Надежность в технике. Общие положения

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Понятия, относящиеся к надежности, распространяются на любые технические объекты - изделия, сооружения, системы и подсистемы. В качестве подсистем могут выступать сборочные единицы, детали, компоненты и элементы. В понятие "объект" могут быть включены информация и ее носители, а также человеческий фактор (например, при рассмотрении надежности системы "машина-оператор"). С объектом связывают понятие эксплуатации, включающее в себя применение по назначению, техническое обслуживание, ремонт, хранение и транспортирование. Наряду с объектом используют понятие "элемент" - составная часть объекта, рассматриваемая при исследованиях надежности как единое целоe, не подлежащая дальнейшему разукрупнению.

Исследования надежности объектов представляют собой составную часть процесса проектирования от формулировки технического задания до выпуска технической документации, а также могут проводиться в ходе испытаний в лабораторных условиях или в процессе эксплуатации.

Техническое состояние объекта может относиться к одной из следующих категорий*.

Исправное состояние -состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации (далее-документации). Требования к документации устанавливаются по отношению к значениям параметров, описывающих состояние объекта, а также к качественным признакам.

Неисправное состояние - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований документации.

Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям документации.

Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям документации.

Работоспособный объект в отличие от исправного должен удовлетворять лишь тем требованиям документации, выполнение которых обеспечивает применение объекта по назначению. Работоспособный объект может быть неисправным, например, вследствие ухудшения внешнего вида, еще не препятствующего применению по назначению.

Для сложных объектов возможны частично неработоспособные состояния, при которых объект способен выполнять требуемые функции с пониженными показателями или способен выполнять лишь часть функций. Для некоторых объектов признаками неработоспособного состояния могут быть отклонения показателей качества изготавливаемой ими продукции.

Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. Критерии предельного состояния устанавливаются документацией.

При разработке объекта предусматривают проведение (или не проведение) технического обслуживания и ремонта для восстановления работоспособности или исправного состояния объекта. В связи с этим рассматривают следующие категории объектов.

Восстанавливаемый объект -объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в документации.

Невосстанавливаемый объект -объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления не предусмотрено в документации.

Ремонтируемый объект -объект, ремонт которого возможен и предусмотрен документацией.

Неремонтируемый объект -объект, ремонт которого не предусмотрен документацией.

Наступление неисправного и неработоспособного состояния связано с понятиями повреждения и отказа.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния объекта.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

С понятием отказа связывают ряд других.

Причина отказа - явления, процессы, события и состояния, вызвавшие возникновение отказа объекта.

Последствия отказа - явления, процессы, события и состояния, обусловленные возникновением отказа объекта.

Критичность отказа - совокупность признаков, характеризующих последствия отказа.

При разработке ряда технических объектов документами (стандартами, техническими заданиями, контрактами, договорами, программами обеспечения надежности и т. п.) предусматривается анализ последствий и критичность отказов в соответствии со стандартом [16].

По причинам, механизмам возникновения и другим признакам отказы подразделяются на несколько видов.

Внезапный отказ - отказ, характеризующийся скачкообразным изменением одного или нескольких параметров объекта.

Наступление внезапного отказа не может быть предсказано предварительным контролем или диагностированием.

Постепенный отказ - отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта.

В отличие от внезапного отказа, наступлению постепенного отказа предшествует непрерывное и монотонное изменение одного или нескольких параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции. Ввиду этого существует возможность предсказать наступление отказа. Однако момент непосредственного возникновения постепенного отказа является случайным, а сам отказ - случайным событием, что является общим свойством внезапных и постепенных отказов.

Сбой - самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.

Характерным примером сбоя является остановка ЭВМ, устраняемая повторным запуском программы.

Конструктивный отказ - отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования и конструирования.

Производственный отказ - отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии.

Эксплуатационный отказ - отказ, возникший по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации.

Деградационный отказ - отказ,обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации.

Изменения состояний объекта связывают с рядом понятий, именуемых временными. Следует отметить, что наряду с временем в этих понятиях могут фигурировать и другие показатели - объем работы, выполненной объектом, количеством циклов срабатывания и т. п. Эти показатели объединяют общим термином наработка - продолжительность или объем работы объекта. На этом термине базируется ряд понятий.

Наработка до отказа - наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа.

