Классификация отказов
К атегория:
Техническая эксплуатация машин
Классификация отказов
Основа классификации отказов - характер возникновения и особенности протекания процессов, приводящих к отказу. Отказы могут быть внезапными и постепенными.
Внезапный отказ возникает при скачкообразном изменении одного или нескольких параметров объекта, определяющих его качество. Такие изменения являются следствием сочетания неблагоприятных факторов воздействия. Внезапный отказ может возникнуть при возрастании механических нагрузок, превышающих расчетные, при несоблюдении условий эксплуатации, наличии скрытых технологических дефектов, при прекращении подачи смазки и т. п. Потеря работоспособности при этом происходит внезапно, без предшествующих признаков разрушения.
Постепенные отказы происходят вследствие постепенного изменения одного или нескольких параметров объекта. Основной причиной их является износ деталей и процесс естественного старения. Постепенному отказу предшествуют различные прямые и косвенные признаки, позволяющие его прогнозировать.
Принципиальной разницы между внезапными и постепенными отказами не существует. Внезапные отказы чаще всего являются следствием постоянного, но скрытого от глаз наблюдателя, старения, ухудшающего начальные параметры объекта. Так, постепенное накопление усталостных напряжений приводит к внезапному отказу.
Отказы в зависимости от их последствий можно разделить на зависимые и независимые. Зависимые отказы происходят вследствие отказа другой детали. Примером зависимого отказа может служить выход из строя поршня при обрыве клапана. Независимые отказы не зависят от отказов других деталей рассматриваемого изделия.
В зависимости от причины возникновения отказы подразделяют на конструкционные, производственные и эксплуатационные. Конструкционный отказ - это отказ, возникший в результате несовершенства или нарушения установленных правил и (или) норм конструирования объекта. Отказ, возникший в результате несовершенства либо нарушения установленного процесса изготовления или ремонта, выполнявшегося на ремонтном предприятии, называется производственным отказом. Эксплуатационный отказ - это отказ, возникший в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации объекта.
Момент наступления отказа всегда случаен, а причины разнообразны по своей физической природе. Различают внезапные и постепенные отказы. Если вас интересует автоматическая парковка , рекомендуем посетить сайт 3390017.ru.
Внезапный отказ . Отказ, характеризующийся скачкообразным изменением одного или нескольких параметров состояния машины, называется внезапным. Он вызывается обычно неожиданным изменением внешних условий или воздействий. Чаще всего это перегрузки вследствие попадания посторонних предметов в рабочие органы машины, наезды, рывки при неправильном управлении и т. д. Внезапный отказ может возникнуть с одинаковой вероятностью независимо от длительности предыдущей работы машины, т. е. ее срока службы.
Постепенный отказ . Отказ, характеризующийся постепенным изменением одного или нескольких параметров состояния машины, называется постепенным. Причиной могут быть различные процессы, протекающие в ее деталях (изнашивание, коррозия, накопление усталостных повреждений и т. д.). Вероятность возникнове ния постепенного отказа повышается о увеличением длительности предыдущей работы машины.
В результате неожиданных внешних воздействий или постепенных процессов в соединениях и деталях возникают дефекты, т. е. несоответствие изделия требованиям, установленным нормативно-технической документацией.
Дефекты в соединениях деталей. Классификацию дефектов можно показать в виде схемы (рис. 2).
Потеря жесткости. В соединениях и связях ослабляются резьбовые и заклепочные соединения, в результате чего наступает потеря жесткости. При техническом обслуживании необходимо проверять крепежные детали остукиванием и своевременно подтягивать с усилием, определенным техническими требованиями.
Нарушение контакта. Этот дефект возникает вследствие уменьшения площади прилегания поверхностей у соединяемых деталей. В результате происходит потеря герметичности соединений, увеличиваются ударные нагрузки, что ускоряет процесс изнашивания.
Нарушение посадки деталей. Это наиболее распространенный дефект в соединениях, возникающий из-за увеличения зазора или уменьшения натяга.
Нарушение размерных цепей. Этот дефект характеризуется изменением соосности, перпендикулярности, параллельности и т. д., вследствие чего происходит нагрев деталей, повышение нагрузки, изменение геометрической формы, разрушение деталей.
Дефекты деталей . Классификацию дефектов можно показать в виде схемы (рис. 3).
Изнашивание. Процесс разрушения и удаления материала с поверхности твердого тела при трении деталей в подвижных соединениях называют изнашиванием. Различают изнашивание механическое, коррозионно-механическое и при заедании.
Механическое изнашивание происходит в результате механических воздействий. Оно наиболее распространено, причем возможны следующие разновидности:
- абразивное - в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии;
- эрозионное - при воздействии потока жидкости или газа;
- гидроабразивное (газоабразивное) - в результате действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (газе);
- усталостное - в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя;
- кавитационное - гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости.
