Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Надёжность / Все лекции по надёжности

.pdf
Скачиваний:
166
Добавлен:
21.05.2019
Размер:
4.95 Mб
Скачать

Лекция 1

Предмет изучения, структура и задачи курса. Основные понятия и определения.

Основные нормативные документы в области надежности. Структура и содержание ГОСТ

27.002-2015. Термины и определения. Цели и задачи надежности.

1. Предмет изучения, структура и задачи курса. Основные понятия и

определения.

В железнодорожном и транспортном строительстве решение основных задач,

возникающих в производственном процессе, в настоящее время возложено на машины.

Технологические процессы строительства, текущего содержания, ремонта пути, погрузочно-

разгрузочных работ представляют собой совокупность взаимно увязанных во времени машинизированных операций.

Реализация производственных процессов, кроме достижения конечной цели,

сопровождается расходом технического ресурса используемых машин. Расход этот отражается в физическом износе машин, снижении качественных показателей и переходе в неработоспособное состояние. Это в значительной степени уменьшает мощность производственной организации по машинному парку.

При проектировании и производстве машины можно создать резерв ресурса за счет усиления ее конструктивных элементов, применения дополнительных коэффициентов запаса, однако такие меры имеют ограниченную область применения из-за того, что увеличивается масса и растет стоимость машины.

Кроме того, существует противоречие в развитии машин – растет количество отдельных элементов в машине, т.е. сложность машины, скорость роста которого опережает скорость повышения прочности и сроков службы этих элементов.

Исходя из сказанного, особое внимание уделяется двум свойствам машины и ее элементов:

1)способности к функционированию без перехода в состояние негодности;

2)Способности выполнять свои функции в течение заданного срока;

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

Причины особого внимания к надежности технических объектов:

1. Фактор прогресса: широкое использование комплексной механизации и автоматизации в промышленности, на транспорте и строительстве. Использование

«технологических систем»

2.Фактор сложности: возрастание сложности технических объектов, стоимости их обслуживания и ремонта, жесткости условий эксплуатации и ответственности задач, которые на них возлагаются.

3.Экономический фактор: недостаточная надежность приводит к увеличению доли эксплуатационных затрат по сравнению с общими затратами на проектирование,

производство и применение этих объектов.

Вкачестве примера см. технологическую систему на рис.1

Вкниге Дэвида Ллойда и Мирона Липова, сказано: «Ненадежность сказывается на стоимости, на временных затратах, психологически—в виде неудобств, а в определенных случаях грозит также безопасности людей и нации. Обычно потери за счет ненадежности представляют собой не только стоимость выходящего из строя агрегата, но также и стоимость связанного с ним оборудования, которое портится или разрушается в результате отказа... Классическим примером психологического эффекта ненадежности являются печальной памяти спутники «Авангард»».

Рис.1

Теория надежности

Под теорией надежности понимают научную дисциплину, которая изучает

закономерности сохранения во времени техническими средствами свойства выполнять

требуемые функции в заданных режимах и условиях технического обслуживания, ремонтов,

хранения и транспортирования.

Основные вопросы, которые изучает теория надежности:

отказы технических средств;

критерии и количественные характеристики надежности;

методы анализа и повышения надежности элементов и систем на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации;

методы испытания технических средств на надежность;

методы оценки эффективности повышения надежности.

Структура теории надежности

Различают общую теорию надежности и прикладные теории надежности.

Общая теория надежности имеет три составляющие:

1. Математическая теория надежности. Определяет математические закономерности,

которым подчиняются отказы и методы количественного измерения надежности, а также инженерные расчеты показателей надежности.

2.Статистическая теория надежности. Обработка статистической информации о надежности. Статистические характеристики надежности и закономерности отказов.

3.Физическая теория надежности. Исследование физико-химических процессов,

физических причин отказов, влияния старения и прочности материалов на надежность.

Прикладные теории надежности разрабатываются в конкретной области техники применительно к объектам этой области (теория надежности систем управления, теория надежности электронных устройств, теория надежности машин и др.)

Основные этапы развития теории надежности

I этап. Начало. (конец XIX в. - середина XX в.)

Временной отрезок: С начала появления первых технических устройств и до появления электроники и автоматики, авиации и ракетно-космической техники.

Особенности: Появилось такое понятие, как «запас прочности». Но, увеличивая запас прочности, увеличивается и масса изделия, что не всегда приемлемо. Специалисты стали искать пути решения этой проблемы.