Наработка до отказа вводится как для неремонтируемых (невосстанавливаемых), так и для ремонтируемых (восстанавливаемых) объектов.

Наработка между отказами - наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего.

Время восстановления - продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта.

Ресурс - суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или ее возникновения после ремонта до перехода в предельное состояние.

В качестве основного стандарт [13] устанавливает понятие надежности в следующей формулировке.

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

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания.

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

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Резервирование - способ обеспечения надежности за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к максимально необходимым для выполнения требуемых функций.

Резерв - совокупность дополнительных средств и (или) возможностей, используемых для резервирования.

Основной элемент - элемент объекта, необходимый для выполнения требуемых функций без использования резерва.

Резервный элемент - элемент, предназначенный для выполнения функций основного элемента в случае отказа последнего.

Кратность резерва - отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими элементов, выраженное несокращенной дробью.

Дублирование - резервирование с кратностью резерва один к одному.

Нагруженный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в режиме основного.

Облегченный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной.

Ненагруженный резерв - резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения ими функций основного элемента.

Постоянное резервирование - резервирование, при котором используется нагруженный резерв и при отказе любого элемента в резервированной группе выполнение объектом требуемых функций обеспечивается оставшимися элементами без переключений.

Резервирование замещением - резервирование, при котором функции основных элементов передаются резервному только после отказа основного элемента.

Скользящее резервирование - резервирование замещением, при котором группа основных элементов резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой из элементов данной группы.

Для создания объектов, удовлетворяющих заданным требованиям к надежности, может быть составлена программа обеспечения надежности - документ, устанавливающий комплекс взаимосвязанных организационно-технических требований и мероприятий, подлежащих проведению на определенных стадиях жизненного цикла объекта.

2. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ

Показатель надежности (ПН) –количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.

Единичный показатель надежности характеризует одно из свойств, а комплексный – не менее двух свойств, составляющих надежность объекта.

В зависимости от способов получения ПН подразделяются на расчетные, экспериментальные (определяются по данным испытаний), эксплуатационные (определяются по данным эксплуатации) и экстраполированные (определяются путем экстраполирования результата расчетов, испытаний или эксплуатации на другие условия эксплуатации объекта).

К категории единичных относятся следующие показатели безотказности*.

Вероятность безотказной работы P(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет

P(t)= P {t>t},

где Р {^.} – вероятность события, заключенного в скобках, t – фактическая, а t заданная наработка.

Вероятность безотказной работы связана с функцией F(t) и плотностью f(t) распределения случайной величины t формулами

.

Гамма-процентная наработка до отказа t_g – наработка, в течение которой отказ объекта не возникнет с вероятностью g, выраженной в процентах,

P (t _g)=g/100.

Cредняя наработка до отказа T ₁ – математическое ожидание наработки объекта до первого отказа

Cредняя наработка на отказ T – отношение суммарной наработки t восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию M{r(t)} числа его отказов r( t) в течение этой наработки

.

Интенсивность отказов l(t) – условная плотность вероятности отказа, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник

l(t)= .

Параметр потока отказов m(t) – отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку Dt к значению этой наработки

m(t)= .

Следующие четыре показателя относятся к категории единичных показателей долговечности.

Гамма-процентный ресурс Т _pg – суммарная наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью g, выраженной в процентах.

Средний ресурс – математическое ожидание ресурса.

Гамма-процентный срок службы –календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью g, выраженной в процентах.

Средний срок службы – математическое ожидание срока службы.

Следующие четыре показателя относятся к категории единичных показателей ремонтопригодности.

Вероятность восстановления – вероятность того, что время восстановления t _В работоспособного состояния не превысит заданное значение.

Гамма-процентное время восстановления – время, в течение которого восстановление объекта будет осуществлено с вероятностью g, выраженной в процентах.

Среднее время восстановление Т _В – математическое ожидание времени восстановления объекта после отказа.

Интенсивность восстановления – условная плотность вероятности восстановления работоспособного состояния объекта, определенная для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента восстановление не было завершено.

Следующие два показателя характеризуют свойство сохраняемости.

Гамма–процентный срок сохраняемости – срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью g, выраженной в процентах.

Средний срок сохраняемости – математическое ожидание срока сохраняемости.

