ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 653
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Авторы считают своим долгом выразить признательность за ценные замечания и рекомендации рецензентам – доктору технических наук, профессору Омского государственного университета путей сообщения А. И. Володину и кандидату технических наук, доценту Сибирской автомобильно-дорожной академии В. В. Титенко.
1. История и перспективы развития
теории надежности
1.1. История развития научно-технического направления
«надёжность»
Теория надёжности появилась в начале ХХ в. как результат научно-технического прогресса. Объектами исследования являются закономерности возникновения отказов объектов, технологические приёмы восстановления их работоспособности. Рассматриваются происходящие в объектах процессы, разрабатываются методы расчёта надёжности технических объектов, методы прогнозирования отказов. Выбираются способы увеличения надёжности при проектировании и эксплуатации объектов, а также способы сохранения надёжности при эксплуатации. Определяются методы сбора, учёта и анализа статистических данных, характеризующих надёжность.
Математической основой теории надёжности являются теория вероятностей и математическая статистика, математическая логика, теория случайных процессов, теория массового обслуживания, теория информации, теория планирования эксперимента и другие математические дисциплины.
В истории развития теории надежности выделяют три периода. С первой четверти до начала 60-х годов ХХ в. (период становления науки) надежность оценивалась по числу зафиксированных отказов. По статистике отказов входящих в систему элементов определялись значения интенсивности отказов, затем выполнялись расчёты надёжности. Такой подход развивался в связи с решением проблемы надежности в радиоэлектронике и автоматике. В числе авторов работ, связанных с теорией надежности, Н. Ф. Хоциалов (механические системы), A. M. Берг, Н. Г. Бруевич (радиоэлектроника и автоматика), Б. В. Гнеденко, Ю. К. Беляев (математические вопросы теории надежности) и др., а также известные зарубежные авторы – Г. Майер, Дж. Нейман, К. Шеннон, А. Пирс.
В 60-е годы XX в. (второй период) стали учитывать влияние функциональных связей между элементами системы, влияние на отказы эксплуатационных факторов – температуры, среды, вибраций, электрической нагрузки и пр.
В результате накоплен богатый статистический материал, обобщённый теоретически.
Во второй половине 70-х годов (третий период) усилия учёных направлены на решение задач прогнозирования надёжности объектов и оценки надёжности сложных систем. Характерной особенностью периода стала глубина проникновения в физико-химические и статистические закономерности появления отказов в простых и сложных системах.
В современной теории надёжности выделяют направления: совершенствование конструктивных и технологических методов надёжности; обеспечение эксплуатационной надёжности.
Нормативной основой для развития указанных направлений являются международные и государственные стандарты, стандартные методики и программы обеспечения надёжности.
Открытие в 1985 г. Робертом Керлом, Гарольдом Крото и Ричардом Смолли фуллеренов явилось началом эпохи нанотехнологий. Новое аллотропное состояние углерода с его каркасной структурой, состоящей из пяти- и шестиугольных ячеек, с числом атомов от 36 до 540, расширило границы знания.
В 1991 г. С. Иидзима сообщил миру о существовании нанотрубок, в которых ячейки из образованных атомами углерода шестиугольников соединены в трубки диаметром до одного нанометра и длиной до нескольких десятков микрометров. Развитие области знаний о наномире неизбежно приведет к изменению понятия «надёжность». Это предположение основано на результатах оценки перспектив создания революционных технологий – программируемых матриц механосинтеза, которые делают возможным массовое производство с атомарной точностью любой материальной структуры [67].
1.2. основные понятия и определения
теории надёжности
Основные понятия теории надёжности установлены стандартом [7].
Надёжность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
Надёжность является сложной характеристикой, сочетающей свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Одно из самых важных свойств надёжности элементов и систем –безотказность:
– означает свойство объекта находиться в работоспособном состоянии в течение некоторого времени;
– относится к режиму эксплуатации объекта;
– подразумевает исключение учёта перерывов в работе объекта (плановых и неплановых);
– показывает техническое состояние объекта: исправность, неисправность, работоспособность, неработоспособность, дефект, повреждение и отказ; каждое из этих состояний описывается совокупностью значений параметров объекта и качественных признаков; номенклатура этих параметров и признаков, а также пределы их допустимых изменений устанавливаются нормативной документацией на объект.
Согласно [7], безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.
Долговечность – свойство объектов сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Ремонтопригодность – свойство приспособленности объекта: а) к предупреждению и обнаружению причин отказов, повреждений; б) к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
Свойством ремонтопригодности обусловлено деление объектов на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Это деление условно и зависит от рассматриваемой ситуации.