Основой для решения таких проблем стала теория вероятностей и математическая

статистика. На базе указанных теорий уже в 30-е гг. было сформулировано понятие отказа,

как превышение нагрузки над прочностью.

Персоналии: Robert Lussier (перемножение вероятностей отказа в системе последовательно соединенных элементов – Закон Луссера), Waloddi Weibull (исследования системы постепенно изнашивающихся элементов, распределение Вейбулла и др.), академик Б.В. Гнеденко и др.

II этап. Этап становления теории надежности (1950 – 1960).

Особенности: Начало развития авиации и применения в ней электроники В 1950 г. военно-воздушные силы США организовали первую группу для изучения

проблем надежности радиоэлектронного оборудования. Группа установила, что основная причина выхода из строя радиоэлектронной аппаратуры заключалась в низкой надежности ее элементов.

Симпозиумы по надежности и контролю качества, начиная с 50-х годов проводились Институтом радиоинженеров (IRE), преобразованном позднее в Институт инженеров электроники и электротехники (IЕЕЕ). Американцы на корейской войне всерьез с проблемой технического обслуживания и обеспечения работоспособности военной техники: она часто отказывала, проблема ремонта вдали от баз была трудно решаема, поставка необходимых деталей для ремонта тоже оказалась не так проста, да и само оборудование не всегда было спроектировано так, чтобы ремонт мог быть легко осуществлен.

III этап. Этап классической теории надежности (1960 – 1970).

Особенности: В 60-70 гг. появляется космическая техника, требующая повышенной надежности. С целью обеспечения надежности этих изделий начинают анализировать конструкцию изделий, технологию производства и условия эксплуатации.

На данном этапе было установлено, что причины поломок машин можно обнаружить и устранить. Начинает развиваться теория диагностики сложных систем. Появляются новые стандарты по надежности машин. Появляются первые учебники и справочники (рис.2).

Рис.2. Классическая литература по надежности

IV этап. Этап системных методов надежности (с 1970 г. по настоящее время).

На этом этапе были разработаны новые требования к надежности, заложившие основу современных систем и программ обеспечения надежности. Были разработаны типовые методики проведения мероприятий, связанных с обеспечением надежности.

Особенностью современного этапа является связь «классической теории» с новыми разделами:

-надежностью сетей управления и связи;

-теорией восстановления;

-надежностью программного обеспечения;

-теорией живучести;

-системной защитой от терроризма и т.д.

2.Основные нормативные документы в области надежности.

С целью единого понимания сути теории надежности еще в СССР была разработана система стандартов «Надежность в технике» (ССНТ), которая обозначается как ГОСТ 27. В

настоящее время ГОСТ 27. является межгосударственной, региональной системой стандартов стран СНГ.

Система стандартов «Надежность в технике» предназначена обеспечить эффективность организационных, конструкционных, технологических и эксплуатационных мероприятий, направленных на достижение оптимального уровня надежности объектов, а

также объективность и сопоставимость результатов контроля и испытаний на надежность.

Таблица 1.

Классификационные группы системы стандартов «Надежность в технике»

Код

Классификация группы объектов

группы

стандартизации

 

 

0

Общие вопросы надежности

 

 

 

Нормирование надежности

1

 

 

2

Методы расчета надежности

 

 

3

Методы обеспечения надежности

 

 

 

 

4

Испытания и контроль надежности

 

 

5

Сбор и обработка информации по

надежности

 

 

 

6-9

Резерв

 

 

Основные термины определения надежности техники установлены ГОСТ 27.002-2015

«Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения».

На железнодорожном транспорте в ОАО «РЖД» действует собственная система стандартов отрасли – «Управление ресурсами на этапах жизненного цикла, рисками и анализом надежности (УРРАН)», которая регламентирует мероприятия, в числе прочих, и в области надежности.

Стандарты отрасли:

СТО РЖД 1.02.030-2010 Управление ресурсами на этапах жизненного цикла, рисками и анализом надежности (УРРАН). Политика обеспечения безотказности, готовности,

ремонтопригодности и безопасности объектов железнодорожного транспорта СТО РЖД 02.037-2011 Управление ресурсами, рисками и надежностью на этапах

жизненного цикла (УРРАН). Управление стоимостью жизненного цикла систем, устройств и оборудования хозяйств ОАО «РЖД»

СТО РЖД 02.041-2011 Управление ресурсами, рисками и надежностью на этапах жизненного цикла (УРРАН). Системы, устройства и оборудование путевого хозяйства.