К числу комплексных показателей надежности относятся коэффициенты готовности, оперативной готовности, технического использования и сохранения эффективности.

Коэффициент готовности К _г – вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени t, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается.

Коэффициент оперативной готовности К _ог – вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается, и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.

Коэффициент технического использования К _ти – отношение математического ожидания суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к математическому ожиданию суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом за тот же период.

Коэффициент сохранения эффективности К _эф – отношение значения показателя эффективности использования объекта по назначению за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы объекта в течение того же периода не возникают.

3. ЗАДАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ПО НАДЕЖНОСТИ.

Основная процедура задания требований это нормирование надежности – установление в нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной) документации количественных и качественных требований к надежности.

Нормирование надежности включает выбор номенклатуры нормируемых ПН; технико-экономическое обоснование значений ПН объекта и его частей; задание требований к точности и достоверности исходных данных; формирование критериев отказов, повреждений и предельных состояний; задание требований к методам контроля надежности.

При задании требований по надежности определяют и согласовывают между заказчиком (потребителем) и разработчиком (изготовителем) типовую модель эксплуатации, критерии отказов и предельных состояний, номенклатуру и значения ПН, методы контроля надежности, необходимость разработки программы обеспечения надежности [14].

Типовая модель эксплуатации должна включать последовательность этапов эксплуатации (хранения, транспортирования, использования по назначению и т. д.) с указанием их продолжительности; характеристику системы обслуживания и ремонта, обеспечения запасными частями, инструментом и материалами; численность и квалификацию обслуживающего и ремонтного персонала; уровни внешних нагрузок и воздействий.

Номенклатуру нормируемых ПН выбирают из приведенного выше перечня с возможным его расширением, не противоречащим [13]. Общее количество задаваемых показателей должно быть минимальным, но характеризовать все этапы эксплуатации объекта. Для восстанавливаемых объектов как правило задают комплексный показатель надежности или определяющий его набор единичных показателей. Не допускается одновременное задание комплексного и всех определяющих его единичных показателей.

В состав требований по надежности могут входить требования к конструктивным, технологическим и эксплуатационным способам обеспечения надежности.

Требования по надежности включают в технические задания (ТЗ) на разработку, технические условия (ТУ) на изготовление опытной и серийной продукции, в стандарты общих технических требований (ОТТ) и условий (ОТУ). В паспортах, формулярах, инструкциях и другой эксплуатационной документации ПН указывают в качестве справочных.

Выбор нормируемых ПН осуществляют на основе классификации объектов по признакам, характеризующим их назначение, особенности эксплуатации и др.

По назначению объекты подразделяют на объекты (изделия) конкретного назначения, имеющие один основной вариант применения, и объекты (изделия) общего назначения, имеющие несколько вариантов применения.

По возможным состояниям объекты подразделяют на два вида:

I – объекты, которые в процессе эксплуатации могут находиться в двух состояниях – работоспособном и неработоспособном;

II – объекты, которые могут находится помимо того в частично неработоспособных состояниях.

Для невосстанавливаемых объектов вида I и II общего и конкретного назначения в качестве нормируемого выбирают единичный показатель безотказности. Для восстанавливаемых объектов вида I общего и конкретного назначения – комплексный ПН и, при необходимости, один из определяющих его показателей безотказности или ремонтопригодности. Для восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов вида II общего назначения – набор ПН составных частей объекта, рассматриваемых как объекты вида I. Для восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов вида II конкретного назначения – коэффициент сохранения эффективности или его модификация.

Для всех объектов, кроме вида II конкретного назначения, выбирают показатель долговечности, если для них может быть однозначно сформулировано понятие предельного состояния и критерии его достижения, а также показатель сохраняемости, если для объектов предусмотрено хранение (транспортирование).

Для конкретного выбора ПН используют более подробную классификацию объектов.

По режимам применения выделяют объекты непрерывного длительного применения, многократного циклического применения, однократного применения с предшествующим периодом ожидания и хранения.

По последствиям отказа или достижения предельного состояния объекты подразделяют на те, для которых эти последствия носят катастрофический характер (угроза жизни и здоровью людей, значительные экономические потери и т. д.) и те, для которых последствия не носят катастрофического характера.