Коррозионно-механическое изнашивание происходит в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Разновидности коррозионно-механического изнашивания:
- окислительное, при котором основное влияние на изнашивание оказывает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой;
- фреттинг-коррозия - изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях.
Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия появившихся неров-ностей на сопряженную поверхность.
Износ - результат изнашивания.
Отложения и наносы. Как дефекты, они возникают в результате осаждения на поверхности деталей продуктов загрязнения масла, топлива и воды, в виде лаков, нагара, смол, накипи и т. д. Наносы вызывают изменение режимов теплообмена, формы и размеров деталей, что ухудшает работоспособность соединений и сборочных единиц.
Меры предупреждения - тщательная фильтрация материалов перед заправкой, предварительный отстой топлива, удаление отложений при техническом обслуживании, восстановление герметичности полостей механизма.
Деформации и разрушения. Эти дефекты происходят при длительном воздействии на детали крутящих моментов, динамических нагрузок и высоких температур, что приводит к скручиванию, изгибу, короблению, смятию, пластическим деформацияем усталостным разрушениям, изломам и трещинам.
Изменение свойств материала деталей. Этот процесс происходит под действием температур (при этом изменяется поверхностная твердость), циклических нагрузок (теряется упругость пружин, рессор), химических превращений (сульфатация пластин аккумуляторов, затвердение резиновых деталей) и т. д.
Коррозия свободных поверхностей. Самопроизвольное и необратимое разрушение материалов вследствие физико-химического взаимодействия со средой носит название коррозии. Основные меры предупреждения - нанесение защитных покрытий (хромирование, никелирование), окраска поверхностей, применение ингибиторов.
Для защиты наружных поверхностей машин наносят отработанное масло с ингибитором ИМ (5…7%). Цилиндры и воздушную систему двигателей консервируют с использованием ингибитора ИП. Систему охлаждения консервируют ингибитором ИВ, растворив 1% в мягкой воде при температуре 50…60 °С. Эту воду заливают в систему на 5 мин и сливают.
Допускаемые и предельные размеры деталей. В результате изнашивания подвижного соединения, например типа «вал-втулка», размер отверстия увеличивается, а вала уменьшается. Характер изнашивания обычно протекает по кривой, показанной на рисунке 4. Первый участок кривой характеризует период приработки (ускоренное изменение размера детали, т. е. изнашивание), второй - период нормальной работы, третий - период аварийного износа.
Предельный размер. Износ в точке перехода прямолинейного участка изнашивания в криволинейный - зону аварийного износа - называют предельным И пр, т. е. таким, при котором дальнейшая эксплуатация детали невозможна или нецелесообразна из-за недопустимого снижения экономических или технологических показателей. Размер детали при таком износе считается предельным, по нему определяют предельное состояние детали. Наработка до предельного состояния соответствует полному ресурсу Т п.
Предельный размер детали устанавливают на основе экономического, качественного и технического критериев.
Экономический критерий определяется предельным снижением экономических показателей - потерей мощности, снижением производительности, увеличением расхода топлива, смазки и т. д.
При использовании качественного критерия учитывают отклонение качества выполнения сельскохозяйственных операций от агротехнических требований (глубина заделки семян, процент дробления зерна и т. д.).
Технический критерий характеризуется резким ускорением изнашивания, которое может привести к аварии.
Во время ремонта возможность повторного использования бывшей в эксплуатации детали определяется по допустимому размеру.
Допускаемый размер устанавливают из условия, чтобы остаточный ресурс детали был не меньше межремонтного Т м. Его определяют на основе допускаемого износа И д. Для нахождения Ия необходимо отложить от точки с на кривой (см. рис. 4) значение межремонтного ресурса Т м. Точка в соответствует допускаемому износу И д. Деталь во время ремонта выбраковывают, если ее размер больше (для отверстия) или меньше (для вала) допускаемого.
Управление техническим состоянием машины. В процессе эксплуатации происходит ухудшение технико-экономических показателей машины. Для поддержания их в установленных пределах необходимо управлять техническим состоянием машины, т. е. измерять параметры, сравнивать их с допускаемыми или предельными, определять остаточный ресурс, назначать вид и объем ремонтно-обслуживающих воздействий и выполнять эти работы.
Операции ТО и ремонта могут быть плановыми, строго регламентированными или же выполняться по заявкам без ограничений какими-либо сроками.
Установлены три стратегии ТО и ремонта: по потребности (после отказа); регламентированная (в зависимости от наработки); по состоянию (с периодическим контролем - диагностированием). Две последние стратегии носят планово-предупредительный характер.
