Основні терміни та визначення теорії надійності. Поняття «відмова» в теорії надійності Основні положення та стандарти теорії надійності

Надійність- властивість об'єкта зберігати у часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції у заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування. Під об'єктом тут і далі розуміється (якщо спеціально не обумовлено) предмет певного цільового призначення, що розглядається в періоди проектування, виробництва, експлуатації, досліджень і випробувань на надійність. Об'єктами можуть бути вироби, системи та їх елементи, зокрема споруди, установки, пристрої, машини, апарати, прилади та їх частини, агрегати та окремі деталі.

Надійність є комплексною властивістю, яка залежно від призначення об'єкта та умов його застосування може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, збереження або певні поєднання цих властивостей. У технічної діагностиці з перерахованих складових надійності першому плані висуваються, зазвичай, дві властивості - безвідмовність і ремонтопридатність об'єкта.

Безвідмовність- Властивість об'єкта безперервно зберігати працездатність протягом деякого часу або напрацювання.

Ремонтопридатність- властивість об'єкта, що полягає у пристосованості до підтримки та відновлення працездатного стану шляхом технічного обслуговування та ремонту.

Для визначення надійності та її складових необхідно знати технічний станоб'єкта - це такий стан, що характеризується у певний час, за певних умов довкілля значеннями параметрів, встановлених технічною документацією на об'єкт. До факторів, під впливом яких змінюється технічний стан об'єкта, належать такі:

· Дія кліматичних умов;

· Старіння матеріалів об'єкта з часом;

· Операції регулювання та налаштування в ході виготовлення або ремонту;

· Заміна елементів, вузлів або блоків об'єкта, що відмовили.

Про зміну технічного стану об'єкта судять за значеннями діагностичних (контрольованих) параметрів, що дозволяють визначити стан об'єкта без його розбирання. Теоретично надійності розглядаються такі види технічного стану: справне, несправне, працездатне, непрацездатне та граничне.

Справний стан(Справність) - стан об'єкта, при якому він відповідає всім вимогам технічної документації.

Несправний стан(несправність) - стан об'єкта, у якому він відповідає хоча б одній із вимог технічної документації (приклади: порушення лакофарбового покриття, вихід значень параметрів межі допуску, порушення ознак нормального функціонування об'єкта тощо. буд.).

Працездатний стан(Працездатність) - стан об'єкта, при якому значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам технічної документації. Працездатний стан характеризується сукупністю певних ознак, таких як знаходження значень заданих параметрів об'єкта в межах допусків, встановлених для цих параметрів, поряд якісних ознак, що визначають його нормальне функціонування. На відміну від справного об'єкта, працездатний повинен задовольняти лише тим вимогам технічної документації, виконання яких забезпечує його нормальне застосування за призначенням. Працездатний об'єкт може бути несправним - наприклад, не задовольняти естетичним вимогам, якщо погіршення зовнішнього вигляду об'єкта не перешкоджає застосуванню за призначенням.

Непрацездатний стан(Непрацездатність) - стан об'єкта, при якому значення хоча б одного параметра, що характеризує здатність виконувати задані функції, не відповідає вимогам технічної документації.

Граничний стан- стан об'єкта, у якому його подальша експлуатація неприпустима чи недоцільна, або відновлення його працездатного стану неможливе чи недоцільно.

Перехід об'єкта з одного стану до іншого відбувається внаслідок виникнення у ньому дефектів. Дефект- це кожна окрема невідповідність об'єкта до встановлених вимог. Залежно від наслідків дефекти поділяються на ушкодження та відмови.

Пошкодження- подія, що полягає у порушенні справного стану об'єкта за збереження працездатного стану. До пошкоджень відносять відхилення в зовнішньому вигляді об'єкта від вимог технічної документації, порушення в органах включення, налаштування та регулювання, а також деякі механічні пошкодження, що не перешкоджають застосуванню об'єкта за призначенням, але створюють незручності обслуговуючого персоналу та призводять до відмови об'єкта.

Пошкодженням є, наприклад, порушення лакофарбового покриття, що викликає перехід об'єкта зі справного стану в несправне збереження його працездатності.

Відмова- подія, що полягає у порушенні працездатного стану об'єкта. Ознаками виникнення відмови є неприпустимі зміни ознак працездатного стану об'єкта (вихід значень параметрів межі допуску, порушення ознак нормального функціонування). Для об'єкта, що не ремонтується, виникнення відмови веде в кінцевому підсумку до його переходу в граничний стан і зняття з експлуатації. Для об'єкта, що ремонтується, наслідки відмови усуваються відновленням і ремонтом.

За типом відмови поділяються на:

· Відмови функціонування, у яких припиняється виконання об'єктом основних функцій;

· Відмови параметричні, при яких параметри об'єкта змінюються у неприпустимих межах (наприклад, втрата точності вимірювання напруги вольтметром).

За своєю природою відмови можуть бути:

· випадкові, обумовлені непередбаченими навантаженнями, дефектами матеріалу, помилками персоналу, збоями системи управління тощо;

· систематичніобумовлені закономірними явищами, що викликають поступове накопичення ушкоджень: втома, старіння і т.п.

Основними ознаками класифікації відмов є:

· Характер виникнення;

· Причина виникнення; наслідки відмов;

· Подальше використання об'єкта;

· Легкість виявлення;

· Час виникнення.

за характеру виникненнявідмови можуть бути раптові, поступові та перемежуються. Раптовийвідмова - це відмова, що виявляється в різкій (мгненній) зміні характеристик об'єкта. Поступовийвідмова - відмова, що відбувається в результаті повільного, поступового погіршення характеристик об'єкта через знос і старіння матеріалів. Раптові відмови зазвичай проявляються у вигляді механічних пошкоджень елементів (поломки, пробої ізоляції, урвища тощо) і не супроводжуються попередніми видимими ознаками їх наближення. Раптова відмова характеризується незалежністю моменту настання від часу попередньої роботи. Переміжнимназивається самоустраняющаяся відмова (що виникає / зникає, наприклад, збій комп'ютера).

за причини виникненнявідмови можуть бути конструкційні, виробничі та експлуатаційні. Конструкційнийвідмова з'являється внаслідок недоліків та невдалої конструкції об'єкта. Виробничийвідмова пов'язана з помилками при виготовленні об'єкта через недосконалість або порушення технології. Експлуатаційнийвідмова викликається порушенням правил експлуатації об'єкта.

За ознакою подальшого використання об'єктавідмови можуть бути повні та часткові. Повнийвідмова виключає можливість роботи об'єкта до його усунення. У разі виникнення частковоговідмови об'єкт може частково використовуватися.

За ознакою легкості виявленнявідмови бувають очевидні (явні) та приховані (неявні).

за часу виникненнявідмови поділяються на приробіткові, що виникають у початковий період експлуатації, відмови при нормальній експлуатації, зносовівідмови, викликані незворотними процесами зношування деталей, старіння матеріалів тощо.

Вимкнення- Переведення об'єкта з робітника в неробочий стан.

Навмисне відключення- відключення, намічене та виконане обслуговуючим персоналом.

Відновлення- подія, що полягає у переході з непрацездатного стану до працездатного.

Увімкнення- Переведення об'єкта з неробочого стану до працездатного.

Старіння- Процес поступової зміни фізико-хімічних властивостей об'єкта, що викликається дією факторів, незалежних від режиму роботи об'єкта.

Зношування- процес поступового зміни фізико-хімічних властивостей об'єкта, викликаний дією чинників, що залежать від режиму роботи об'єкта.

Обслуговування- сукупність заходів, що вживаються задля збереження чи відновлення справності об'єкта.

Ремонт- сукупність заходів, що вживаються на відновлення працездатності об'єкта.

Оперативні відключення- Зміни схеми або режиму роботи об'єкта, що виконуються обслуговуючим персоналом.

Схема переходу об'єкта з одного стану до іншого представлена ​​на рис. 2.1.