По характеру основных процессов, определяющих переход в предельное состояние, изделия подразделяют на стареющие, изнашиваемые, стареющие и изнашиваемые одновременно.

По возможности и способу восстановления технического ресурса (срока службы) изделия подразделяют на неремонтируемые, ремонтируемые обезличенным способом и ремонтируемые необезличенным способом.

По возможности технического обслуживания в процессе эксплуатации изделия подразделяют на обслуживаемые и необслуживаемые.

По возможности проведения контроля перед применением изделия подразделяют на контролируемые и неконтролируемые перед применением.

В зависимости от классификационных признаков устанавливаются конкретные нормируемые показатели безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости в соответствии со стандартом [14].

Численные значения (нормы) ПН объектов устанавливают в ТЗ и ТУ с учетом назначения объектов, достигнутого уровня и выявленных тенденций их надежности, возможностей изготовителей, требований и возможностей заказчика (потребителя), исходных данных выбранного плана контроля.

Для обоснования значений показателей надежности используют расчетные, экспериментальные или расчетно-экспериментальные методы.

В стандарте [14] приведена методика обоснования норм ПН, различная по отношению к объектам общего и конкретного назначения. Методика не зависит от вида показателя, обозначаемого далее общим символом R. Методика применяется в тех случаях, когда известны или могут быть установлены:

а) возможные варианты построения объекта и мероприятия по повышению надежности;

б) значения прироста надежности и затрат для каждого из этих вариантов (мероприятий);

в) вид зависимости “эффективность-надежность”.

Выбор норм ПН с помощью этой методики определяется таким образом, чтобы найти близкий к оптимальному (по критерию, учитывающему эффективность и стоимость затрат) уровень надежности при условиях не выхода показателя надежности за заданное минимальное значение,а стоимости—за максимальное значение.

Требования по надежности в ТЗ, ТУ, ОТТ и ОТУ оформляют в виде раздела (подраздела), снабженного заголовком «Требования по надежности».

В первом пункте раздела приводят номенклатуру и значения ПН, которые записывают в следующем порядке:

комплексные показатели и (или) единичные показатели безотказности и ремонтопригодности;

показатели долговечности;

показатели сохраняемости.

В стандартах ОТТ требования по надежности приводят в виде предельно допустимых значений ПН для изделий данной группы. В стандартах видов ОТУ и в ТУ требования по надежности устанавливают в виде предельно допустимых значений тех показателей, которые контролируют при изготовлении изделий данной группы, и приводят в качестве справочных значения показателей, заданных в ТЗ на разработку изделия, но в процессе изготовления не контролируемых.

Во втором пункте приводят определения (критерии) отказов и предельного состояния, а также понятия “выходной эффект” или “эффективность изделия”, если в качестве основного задан коэффициент сохранения эффективности Кэф.

В третьем пункте приводят общие требования к методам оценки надежности и исходные данные для оценки соответствия изделий требованиям по надежности каждым из методов.

В четвертом пункте приводят, при необходимости, требования и ограничения по конструктивным, производственным и эксплуатационным способам обеспечения заданных значений ПН.

4. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ.

Расчет надежности – процедура определения значений ПН с использованием методов, основанных на их вычислении по справочным данным о надежности элементов объекта, данным о надежности элементов-аналогов, данным о свойствах материалов и другой информации, имеющейся к моменту расчета.

Расчет надежности объекта на определенном этапе работ, соответствующем некоторой стадии его жизненного цикла, может иметь своими целями:

обоснование количественных требований по надежности;

проверку выполнимости установленных требований;

сравнительный анализ надежности вариантов построения объекта и обоснование выбора рационального варианта;

определение достигнутого (или ожидаемого) уровня надежности объекта ли его составных частей;

обоснование и проверку мер по доработке конструкции, технологии изготовления, ремонту и обслуживанию, направленных на повышение надежности, а также обоснование комплектов ЗИП, сроков службы (ресурса), гарантийных сроков и т.д.

Расчет надежности в общем случае представляет собой процедуру последовательного уточнения показателей надежности по мере накопления информации о факторах, определяющих надежность, и применения более точных методов расчета.

Расчет надежности начинается с идентификации объекта, т.е. с получения и анализа информации о назначении и структуре объекта, условиях его эксплуатации и других факторах, определяющих его надежность. Источниками информации служат НТД на объект, его составные части и комплектующие изделия.

