заболеванию, несчастному случаю или аварии, что в совокупности часто обозначают единым понятием "чрезвычайное происшествие" (ЧП). В практике анализа безопасности и риска технических систем часто используются следующие понятия:

ЧП - это нежелательное, незапланированное, непреднамеренное событие в системе "человек - машина - окружающая среда", нарушающее обычный ход вещей и происходящее в относительно короткий отрезок времени;

несчастный случай - ЧП, заключающееся в повреждении организма человека;

инцидент - вид отказа технической системы, связанный с неправильными действиями или поведением человека.

При анализе опасностей и риска следует руководствоваться основными положениями ГОСТ Р 51901-2002. Анализ риска представляет собой структурированный процесс, целью которого является определение как вероятности, так и размеров неблагоприятных последствий исследуемого действия, объекта или системы. Процесс управления риском охватывает различные аспекты работы с риском, от идентификации и анализа риска до оценки его допустимости и определения потенциальных возможностей снижения риска посредством выбора, реализации и контроля соответствующих управляющих действий.

Первый шаг к ликвидации опасностей состоит в их выявлении, т. е. идентификации. Инженер обязан уметь это делать. Он должен определить потенциальные источники опасности, которые могут, но до сих пор пока еще не вызвали аварий; выявить опасности, которые маловероятны, но которые все-таки могут привести к серьезным последствиям; устранить из рассмотрения опасности, которые практически неосуществимы.

К главным моментам анализа опасностей относится поиск ответов на следующие вопросы:

Какие объекты являются опасными?

Какие ЧП можно предотвратить?

Какие ЧП нельзя устранить полностью и как часто они будут иметь место?

Какие повреждения неустранимые ЧП могут нанести людям, материальным объектам, окружающей среде?

Оценивание каждой опасности включает изучение вероятности ее появления, а также серьезности травм персонала, повреждений систем, зданий и пр. компонентов производства, а также экологического ущерба, к которым может привести авария. Опасности должны быть сравнимы, это необходимо для их ранжирования. Для успешного анализа опасностей необходимо провести и изучение контрмер по отношению к каждой из опасностей, что добавляет еще одно направление при проведении анализа, так как в последующем принимаемые решения будут связаны с компромиссами среди альтернативных решений.

В общем случае, для того чтобы способы обеспечения безопасности стали реальностью, необходимо использовать определенные процедуры или отдельные действия:

идентификация опасностей, их анализ и оценка;

логические процедуры формулирования предупредительных мероприятий (контрмер);

выбор лучшей контрмеры для внедрения (принятие решения).

Проблема безопасности решается выбором метода, который дает более выгодное решение при несовершенных исходных данных. Методы анализа основаны на качественном и количественном подходах к оценке опасностей.

Качественный анализ системы, как правило, предшествует количественному. Например, измерениям должна предшествовать стадия идентификации опасностей, выполняемая только на основе качественного анализа опасностей, который ведется просмотром изучаемой системы. Задача - выделить проблемы безопасности, нуждающиеся в более подробном рассмотрении. В любых отраслях промышленности можно выявить источники повышенной опасности или ненадежные компоненты эксплуатируемой системы. В технике и технологиях встречаются разнообразные опасности, и если они характеризуются высокими температурами, большими скоростями и давлениями, то опасные точки обнаружить относительно просто. Чаще это достигается качественным анализом.

Кроме идентификации опасностей, качественная оценка существенна и при выборе альтернативных средств усовершенствования системы для ликвидации опасностей и достижения безопасности, а в проектируемых системах это выразится в форме разработки альтернатив для выполнения требований, предъявляемых к системе, необходимых инструкций и организационных мероприятий и прочих мер, определяемых принципами и методами обеспечения безопасности. Обилие возможностей при выборе контрмер безопасности также обусловливает применение качественного анализа. При качественном анализе используются специальные формы, технические стандарты и утвержденные нормы безопасности. Его результаты приводят к последующим задачам оптимизации, осуществляемым количественными методами.