Ряд важливих властивостей об'єкта характеризують вихідні параметри, які називаються пороговими (наприклад, максимальне навантаження, при якому зберігається працездатність виробу, максимально допустима температура, мінімально помітна амплітуда сигналу та ін.). Під пороговими вихідними данимимаються на увазі граничні значення зовнішніх параметрів, при яких ще виконується той чи інший обумовлений ознака правильності функціонування об'єкта.

Вимоги до вихідних параметрів зазвичай задаються в технічному завданні (ТЗ). Величини, що характеризують ці вимоги, називають технічними вимогами (ТТ). Вони задовольняються за рахунок зміни керованих параметрів Х.

У процесі проектування цікавлять ті значення керованих параметрів Х, які належать безлічі D, утвореному перетином множин Dxі D g :

Вирази (2.1) ... (2.2) означають, що безліч Dскладається з усіх векторів x = (x 1 , x 2 ,…, x n),для яких одночасно виконуються системи нерівностей

Безліч Dназивається допустимою областю зміникерованих параметрів Х. Будь-який вектор х, що належить допустимій області D,визначає працездатний(У сенсі задоволення технічним вимогам) варіант проектованого пристрою. Іншими словами, співвідношення між вихідними параметрами та технічними вимогами називають умовами працездатності.

За своєю структурою допустима область Dможе виявитися опуклим чи неопуклим безліччю, яке, своєю чергою, може бути однозв'язною чи многосвязной областю.

Допустима область Dназивається багатозв'язковим, якщо вона складається з декількох окремих частин (опуклих або неопуклих), які не пов'язані між собою. В іншому випадку допустима область Dназивається однозв'язковим. На рис. 2.2 наведено приклади однозв'язкової Dта багатозв'язковий D 1 та D 2 областей.

Для однозв'язкової області:

Для багатозв'язкової області, що складається з двох частин D 1і D 2

Приклад 2.1. Технічне завдання розроблення принципової схеми електронного підсилювача. Коефіціент посилення K 0 на середніх частотах повинен бути не менше 104; вхідний опір Rвх на середніх частотах - щонайменше 1МОм; вихідний опір Rвих – не більше 200 Ом; верхня гранична частота fне менше 100 кГц; температурний дрейф нуля Uін - трохи більше 50 мкВ/град; підсилювач повинен нормально функціонувати в діапазоні температур від -50 до +60 про С; напруги джерел живлення +5 та -5 В; граничні відхилення напруги джерел живлення повинні бути не більше ±0,5%, підсилювач експлуатується у стаціонарній установці.

У разі вихідними параметрами є коефіцієнт посилення, вхідний і вихідний опору, гранична частота, температурний дрейф, тобто. Y= .

До зовнішніх параметрів відносяться температура навколишнього середовища та напруги джерел живлення.

Внутрішні параметри в технічному завданні не згадуються, їхній перелік і зміст виявляються після синтезу структури схеми. До внутрішніх належать параметри резисторів, конденсаторів, транзисторів (параметри елементів схеми).

Позначимо вектор технічних вимог ТТ, тобто. ТТ = (104, 1 МОм, 200 Ом, 100 кГц, 50 мкВ/град).

У розглянутому прикладі умови працездатності мають такий вигляд нерівностей: K 0 ≥ 10 4 , Rвх ≥ 1 МОм, Rвих ≤ 0,2 кОм, f≥ 100 кГц, Uін ≤ 50 мкВ/град.

Попередні зауваження

В основу переліку покладено ГОСТ 27.002-89 "Надійність у техніці. Основні поняття. Терміни та визначення", що формулює терміни, що застосовуються в науці та техніці, та визначення в галузі надійності. Однак не всі терміни охоплюються зазначеним ГОСТом, тому в окремих пунктах запроваджено додаткові терміни, зазначені "зірочкою" (*).

Об'єкт, елемент, система

Теоретично надійності використовують поняття об'єкт, елемент, система.

Об'єкт- технічний виріб певного цільового призначення, що розглядається у періоди проектування, виробництва, випробувань та експлуатації.

Об'єктами можуть бути різні системи та їх елементи, зокрема: споруди, установки, технічні вироби, пристрої, машини, апарати, прилади та їх частини, агрегати та окремі деталі.
Елемент системи – об'єкт, що представляє окрему частину системи. Саме поняття елемента умовно і щодо, оскільки будь-який елемент, своєю чергою, завжди можна як сукупність інших елементів.

Поняття система та елемент виражені один через одного, оскільки одне з них слід було б прийняти як вихідне, постулювати. Поняття ці відносні: об'єкт, який вважався системою одному дослідженні, може розглядатися як елемент, якщо вивчається об'єкт більшого масштабу. З іншого боку, саме розподіл системи на елементи залежить від характеру розгляду (функціональні, конструктивні, схемні чи оперативні елементи), від необхідної точності проведеного дослідження, рівня наших уявлень, від об'єкта загалом.

Людина-оператор також є однією з ланок системи людина-машина.

Система - об'єкт, що є сукупністю елементів, пов'язаних між собою певними відносинами і взаємодіючих в такий спосіб, щоб забезпечити виконання системою деякої досить складної функції.

Ознакою системності є структурованість системи, взаємопов'язаність складових її частин, підпорядкованість організації всієї системи певної мети. Системи функціонують у просторі та часі.

Стан об'єкту

Справність- стан об'єкта, у якому він відповідає всім вимогам, встановленим нормативно-технічної документацією (НТД).

Несправність- стан об'єкта, у якому він відповідає хоча б одній із вимог, встановлених НТД.

Працездатність- стан об'єкта, у якому він здатний виконувати задані функції, зберігаючи значення основних параметрів у межах, встановлених НТД.

Основні параметри характеризують функціонування об'єкта під час виконання поставлених завдань та встановлюються у нормативно-технічній документації.

Непрацездатність- стан об'єкта, у якому значення хоча одного заданого параметра характеризує здатність виконувати задані функції, відповідає вимогам, встановленим НТД.

Поняття справність ширше, аніж поняття працездатність. Працездатний об'єкт на відміну справного задовольняє лише тим вимогам НТД, які забезпечують його нормальне функціонування і під час поставлених завдань.

Працездатність та непрацездатність у загальному випадку можуть бути повними або частковими. Повністю працездатний об'єкт забезпечує за певних умов максимальну ефективність його застосування. Ефективність застосування в цих умовах частково працездатного об'єкта менша максимально можливої, але значення її показників при цьому ще знаходяться в межах, встановлених для такого функціонування, яке вважається нормальним. Частково непрацездатний об'єкт може функціонувати, але рівень ефективності при цьому нижче, ніж допускається. Цілком непрацездатний об'єкт застосовувати за призначенням неможливо.
Поняття часткової працездатності та часткової непрацездатності застосовують головним чином складних систем, котрим характерна можливість перебування у кількох станах. Ці стани відрізняються рівнями ефективності функціонування системи. Працездатність і непрацездатність деяких об'єктів може бути повними, тобто. вони можуть мати лише два стани.
Працездатний об'єкт на відміну справного зобов'язаний задовольняти лише тим вимогам НТД, виконання яких забезпечує нормальне застосування об'єкта за призначенням. При цьому він може не задовольняти, наприклад, естетичні вимоги, якщо погіршення зовнішнього вигляду об'єкта не перешкоджає його нормальному (ефективному) функціонуванню.

Очевидно, що працездатний об'єкт може бути несправним, проте відхилення від вимог НТД при цьому не є настільки суттєвими, щоб порушувалося нормальне функціонування.
Граничний стан - стан об'єкта, при якому його подальше застосування за призначенням має бути припинено через непереборне порушення вимог безпеки або непереборне відхилення заданих параметрів за встановлені межі, неприпустиме збільшення експлуатаційних витрат або необхідність проведення капітального ремонту.

Ознаки (критерії) граничного стану встановлюються НТД даний об'єкт.

