Термины теории надежности

 

В параграфе приводятся наиболее распространенные тер­мины, без знания которых чтение настоящего пособия и ре­комендованной литературы вызовет затруднения.

Все приводимые термины расположены в алфавитном порядке.

Безотказность — свойство изделия или системы сохранять работоспособность в течение заданного промежут­ка времени при определенных условиях эксплуатации. Этот термин в какой-то мере аналогичен определению надеж­ности.

Вероятность отказа — вероятность того, что в те­чение заданного промежутка времени возникает хотя бы один отказ изделия или системы.

Восстанавливаемое устройство — устройство, параметры которого после отказа могут быть восстановлены в полном объеме. Для ряда локомотивного оборудования это понятие условно, например: тяговый электродвигатель после отказа восстанавливается, но это связано с отстранением тепловоза от работы и заменой данного двигателя другим. Таким образом, он выступает как восстанавливаемая и невосстанавливаемая система одновременно. В ряде случаев, на­пример для полупроводниковых приборов, таких сомнений не возникает.

Восстанавливаемость — свойства изделия при­обретать после ремонта первоначальные параметры.

Время восстановления — время, затрачиваемое на обнаружение и устранение отказа.

Интенсивность восстановления — количество восстановлений (ремонтов) одноименного оборудования, про­изведенное в рассматриваемый промежуток времени.

Интенсивность отказов — количество отказов в единицу времени, отнесенное к числу элементов, остав­шихся исправными к началу рассматриваемого промежутка времени.

Надежность — вероятность исправной работы элемен­та (системы) в течение заданного времени при определенных условиях эксплуатации.

Невосстанавливаемое устройство — устрой­ство, работа которого после отказа считается невозможной; устройство восстановлению не подлежит.

Отказ — событие, заключающееся в полной либо частич­ной потере элементом (системой) работоспособности. Пара­метры устройства отклоняются за допустимые пределы. В свою очередь отказы по характеру их проявления подраз­деляются на внезапные, постепенные и перемежающиеся.

Внезапный отказ — отказ элемента, возникающий в результате резкого изменения нагрузки. Возникает случай­но, неожиданно. Исключить их полностью нельзя. Именно этот вид отказа характерен для большинства технических устройств в период эксплуатации. Причины отказа могут быть технологического и конструктивного характера; отказ может возникнуть в результате нарушения условий эксплуа­тации.

Постепенный отказ — отказ, возникающий в резуль­тате изменения свойств элемента. Обычно вызывается старе­нием (износом).

Перемежающийся отказ — отказ, связанный со значительным изменением какого-либо внешнего параметра. При достижении возмущающим параметром расчетных зна­чений система начинает функционировать нормально. Расчет

влияния на системы перемежающихся отказов наиболее за­труднителен, так как в большинстве случаев не удается свое­временно установить истинную причину его возникновения. Наиболее характерен для электрических цепей.

Полный отказ — отказ, до устранения которого си­стема непригодна для выполнения требуемой работы.

Ремонтопригодность—свойство системы, выра­жающееся в приспособленности ее к обнаружению и устра­нению отказа. Для аналогичных систем различных серий ло­комотивов равна времени, необходимому на обнаружение к устранение неисправности.

Среднее время безотказной работы — время работы до первого отказа. Обычно определяется для одно­типных элементов.

Средняя наработка на отказ—время между двумя отказами. Является одним из важнейших показателей для восстанавливаемых систем. Для периода нормальной эксплуатации равна среднему времени безотказной работы.

Частичный отказ — отказ, до устранения которого остается возможность использовать систему по назначению.

Частота отказов—число отказов в выбранный пе­риод времени, отнесенное к общему числу работающих в этот период однотипных элементов (систем).

Определение таких понятий как элемент и система в каж­дом конкретном случае требует уточнения. Так, локомотив в целом может рассматриваться как система, тогда элемен­тами являются отдельные узлы энергетической установки. В свою очередь каждый узел может рассматриваться как си­стема, состоящая из ряда элементов.

Критерии надежности

 

Надежность рассматривается как внутреннее свойство си­стемы, как ее параметр. Для полной оценки надежности од­ной вероятностной оценки мало. Нужны количественные ха­рактеристики— критерии надежности, т. е. признак, по которому можно судить о надежности рассматриваемой • системы.

Количественные значения критерия надежности назы­ваются характеристикой надежности, которая и является технической характеристикой системы. Критерии надежности делятся на несколько групп:

1) критерии безотказности: вероятность безотказной ра­боты, частота отказов, интенсивность отказов, среднее время безотказной работы, наработка на отказ;

2) критерии восстанавливаемости: вероятность восста­новления, среднее время восстановления, интенсивность вос­становления;

3) эксплуатационные критерии: коэффициент использо­вания, коэффициент готовности, коэффициент простоя, коэф­фициент стоимости эксплуатации.

Рассмотрим каждый критерий в отдельности.

Вероятность безотказной работы — самый распространенный критерий надежности. Численно опреде­ляется как отношение

 

 

где

N — число эксплуатируемых в рассматриваемый период времени однотипных элементов;
n _i — число отказов за тот же период времени.