Наиболее эффективно проведение ремонтно-обслуживающих воздействий по состоянию, с периодическим или постоянным контролем. Эта стратегия позволяет получить наибольшую безотказность машин при наименьших издержках на их техническое обслуживание и ремонт.
Отказы элементов систем являются основными предметами исследования при анализе причинных связей. Как показано во внутреннем кольце (рис. 4.1.2), расположенном вокруг «отказа элементов», отказы могут возникать в результате:
1) первичных отказов;
2) вторичных отказов;
3) ошибочных команд (инициированные отказы).
Отказы всех этих категорий могут иметь различные причины, приведенные в наружном кольце. Когда точный вид отказов определен и данные по ним получены, а конечное событие является критическим, то они рассматриваются как исходные отказы .
Первичный отказ элемента определяют как нерабочее состояние этого элемента, причиной которого является он сам, и необходимо выполнить ремонтные работы для возвращения элемента в рабочее состояние. Первичные отказы происходят при входных воздействиях, значение которых находится в пределах, лежащих в расчетном диапазоне, а отказы объясняются естественным старением элементов. Разрыв резервуара вследствие старения (усталости) материала служит примером первичного отказа.
Вторичный отказ - такой же, как первичный, за исключением того, что сам элемент не является причиной отказа. Вторичные отказы объясняются воздействием предыдущих или текущих избыточных напряжений на элементы.
Амплитуда, частота, продолжительность действия этих напряжений могут выходить за пределы допусков или иметь обратную полярность и вызываются различными источниками энергии: термической, механической, электрической, химической, магнитной, радиоактивной и т.п. Эти напряжения вызываются соседними элементами или окружающей средой, например - метеорологическими (ливень, ветровая нагрузка), геологическими условиями (оползни, просадка грунтов), а также воздействием со стороны других технических систем.
Примером вторичных отказов служит «срабатывание предохранителя от повышенного электрического тока», «повреждение емкостей для хранения при землетрясении». Следует отметить, что устранение источников повышенных напряжений не гарантирует возвращение элемента в рабочее состояние, так как предыдущая перегрузка могла вызвать необратимое повреждение в элементе, требующее в этом случае ремонта.
Инициированные отказы (ошибочные команды). Люди, например операторы и обслуживающий технический персонал, также являются возможными источниками вторичных отказов, если их действия приводят к выходу элементов из строя. Ошибочные команды представляются в виде элемента, находящегося в нерабочем состоянии из-за неправильного сигнала управления или помех (при этом лишь иногда требуется ремонт для возвращения данного элемента в рабочее состояние). Самопроизвольные сигналы управления или помехи часто не оставляют последствий (повреждений), и в нормальных последующих режимах элементы работают в соответствии с заданными требованиями. Типичными примерами ошибочных команд являются: «напряжение приложено самопроизвольно к обмотке реле», «переключатель случайно не разомкнулся из-за помех», «помехи на входе контрольного прибора в системе безопасности вызвали ложный сигнал на остановку», «оператор не нажал на аварийную кнопку» (ошибочная команда от аварийной кнопки).
Множественный отказ (отказы общего характера) есть событие, при котором несколько элементов выходят из строя по одной и той же причине. К числу таких причин могут быть отнесены следующие:
Конструкторские недоработки оборудования (дефекты, не выявленные на стадии проектирования и приводящие к отказам вследствие взаимной зависимости между электрическими и механическими подсистемами или элементами избыточной системы);
Ошибки эксплуатации и технического обслуживания (неправильная регулировка или калибровка, небрежность оператора, неправильное обращение и т. п.);
Воздействие окружающей среды (влага, пыль, грязь, температура, вибрация, а также экстремальные режимы нормальной эксплуатации);
Внешние катастрофические воздействия (естественные внешние явления, такие как наводнение, землетрясение, пожар, ураган);
Общий изготовитель (резервируемое оборудование или его компоненты, поставляемые одним и тем же изготовителем, могут иметь общие конструктивные или производственные дефекты. Например, производственные дефекты могут быть вызваны неправильным выбором материала, ошибками в системах монтажа, некачественной пайкой и т. п.);
Общий внешний источник питания (общий источник питания для основного и резервного оборудования, резервируемых подсистем и элементов);
Неправильное функционирование (неверно выбранный комплекс измерительных приборов или неудовлетворительно спланированные меры защиты).
Известен целый ряд примеров множественных отказов: так, некоторые параллельно соединенные пружинные реле выходили из строя одновременно и их отказы были вызваны общей причиной; вследствие неправильного расцепления муфт при техническом обслуживании два клапана оказались установлены в неправильное положение; из-за разрушения паропровода имели место сразу несколько отказов коммутационного щита. В некоторых случаях общая причина вызывает не полный отказ резервированной системы (одновременный отказ нескольких узлов, т.е. предельный случай), а менее серьезное общее понижение надежности, что приводит к повышению вероятности совместного отказа узлов систем. Такое явление наблюдается в случае исключительно неблагоприятных окружающих условий, когда ухудшение характеристик приводит к отказу резервного узла. Наличие общих неблагоприятных внешних условий приводит к тому, что отказ второго узла зависит от отказа первого и спарен с ним.