Исходными данными для расчета могут быть данные о надежности объектов-аналогов; оценки показателей надежности составных частей объекта и параметры применяемых в нем материалов, полученные в процессе разработки или на основании справочных сведений. Источниками исходных данных могут быть стандарты и технические условия; справочники по надежности элементов; статистические данные (базы данных) о надежности объектов-аналогов и элементов; результаты прочностных, электрических, тепловых и иных расчетов составных частей объекта [1-3].

Результаты расчета надежности оформляют в виде раздела пояснительной записки к соответствующему проекту или в виде самостоятельного документа.

Методы расчета надежности подразделяют на методы прогнозирования, структурные методы и физические.

Методы прогнозирования основаны на использовании данных о достигнутых значениях и тенденциях изменения ПН объектов-аналогов, близких к рассматриваемому объекту по назначению, условиям эксплуатации и т.п. [6,7]. Эти методы применяют для обоснования требуемого уровня надежности, для ориентировочной оценки ожидаемого уровня надежности объектов на ранних стадиях проектирования, для расчета интенсивностей отказов серийно выпускаемых элементов, для расчета параметров типовых операций технического обслуживания и ремонта. Для прогнозирования применяют методы экспертной оценки, прогнозирования по статистическим моделям и комбинированные [2,10].

Структурные методы являются основными для расчета показателей безотказности, ремонтопригодности и комплексных ПН в процессе проектирования объектов, поддающихся разукрупнению на элементы, характеристики надежности которых известны или могут быть определены другими методами. Структурные методы могут применяться и для расчета долговечности и сохраняемости.

Расчет структурными методами включает в себя представление объекта в виде структурной схемы, отражающей логику взаимодействия между элементами и их влияние на состояние объекта в целом.

В качестве структурных схем находят применение блок-схемы надежности, представляющие объект в виде совокупности определенным образом соединенных (в смысле надежности) элементов; деревья отказов и деревья событий, графически отражающие состояния объектов и переходы между ними [11,12].

Применение тех или иных методов расчета связано с классификацией объектов. Для расчета безотказности невосстанавливаемых объектов вида I применяют, как правило, блок-схемы безотказности параллельно-последовательного или более сложного типа.

Системы с резервированием при экспоненциальном распределении наработок до отказа элементов отражают графом переходов, описываемых марковским процессом.

Универсальным методом расчета показателей безотказности и комплексных ПН восстанавливаемых объектов вида I является метод статистического моделирования.

Методы расчета показателей ремонтопригодности в общем случае основаны на представлении процесса технического обслуживания или ремонта как совокупности отдельных операций, продолжительность которых зависит от конструктивной приспособленности объекта к их выполнению.

Для расчета коэффициента сохранения эффективности Кэф объектов вида II каждому состоянию объекта, определяемому совокупностью состояний его элементов, или каждой возможной его траектории в пространстве состояний элементов ставится в соответствие определенное значение доли сохраняемой эффективности от 0 до 1.

Расчет Кэф осуществляют методом усреднения по состояниям для объектов кратковременного действия, состояния которых практически не меняются в процессе выполнения задачи, или методом усреднения по траекториям – для объектов, возможностью изменения состояния которых в процессе выполнения задач пренебречь нельзя.

Физические методы применяют для расчета безотказности, долговечности и сохраняемости объектов, для которых известны механизмы их деградации под влиянием внешних и внутренних факторов, приводящих к отказам (предельным состояниям) в процессе эксплуатации (хранения). Методы основаны на описании процессов деградации с помощью математических моделей, позволяющих вычислять ПН с учетом конструкции, технологии изготовления, режимов и условий работы объекта по справочным или экспериментально определенным характеристикам физических и иных свойств веществ и материалов, используемых в объекте [3,7,11].

Математической моделью при одном ведущем процессе деградации обычно является модель выбросов случайного процесса за пределы границ допустимой области. При наличии нескольких независимых процессов деградации распределение наработки до отказа (ресурса) находят с использованием «слабейшего звена».

Результаты расчетов по моделям получают в основном методом статистического моделирования.

5. ИСПЫТАНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ

Испытания на надежность подразумевают проведение экспериментов и обработку их результатов с применением методов математической статистики.