Количественные методы анализа базируются на основе методов объективного измерения и прогнозирования последствий опасности, что наиболее эффективно при сравнении сопоставимых опасностей системы в конкретном интервале времени. Недостаточная эффективность в других случаях объясняется тем, что обычно неизвестно будущее состояние системы. Однако это не исключает использование количественных методов для приближенной оценки и прогнозирования состояния системы.

7. Обеспечение надежности и безопасности технических систем

В большинстве случаев безопасность технической системы является производной от ее надежности, т.е. эти свойства являются взаимосвязанными. Пути обеспечения надежности разнообразны и прежде всего они связаны с повышением стойкости изделия к внешним воздействиям. Например, для механических систем высокая надежность достигается за счет создания прочных, жестких, износостойких узлов при их рациональной конструкции, применения материалов с высокой прочностью, износостойкостью, антикоррозийной стойкостью, теплостойкостью и т. д. Другой путь обеспечения достаточной надежности - их изоляция от вредных воздействий: установка машины на фундамент, защита поверхностей от запыления и загрязнения, создание специальных условий по температуре и влажности, применение антикоррозийных покрытий, виброизолирующих устройств и т. д.

Эффективным средством для решения проблемы надежности и безопасности является применение автоматики для поддержания нормальных режимов работы и обеспечения возможности длительного выполнения системой своего служебного назначения в различных условиях эксплуатации. Не менее значимым является обучение персонала правилам безопасной эксплуатации технических систем.

Для недопущения отказов конструктивного, производственного и эксплуатационного характера существуют типовые мероприятия, методы и средства предупредительного, контролирующего и защитного характера, обеспечивающие надежность и безопасность технических систем. Их применяют на различных этапах жизненного цикла технической системы - в процессе проектирования, создания (изготовления) и эксплуатации.

Стадия проектирования технических систем

а) Предупредительные - использование отработанных методов и средств обеспечения надежности; анализ альтернативных проектно-конструкторских решений и выбор наилучших; создание запасов работоспособности по нагрузкам и отказам различных видов; использование резервирования; выбор высоконадежных комплектующих элементов, материалов; создание контролепригодных и ремонтопригодных элементов; обучение проектантов, конструкторов, испытателей передовым методам и способам обеспечения надежности; установление проектных норм надежности и норм испытаний при экспериментальной отработке; разработка новых средств контроля и диагностики;

б) Контрольные - экспериментальная проверка технических решений, особенно новых; проверка всех режимов функционирования; автономные и комплексные испытания; контроль и корректировка конструкторской документации; экспериментальная проверка запасов работоспособности во всех режимах функционирования; контроль надежности; контроль качества труда исполнителей, самоконтроль;

в) Защитные - анализ видов и последствий отказов; введение специальных приборов в состав системы, обеспечивающих безопасность при возникновении отказов; разработка режимов обкатки и тренировки системы на начальном этапе работы до перехода на режимы нормального функционирования; составление инструкций для обучения производственного персонала; реализация технических решений по локализации отказов; обеспечение оперативного контроля и управление функционированием; обеспечение сохранения работоспособности элементов при отказах в системах; разработка системы обслуживания и восстановления техники;

Стадия изготовления технических систем предусматривает следующие меры:

а) Предупредительные - выбор прогрессивных и стабильных технологических процессов; отработка новых технологических процессов и средств контроля до начала пуска производства; отработка и корректировка технологической документации; обучение и аттестация производственного персонала при допуске к работе на ответственных операциях; надзор за состоянием производственного оборудования и средств контроля.

б) Контрольные - проведение входного, пооперационного и выходного контроля; контрольно-технологические испытания; контроль качества труда исполнителей, самоконтроль; авторский надзор; контроль качества и стабильности технологических процессов;

в) Защитные - использование избыточности (дублирование) в оборудовании и средствах контроля; введение блокировок в ответственные технологические процессы, исключающих продолжение работы при нарушениях предусмотренных режимов; разработка системы обслуживания и восстановления производственного оборудования и средств контроля.