Для каждой общей причины необходимо определить все вызываемые ею исходные события. При этом определяют сферу действия каждой общей причины, а также место расположения элементов и время происшествия.
Некоторые общие причины имеют лишь ограниченную сферу действия. Например, утечка жидкости может ограничиваться одним помещением, и электрические установки, их элементы в других помещениях не будут повреждены вследствие утечек, если только эти помещения не сообщаются друг с другом.
Отказ считают по сравнению с другим более критичным, если его предпочтительнее рассматривать в первую очередь при разработке вопросов надежности и безопасности. При сравнительной оценке критичности отказов учитывают последствия отказа, вероятность возникновения, возможность обнаружения, локализации и т. д.
Указанные выше свойства технических объектов и промышленная безопасность – взаимосвязаны. Так, при неудовлетворительной надежности объекта вряд ли следует ожидать хороших показателей его безопасности.
В то же время перечисленные свойства имеют свои самостоятельные функции. Если при анализе надежности изучается способность объекта выполнять заданные функции (при определенных условиях эксплуатации) в установленных пределах, то при оценке промышленной безопасности выявляют причинно-следственные связи возникновения и развития аварий и других нарушений с всесторонним анализом последствий этих нарушений.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
По дисциплине
«Надежность технических систем и техногенный риск»
«Причины и виды отказов»
Введение
Переход объекта из одного вышестоящего технического состояния в нижестоящее обычно происходит вследствие событий: повреждений или отказов. Совокупность фактических состояний объекта и возникающих событий, способствующих переходу в новое состояние, охватывает так называемый жизненный цикл объекта, который протекает во времени и имеет определенные закономерности, изучаемые в теории надежности. Включающие в себя такие понятия, как повреждения, отказ и т.д. Рассмотрим эти понятия как можно полноценнее.
Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.
Отказ - это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Применительно к отказу и повреждению рассматривают такие критерий, как причину, признаки, характер и последствия.
Под критериями отказа понимаются признаки, позволяющие установить факт нарушения работоспособности. Наиболее распространенными критериями отказов являются трещины, нарушения регулировок, износ и др.
Причинами отказов объектов могут быть дефекты, допущенные при конструировании, производстве и ремонте, нарушение правил и норм эксплуатации, различного рода повреждения, а также естественные процессы изнашивания и старения.
Признаками отказов объектов называются непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств наблюдателя явлений, характерных для неработоспособного состояния объекта (падение давления масла, появление стуков, изменение температурного режима и т.д.).
Характером отказа (повреждения) являются конкретные изменения в объекте, связанные с возникновением отказа (обрыв провода, деформация детали и т.д.).
В данной работе я постараюсь рассмотреть классификацию, причины и последствия отказов в полном объеме.
1. Понятие отказа
Под отказом понимается событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности системы.
Отказ может быть связан с нарушением в выполнении каких-либо заданных функций (отказ функционирования) или с недостаточной квалификацией обслуживающего персонала, в результате которой система не выполняет заданные функции удовлетворительно. Отказы могут быть связаны с изменением параметров или характеристик системы, т.е. одна из основных функций выполняется плохо (отказ по параметру).
2. Классификация и характеристики отказов
Классифицировать отказы можно в зависимости от характера и особенностей, от момента возникновения. Перейдем к классификации отказов:
1. По характеру изменения параметра до момента возникновения отказа:
Внезапный отказ;
Постепенный отказ.
2. По связи с другими отказами:
Независимый отказ;
Зависимый отказ.
3. По возможности последующего использования после возникновения отказа:
Полный отказ;
Частичный отказ.
4. По характеру устранения отказа:
Устойчивый отказ;
Самоустраняющийся отказ (сбой или перемежающийся отказ).
5. По наличию внешних проявлений:
Очевидный (явный) отказ;
Скрытый (неявный) отказ.
6. По причине возникновения:
Конструкционный отказ;
Технологический отказ;
Эксплуатационный отказ.
7. По природе происхождения:
Естественный отказ;
Искусственный отказ (вызываемый намеренно).
8. По времени возникновения отказов:
Отказ при испытаниях;
Отказ периода приработки;
Отказ периода нормальной эксплуатации;
Отказ последнего периода эксплуатации.
3. Характеристика отказов
Постепенные (износные) отказы характеризуются возникновением в результате постепенного протекания того или иного процесса повреждения, прогрессивно ухудшающего выходные параметры объекта.