Требования надежности и функциональной безопасности СТО РЖД 02.042-2011 Управление ресурсами на этапах жизненного цикла, рисками и

анализом надежности (УРРАН). Системы, устройства и оборудование хозяйства автоматики и телемеханики. Требования надежности и функциональной безопасности

СТО РЖД 02.043-2011 Управление ресурсами, рисками и надежностью на этапах жизненного цикла (УРРАН). Системы, устройства и оборудование хозяйства электрификации и электроснабжения. Требования надежности и функциональной безопасности

СТО РЖД 02.044-2011 Управление ресурсами, рисками и надежностью на этапах жизненного цикла (УРРАН). Термины и определения.

3. Структура и содержание ГОСТ 27.002-2015. Термины и определения.

ГОСТ 27.002-2015устанавливает основные понятия, термины и определения понятий

вобласти надежности. Структура ГОСТ 27.002-2015:

-стандартизованные термины с определениями и их общеупотребительные англоязычные эквиваленты;

-пояснения к терминам в виде приложения.

Основные термины, понятия и определения которые устанавливает ГОСТ 27.002-

2015:

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

Надежность – это сложное свойство, состоящее из четырех более простых:

безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости (рис.4).

Эти простые свойства принято рассматривать в разных конкретных ситуациях.

Например, если потребителя или конструктора интересует способность объекта

функционировать заданный промежуток времени или наработки без нарушения работоспособного состояния, то говорят и оценивают безотказность объекта. Если интересует способность объекта функционировать максимально долго при соблюдении правил эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, то говорят о долговечности.

Если объект является восстанавливаемым, - то о ремонтопригодности. В случае хранения или транспортирования – о сохраняемости.

Рис.4. Свойства, составляющие надежность

Исправное состояние - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно - технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Несправное состояние - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному требованиянию нормативно - технической и (или) конструкторской (проектной)

документации.

Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативнотехнической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособный объект может быть неисправным, например, если он не удовлетворяет эстетическим требованиям, причём ухудшение внешнего вида объекта не препятствует его применению по назначению.

Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного из параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативнотехнической и (или) конструкторской (проектной)

документации.

Работоспособный объект в отличие от исправного должен удовлетворять лишь тем требованиям документации, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. Работоспособный объект может быть неисправным, например, если не удовлетворяет эстетическим требованиям.

Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация

недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

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

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Отказы классифицируются по многим признакам - по причине, по зависимости

(зависимый – независимый), по возможности обнаружения (явныйскрытый), по скорости изменения значений параметров (внезапныйпостепенный) (рисунки) и т.д.

Временные понятия:

Наработка – продолжительность или объем работы объекта.(может быть непрерывнойпродолжительность работы в часах, километраж пробега; или целочисленной величинойчисло рабочих циклов, запусков).

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

Перечисленные понятия относятся к отдельно взятому объекту. Они для индивидуального объекта всегда определяются лишь после наступления определенного события (до первого отказа, между отказами и т.д.). Пока эти события не наступили, можно говорить лишь о прогнозировании этих величин с большей или меньшей достоверностью.

Технический ресурс представляет собой запас возможной наработки объекта. Поскольку СР и КР позволяют частично или полностью восстанавливать ресурс, то различают ресурс до КР, СР, межремонтный между капитальными ремонтами, средними ремонтами и полный (до списания) ресурс.

4. Цели и задачи надежности.

В настоящее время наука о надёжности машин динамично развивается и включает целый ряд направлений и разделов. Применительно к механическим системам она решает следующие основные задачи:

- прогнозирование надёжности машин на стадии проектирования для выбора рациональных конструктивно-технологических решений, обеспечивающих требуемый уровень надёжности при минимальных производственных и эксплуатационных затратах;

- обоснование оптимальной стратегии технической эксплуатации, периодичности технических обслуживании и ремонтов техники;

-разработку теории и методов диагностирования машин и технических систем с целью предотвращения внезапных отказов, сокращения простоев и расходов на восстановление, обеспечение безопасности работы;

-обоснование необходимого объёма парка машин, резерва запасных частей и материалов, а также стратегии использования техники, обеспечивающей требуемую эффективность её функционирования.

Соседние файлы в папке Надёжность