Стадия эксплуатации технических систем предусматривает следующие меры:

а) Предупредительные - использование автоматизированных средств контроля и поиска неисправностей; отработка эксплуатационно-технической документации; проведение предварительных регламентных работ; оценка и прогнозирование технического состояния и надежности; аттестация и обучение персонала;

б) Контрольные - автоматизированная регистрация и обработка информации о командах по управлению технической системой, возникающих отказах и неисправностях; постоянный мониторинг качества исполняемых технической системой операций; самоконтроль; гарантийный надзор;

в) Защитные - проведение оперативных доработок; использование автоматических средств защиты; использование качественных запасных частей, обменного фонда агрегатов и эксплуатационных материалов; анализ последствий отказов и реализация защитных мероприятий; обучение и аттестация персонала для работы при возникновении отказов.

Важнейшей составной частью активных средств, позволяющих, в конечном счете, добиться высокой надежности, безопасности и эффективности технической системы являются технические средства (элементная база, экспериментальные и производственные возможности). Отсутствие материально-технической основы высокой надежности техники не может быть скомпенсировано другими средствами - организацией работ, реализацией программного подхода, методического, нормативного или информационного обеспечения.

Уровень технического обеспечения зависит от следующих факторов:

уровня качества и надежности материалов, полуфабрикатов, электрооборудования и радиодеталей, комплектующих элементов, агрегатов и изделий общего назначения, выпускаемых промышленностью и используемых в составе технических систем;

номенклатуры, количества, производительности, автоматизации технических средств для проектирования, конструирования, отработки, производства, контроля и эксплуатации сложных изделий;

уровня автоматизации и оперативного сбора, обработки, обмена информацией для планирования, координации действий и контроля за ходом создания и применения изделий.

Для создания высоконадежных и эффективных технических систем необходимо, чтобы новые материалы, электронные изделия и др. комплектующие обладали высокими показателями надежности, достаточными для практически безотказной эксплуатации перспективных систем в заданных для них условиях в течение срока эксплуатации, равного сроку их морального старения.

Заключение

В современном мире происхождение многих негативных процессов в природе и обществе связано с антропогенной деятельностью в техносфере, пренебрежительным отношением к вопросам и проблемам безопасности технологических процессов и производств.

Успешное и устойчивое экономическое развитие невозможно без целенаправленной деятельности на снижение техногенных рисков, без владения методами теории надежности технических систем, которые позволяют находить значения показателей надежности объектов по результатам экспериментальных исследований и создавать системы диагностирования технического состояния этих объектов.

Умение оценивать надежность сложной системы на основе известных показателей надежности ее элементов позволяет на этапе проектирования системы выбирать наиболее удачные и безопасные конструктивные варианты, прогнозировать вероятность возникновения аварийных ситуаций.

Знание теоретических основ технической диагностики позволяет разрабатывать автоматические системы защиты, обладающие признаками искусственного интеллекта, т. е. способностью распознавать наиболее вероятные состояния и сценарии развития событий, согласно которым выполняются без участия человека необходимые действия, предупреждающие или локализующие аварийные ситуации.

Список используемой литературы

1. Надёжность технических систем и техногенный риск / В.С. Малкин. - Ростов н/Д: Феникс, 2010. - 432, с. : ил. - (Высшее образование).

2. Испытания, обеспечение надёжности и ремонт авиационных двигателей и энергетических установок: Учеб. Пособие / Ю.С. Елисеев, В.В. Крымов, К.А. Малиновский, В.Г. Попов, Н.Л. Ярославцев. - М.: Изд-во МАИ, 2005. - 540 с.: ил.

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Надёжность

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Основные количественные показатели надежности технических систем. Методы повышения надежности. Расчет структурной схемы надёжности системы. Расчет для системы с увеличенной надежностью элементов. Расчет для системы со структурным резервированием.

курсовая работа , добавлен 01.12.2014


Показатели надежности систем. Классификация отказов комплекса технических средств. Вероятность восстановления их работоспособного состояния. Анализ условий работы автоматических систем. Методы повышения их надежности при проектировании и эксплуатации.