Внезапные отказы возникают в результате сочетания неблагоприятных факторов и случайных внешних воздействий, превышающих возможности объекта к их восприятию. Внезапные отказы характеризуются скачкообразным характером перехода объекта из работоспособно в неработоспособное состояние.
Сложный отказ включает особенности двух предыдущих отказов.
К полным отказам относятся отказы, после которых использование объекта по назначению невозможно (для восстанавливаемых объектов - невозможно до проведения восстановления).
Частичные отказы - отказы, после возникновения которых объект может быть использован по назначению, но с меньшей эффективностью или когда вне допустимых пределов находятся значения не всех, а одного или нескольких выходных параметров.
Независимый отказ - отказ, не обусловленный другими отказами или повреждениями объекта.
Зависимый отказ - отказ, обусловленный другими отказами или повреждениями объекта.
Устойчивые отказы - отказы, которые можно устранить только путем восстановления (ремонта).
Отказы, устраняемые без операций восстановления путем регулирования или саморегулирования, относятся к самоустраняющимся.
Сбой - самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.
Перемежающийся отказ - многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера.
Явный отказ - отказ, обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению.
Скрытый отказ - отказ, не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики.
Большинство параметрических отказов относятся к категории скрытых.
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 естественным процессом старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации.
Искусственные отказы вызываются преднамеренно, например, с исследовательскими целями, с целью необходимости прекращения функционирования и т.п.
Отказы, происходящие без преднамеренной организации их наступления в результате направленных действий человека (или автоматических устройств), относят к категории естественных отказов.
Причины и последствия возникновения отказов
Причины возникновения отказов могут быть связаны с нарушением в выполнении каких-либо заданных функций (отказ функционирования) или с недостаточной квалификацией обслуживающего персонала, в результате которой система не выполняет заданные функции удовлетворительно. Отказы могут быть связаны с изменением параметров или характеристик системы, т.е. одна из основных функций выполняется плохо (отказ по параметру). Так же причинами отказов объектов могут быть дефекты, допущенные при конструировании, производстве и ремонте, нарушение правил и норм эксплуатации, различного рода повреждения, а также естественные процессы изнашивания и старения.
Согласно ГОСТ 15467-79 отказ может быть в результате дефекта. Это понятие отражает состояние объекта. Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта установленным нормам или требованиям. Дефект отражает состояние отличное от отказа. В соответствии с определением отказа, как события, заключающегося в нарушении работоспособности, предполагается, что до появления отказа объект был работоспособен. Отказ может быть следствием развития неустраненых повреждений или наличия дефектов: царапин; потертости изоляции; небольших деформаций.
По признаку стадии происхождения дефекты можно разделить на три группы:
1. Дефекты (ошибки) проектирования. Сюда можно отнести:
недостаточную виброзащищенность;
наличие повышенных напряжений;
неправильный выбор материалов;
неправильное определение предполагаемого уровня эксплуатационных нагрузок.
2. Дефекты изготовления (производственные). К ним можно отнести:
дефекты механической обработки;
дефекты пайки;
дефекты термообработки;
дефекты сборки.
3. Дефекты эксплуатации. Сюда можно отнести:
нарушение условий применения;
неправильное техническое обслуживание и ремонт;
наличие перегрузок и непредвиденных нагрузок;
применение некачественных эксплуатационных материалов.
Также причинами возникновения отказов являются:
1. Конструкционный отказ, вызванный недостатками и неудачной конструкцией объекта;
2. Производственный отказ, связанный с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершенства или нарушения технологии;
3. Эксплуатационный отказ, вызванный нарушением правил эксплуатации.
4. Характер устранения;
5. Устойчивый отказ;
6. Перемежающийся отказ (возникающий / исчезающий).
К последствиям отказа относятся явления, процессы и события, возникшие после отказа и в непосредственной причинной связи с ним (остановка двигателя, вынужденный простой по техническим причинам).
Последствиями отказа являются:
1. Легкий отказ (легкоустранимый);
2. Средний отказ (не вызывающий отказы смежных узлов - вторичные отказы);
3. Тяжелый отказ (вызывающий вторичные отказы или приводящий к угрозе жизни и здоровью человека).
4. Дальнейшее использование объекта:
5. Полные отказы, исключающие возможность работы объекта до их устранения;
6. Частичные отказы, при которых объект может частично использоваться.
Основные показатели безотказности для невосстанавливаемых объектов
Невосстанавливаемый объект - это объект, который не подлежит восстановлению в результате отказа.
Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданий наработки отказ объекта не возникает. На практике этот показатель определяется статистической оценкой:
где N o - число однотипных объектов, поставленных на испытания (находящихся под контролем); во время испытаний отказавший объект не восстанавливается и не заменяется исправным;
n(t) - число отказавших объектов за время t .