Сохраняемость – свойство объекта сохранять состояние безотказности, ремонтопригодности и долговечности:
а) в течение (после) срока хранения;
б) при транспортировании.
Предметом анализа надёжности являются состояния отказа и работоспособности объекта.
Объект – техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.
Понятием изделие обозначается единица продукции, выпускаемой данным предприятием.
В зависимости от условий выполняемой задачи один и тот же технический объект может называться системой или элементом.
Система – объект, в котором различаются взаимозависимые части, объединенные одной задачей. Система представляет собой совокупность элементов, связанных определенными отношениями и взаимодействующих таким образом, чтобы обеспечить выполнение системой некоторой достаточно сложной
функции.
Элемент – ограниченный объект, являющийся частью другого объекта.
Связь понятий «система» и «элемент» относительна, так как любой объект может быть системой в одних условиях и элементом – в других. Например, производящий энергию объект является системой, но в объединении подобных объектов он становится элементом.
Исправность – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной) документации.
Неисправность – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной) документации.
Работоспособность – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной) документации.
Неработоспособность – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной) документации.
Работоспособность и неработоспособность в общем случае могут быть полными или частичными. Полностью работоспособный объект обеспечивает в определённых условиях максимальную эффективность его применения.
Предельное состояние – такое состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна либо восстановление его работоспособного состояния недопустимо или нецелесообразно.
Критерии предельного состояния – признаки, устанавливаемые в нормативно-технической и конструкторской документации.
Дефект (по ГОСТ 15467–79) – событие, при котором нарушается исправное состояние объекта, но сохраняется его работоспособность.
Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправного состояния при сохранении работоспособного состояния.
Отказ –событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
В результате повреждений или отказов происходят переходы объектов из одних состояний в другие. При этом границы между состояниями условны и определяются значениями параметров, а также условиями работы объектов. Объекты, работоспособные в одних условиях, могут оказаться неработоспособными в других, оставаясь исправными.
К числу важнейших относится понятие «наработка». Его содержание и параметры будут рассмотрены в главе 3.
1.3. Классификация и характеристики отказов
При возникновении отказов в технической системе происходит следующее: изменяется характер работы, появляются внешние признаки отказов и зависимость от отказов других систем, уменьшается возможность дальнейшего полноценного использования системы, появляется необходимость оценить возможность устранения отказов, характер
устранения основных параметров отказов, определить причины возникновения отказов и др.
Содержание происходящих изменений:
1. Характер работы после возникновения отказов:
– параметрический отказ происходит вследствие превышения пределов допустимого изменения рабочего параметра. Продолжение эксплуатации машины, имеющей такой отказ, может привести к выпуску некачественной продукции или к снижению эффективности работы машины (например, к потере точности металлорежущего станка). Более того, в сложных машинах и системах параметрические отказы элементов могут привести к отказу функционирования;
– отказ функционирования (функциональный) наступает из-за прекращения выполнения объектом его основных функций, дальнейшая эксплуатация возможна только после ремонта.
2. Внешние признаки отказов:
– явный (очевидный) отказ – непосредственно воспринимается органами чувств или средствами контроля;
– неявный (скрытый) отказ – тот, для обнаружения которого требуется выполнение специальных операций контроля.
3. Зависимость от отказов других объектов:
– независимым называется отказ, не обусловленный отказом другого
объекта;
– зависимый отказ обусловлен отказом другого объекта.
4. Возможность дальнейшего использования объектов:
– полный отказ – прекращение объектом выполнения всех функций;
– частичный отказ – выполнение некоторых функций.
5. Возможность устранения отказов:
– устранимый отказ – такой, причины которого известны и могут быть устранены, что исключает их возникновение вновь для изделия данного вида;
– неустранимый отказ – такой, причины которого неизвестны или не могут быть устранены для изделия данного вида.
6. Характер устранения отказов:
– устойчивый отказ – требующий проведения специальной работы;
– самоустраняющийся отказ – кратковременное нарушение работоспособности;
– сбой – отказ, не нарушающий работоспособности объекта, приводящий к кратковременной потере или искажению полезной информации в системе;
– перемежающийся отказ – многократно возникающий самоустраняющийся отказ объекта, имеющий один и тот же характер.
7. Характер изменения основных параметров отказов:
– внезапный отказ – появляющийся при скачкообразном изменении значений одного или нескольких параметров объекта;