Невідновлюваний об'єкт досягає граничного стану при виникненні відмови або при досягненні заздалегідь встановленого гранично допустимого значення терміну служби або сумарного напрацювання, що встановлюються з міркувань безпеки експлуатації у зв'язку з незворотним зниженням ефективності використання нижче допустимої або у зв'язку зі збільшенням інтенсивності відмов, закономірним для об'єктів даного типу після встановлений період експлуатації.
Для об'єктів, що відновлюються, перехід у граничний стан визначається настанням моменту, коли подальша експлуатація неможлива або недоцільна внаслідок наступних причин:
- стає неможливим підтримання його безпеки, безвідмовності чи ефективності на мінімально допустимому рівні;
- внаслідок зношування та (або) старіння об'єкт прийшов у такий стан, при якому ремонт вимагає неприпустимо великих витрат або не забезпечує необхідного ступеня відновлення справності чи ресурсу.

Для деяких об'єктів, що відновлюються, граничним станом вважається таке, коли необхідне відновлення справності може бути здійснене тільки за допомогою капітального ремонту.
Режимна керованість* - властивість об'єкта підтримувати нормальний режим за допомогою керування з метою збереження чи відновлення нормального режиму роботи.

Перехід об'єкта в різні стани

Пошкодження - подія, що полягає у порушенні справності об'єкта за збереження його працездатності.

Відмова- подія, що полягає у порушенні працездатності об'єкта.

Критерій відмови - відмітна ознака чи сукупність ознак, за якими встановлюється факт відмови.

Ознаки (критерії) відмов встановлюються НТД даний об'єкт.
Відновлення - процес виявлення та усунення відмови (пошкодження) з метою відновлення його працездатності (справності).

Відновлюваний об'єкт- об'єкт, працездатність якого у разі виникнення відмови підлягає відновленню в умовах, що розглядаються.

Невідновлюваний об'єкт- об'єкт, працездатність якого у разі виникнення відмови не підлягає відновленню в умовах, що розглядаються.

При аналізі надійності, особливо у виборі показників надійності об'єкта, важливе значення має рішення, що має бути прийнято у разі відмови об'єкта. Якщо в ситуації, що розглядається, відновлення працездатності даного об'єкта при його відмові з яких-небудь причин визнається недоцільним або нездійсненним (наприклад, через неможливість переривання виконуваної функції), то такий об'єкт у цій ситуації є невідновлюваним. Таким чином, один і той же об'єкт в залежності від особливостей або етапів експлуатації може вважатися таким, що відновлюється або не відновлюється. Наприклад, апаратура метеосупутника на етапі зберігання відноситься до відновлюваної, а під час польоту в космосі - відновлюваної. Більше того, навіть один і той же об'єкт можна віднести до того чи іншого типу в залежності від призначення: ЕОМ, яка використовується для неоперативних обчислень, є об'єктом, що відновлюється, тому що в разі відмови будь-яка операція може бути повторена, а та ж ЕОМ, що управляє складним технологічним процесом у хімії є об'єктом невідновлюваним, оскільки відмова або збій призводить до непоправних наслідків.
Аварія* - подія, що полягає в переході об'єкта з одного рівня працездатності або відносного рівня функціонування на інший, значно нижчий, з великим порушенням режиму роботи об'єкта. Аварія може призвести до часткового або повного руйнування об'єкта, створення небезпечних умов для людини та навколишнього середовища.

Тимчасові характеристики об'єкту

Напрацювання – тривалість чи обсяг роботи об'єкта. Об'єкт може працювати безперервно або з перервами. У другому випадку враховується сумарне напрацювання. Напрацювання може вимірюватися в одиницях часу, циклах, одиницях виробітку та ін одиницях. У процесі експлуатації розрізняють добове, місячне напрацювання, напрацювання до першої відмови, напрацювання між відмовими, задане напрацювання і т.д.
Якщо об'єкт експлуатується в різних режимах навантаження, то, наприклад, напрацювання в полегшеному режимі може бути виділено та враховуватися окремо від напрацювання за номінального навантаження.

Технічний ресурс- Напрацювання об'єкта від початку його експлуатації до досягнення граничного стану.

Зазвичай вказується, який саме технічний ресурс мають на увазі: до середнього, капітального, від капітального до найближчого середнього тощо. Якщо конкретної вказівки немає, то мають на увазі ресурс від початку експлуатації до досягнення граничного стану після всіх (середніх і капітальних) ремонтів, тобто. до списання за технічним станом.

Строк служби- Календарна тривалість експлуатації об'єкта від її початку або відновлення після капітального або середнього ремонту до настання граничного стану.

Під експлуатацією об'єкта розуміється стадія його існування у розпорядженні споживача за умови застосування об'єкта за призначенням, що може чергуватись із зберіганням, транспортуванням, технічним обслуговуванням та ремонтом, якщо це здійснюється споживачем.

Термін збереження- календарна тривалість зберігання та (або) транспортування об'єкта в заданих умовах, протягом та після якої зберігаються значення встановлених показників (у тому числі і показників надійності) у заданих межах.

Визначення надійності
Робота будь-якої технічної системи може характеризуватись її ефективністю (рис. 4.1.1), під якою розуміється сукупність властивостей, що визначають здатність системи виконувати при її створенні певні завдання.

Мал. 4.1.1. Основні властивості технічних систем

Відповідно до ГОСТ 27.002-89 під надійністю розуміють властивість об'єкта зберігати у часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції у заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, ремонтів, зберігання та транспортування.

Таким чином:
1. Надійність- властивість об'єкта зберігати у часі здатність виконувати необхідні функції. Наприклад: для електродвигуна - забезпечувати необхідний момент на валу та швидкість; для системи електропостачання – забезпечувати електроприймачі енергією необхідної якості.

2. Виконання необхідних функцій має відбуватися за значеннями параметрів у встановлених межах. Наприклад: для електродвигуна - забезпечувати необхідний момент і швидкість при температурі двигуна, що не перевищує певної межі, відсутність виділення джерела вибуху, пожежі і т.д.

3. Здатність виконувати необхідні функції повинна зберігатись у заданих режимах (наприклад, у повторно-короткочасному режимі роботи); у заданих умовах (наприклад, в умовах запиленості, вібрації тощо).

4. Об'єкт повинен мати властивість зберігати здатність виконувати необхідні функції в різні фази його життя: при робочій експлуатації, технічному обслуговуванні, ремонті, зберіганні та транспортуванні.

Надійність- Важливий показник якості об'єкта. Його не можна протиставляти, ні змішувати з іншими показниками якості. Явно недостатньою, наприклад, буде інформація про якість очисної установки, якщо відомо тільки те, що вона має певну продуктивність і деякий коефіцієнт очищення, але невідомо, наскільки стійко зберігаються ці характеристики при її роботі. Некорисна також інформація, що установка стійко зберігає властиві їй характеристики, але невідомі значення цих характеристик. Ось чому визначення поняття надійності входить виконання заданих функцій і збереження цієї властивості при використанні об'єкта за призначенням.

Залежно від призначення об'єкта воно може містити в різних поєднаннях безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, збереження. Наприклад, для об'єкта, що не відновлюється, не призначеного для зберігання, надійність визначається його безвідмовністю при використанні за призначенням. Інформація про безвідмовність виробу, що відновлюється, який тривалий час перебуває в стані зберігання і транспортування, не повною мірою визначає його надійність (при цьому необхідно знати і про ремонтопридатність, і збереження). У ряді випадків дуже важливого значення набуває властивість виробу зберігати працездатність до граничного стану (зняття з експлуатації, передача в середній чи капітальний ремонт), тобто. необхідна інформація не лише про безвідмовність об'єкта, а й про його довговічність.

Технічна характеристика, кількісним чином визначає одне або кілька властивостей, що становлять надійність об'єкта, називається показник надійності. Він кількісно характеризує, якою мірою даному об'єкту чи цій групі об'єктів притаманні певні властивості, що зумовлюють надійність. Показник надійності може мати розмірність (наприклад, середній час відновлення) або її (наприклад, ймовірність безвідмовної роботи).

Надійність у випадку - комплексне властивість, що включає такі поняття, як безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, сохраняемость. Для конкретних об'єктів та умов їх експлуатації ці якості можуть мати різну відносну значимість.