Из определения вероятности безотказной работы видно, что эта характеристика является функцией времени, причем она является убывающей функцией и может принимать значения от 1 до 0.
График вероятности безотказной работы объекта
Как видно из графика, функция P(t) характеризует изменение надежности во времени и является достаточно наглядной оценкой
Иногда практически целесообразно пользоваться не вероятностью безотказной работы, а вероятностью отказа Q(t). Поскольку работоспособность и отказ являются состояниями несовместимыми и противоположными, то их вероятности связаны зависимостью:
P(t) + Q(t) = 1. (2)
Согласно законам теории вероятности вероятность безотказной работы можно определить по формуле:
где f(t) - плотность вероятности (согласно закона распределения).
Таким образом, зная плотность вероятности f(t), легко найти искомую величину P(t).
Связь между P(t), Q(t) и f(t) можно интерпретировать, как показано на рисунке 3.
Графическая интерпретация вероятности безотказной работы и вероятности отказа
отказ невосстанавливаемый наработка безотказный
Отметим, что не всегда в качестве наработки выступает время (в часах, годах). К примеру, для оценки вероятности безотказной работы коммутационных аппаратов с большим количеством переключений в качестве переменной величины наработки целесообразно брать количество циклов «включить» - «выключить». При оценке надежности скользящих контактов удобнее в качестве наработки брать количество проходов токоприемника по этому контакту, а при оценке надежности движущихся объектов наработку целесообразно брать в километрах пробега. Суть математических выражений оценки P(t), Q(t), f(t) при этом остается неизменной.
Средней наработкой до отказа называется математическое ожидание наработки объекта до первого отказа T 1 .
Таким образом, средняя наработка до отказа равна площади, образованной кривой вероятности безотказной работы P(t) и осями координат.
Статистическая оценка для средней наработки до отказа определяется по формуле
где N o - число работоспособных однотипных невосстанавливаемых объектов при t = 0 (в начале испытания);
t j - наработка до отказа j -го объекта.
Отметим, что как и в случае с определением P(t) средняя наработка до отказа может оцениваться не только в часах (годах), но и в циклах, километрах пробега и другими аргументами.
Интенсивность отказов - это условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не наступил. Из вероятностного определения следует, что
Статистическая оценка интенсивности отказов имеет вид:
где n(Дt) - число отказов однотипных объектов на интервале Дt ?? , для которого определяется интенсивность отказов;
N ср . ?? - число работоспособных объектов в середине интервала Дt ?? (см. рисунок 4).
Схема для определения N ср
N i - число работоспособных объектов в начале интервала t ?? ;
N ?? +1 - число работоспособных объектов в конце интервала Дt ?? .
Если при статистической оценке интенсивности отказов время эксперимента разбить на достаточно большое количество одинаковых интервалов Дt за длительный срок, то результатом обработки опытных данных будет график, изображенный на рисунке 5.
Кривая жизни объекта
Как показывают многочисленные данные анализа надежности большинства объектов линеаризованная обобщенная зависимость л(t) представляет собой сложную кривую с тремя характерными интервалами (I, II, III). На интервале II (t 2 - t 1) л = const. Этот интервал может составлять более 10 лет, он связан с нормальной эксплуатацией объектов. Интервал I (t 1 - 0) часто называют периодом приработки элементов. Он может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от уровня организации отбраковки элементов на заводе-изготовителе, где элементы с внутренними дефектами своевременно изымаются из партии выпускаемой продукции. Величина интенсивности отказов на этом интервале во многом зависит от качества сборки схем сложных устройств, соблюдения требований монтажа и т.п. Включение под нагрузку собранных схем приводит к быстрому «выжиганию» дефектных элементов и по истечении некоторого времени t 1 в схеме остаются только исправные элементы, и их эксплуатация связана с л = const. На интервале III (t > t 2) по причинам, обусловленным естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и т.д., интенсивность отказов резко возрастает, увеличивается число деградационных отказов. Для того, чтобы обеспечить л = const необходимо заменить неремонтируемые элементы на исправные новые или работоспособные, отработавшие время t ? t 2 . Интервал л = const соответствует экспоненциальной модели распределения вероятности безотказной работы. Здесь же отметим, что при л = const значительно упрощается расчет надежности и л наиболее часто используется как исходный показатель надежности элемента.
Гамма-процентная наработка до отказа - наработка в течение которой отказ в объекте не возникнет с вероятностью г, выраженной в процентах, иначе это минимальная наработка до отказа которую будут иметь гамма процентов объектов данного вида. Обычно г =100%.
