1.3. Классификация отказов объектов

В ГОСТ 27.002—89 [8] приводятся определения восьми видов отка­зов: независимый, зависимый, внезапный, постепенный, перемежаю­щийся, конструкционный, производственный и эксплуатационный отка­зы. В литературе по надежности употребляются и другие виды отказов. Отказы принято классифицировать по различным признакам (рис. 1.8).

Независимый отказ — это отказ объекта, не обусловленный отказом другого объекта. Зависимый отказ — это отказ объекта, обусловленный отказом другого объекта. При полном отказе объект прекращает выпол­нение всех возложенных на него функций, а при частичном — некоторые функции объектом еще выполняют­ся. Перемежающийся отказ (сбой) — это многократно возникающий самоустраня­ющийся отказ объекта одного и того же характера. Весьма важным в теории на­дежности является разделение отказов на внезапные и постепенные. Внезапный от­каз — это отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких заданных пара­метров объекта. Постепенный отказ ха­рактеризуется медленным изменением значений параметра объекта (рис: 1.9).

Конечно, деление отказов на внезапные и постепенные весьма условно. Поскольку физико-химические процессы, приводящие к отка­зам, во времени непрерывны, то, в принципе, внезапных отказов, как таковых, быть не может! Просто мгновенность быстропротекающих процессов приводит к внезапному проявлению отказов. Но если гово­рить строго, то при наличии совершенной контрольно-измерительной аппаратуры и правильно выбранной частоте контроля объектов можно прогнозировать появление отказа, т.е. относить его к классу постепен­ных отказов.

Причинами отказов объектов являются процессы, события и состо­яния, обусловившие возникновение отказа. В зависимости от причины возникновения отказа их классифицируют на:

конструкционные — появившиеся в результате несовершенства и на­рушения установленных правил и (или) норм конструирования объекта; производственные — возникшие в результате несовершенства или нарушения установленного процесса изготовления, монтажа, наладки или ремонта объекта, если он выполнялся на ремонтном предприятии;

эксплуатационные — возникшие в результате нарушения установ­ленных правил и (или) условий эксплуатации объекта.

Говоря о классификации отказов объектов, необходимо отметить два обстоятельства. Первое: при анализе надежности объекта очень важ­но четко сформулировать критерий отказа. Второе: неполнота сведений об объекте и процессах, протекающих в нем и окружающей среде, при­водит к вероятностному характеру отказов. Сам факт отказа объекта — явление детерминированное, а время появления отказа — величина слу­чайная. Поэтому основным математическим аппаратом теории надеж­ности является теория вероятностей и математическая статистика.

1.4. Единичные показатели надежности

Показатели надежности — это количественная характеристика од­ного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта. Если показатель надежности характеризует одно из свойств надежности, то он называется единичным, если же несколько свойств — комплексным no­li

JV,_, — число исправно работающих объектов в начале интервала време­ни At; N, — число исправно работающих объектов в конце интервала времени At.

Интенсивность отказов часто называют ^-характеристикой, она по­казывает, какая часть объектов выходит из строя в единицу времени по отношению к среднему числу исправно работающих объектов. Харак­терная кривая интенсивности отказов объектов показана на рис. 1.12, Щз которого видно, что кривая изменения интенсивности отказов имеет $$ш участка: период приработки (0 — f,), период нормальной эксплуата-ЕИИИ (/, — t₂), период интенсивного износа и старения (/₂ и далее). В пе­риод приработки выявляются отказы по вине проектировщиков, конст-дакторов и изготовителей. Здесь характерны внезапные отказы объекта. Шериод нормальной эксплуатации характерен наименьшим количест­вом отказов и приблизительным постоянством интенсивности отказов

(X(t) я const). Третий период обусловлен таким значением износа и ста­рения объекта, что его дальнейшая эксплуатация нецелесообразна.

Параметр потока отказов — это отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к зна­чению этой наработки. Параметр потока отказов со(/) используют в ка­честве показателя безотказности восстанавливаемых объектов, эксплуа­тация которых может быть описана следующим образом: в начальный момент времени объект начинает работу и работает до отказа; после от­каза происходит восстановление работоспособности и объект вновь ра­ботает до отказа и т.д. При этом время восстановления не учитывается: принимается;* что восстановление работоспособности происходит как бы мгновенно. Для таких объектов моменты отказов на оси суммарной наработки или на оси непрерывного времени образуют поток отказов. В качестве характеристики потока отказов используют «ведущую функ­цию» П(г) данного потока — математическое ожидание числа отказов за время t

где Д/*|(Д0 — общее число отказов восстанавливаемого объекта за ин­тервал времени от / — At/2 до t+ At/2.

Средний ресурс Т_р — это математическое ожидание ресурса.

Гамма-процентный ресурс Т^ — это наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью у, выраженной в процентах. Гамма-процентный ресурс определяется по формуле (1.15).

Назначенный ресурс Т_ри определяется как суммарная наработка объ­екта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.

Средний срок службы Т_а — это математическое ожидание срока службы.

Гамма-процентный срок службы Т_а% характеризуется календарной Продолжительностью от начала эксплуатации объекта, в течение кото-)рой он не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью у, выраженной в процентах (см. (1.15)).

Назначенный срок службы Г_С1Н — это календарная продолжитель­ность эксплуатации объекта, при достижении которой применение по Назначению должно быть прекращено.

| Назначенный ресурс (срок службы) — это характеристики, устанавли­ваемые на основании субъективных или организационных принципов и рпоэтому являющиеся косвенными показателями надежности. _; Вероятность восстановления. Момент восстановления работоспо­собности объекта после отказа является случайным событием. Поэтому Ьтервал времени от момента отказа до момента восстановления явля-щся случайной величиной и для характеристики ремонтопригодности может быть использована функция распределения этой случайной вели-рйны 9. Вероятностью восстановления называется вероятность того, что Цремя восстановления работоспособного состояния объекта не превы­сит заданного:

P_B(t) = P{Q < t), 0 < t. (1.22)

Функция P_t(t) представляет собой интегральную функцию распреде-Цения случайной величины 8. Вероятность невосстановления на задан­ном интервале t, т.е. вероятность того, что 8 > /, равна

Q,(t) = P{t < 8} = 1 - P,(t). (1.23)

где Т_в. — время обнаружения и устранения /-го отказа объекта.

Время, затрачиваемое на обнаружение и устранение отказов, зави­сит от ряда факторов: конструкции объекта, квалификации обслужива­ющего персонала, наличия специальных контрольных режимов, встро­енных контрольных устройств, качества испытательных тестов, сигнализации и др.

Важным показателем ремонтопригодности объекта является интен­сивность восстановления ц(() которая, следуя общей методологии, ана­логична показателю безотказности — интенсивности отказов.

Показатели сохраняемости — средний срок сохраняемости и гам­ма-процентный срок сохраняемости — определяются аналогично соот­ветствующим показателям безотказности и долговечности. Средний срок сохраняемости — это математическое ожидание срока сохраняе­мости, а гамма-процентный срок сохраняемости — это срок сохраняе­мости, достигаемый объектом с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.