реферат , добавлен 02.04.2015


Понятие и основные этапы жизненного цикла технических систем, средства обеспечения их надежности и безопасности. Организационно-технические мероприятия повышения надежности. Диагностика нарушений и аварийных ситуаций, их профилактика и значение.

презентация , добавлен 03.01.2014


Место вопросов надежности изделий в системе управления качеством. Структура системы обеспечения надежности на базе стандартизации. Методы оценки и повышения надежности технологических систем. Предпосылки современного развития работ по теории надежности.

реферат , добавлен 31.05.2010


Схема основных состояний и событий, характерных для восстанавливаемых систем. Показатели надежности невосстанавливаемых систем. Критерии потоков отказов. Показатели безотказности. Анализ ряда основных параметров, характеризующих надежность системы.

курсовая работа , добавлен 22.07.2015


Понятия теории надежности. Вероятность безотказной работы. Показатели частоты отказов. Методы повышения надежности техники. Случаи возникновения отказов, сохранность работоспособности оборудования. Критерии и количественные характеристики его оценки.

курсовая работа , добавлен 28.04.2014


Методология анализа и оценки техногенного риска, математические формулировки, используемые при оценке основных свойств и параметров надежности технических объектов, элементы физики отказов, структурные схемы надежности технических систем и их расчет.

курсовая работа , добавлен 15.02.2017


Общие характеристики показателей надежности. Взаимосвязь надежности и качества объекта. Что понимается под ресурсными испытаниями и с какой целью они проводятся. Достоинства и недостатки "дерева событий". Модернизация конструкции или технологии.

контрольная работа , добавлен 01.03.2011


Определение основных показателей надежности технических объектов с применением математических методов. Анализ показателей надежности сельскохозяйственной техники и разработка мероприятий по ее повышению. Организации испытания машин на надежность.

курсовая работа , добавлен 22.08.2013


Теория надежности – наука о закономерности отказов технических систем. Случайный характер отказов и восстановлений. Элемент как объект (материальный, информационный) и его свойства. Техническая система и ее структура, исправность и работоспособность.

Надежность - это свойство объекта сохранять во времени в установ­ленных пределах значения всех параметров, характеризующих способ­ность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспор­тирования.

Чтобы четко уяснить понятие надежности необходимо иметь в виду следующие три основные момента.

1. Что понимается под «объектом» (было рассмотрено выше).

К параметрам, характеризующим способность выполнять требуе­мые функции, относятся кинематические и динамические характеристики, показатели производительности, скорости, грузоподъемности, экономич­ности, точности и т. п.

Требование к объекту выполнять необходимые функции распро­страняется только при соблюдении заданных режимов и условий примене­ния, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Например, если двигатель изготовлен для северных районов, а эксплуати­руется в южных, где он будет перегреваться, то нельзя считать, что этот двигатель низкой надежности. Также нельзя считать, что машина низкой надежности, если не проводят технические обслуживания и ремонты, со­ответствующие технической документации.

Актуальность надежности возрастает в связи со сложностью совре­менных машин и важностью функций, которые они выполняют. Совре­менные технические средства состоят из множества взаимодействующих механизмов. Отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы без резервирования приводит к нарушению работы всей системы.

Недостаточная надежность машин и оборудования приводит к огром­ным затратам на ремонт и простою в работе, иногда к авариям, связанным с большими экономическими потерями и с человеческими жертвами.

Надежность - сложное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания четырех свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Для каждого объекта характерны все или часть свойств надежности. Так, для объектов, подлежащих длительному хранению, важно свойство сохра­няемости. Рассмотрим эти четыре свойства.

1. Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работо­
способное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Это свойство особенно важно для объектов, отказ которых опасен для жизни людей. Отказ рулевого управления или тормозов автомобиля может иметь тяжелые последствия, поэтому для таких объектов безотказность -наиболее важная составная часть надежности.