Заключение
Из всего выше изложенного можно сделать вывод, что отказ это неотъемлемая часть любой техники. Все имеет свой срок годности. Рано или поздно деталь изнашивается, деформируется, портится и т.д., что выводит из эксплуатации всю технику или частично. Это событие принято называть отказом. В свою очередь отказ является толчком для развития более современной технологии.
Библиографический список
1. Надежность технических систем: Справочник. / Ю.К. Беляев, В.А. Богатырев, В.В. Болотин. Под ред. И.А. Ушакова - М.: Радио и связь 1985
2. Надежность технических систем. Бобров В.И. Учебное пособие - Москва: МГУП, 2004
3. ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения»
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Построение эмпирической вероятности безотказной работы. Определение параметров распределения итерационным методом. Рассмотрение количественных характеристик каждого фактора в отдельности. Определение средней наработки до первого отказа устройства.
отчет по практике , добавлен 13.12.2017
Определение статистической вероятности безотказной работы устройства. Расчет средней наработки до отказа топливных форсунок. Изучение зависимости от пробега автомобиля математического ожидания износа шатунных шеек коленчатого вала и дисперсии износа.
контрольная работа , добавлен 26.02.2015
Государственные стандарты по проблеме надежности энергетических объектов при эксплуатации. Изменение интенсивности отказов при увеличении наработки объекта. Вероятность безотказной работы. Показатели долговечности и модель гамма-процентного ресурса.
презентация , добавлен 15.04.2014
Определение модели вероятности отказов для резистора и конденсатора, расчет коэффициентов нагрузки и суммарной эксплуатационной интенсивности отказов с целью оценки показателей безотказности функционального узла РЭУ при наличии постоянного резервирования.
курсовая работа , добавлен 05.07.2010
Понятия теории надежности. Вероятность безотказной работы. Показатели частоты отказов. Методы повышения надежности техники. Случаи возникновения отказов, сохранность работоспособности оборудования. Критерии и количественные характеристики его оценки.
курсовая работа , добавлен 28.04.2014
Отказ как полное или частичное отсутствие детонации заряда. Заряды, не взорвавшиеся по причинам технического характера. Виды отказов, их классификация по внешним признакам, периодичности проявления. Основные причины отказов, особенности их предупреждения.
презентация , добавлен 23.07.2013
Схема основных состояний и событий, характерных для восстанавливаемых систем. Показатели надежности невосстанавливаемых систем. Критерии потоков отказов. Показатели безотказности. Анализ ряда основных параметров, характеризующих надежность системы.
курсовая работа , добавлен 22.07.2015
Анализ изменения вероятности безотказной работы системы от времени наработки. Понятие процентной наработки технической системы, особенности обеспечения ее увеличения за счет повышения надежности элементов и структурного резервирования элементов системы.
контрольная работа , добавлен 16.04.2010
Основные понятия теории надежности. Сохранение прочности крыла при возникновении в его обшивке усталостных трещин, размеры которых не превышают заданных значений. Причины возникновения и классификация отказов. Вероятность безотказной работы оборудования.
презентация , добавлен 30.04.2014
Структурная схема надежности технической системы. График изменения вероятности безотказной работы системы от времени наработки до уровня 0,1-0,2. 2. Определение Y-процентной наработки технической системы.
Под отказом в технике понимают полную или частичную утрату работоспособности (исправности) системы или ее элементов, а также несоответствие рабочих параметров системы требованиям нормативных документов.
На сегодняшний день известны различные классификации отказов технических систем. Остановимся более подробно на основных из них.
1. По частоте различаютотказы:
Единичные;
Повторяющиеся многократно за определенный период наработки.
2. По последствиям отказы бывают:
Лёгкие, не вызывающие остановки объекта и устраняемые в удобное время;
Средние, вызывающие немедленную остановку объекта для ремонта;
Тяжелые, вызывающие не только остановку объекта, но и вторичные разрушения.
3. По сложности устранения отказы делят на:
Устраняемые с использованием операции технического обслуживания;
Устраняемые путём проведения текущего ремонта;
Устраняемые путём проведения капитального ремонта.
4. По способности к восстановлению работоспособности отказы могут быть устраняемыми:
В эксплуатационных условиях;
В стационарных условиях.
Такое деление является условным и определяется возможностями организации ремонта
5. По внешним проявлениям отказы делят на:
Явные, на обнаружение которых тратится небольшое время, например, менее 10 минут;
Скрытые, на обнаружение которых требуется время свыше установленной нормы.
6. По взаимосвязям между отказами различают:
Первичные, происшедшие первоначально по любым причинам;
Вторичные (зависимые), вызванные другим отказом.
7. По условиям возникновения различают отказы, происшедшие:
При хранении, транспортировании, на холостом пробеге;
При выполнении объектом основных функций.