Безвідмовність - властивість об'єкта безперервно зберігати працездатність протягом деякого напрацювання або протягом деякого часу.

Ремонтопридатність - властивість об'єкта бути пристосованим до попередження та виявлення відмов та пошкоджень, до відновлення працездатності та справності у процесі технічного обслуговування та ремонту.

Довговічність – властивість об'єкта зберігати працездатність до настання граничного стану з необхідним перериванням для технічного обслуговування та ремонтів.

Зберігається - властивість об'єкта безперервно зберігати справний та працездатний стан протягом (і після) зберігання та (або) транспортування.

Для показників надійності використовуються дві форми подання: імовірнісна та статистична. Імовірнісна форма зазвичай буває зручніша при апріорних аналітичних розрахунках надійності, статистична - при експериментальному дослідженні надійності технічних систем. Крім того, виявляється, що одні показники краще інтерпретуються у ймовірнісних термінах, а інші – у статистичних.

Показники безвідмовності та ремонтопридатності
Напрацювання до відмови- ймовірність того, що в межах заданого напрацювання відмова об'єкта не виникне (за умови працездатності у початковий момент часу).
Для режимів зберігання та транспортування може застосовуватися аналогічно визначений термін "імовірність виникнення відмови".

Середнє напрацювання до відмови - математичне очікування випадкового напрацювання об'єкта до першої відмови.
Середнє напрацювання між відмовами - математичне очікування випадкового напрацювання об'єкта між відмовами.

Зазвичай цей показник відноситься до процесу експлуатації, що встановився. В принципі середнє напрацювання між відмовами об'єктів, що складаються з елементів, що старіють у часі, залежить від номера попередньої відмови. Однак із зростанням номера відмови (тобто зі збільшенням тривалості експлуатації) ця величина прагне деякої постійної, або, як кажуть, до свого стаціонарного значення.
Середнє напрацювання на відмову - відношення напрацювання об'єкта, що відновлюється, за деякий період часу до математичного очікування кількості відмов протягом цього напрацювання.

Цим терміном можна назвати коротко середнє напрацювання до відмови і середнє напрацювання між відмовими, коли обидва показники збігаються. Для збігу останніх необхідно, щоб після кожної відмови об'єкт відновлювався до початкового стану.

Задане напрацювання- напрацювання, протягом якого об'єкт повинен безвідмовно працювати для виконання своїх функцій.

Середній час простою- Математичне очікування випадкового часу вимушеного нерегламентованого перебування об'єкта у стані непрацездатності.

Середній час відновлення- Математичне очікування випадкової тривалості відновлення працездатності (власне ремонту).

Імовірність відновлення – ймовірність того, що фактична тривалість відновлення працездатності об'єкта не перевищить заданої.

Показник технічної ефективності функціонування- міра якості власне функціонування об'єкта чи доцільності використання об'єкта до виконання заданих функций.
Це визначається кількісно як математичне очікування вихідного ефекту об'єкта, тобто. залежно від призначення системи набуває конкретного виразу. Часто показник ефективності функціонування окреслюється повна ймовірність виконання об'єктом завдання з урахуванням можливого зниження якості його роботи через виникнення часткових відмов.

Коефіцієнт збереження ефективності- Показник, що характеризує вплив ступеня надійності до максимально можливого значення цього показника (тобто відповідного стану повної працездатності всіх елементів об'єкта).

Нестаціонарний коефіцієнт готовності- ймовірність того, що об'єкт виявиться працездатним у заданий момент часу, що відраховується від початку роботи (або від іншого чітко визначеного моменту часу), для якого відомий початковий стан цього об'єкта.

Середній коефіцієнт готовності- усереднене на заданому інтервалі часу значення нестаціонарного коефіцієнта готовності.

Стаціонарний коефіцієнт готовності(Коефіцієнт готовності) - ймовірність того, що відновлюваний об'єкт виявиться працездатним в довільно обраний момент часу в процесі експлуатації. (Коефіцієнт готовності може бути визначений і як відношення часу, протягом якого об'єкт перебуває в працездатному стані, до загальної тривалості аналізованого періоду. Передбачається, що розглядається процес експлуатації, математичною моделлю якого є стаціонарний випадковий процес. Коефіцієнт готовності є граничним значенням, до якого прагнуть і нестаціонарний, і середній коефіцієнти готовності зі зростанням інтервалу часу, що розглядається.

Часто використовуються показники, що характеризують простий об'єкт, - звані коефіцієнти простою відповідного типу. Кожному коефіцієнту готовності можна поставити у відповідність певний коефіцієнт простою, чисельно рівний доповненню відповідного коефіцієнта готовності до одиниці. У відповідних термінах працездатність слід замінити на непрацездатність.

Нестаціонарний коефіцієнт оперативної готовності - ймовірність того, що об'єкт, перебуваючи в режимі очікування, виявиться працездатним у заданий момент часу, що відраховується від початку роботи (або від іншого чітко визначеного часу), і починаючи з цього моменту часу працюватиме безвідмовно протягом заданого часу.

Середній коефіцієнт оперативної готовності- усереднене на заданому інтервалі значення нестаціонарного коефіцієнта оперативної готовності.

Стаціонарний коефіцієнт оперативної готовності(Коефіцієнт оперативної готовності) - ймовірність того, що відновлюваний елемент виявиться працездатним у довільний момент часу, і з цього моменту працюватиме безвідмовно протягом заданого інтервалу часу.
Передбачається, що розглядається встановлений процес експлуатації, якому відповідають як математичну модель стаціонарний випадковий процес.

Коефіцієнт технічного використання- Відношення середнього напрацювання об'єкта в одиницях часу за деякий період експлуатації до суми середніх значень напрацювання, часу простою, зумовленого технічним обслуговуванням, та часу ремонтів за той же період експлуатації.

Інтенсивність відмов- умовна щільність ймовірності відмови невідновлюваного об'єкта, яка визначається для моменту часу, що розглядається, за умови, що до цього моменту відмова не виникла.
Параметр потоку відмов - щільність ймовірності виникнення відмови відновлюваного об'єкта, що визначається для моменту часу, що розглядається.

Параметр потоку відмови може бути визначений як відношення числа відмов об'єкта за певний інтервал часу до тривалості інтервалу при ординарному потоці відмов.

Інтенсивність відновлення- умовна щільність ймовірності відновлення працездатності об'єкта, визначена для моменту часу, що розглядається, за умови, що до цього моменту відновлення не було завершено.

Показники довговічності та збереження

Гамма-відсотковий ресурс- напрацювання, протягом якої об'єкт не досягає граничного стану із заданою ймовірністю 1-?.

Середній ресурс- Математичне очікування ресурсу.

Призначений ресурс- сумарне напрацювання об'єкта, при досягненні якого експлуатація має бути припинена незалежно від його стану.

Середній ремонтний ресурс- Середній ресурс між суміжними капітальними ремонтами об'єкта.

Середній ресурс до списання- Середній ресурс об'єкта від початку експлуатації до його списання.

p align="justify"> Середній ресурс до капітального ремонту середній ресурс від початку експлуатації об'єкта до його першого капітального ремонту.

Гамма-відсотковий термін служби- Термін служби, протягом якого об'єкт не досягає граничного стану з ймовірністю 1-?.

Середній термін служби- Математичне очікування терміну служби.

Середній міжремонтний термін служби- Середній термін служби між суміжними капітальними ремонтами об'єкта.

Середній термін служби до капітального ремонту- Середній термін служби від початку експлуатації об'єкта до першого капітального ремонту.

Середній термін служби до списання- Середній термін служби від початку експлуатації об'єкта до списання.

Гамма-відсотковий термін зберігання- Тривалість зберігання, протягом якої в об'єкта зберігаються встановлені показники із заданою ймовірністю 1-?.

Середній термін зберігання- Математичне очікування терміну збереження.

Види надійності

Багатоцільове призначення обладнання та систем призводить до необхідності досліджувати ті чи інші сторони надійності з урахуванням причин, що формують надійні властивості об'єктів. Це призводить до необхідності підрозділу надійності на види.