Первостепенное значение безотказность имеет для объектов, отказ ко­торых вызывает перерыв в работе большого комплекса машин или оста­новку автоматизированного производства.

2. Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное со­
стояние до наступления предельного состояния при установленной систе­
ме технического обслуживания и ремонта.

Долговечность и безотказность - не взаимоисключающие, а дополняю­щие друг друга и связанные между собой показатели. Различие же заключа­ется в следующем. Безотказность характеризует свойство объекта непрерыв­но сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Долговечность же характеризует продолжительность работоспо­собного состояния объекта по суммарной наработке, прерываемой периода­ми на техническое обслуживание, устранения отказов и ремонтов.

В зависимости от характера производства и вида объекта на первый план при оценке его надежности может выдвигаться безотказность или долговечность. Например, для дереворежущего станка общего назначения или трелевочного трактора отсутствие отказов в течение смены скорее же­лательное, чем необходимое условие, поскольку после непродолжительно­го ремонта они вновь поступают в работу. Для сложной и высокопроизво­дительной автоматической линии, работа которой в значительной степени определяет технико-экономические показатели всего предприятия, свойст­во безотказности выдвигается на первый план.

Как видно из приведенных определений, свойство безотказности опре­деляется, в основном, совершенством конструкции машины и качеством ее изготовления. Свойство долговечности же определяется еще и качеством ремонта, регулярностью и тщательностью технического обслуживания.

Все объекты делятся на ремонтируемые и неремонтируемые.

Ремонтируемым называется объект, для которого проведение ремон­тов предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Очевидно, что для перемонтируемых объектов понятия «безотказность» и «долговечность» совпадают. Машины и оборудование лесного комплекса относятся к категории ремонтируемых, следовательно, для них важную роль играют такие свойства, как ремонтопригодность и сохраняемость.

3. Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в при­
способленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения
отказов и повреждений, к поддержанию и восстановлению работоспособ­
ного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

С усложнением систем все труднее становится находить причины от­казов и отказавшие элементы. Так, в сложных электрогидравлических сис­темах поиск причин отказов может занимать более 50% общего времени восстановления работоспособности. Поэтому облегчение поиска отказав­ших элементов закладывается в конструкцию новых сложных систем. Возможность быстрого обнаружения и устранения отказа, легкий доступ ко всем узлам определяют малые затраты времени на ремонт. Таким обра­зом, важность ремонтопригодности определяется простоями, связанными с обнаружением отказов и проведением ремонта, что в свою очередь ведет к недовыпуску продукции и значительным убыткам.

4. Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и (или) транспортирова­ния, т.е. здесь речь идет о сохраняемости значений показателей безотказ­ности, долговечности и ремонтопригодности. Сохраняемость характеризу-

ет способность объекта противостоять отрицательному влиянию условий хранения и транспортирования (дождь, снег, пыль).

Продолжительность хранения и транспортировки иногда не оказывает заметного влияния на поведение объекта во время нахождения в этих ре­жимах, но при последующей работе их свойства могут быть значительно ниже, чем аналогичные свойства объектов, не находящихся на хранении и не подлежащих транспортировке. Например, после продолжительного хранения аккумуляторных батарей их наработка до отказа существенно снижается. Сохраняемость данных объектов обычно характеризуется та­ким сроком хранения в определенных условиях, в течение которого сни­жение средней наработки до отказа, обусловленное хранением, находится в допустимых пределах.

Вследствие воздействия внешней среды на незащищенные составные части машин во время хранения, сокращаются сроки их службы, увеличи­ваются затраты на ремонт.

Коррозионное поражение во время хранения - это, например, одна из главных причин выбраковки втулочно-роликовых цепей (23% - передаю­щие звенья, транспортеры). Кроме того, эксплуатационные испытания вту-лочно-роликовых цепей показали, что условия хранения оказывают влия­ние на их износ.

При хранении в сыром неотапливаемом помещении резиновых ман­жет в течение 3, 4 и 5 лет их ресурс, соответственно, снижается до 70, 30 и 3% по сравнению с новыми манжетами. Более 40% клиновых ремней вы­браковывают из-за расслоения и трещин, возникающих вследствие непра­вильного хранения.