В зависимости от исследуемого свойства различают испытания на безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость и долговечность (ресурсные испытания). По целям испытания подразделяют на определительные и контрольные.

Определительные испытания – испытания, проводимые для определения показателей надежности с заданными точностью и достоверностью.

Показатели определяются для партии изделий – некоторой совокупности изделий одного типа, изготовленной по единой технологии и без существенных схемно-конструкторских изменений. Непосредственным испытаниям подвергается выборка, состоящая из некоторого количества образцов изделий. Объемом выборки называют это количество или, возможно, общее число наблюдений, относящееся как различным образцам, так и к отдельным из них. Полученные в результате статистические значения некоторого показателя R оценивают по точности и достоверности, вычисляя вероятность того, что отклонение от R по модулю не превзойдет величины e c заданной вероятностью g

g = P{½ - R ½< e}.

Вероятность g называют доверительной, а интервал ( ± e) - доверительным интервалом. Доверительный интервал характеризует точность оценки, а доверительная вероятность ее достоверность.

Контрольные испытания – испытания, проводимые для контроля показателей надежности.

Экспериментальные методы контроля надежности являются основными на всех этапах жизненного цикла объекта кроме этапов разработки эскизного, технического проектов и рабочей конструкторской документации, когда применяются расчетные методы.

Возможна замена экспериментальных методов расчетно-экспериментальными, когда это диктуется техническими, экономическими или организационными причинами (например, требованиями безопасности).

Экспериментальные методы основаны на использовании статистических данных, получаемых при испытаниях изделий на надежность, или данных опытной или подконтрольной эксплуатации.

План контроля показателей надежность содержит число образцов, стратегию проведения испытаний (с заменой отказавших образцов, без замены и т. д.), правила прекращения испытаний, число независимых наблюдений и исходов этих наблюдений, а также правила принятия по этим наблюдениям решения о соответствии или не соответствии объектов заданным требованиям по надежности. В качестве наблюдений может выступать время безотказной работы, продолжительность восстановления объекта, наступление отказа и т. п.

Исходными данными для выбора плана контроля служат риск поставщика (изготовителя) a, риск потребителя (заказчика) b, приемочный уровень R_a и браковочный уровень R_b..

Приемочный уровень R_a это значение ПН, при достижении которого в результате испытания партия изделий принимается. В зависимости от смысла показателя условием приемки является выполнение неравенства

³ R_a,

если это показатель, с ростом которого надежность увеличивается (например, R – средняя наработка на отказ), или

£ R_a

в противном случае (например, R – среднее время восстановления). Далее для определенности считается,что R – показатель первого типа.

Браковочный уровень это значение ПН, при достижении которого в результате испытаний партия изделий бракуется. Условие отбраковки имеет вид

£ R_b.

Риск поставщика a это вероятность отбраковки партии изделий, когда в действительности R > R _a.

Риск потребителя b это вероятность приемки партии, когда в действительности R < R _b.

Значения a и b назначают из ряда чисел 0,05; 0,1; 0,2. Правомерно назначать a=b. Браковочный уровень надежности R_b, как правило, назначают равным значению соответствующего показателя R, приведенного в первом пункте раздела ТЗ «Требования по надежности». Приемочный уровень R_a выбирают больше или меньше R_b в зависимости от смысла показателя. Так, если оценивается вероятность безотказной работы, то R_a > R_b ; если оценивается среднее время восстановления, то R_a < R_b ..

Контрольные испытания на надежность проводят на этапах создания опытных образцов, постановки изделий на производство и серийного производства.

Испытания на надежность проводят по программам и методикам, разработанным на основе технического задания и конструкторской документации в соответствии с требованиями стандартов, типовых программ испытаний и других нормативно-технических документов.

Программы испытаний должны содержать условия, определяющие готовность к проведению испытаний, порядок завершения отдельных этапов и условий перехода к последующим этапам. Программы не должны содержать положения, разрешающие выполнение в процессе испытаний наладочных, регулировочных и других работ, не предусмотренных эксплуатационной документацией.

Требования к документации по составлению и оформлению программ и методики контрольных испытаний на надежность приведены в стандарте [17].

6. СИСТЕМА СТАНДАРТОВ ПО НАДЕЖНОСТИ.