Розрізняють:
- Апаратурну надійність, обумовлену станом апаратів; у свою чергу, вона може підрозділятися на надійність конструктивну, схемну, виробничо-технологічну;
- функціональну надійність, що з виконанням певної функції (чи комплексу функцій), покладених на об'єкт, систему;
- Експлуатаційну надійність, обумовлену якістю використання та обслуговування;
- програмну надійність, зумовлену якістю програмного забезпечення (програм, алгоритмів дій, інструкцій тощо);
- надійність системи "людина-машина", яка залежить від якості обслуговування об'єкта людиною-оператором.

Характеристики відмов

Одним із основних понять теорії надійності є поняття відмови (об'єкта, елемента, системи).
Відмова об'єкта - подія, у тому, що об'єкт повністю чи частково перестає виконувати задані функції. За повної втрати працездатності виникає повна відмова, при частковій - часткова. Поняття повної та часткової відмов щоразу мають бути чітко сформульовані перед аналізом надійності, оскільки від цього залежить кількісна оцінка надійності.

З причин виникнення відмов у цьому місці розрізняють:
відмови через конструктивні дефекти;
відмови через технологічні дефекти;
відмови через експлуатаційні дефекти;
відмови через поступове старіння (зносу).
Відмови внаслідок конструктивних дефектів виникають як наслідок недосконалості конструкції через "промахи" при конструюванні. У цьому випадку найбільш поширеними є недооблік "пікових" навантажень, застосування матеріалів з низькими споживчими властивостями, схемні "промахи" та ін. Відмови цієї групи позначаються на всіх екземплярах виробу, об'єкта, системи.
Відмови через технологічні дефекти виникають як наслідок порушення прийнятої технології виготовлення виробів (наприклад, вихід окремих характеристик за встановлені межі). Відмови цієї групи характерні окремих партій виробів, під час виготовлення яких спостерігалися порушення технології виготовлення.

Відмови через експлуатаційні дефекти виникають через невідповідність необхідних умов експлуатації, правил обслуговування дійсним. Відмови цієї групи характерні окремих екземплярів виробів.

Відмови через поступове старіння (зносу) внаслідок накопичення незворотних змін у матеріалах, що призводять до порушення міцності (механічної, електричної), взаємодії частин об'єкта.

Відмови за причинними схемами виникнення поділяються на такі групи:
відмови з миттєвою схемою виникнення;
відмови з поступовою схемою виникнення;
відмови з релаксаційною схемою виникнення;
відмови з комбінованими схемами виникнення.
Відмови з миттєвою схемою виникнення характеризуються тим, що час настання відмови залежить від часу попередньої експлуатації та стану об'єкта, момент відмови настає випадково, раптово. Прикладами реалізації такої схеми можуть бути відмови виробів під дією пікових навантажень в електричній мережі, механічне руйнування стороннім зовнішнім впливом і т.п.
Відмови із поступовою схемою виникнення відбуваються за рахунок поступового накопичення внаслідок фізико-хімічних змін у матеріалах ушкоджень. При цьому значення деяких "вирішальних" параметрів виходять за допустимі межі, і об'єкт (система) не здатний виконувати задані функції. Прикладами реалізації поступової схеми виникнення можуть бути відмови внаслідок зниження опору ізоляції, електричної ерозії контактів тощо.

Відмови з релаксаційною схемою виникнення характеризуються початковим поступовим накопиченням ушкоджень, які створюють умови для стрибкоподібної (різкої) зміни стану об'єкта, після якого виникає відмовний стан. Прикладами реалізації релаксаційної схеми виникнення відмов можуть бути пробою ізоляції кабелю внаслідок корозійного руйнування броні.

Відмови з комбінованими схемами виникнення характерні ситуацій, коли одночасно діють кілька причинних схем. Прикладом, що реалізує цю схему, може бути відмова двигуна в результаті короткого замикання з причин зниження опору ізоляції обмоток і перегріву.
При аналізі надійності необхідно виявляти переважаючі причини відмов і лише потім, якщо у цьому є необхідність, враховувати вплив інших причин.

За тимчасовим аспектом та ступенем передбачуваності відмови поділяються на раптові та поступові.
За характером усунення з часом розрізняють стійкі (остаточні) та самоусувні (короткочасні) відмови. Короткочасна відмова називається збоєм. Характерною ознакою збою є те, що відновлення працездатності після його виникнення не потребує ремонту апаратури. Прикладом може бути короткочасна перешкода при прийомі сигналу, дефекти програми і т.п.
Для цілей аналізу та дослідження надійності причинні схеми відмов можна подати у вигляді статистичних моделей, які внаслідок ймовірнісного виникнення ушкоджень описуються ймовірнісними законами.

Види відмов та причинні зв'язки

Відмовлення елементів систем є основними предметами дослідження під час аналізу причинних зв'язків.
Як показано у внутрішньому кільці (рис.4.1.2), розташованому навколо "відмови елементів", відмови можуть виникати в результаті:
1) первинних відмов;
2) вторинних відмов;
3) помилкових команд (ініційовані відмови).

Відмови всіх цих категорій можуть мати різні причини, наведені у зовнішньому кільці. Коли точний вид відмов визначено і дані щодо них отримані, а кінцева подія є критичним, вони розглядаються як вихідні відмови.

Первинний відмова елемента визначають як неробочий стан цього елемента, причиною якого є він сам, і необхідно виконати ремонтні роботи для повернення елемента до робочого стану. Первинні відмови відбуваються при вхідних впливах, значення яких перебуває у межах, які у розрахунковому діапазоні, а відмови пояснюються природним старінням елементів. Розрив резервуара внаслідок старіння (втоми) матеріалу є прикладом первинної відмови.
Вторинна відмова - така сама, як первинна, за винятком того, що сам елемент не є причиною відмови. Вторинні відмови пояснюються впливом попередніх або поточних надлишкових напруг на елементи. Амплітуда, частота, тривалість дії цих напруг можуть виходити за межі допусків або мати зворотну полярність і викликаються різними джерелами енергії: термічною, механічною, електричною, хімічною, магнітною, радіоактивною тощо. Ці напруги викликаються сусідніми елементами чи довкіллям, наприклад - метеорологічними (злива, вітрове навантаження), геологічними умовами (зсуви, осідання грунтів), і навіть впливом із боку інших технічних систем.

Мал. 4.1.2. Характеристики відмов елементів

Прикладом вторинних відмов є "спрацьовування запобіжника від підвищеного електричного струму", "ушкодження ємностей для зберігання при землетрусі". Слід зазначити, що усунення джерел підвищених напруг не гарантує повернення елемента в робочий стан, так як попереднє навантаження могло викликати незворотне пошкодження елемента, що вимагає в цьому випадку ремонту.
Ініційовані відмови (помилкові команди). Люди, наприклад, оператори та обслуговуючий технічний персонал також є можливими джерелами вторинних відмов, якщо їх дії призводять до виходу елементів з ладу. Помилкові команди подаються у вигляді елемента, що знаходиться в неробочому стані через неправильний сигнал керування або перешкод (при цьому лише іноді потрібний ремонт для повернення даного елемента в робочий стан). Мимовільні сигнали керування або перешкоди часто не залишають наслідків (ушкоджень), і в наступних нормальних режимах елементи працюють відповідно до заданих вимог. Типовими прикладами помилкових команд є: "напруга прикладена мимоволі до обмотки реле", "перемикач випадково не розімкнувся через перешкоди", "перешкоди на вході контрольного приладу в системі безпеки викликали помилковий сигнал на зупинку", "оператор не натиснув на аварійну кнопку" (Помилкова команда від аварійної кнопки).