Ресурс резинотехнических изделий снижается и при хранении в сухих отапливаемых помещениях, так как естественный процесс старения можно только замедлить, но предотвратить полностью нельзя.

Ресурс клиновых ремней уменьшается вследствие снижения механи­ческой прочности, модуля упругости и прочности связи между элементами конструкции клиновых ремней. Физико-механические свойства клиновых ремней минимально снижаются при их хранении в сухих отапливаемых помещениях при температуре 18...23°С и относительной влажности возду­ха 55... 70%.

Свойство сохраняемости имеет особое значение для нового поколения машин и оборудования лесного комплекса, имеющего в своем составе сис­темы программного управления, микропроцессорную технику, следящие системы, сложные пневматические и гидравлические устройства, для ко­торых должны выполняться особые условия и правила хранения и транс­портировки.

6.1 Системный анализ безопасности и надежности при эксплуатации

Системный анализ безопасности и надежности при эксплуатации системы управления положением кресла водителя.

Системный анализ - совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по проблемам безопасности.

Разрабатываемое устройство используется для изменения пространственного положения кресла, а так же его формы, учитывается вес человека, форма его тела. Для повышения безопасности и надёжности (безотказности) работы разрабатываемого устройства необходимо эффективным образом проанализировать возможные аварийные ситуации и причины их вызывающие. И, как следствие, принять меры по предотвращению таковых.

Любая опасность, реализуясь, приносит ущерб, по какой-то причине или нескольким причинам. Без причин нет реальных опасностей. Следовательно, предотвращение опасностей или защита от них базируется на знание причин. Между реализованными опасностями и причинами существует причинно-следственная связь; опасность есть следствие некоторой причины (причин), которая, в свою очередь, является следствием другой причины и т.д. Таким образом, причины и опасности образуют иерархические, цепные структуры или системы. Графическое изображение таких зависимостей чем-то напоминает ветвящееся дерево. В строящихся деревьях, как правило, имеются ветви причин и ветви опасностей, что полностью отражает диалектический характер причинно-следственных связей. Разделение этих ветвей нецелесообразно, а иногда и невозможно. Поэтому, точнее называть полученные в процессе анализа безопасности объектов графические изображения «деревьями причин (опасностей)».

Построение «деревьев» является эффективной процедурой выявления причин нежелательных различных событий. Многоэтапный процесс ветвления «дерева» требует введения ограничений с целью определения его пределов. Эти ограничения целиком зависят от исследования. Границы ветвления определяются логической целесообразностью.

Основной проблемой при анализе безопасности является установление параметров или границ системы. Если система будет чрезмерно ограничена, то некоторые опасные факторы могут оставаться без внимания.

С другой стороны, если рассматриваемая система слишком обширна, то результаты анализа могут оказаться крайне неопределенными.

В процессе исследования необходимо определиться, до какого уровня следует вести анализ. Ответ на этот вопрос зависит от конкретных целей анализа. Общий подход состоит в том, чтобы выявить события, на которые в данной конкретной ситуации можно повлиять с помощью профилактических мер.

Чтобы отыскать и наглядно представить причинную взаимосвязь с помощью «дерева причин и опасностей», необходимы элементарные блоки, подразделяющие и связывающие большое число событий. Имеется два типа блоков: логические символы (знаки) и символы событий.

Логические символы связывают события в соответствии с их причинными взаимосвязями. Логический знак может иметь один или несколько входов, но только один выход, или выходное событие.

Например, выходное событие логического знака «И» наступает в том случае, если все входные события появляются одновременно. С другой стороны, выходное событие у логического «ИЛИ» происходит, если имеет место любое из входных событий.

Рассмотрим и проанализируем основные причины, приводящие к вероятностному отказу устройства.

Дерево причин отказа устройства представлено на рис. 11.

Рис. 11 Дерево причин отказа устройства

6.2 Меры по устранению отказов

Рассмотрим также комплекс мероприятий по повышению надежности проектируемого устройства на этапе изготовления и настройки.