Важную роль в обеспечении единой технической политики в области управления надежностью играет система стандартов “Надежность в технике” (ССНТ). Основные положения этой системы изложены в стандарте [12].

Стандарты ССНТ служат нормативной базой для регулирования взаимодействия заинтересованных сторон (поставщиков, заказчиков и др.), для обеспечения надежности на всех стадиях жизненного цикла объектов; устанавливают организационные, технические и другие положения направленные на обеспечение рационального уровня надежности; регламентируют методы решения типовых задач обеспечения надежности.

В ССНТ выделяют следующие основные группы объектов стандартизации:

общие вопросы;

организация работ по обеспечению надежности;

способы обеспечения надежности на стадиях жизненного цикла;

анализ и расчет надежности;

испытания, контроль, оценка надежности.

Этим группам присвоены цифры соответственно 0, 1, 2, 3, 4.

Стандарты, входящие в ССНТ обозначаются по единой схеме

ГОСТ 27. Х ХХ – ХХ

последние две цифры года утверждения

порядковый номер стандарта в группе

шифр группы стандартов (0, 1, 2, 3, 4)

номер системы стандартов “ Надежность в технике ”

Наименование стандартов в общем случае включает групповой заголовок “Надежность в технике”; заголовок, соответствующий объекту стандартизации; подзаголовок, определяющий содержание стандарта.

Пример обозначения и наименования стандарта:

ГОСТ 27.305 – 95 – обозначение,

Надежность в технике – групповой заголовок,

Расчет надежности - заголовок,

Основные положения - подзаголовок.

К стандартам ССНТ относятся, в частности, [12] - [18].

Список литературы.

1. Машиностроение. Энциклопедия. Ред.совет: К.В.Фролов (пред.) и др.

- М.: Машиностроение. Надежность машин. Т.IV-3/ В.В. Клюев, В.В.

Болотин, Ф.Р. Соснин и др.; под общ. ред. В.В. Клюева. 1998. - 542с.

2. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. (Ред. совет: В.С. Авдуевский (пред.) и др.) –М.: Машиностроение, 1989.

3. Надежность в машиностроении. Справочник. Под ред. Шашкина В.В., Кордова Г. П. -СПб.: Политехника, 1992. – 719с.

4. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем. – М.: Энергоатомиздат,1986. – 480 с.

5. Бездудный Ф.Ф., Либерман Л.А., Смирнов И.Н. Расчет надежности производственных систем в текстильной и легкой промышленности. – М: Легпромбытиздат, 1977. - с.

6. Хазов Б.Ф., Дидусев Б. А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. – М.: Машиностроение, 1986. – 224с.

7. Решетов Д.Н., Иванов А.С., Фадеев В.З. Надежность машин. - М.: Высшая школа, 1988. - 238с.

8. Болотин Б.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. – М.: Машиностроение, 1984. – 312с.

9. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. – М.: Наука, 1985. - 524с.

10. Надежность технических систем. Справочник /Ю.К. Беляев, В.А. Богатырев, В.В. Болотин и др. / под ред. Ушакова И.А. – М.: Радио и связь,1985. – 608с.

11. Гусенков А.П., Нахапетян Е.Г. Методы и средства обеспечения надежности машин. Прочность, долговечность, диагностика. – М.: Наука, 1983. – 238с.

12. ГОСТ 27.001 – 95. Система стандартов “Надежность в технике”. Основные положения. - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 6с.

13. ГОСТ 27.002. – 89.Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 36с.

14. ГОСТ 27.002 – 89. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности. – М.: Изд-во стандартов, 1991. - 27c.

15. ГОСТ 27.301 – 95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. –М.: Изд-во стандартов,1996. -16с.

16. ГОСТ 27.310 – 95.Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. - М.: Изд-во стандартов,1996. - 20с.

17. ГОСТ 27.410 – 87. Надежность в технике. Методы контроля показателей качества и планы контрольных испытаний на надежность. – М.: Изд-во стандартов, 1988. - 109с.

18. ГОСТ 27.401-95. Надежность в технике. Планы испытаний для контроля средней наработки до отказа (на отказ). Часть 1. Изд-во стандартов, 1997. - 39с.

* Далее жирным шрифтом выделены термины, устанавливаемые стандартом [13].

* Обозначения и формулы связи между показателями приведены ниже в редакции, принятой в стандарте [13].