Множинна відмова (відмови загального характеру) є подія, при якій кілька елементів виходять з ладу з однієї і тієї ж причини. До таких причин можуть бути віднесені такі:
- конструкторські недоробки обладнання (дефекти, які не виявлені на стадії проектування та призводять до відмови внаслідок взаємної залежності між електричними та механічними підсистемами або елементами надлишкової системи);
- помилки експлуатації та технічного обслуговування (неправильне регулювання або калібрування, недбалість оператора, неправильне поводження тощо);
- Вплив навколишнього середовища (волога, пил, бруд, температура, вібрація, а також екстремальні режими нормальної експлуатації);
- Зовнішні катастрофічні впливи (природні зовнішні явища, такі, як повінь, землетрус, пожежа, ураган);
- загальний виробник (обладнання, що резервується, або його компоненти, що поставляються одним і тим же виробником, можуть мати загальні конструктивні або виробничі дефекти. Наприклад, виробничі дефекти можуть бути викликані неправильним вибором матеріалу, помилками в системах монтажу, неякісною пайкою тощо);
- загальне зовнішнє джерело живлення (загальне джерело живлення для основного та резервного обладнання, резервованих підсистем та елементів);
- неправильне функціонування (неправильно вибраний комплекс вимірювальних приладів або незадовільно сплановані заходи захисту).

Відомий цілий ряд прикладів багатьох відмов: так, деякі паралельно з'єднані пружинні реле виходили з ладу одночасно і їх відмови були викликані загальною причиною; внаслідок неправильного розчеплення муфт при технічному обслуговуванні два клапани виявилися встановленими у неправильне положення; через руйнування паропроводу мали місце одразу кілька відмов комутаційного щита. У деяких випадках загальна причина викликає не повну відмову резервованої системи (одночасна відмова кількох вузлів, тобто граничний випадок), а менш серйозне загальне зниження надійності, що призводить до підвищення ймовірності спільної відмови вузлів систем. Таке явище спостерігається у разі виключно несприятливих навколишніх умов, коли погіршення характеристик призводить до відмови резервного вузла. Наявність загальних несприятливих зовнішніх умов призводить до того, що відмова другого вузла залежить від відмови першого та спарений з ним.

Для кожної загальної причини необхідно визначити всі вихідні події, що викликаються нею. При цьому визначають сферу дії кожної загальної причини, а також місце розташування елементів та час події. Деякі загальні причини мають лише обмежену сферу дії. Наприклад, витік рідини може обмежуватися одним приміщенням, та електричні установки, їх елементи в інших приміщеннях не будуть пошкоджені внаслідок витоків, якщо ці приміщення не повідомляються один з одним.

Відмову вважають у порівнянні з іншою більш критичною, якщо її краще розглядати в першу чергу при розробці питань надійності та безпеки. При порівняльній оцінці критичності відмов враховують наслідки відмови, можливість виникнення, можливість виявлення, локалізації тощо.

Зазначені вище властивості технічних об'єктів та промислова безпека – взаємопов'язані. Так, при незадовільній надійності об'єкта навряд чи слід очікувати хороших показників щодо його безпеки. У той самий час, перелічені властивості мають самостійні функції. Якщо при аналізі надійності вивчається здатність об'єкта виконувати задані функції (за певних умов експлуатації) у встановлених межах, то при оцінці промислової безпеки виявляють причинно-наслідкові зв'язки виникнення та розвитку аварій та інших порушень із всебічним аналізом наслідків цих порушень.

Коефіцієнти Стьюдента Додаток 1.

Додаток 2

ОСНОВИ ТЕОРІЇ НАДІЙНОСТІ

ОСНОВНІ ТЕРМІНИ І ВИЗНАЧЕННЯ ТЕОРІЇ НАДІЙНОСТІ

Надійність– властивість об'єкта зберігати в часі у встановлених межах усі параметри, що забезпечують виконання необхідних функцій у заданих умовах (умовах застосування, технічного обслуговування, ремонту, зберігання та транспортування).

Надійність одна із властивостей, характеризуючих якість виробів. Під якістюВиробів розуміється сукупність властивостей виробів, що зумовлюють його придатність задовольняти певні потреби відповідно до його призначення.

Об'єкти, Розглянуті в теорії надійності:

виріб –одиниця продукції, що випускається цим підприємством, цехом тощо;

елемент –умовно неподільна складова частина системи;

система –сукупність елементів, що спільно діють, призначена для самостійного виконання заданих функцій.

Вироби поділяються на невідновлювані, які не можуть бути відновлені споживачем (ел. лампи тощо) та відновлювані, які можуть бути відновлені споживачем (автомобіль і т.д.).

Станувироби, що характеризують його надійність:

працездатний стан –стан виробу, при якому він здатний виконувати задані функції;

справний стан -стан виробу, у якому воно задовольняє як основним, а й усім допоміжним вимогам. Справний виріб обов'язково працездатний.

граничний стан -непрацездатний стан виробу, у якому експлуатація чи відновлення виробу недоцільні.

Подія, що характеризує надійність виробу:

відмова –подія, що полягає у повній або частковій втраті працездатності.

Відмова виникає внаслідок наявності у виробі одного чи кількох дефектів. Під дефектомрозуміється кожна окрема невідповідність виробу встановленим вимогам. Слід зазначити, що поява дефектів який завжди призводить до відмови виробів.

Критерієм відмовиназивають ознаки непрацездатного стану виробу, встановлені у нормативно-технічній чи конструкторській документації.

Відповідно до характеру розвитку та прояву відмови ділять на раптові(Поломки від перевантажень), поступові розвитку та раптові прояву(втомні руйнування, перегорання ламп) та поступові(Зношування, старіння). Поступові відмови полягають у плавному виході параметрів за межі допуску.

По можливості подальшого використання виробу відмови ділять на повні, що виключають можливість роботи виробу до їх усунення, та часткові, при яких виріб може частково використовуватися, наприклад, з неповною потужністю або зниженою швидкістю.

За часом виникнення відмови діляться на приробіткові, що виникають у перший період експлуатації, відмови при нормальній експлуатації(у період до прояву зносових відмов) та на зносові.

Відмови виробу, що усуваються мимовільно, без втручання ззовні, називаються самоусуваютьсяабо переміжними(Порушення електричного контакту) .

З причин виникнення відмови діляться на конструкційні, викликані недоліками конструкції, технологічні, викликані недосконалістю технології виробництва, та експлуатаційні, спричинені неправильною експлуатацією.

Причини відмов діляться на випадковіі систематичні.

Випадкові причини відмовпричини, виникнення яких не можна передбачити заздалегідь. Випадковою причиною відмов зазвичай є несприятливе поєднання випадкових факторів.

Систематичні причини –причини, виникнення яких можна передбачити заздалегідь (вплив температури, тертя, агресивних хімічних речовин тощо).

Властивості виробів, що характеризують їхню надійність.

Безвідмовність -властивість безперервно зберігати працездатність протягом заданого напрацювання.

Довговічність –властивість зберігати працездатність до граничного стану за встановленої системи технічного обслуговування та ремонтів. Для виробів, що не відновлюються, поняття довговічності і безвідмовності збігаються.

Ремонтопридатність –властивість виробу, що полягає у його пристосованості до попередження, виявлення та усунення відмов та несправностей шляхом проведення технічного обслуговування та ремонтів.

Збереженість –властивість виробу зберігати значення показників безвідмовності, довговічності та ремонтопридатності під час зберігання та транспортування.

Окремого розгляду вимагає термін, як «Відмова». Це ключове поняття теоретично надійності. Перехід зі справного стану до несправного, але працездатний стан відбувається через пошкодження. Перехід об'єкта у непрацездатний стан здійснюється через відмову. Відмова є подія, що полягає в порушення працездатного стануоб'єкт. Саме виникнення відмов у процесі функціонування техніки стимулювало появу та розвиток теорії надійності. Тому відмова з права вважається ключовим поняттям теорії надійності. І не випадково, що головною з властивостей, що становлять надійність, є безвідмовність. Насправді головна діяльність людей, які обслуговують техніку, полягає у усуненні відмов, у відновленні працездатного стану об'єктів. Ну і, звичайно, обслуговуючому персоналу завжди цікаво знати про прогноз у сенсі виникнення відмов, цікаво знати очікуваний час безвідмовної роботи. Це дозволяє оцінювати ефективність технічних систем при виконанні властивих їм завдань, розраховувати потрібну кількість запасних частин для заміни тих, хто відмовив. Проведення технічного обслуговування, встановлення періодичності профілактичних робіт базується на обліку можливих відмов. Коротше кажучи, відштовхуючись від такого поняття, як «відмова», була розроблена теорія надійності.