На этапе изготовления необходима строгая выдержка времени травления платы и использование современной измерительной аппаратуры. Необходимо соблюдать правила монтажа полупроводниковых приборов, не допуская их перегрева при пайке и изгиба выводов ближе, чем это предусмотрено в технических условиях.

На этапе настройки необходимо строго соблюдать диапазон питающих напряжений и их полярность. Рекомендуется использовать источники питания с высоким К ст, защитой от короткого замыкания в нагрузке и защитой нагрузки от превышения входного напряжения. Необходимо наличие проверенной измерительной аппаратуры и исправного инструмента.

Свойства объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического использования, ремонтов, хранения и транспортировки, называется надежностью объекта.

Снизить вероятность отказа системы, можно обеспечив оптимальные климатические условия. Необходимо соблюдение требуемых рабочих температур, влажности, давления.

Для обеспечения мер по повышению надежности при изготовлении системы необходимо соблюдать приведенные ниже правила.

Для предотвращения отказа электрической схемы, связанной с дефектами элементов необходимо перед пайкой проверять каждый элемент на работоспособность и соответствие номиналу, контроль осуществлять на аппаратуре прошедшую метрологическую поверку.

Чтобы избежать отказов электрической схемы связанных с дефектами в процессе сборки необходимо руководствоваться правилами монтажа элементов. При пайке необходимо осуществлять отвод тепла, чтобы не вызвать перегрев элементов, также нужно выбирать паяльник с соответствующим температурным режимом.

Для предотвращения короткого замыкания необходимо изолировать все опасные в этом отношении места системы. Заземлением инструментов и приборов можно избежать электростатического пробоя элементов. Чтобы уменьшить воздействие влаги на устройство, можно выполнить прибор в герметичном корпусе.

Для повышения надежности следует:

Для предотвращения вероятности поражения током и, пользоваться низковольтными паяльниками, резиновыми ковриками, работать заземленным инструментом;

Для предотвращения отказов, вызванных дефектами печатной платы необходимо контролировать качество ее изготовления, избегать ее деформации, ударов по ней и т.п.;

После окончательного монтажа элементов тщательно проверить места паек, проверить омметром на случайное замыкание припоем печатных проводников расположенных близко друг к другу;

В местах находящимся под напряжением опасным для человека сделать предупредительные надписи;

Обеспечить надежное крепление печатных плат, блоков и модулей внутри конструкции.

Также с ним сталкиваются, но не всегда, а вот только 8% опрошенных никогда под него не попадали, но у них все впереди. Данное исследование позволяет сделать вывод, что Закон Мерфи действует в современной системе управления, но только не во всех случаях. Поэтому основное различие между законами мерфологии и «настоящих» наук, то есть тех, которые, если так можно сказать, «окупаются», кроется в их...

Строк расходной накладной Рис.3.3. Экранная форма редактора списков сотрудников Рис 3.4. Экранная форма редактора классификаторов товаров 3.1 Алгоритм функционирования информационной системы складского терминала Функционирование ИС осуществляется согласно структурному алгоритму, построенному исходя из требований, предъявляемых к выполняемым программой функциям (разделы 1.3 и...

Изменений Далее будет предложен и рассмотрен вариант усовершенствования системы охлаждения рассматриваемого в данной работе двигателя ЗМЗ-406 автомобилей ГАЗ 2705, 3221 «ГАЗЕЛЬ». Описание целей и элементов доработки системы охлаждения двигателя ЗМЗ-406 по пунктам приведены ниже. Основные элементы системы и режимы работы приведены на рис. 20…24. 1. Вместо вентилятора и гидронасоса с...

Их труда. Однако на всех уровнях управления они в определенной мере используют и выполняют все четыре функции управления: планирования, организации, мотивации и контроля. 1.2. Методы управления организацией. Реализация функций и принципов управления осуществляется путем применения различных методов. Методы управления - это совокупность приемов и способов воздействия на...