Пример. Из 200 кремниевых вентилей ВК-200 за 1000 ч работы отка­зало 8 шт. Определить вероятность исправной работы.

 

R(t) можно представить как вероятность того, что время исправной работы элемента будет больше некоторого задан­ного времени:

 

 

Чем больше выбранный промежуток времени, тем меньше вероятность безотказной работы.

Частота отказов определяется по выражению

 

 

 

 

— число отказавших элементов за время t.

Отказавшие элементы не заменяются новыми и общее их число уменьшается.

Если отказавшие элементы заменяются новыми, что характерно для работы локомотивов, то

 

 

называется средней частотой отказов. Достоинством этого критерия

является возможность судить о количестве элементов, кото­рые могут

отказать за определенный промежуток времени.

Пример. Для предыдущего случая с диодами ВК-200 средняя частота отказов составит

 

 

 

Имея ср можно определить ожидаемый выход из строя диодов за любой промежуток времени.

Интенсивность отказов — показатель, характеризующий надежность

элемента в каждый данный момент вре­мени. Является универсальной

характеристикой невосстанавливаемых элементов. Количественно

определяется из урав­нения

 

 

 

где

n _i — число отказавших элементов с начала эксплуата­ции

до рассматриваемого периода включительно;

— число отказавших элементов за время t;

N — начальное число элементов.

Следовательно, интенсивность отказов показывает, какая доля от работающих в некоторый момент времени элемен­тов отказывает в единицу времени после этого момента.

Значения получают в результате обработки эксплуата­ционных и экспериментальных материалов. Для локомотивов источником сведений об отказах являются материалы локо­мотивных депо.

 

 

 

Рис. 10.

 

 

Если по рассчитанным частным значениям для однотип­ных элементов построить кривую, то получаем функцию интенсивности отказов, =f(t), называемую лямбда ха­рактеристикой (рис. 10).

 

На кривой =f(t) можно выделить три характерных уча­стка: I — начальные отказы, зависящие от технологических причин и выявляемые в результате испытания аппаратуры после изготовления или ремонта; II — отказы, зависящие от случайных концентраций нагрузки, либо внешних воздей­ствий, возникающих в период нормальной эксплуатации устройства; III—износовые отказы, появляющиеся в резуль­тате износа и старения элементов. Появление износовых отказов может служить критерием долговечности устройства.

Для практики важен случай, когда интенсивность отказов постоянна во времени

 

 

Этот случай наиболее часто употребляется при расчетах на­дежности систем длительного использования, к которым це­ликом относятся локомотивные системы.

Среднее время безотказной работы — мате­матическое ожидание времени исправной работы элементов. Среднее время безотказной работы определяется по стати­стическим данным по формуле

 

 

 

где

— время исправной работы i -ого элемента;

N — общее число испытываемых элементов.

Для восстанавливаемых систем Т_ср отражает время эксплуа­тации до первого отказа.

Наработка на отказ — критерий надежности, более удобный для практики. Степень надежности в этом случае оценивается средним числом часов работы между двумя отказами, взятыми за определенное время эксплуатации:

 

 

Вероятность восстановления — вероятность того, что отказавший элемент будет восстановлен за заданное.время при известных условиях ремонта, т.е.

 

Среднее время восстановления принимается как среднеарифметическое время, необходимое для восста­новления отказавшего узла:

 

 

 

На время Тв оказывает влияние квалификация ремонтного персонала.

Интенсивность восстановления величина обратная среднему времени восстановления:

 

 

 

Этот показатель характеризует производительность работ.

Коэффициент использования — отношение вре­мени работы локомотива

за месяц к календарному времени¹.

 

 

 

Коэффициент готовности — отношение времени готовности локомотива

к эксплуатации к календарному вре­мени:

 

 

Где

— время простоя эпс в ожидании работы.

Коэффициент простоя — отношение времени про­стоя электровоза во всех видах осмотров и ремонтов к кален­дарному времени.

 

 

— время простоя электровоза во всех видах ремонтов, и осмотров и в ожидании их.

Если в числителе учитывать только время на ремонт и обнаружение

неисправности, то получим коэффициент, ха­рактеризующий ремонто-

пригодность.

Коэффициент стоимости эксплуатации слу­жит для оценки расхода средств,

необходимых для поддер­жания оборудования локомотивов в надлежащем

состоянии г. процессе эксплуатации

 

 

где

С₁ — стоимость обслуживания локомотивов в течение года;

С_о — строительная стоимость локомотивов.

Чем выше надежность, тем ниже стоимость обслуживания локомотивов.

В стоимость С₁ не включаются расходы депо, необходимые для обеспечения

поездной работы (локомотивные бригады, работники экипировки,

нарядчики и т. д.).

Перечисленные критерии надежности позволяют всесто­ронне и полно

судить о надежности рассматриваемой системы или тепловоза в целом,

и могут применяться при проектиро­вании новых локомотивных систем.