8. По уровню внешних воздействий отказы, возникают:
При нормальных условиях эксплуатации;
При ненормальных условиях эксплуатации.
9. По возможности прогнозирования :
Прогнозируемые, возникновение которых зависит от возраста объекта;
Прогнозируемые, обусловленные изменением параметра объекта;
Непрогнозируемые.
10. По характеру изменения параметров системы:
Внезапный - отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значения одного или нескольких заданных параметров объекта;
Постепенный - отказ, характеризующийся постепенным изменением значения одного или нескольких заданных параметров объекта.
11. По виду систем и агрегатов объекта различают отказы несущей системы, рабочего оборудования, электрооборудования, пневмосистемы, системы управления и др.
12. По связи с другими отказами :
Независимый, не обусловленный отказом другого объекта;
Зависимый - отказ объекта, обусловленный отказом другого объекта.
13. По возможности последующего использования отказы делят на:
Полный, в результате которого происходит полная утрата работоспособности объекта;
Частичный, вызывающий соответственно частичную потерю работоспособности объекта.
14. По характеру устранения отказа:
Устойчивый;
Самоустраняющийся:
Перемежающийся многократно возникающий самоустраняющийся отказ объекта одного и того же характера.
15. По природе происхождения различают отказы:
Естественный;
Искусственный, вызываемый намеренно.
16. По времени возникновения различают отказы:
При испытаниях;
Периода приработки (приработанный);
Периода нормальной эксплуатации;
Последнего периода эксплуатации.
17.По скорости процессов разрушения различают отказы:
Быстро протекающих процессов;
Средне протекающих;
Медленно протекающих.
4. Классификация отказов инженерно-экологических систем. Характеристика инженерно-экологических систем с точки зрения надежности. Виды надежности ИЭС:технологическая и санитарно-гигиеническая.
Из 17 основных классификаций отказов технических систем применительно к оценке работы ИЭС основными являются следующие виды отказов:
1. По характеру изменения параметров системы:
- внезапные отказы , характеризующиеся скачкообразным изменением значений одного или нескольких основных параметров системы (устройства, узла и т. п.);
- постепенные отказы , характеризующиеся постепенным изменением значений одного или нескольких основных параметров системы.
Частным случаем постепенного отказа является параметрический отказ , который заключается в прекращении выполнении ИЭС заданной функции по эффективности своей работы.
Существует 3 периода функционирования технических систем и соответствующие им виды отказов:
Приработка, когда в основном проявляются конструктивные, технологические и производственные дефекты – приработочные отказы;
Нормальная эксплуатация, для которой характерны только внезапные отказы постоянной интенсивности;
Период интенсивного износа(старения) и постепенных (износовых) отказов, которые протекают в необслуживаемых конструкциях с возрастающей интенсивностью.
2. По скорости процессов разрушения:
Отказы быстро протекающих процессов;
- средне протекающих ;
- медленно протекающих .
3. По связи с другими отказами .
- зависимые , возникающих в результате отказов других элементов;
- независимые , возникающих независимо от отказов других элементов.
С точки зрения других классификационных признаков надежности ИЭС является:
В зависимости от процессов, которые сопутствуют выполнению необходимых функций, системой многоразового применения (с несколькими циклами применения), повторное использование которой возможно и может осуществляться после выполнения возложенных на нее функций за предыдущий цикл применения;
В зависимости по приспособленности к восстановлению работоспособности - системой восстанавливаемой , т.е. ее работоспособность, утраченная при отказе, может быть восстановлена в процессе эксплуатации;
В зависимости от длительности времени эксплуатации - обслуживаемой системой , т.е. для систем многоразового применения техническое обслуживание может проводиться как в периоды дежурства и подготовки к применению, так и в интервалах между циклами применения;
В зависимости от вида реализованного технического обслуживания – системой скомбинированным техническим обслуживанием , т.е. при наличии плановых ремонтно-профилактических работ обладают элементами со случайным периодом обслуживания (в соответствии с появлением отказов).
- технологической надежности - , характеризующей достижимый на заданный период эксплуатации уровень вероятности «физической» безотказности ИЭС (подсистем) в результате воздействия внутренних дефектов изготовления, внезапных внешних нагрузок или факторов постепенного износа;
- санитарно-гигиенической надежности - , характеризующей достижимый на заданный период эксплуатации уровень вероятности параметрической безотказности ИЭС (подсистем), обусловленный постепенным снижением эффективности ее работы (технологической или санитарно-гигиенической).
Из определений следует, что основным видом надежности выступает технологическая, поскольку определяет собственно работу системы. Ужесточающим условием к работоспособности системы.
При этом расчет каждого вида надежности может производиться как в совокупности друг с другом, так и по отдельности.
Санитарно-гигиеническая надежность выступает дополнительным.
Похожая информация.