Для розрізнення відмов їх класифікують. Розрізняють класифікацію відмов математичну (імовірнісну) та класифікацію інженерну (фізичну).

З причин виникнення відмови можуть бути конструктивними, виробничими, експлуатаційними та деградаційними.

Конструктивна відмовавиникає через недосконалість або порушення встановлених правил і норм проектування та конструювання. Очевидно, що досконалість конструкції технічних об'єктів багато в чому залежить від людського чинника, а саме, від таланту конструкторів-розробників. Саме вони покликані забезпечити відсутність «слабких ланок» у конструкції техніки, що розробляється.

Виробнича відмовавиникає через недосконалість або порушення встановленого процесу виготовлення або ремонту. Можна хорошу конструкцію занапастити тим, що прийнято називати низькою «культурою виробництва».

Експлуатаційна відмовавиникає у зв'язку з порушенням встановлених правил та умов експлуатації. Будь-який зразок техніки має комплект експлуатаційної документації, розробленої з урахуванням рекомендацій теорії надійності. Завдання обслуговуючого персоналу полягає у строгому виконанні інструкцій з експлуатації. Коли це не виконується, може виникнути експлуатаційна відмова. Нерідко такі відмови виникають при невиконанні або низькій якості будь-яких заходів технічного обслуговування, що попереджає відмови.

Деградаційна відмоваобумовлюється природними процесами старіння, зношування, корозії та втоми за дотримання всіх встановлених правил і норм проектування, виготовлення та експлуатації. Кожен зразок техніки має певний обмежений ресурс. Звичайно, розмір цього ресурсу залежить від досконалості конструкції та «культури виробництва», але він завжди є кінцевим. Старіння характерне як живих істот, але й технічних об'єктів.

За характером прояви відмови можна також поділити на випадкові та систематичні. Випадкові відмови можуть бути викликані навантаженнями, дефектами матеріалів та виготовлення, помилками персоналу, збоями. Найчастіше проявляються у несприятливих умовах експлуатації.

Систематичні відмови виникають з причин, що викликають поступове накопичення ушкоджень (час, температура, опромінення). Виражаються у вигляді зношування, старіння, корозії, залипання, витоку і т.д.

Відмовлення не можна змішувати з дефектами. Дефектом називається кожна окрема невідповідність об'єкта вимогам, встановленим нормативною документацією. Цей термін застосовуємо до всіх видів промислової та непромислової продукції.

Повна відмова веде до повної втрати працездатності. Часткова відмова веде до часткової втрати працездатності.

Математична класифікація відмов:

Поступові відмови- розвиваються у часі та пов'язані зі старінням, зносом, втомною міцністю та іншими факторами зміни властивостей матеріалу.

Раптові відмови– на ймовірність їхньої появи не впливає час попередньої роботи.

Спільні відмови- Відмови елементів об'єкта, що можуть одночасно з'явитися в кількості двох і більше.

Несумісні відмови- Відмови, з яких ніякі дві не можуть з'явитися разом.

Незалежні відмови- Імовірності їх появи не залежать один від одного.

Залежні відмови- Імовірність появи однієї відмови пов'язана з ймовірністю появи іншої.

Інженерна класифікація відмов:

1. По виявленню:

- До виконання функцій;

– під час виконання функцій.

2. За наслідками:

– без наслідків;

- Приводить до невиконання функцій;

- Приводить до подій.

3. З причин:

– конструктивно-виробничі помилки;

- Помилки оперативного персоналу;

- Зовнішні або випадкові причини.

4. За способом усунення:

- Відновлення працездатності на місці експлуатації;

– частковий ремонт у ремонтних службах;

- капітальний ремонт;

- Списання об'єкта.

Крім поняття «відмова» у прикладній теорії надійності та на практиці можуть використовуватись інші поняття, пов'язані з порушенням працездатності об'єкта:

Несправність- пошкодження об'єкта, яке може бути усунене силами екіпажу або ремонтних служб, що не тягне загибелі людей.

Пригода– подія, пов'язана з порушенням функціонування об'єкта внаслідок його руйнування чи ушкодження.

Аварія- Таке пошкодження об'єкта, при якому його відновлення недоцільно за економічними критеріями (але не спричиняє загибель людей).

Катастрофа- Повне руйнування об'єкта, що зазвичай тягне загибель людей.

Як відомо, до появи теоретичних основ надійності, про надійність технічних об'єктів говорили зазвичай у якісному плані. Це звучало приблизно так: «цей об'єкт надійний, а той ненадійний». Справді, якщо об'єкт частіше перебував у неробочому стані, ніж у робочому, його навряд можна було назвати надійним. Але з розвитком техніки стали виникати природні питання: чого очікувати на передбачуваному періоді роботи техніки; який прогноз збереження працездатного стану; який призначати ресурс технічного об'єкта; скільки запасних частин необхідно мати на планований період експлуатації; як підвищити надійність технічної системи, якщо елементна база має недостатню надійність? Ці та інші завдання сприяли розробці теорії надійності. А теорія надійності технічних об'єктів немислима без кількісних показників і, методів їх розрахунку.

Дослідження надійності техніки почалося з розгляду технічних об'єктів, що не відновлюються, тобто, об'єктів працюючих до першої відмови, який у даних умовах експлуатації є і останнім. Коли ми говоримо про відновлення, маємо на увазі відновлення працездатного стану технічного об'єкта. Слід зазначити, що властивість відновлюваності залежить не так від конструкції технічного об'єкта, як від умов його експлуатації. Так, наприклад, ракета, що вийшла з ладу, в умовах корабля є невідновлюваним об'єктом, а в умовах бази озброєння або в умовах заводу - виробника, безумовно, є відновлюваною.

Очевидно, що складні комплекси озброєння є системами, що відновлюються. Діяльність особового складу багато в чому полягає у підтримці їхнього працездатного стану. У той же час зрозуміло, що відновлення працездатності складних систем проводиться, як правило, заміною елементарних пристроїв, що не відновлюються. Для цього на об'єктах експлуатації є комплект запасних частин. Тому знання характеристик надійності невідновлюваних об'єктів, вміння їх оцінити практично, безумовно, важливе для персоналу, який експлуатує техніку. Слід наголосити на тому факті, що розробка основ теорії надійності почалася з вивчення характеристик саме невідновлюваних елементів, цих «цеглинок», з яких будується «будівля» будь-якої технічної системи.

Надійністьє властивість виробів виконувати задані функції, зберігати свої експлуатаційні характеристики в заданих межах при заданих режимах та умовах роботи протягом необхідного проміжку часу або необхідного напрацювання.

З цього визначення випливає, що надійність є внутрішню властивість продукції, об'єктивну реальність, властиву кожному даному зразку вироби. Таким чином, ненадійною вважається не та система, у якої настає механічне або електричне пошкодження, що призводить до непрацездатності приладів, але також і та, у якої параметри виходять за гранично допустимі значення.

У завдання теорії надійності входить рішення двох принципових завдань: оцінка надійності виробів, що випускаються, і оцінка надійності виробів на стадії їх проектування.

Оцінка надійності виробів, що випускаються здійснюється в результаті їх випробувань, тобто. для заданого числа випробувань та інтервалу часу, протягом якого вони проводилися, визначається надійність виробу. А оцінка надійності напівпровідникового приладу на стадії його виробництва вимагає апріорного знання про найбільш ймовірні типи відмов і про фізичні процеси, що лежать в їх основі.

Математичні моделі, які застосовуються для кількісних оцінок надійності, залежить від типу надійності. Сучасна теорія виділяє три

типу надійності:

1. Надійність «миттєвої дії», наприклад надійність плавких

запобіжників.

2. Надійність при нормальній експлуатаційній довговічності, наприклад, надійність обчислювальної техніки. Оцінюючи нормальної експлуатаційної надійності однією з основних кількісних показників є середній час роботи між отказами. Рекомендований на практиці діапазон – від 100 до 2000 годин.

3. Надзвичайно тривала експлуатаційна надійність, наприклад, надійність космічних кораблів. Якщо вимоги до терміну служби пристроїв - понад 10 років, їх відносять до пристроїв з надзвичайно тривалої експлуатаційної надійністю.

Для характеристики конкретного приладу користуються поняттями справного та працездатного стану.

Справність -це стан приладу, у якому він відповідає всім вимогам нормативної та конструкторської документації.

Працездатність -це стан приладу, у якому він здатний виконувати задані функції з параметрами, встановленими нормативно-технічної чи конструкторської документацією.

Для повнішого опису надійності вводять таке поняття, як довговічність.

Довговічність -ця властивість виробів зберігати свою працездатність (з можливими перервами для технічного обслуговування або ремонту) до настання граничного стану, обумовленого в технічній документації (зламання, зниження потужності тощо). Ця властивість містить ресурсні властивості приладу і значно доповнює поняття безвідмовності.

Безвідмовність -ця властивість приладу безперервно зберігати працездатний стан протягом деякого часу або деякого напрацювання. Стосовно напівпровідникових приладів і мікросхем під безвідмовністю розуміється їх здатність безперервно зберігати вихідні значення параметрів при використанні у випрямлювальному, підсилювальному, перемикальному та інших режимах, обумовлених схемами та умовами експлуатації.

Збереженість -це властивість приладу зберігати значення показників безвідмовності та довговічності протягом та після зберігання або транспортування.

Характеристика приладу, пов'язана з його експлуатацією, є напрацювання,являє собою тривалість або обсяг роботи виробу. Напрацювання вимірюється в годинах або циклах безперервної або сумарної періодичної роботи приладу в електричному режимі. Напрацювання приладу, що вимірюється в годинах від початку експлуатації до настання граничного стану, обумовленого в технічній документації, називається технічним ресурсом.

Строк служби -це календарна тривалість експлуатації виробу від початку експлуатації до моменту настання граничного стану, обумовленого у технічній документації.

Ремонтопридатність -це властивість вироби, що виявляється у його пристосованості до проведення технічного обслуговування та ремонту, тобто. до попередження, виявлення та усунення несправностей та відмов.

Фундаментальним поняттям теорії надійності є визначення відмовияк події, що полягає у повній чи частковій втраті виробом його працездатності, тобто. у порушенні працездатності виробу.

Відмова може настати не тільки через механічні або електричні пошкодження елементів виробу (обриву, короткого замикання), але й при порушенні регулювання через догляд параметрів елементів за гранично допустимі значення і т.д. Крім того, відмови системи можуть бути обумовлені конструкцією деталей, їх виготовленням чи експлуатацією.

Теоретично надійності існує широка класифікація відмов за різними ознаками.

Класифікація відмов

1. За характером наступу відмови діляться на раптові та поступові.

Раптовим(катастрофічним) називають відмову, що виникла в результаті стрибкоподібних змін одного або декількох основних параметрів системи, пов'язаних з внутрішніми дефектами елементів, порушенням робочих режимів, помилками обслуговуючого персоналу та іншими несприятливими впливами.

Поступовим(параметричним) називають відмову, що виникла в результаті плавних змін заданих параметрів приладу, по-перше, внаслідок деградації фізико-хімічних властивостей матеріалу під впливом експлуатаційних факторів та природного старіння і, по-друге, внаслідок зношування елементів системи в результаті дрейфу робочих параметрів та їх виходу за гранично допустимі значення.

2. По взаємозв'язку між собою розрізняють незалежні та залежні відмови.

Незалежниминазивають відмови, поява яких не змінює ймовірності появи інших відмов, наприклад відмови приладів, що виникли в результаті процесів, що відбуваються в їх внутрішній структурі.

Залежниминазивають відмови, поява яких змінює (збільшує) ймовірність появи інших відмов. Наприклад, вихід з ладу запобіжників ланцюга захисту від перевантажень пасивних обмежувальних елементів призводить до пошкодження приладів.

3. За ознаками прояву розрізняють явні та приховані відмови. Явнівиявляються при зовнішньому огляді чи включенні

апаратури.

Прихованівідмови виявляються при застосуванні спеціальних контрольно-вимірювальних приладів.

4. За ступенем впливу на працездатність апаратури розрізняють повні та часткові відмови.

Повнимназивають таку відмову, до усунення якої використання апаратури за призначенням неможливе.

Частковимназивають відмову, до усунення якого є можливість хоча б частково використовувати апаратуру за призначенням.

5. За часом існування розрізняють такі відмови: стійкі, збої, що перемежуються.

Стійкимназивають відмову, яка усувається лише внаслідок ремонту або регулювання апаратури.

Збоємназивають одноразово виникає відмова, що самоусувається, тривалість дії якої мала в порівнянні з тривалістю роботи апаратури до наступної відмови.

Переміжнимвідмовою називають ряд швидкодіючих, що відбуваються один за одним збоїв. Наприклад, можуть виникнути збої в приладах через наявність в об'ємі герметичного корпусу провідних частинок, здатних створити короткочасні замикання між внутрішніми висновками або окремими доріжками.

При встановленні етапу життєвого циклу приладу, на якому виникла причина відмов, розрізняють конструктивні, виробничі та експлуатаційнівідмови.

Конструктивнівідмови відбуваються внаслідок помилок і порушень і правил конструювання під час розробки.

Під виробничимивідмовими розуміють відмови, які у результаті недосконалості процесу виготовлення приладів чи порушення технології.

При неправильній оцінці можливостей приладів при виборі для створення апаратури виникають експлуатаційнівідмови. В результаті цього прилади можуть зазнавати перевантажень в апаратурі і передчасно виходити з ладу.

Найбільше відмов приладів відбувається у період використання апаратури споживачами через порушення встановлених правил експлуатації та несприятливих впливів довкілля.

Теоретично надійності розрізняють надійність систем та елементів.

Системоюназивається сукупність спільно діючих об'єктів, що повністю забезпечують виконання певних практичних завдань.

Елементомназивається частина системи, яка має самостійного значення і виконує у ній певні функції.

Поняття «система» та «елемент» мають відносний характер. Так, наприклад, різні радіодеталі (резистори, конденсатори) можуть бути елементами таких систем, як підсилювач, радіоприймач і т.д. У свою чергу ці системи можуть розглядатися як елементи більш складної системи - радіолокаційної, яка також може бути елементом, припустимо, системи спостереження за супутниками і т.д.

Системи можуть бути відновлюваними та не відновлюваними.

Відновлювана(допускає багаторазовий ремонт) система після відмови піддається ремонту та продовжує виконувати свої функції (побутова, обчислювальна техніка, аудіо- та відеоапаратура тощо).

Невідновлюванасистема у разі виникнення відмови не підлягає або не піддається відновленню з економічних чи технічних міркувань (плавкі запобіжники, апаратура балістичних ракет бойового призначення).

За характером обслуговування розрізняють системи, що обслуговуються і необслуговуються.

Обслуговуютьсясистеми виконують свої завдання за наявності обслуговуючого персоналу та зазвичай пристосовані до усунення відмов під час профілактичних ремонтів.

Необслуговуютьсясистеми виконують покладені ними функції без обслуговуючого персоналу, наприклад апаратура, встановлювана більшості космічних об'єктах, що не повертаються.

За характером впливу відмов елементів системи на її вихідні параметри і, отже, ефективність системи можна розділити на прості і складні.

Простісистеми при відмові одного чи кількох елементів повністю втрачають працездатність.

Складнісистеми мають здатність при відмові елементів продовжувати функціонувати зі зниженою ефективністю.

Теоретично надійності розрізняють послідовне, паралельне і змішане з'єднання елементів. Детально ці види з'єднань будуть розглянуті в одному з наступних розділів.

Наведені вище терміни, що застосовуються під час класифікації відмов, знайшли своє відображення у державних стандартах та нормативно-технічній документації та є обов'язковими.