Одним из основных понятий теории надежности является понятие отказа (изделия, объекта, элемента, системы).Как уже отмечалось выше, отказ - это потеря способности изделия выполнить требуемую функцию.

В соответствии с ГОСТ Р 53480-2009 даны определения видов отказов (п.1.1).

Основными причинами возникновения отказов являются:

Конструктивные дефекты;

Технологические дефекты;

Эксплуатационные дефекты;

Постепенное старение (износ).

Отказы вследствие конструктивных дефектов возникают как следствие несовершенства конструкции из-за «промахов» при конструировании. В этом случае наиболее распространенными являются недоучет «пиковых» нагрузок, применение материалов с низкими потребительскими свойства­ми, схемные «промахи» и др. Отказы этой группы сказываются на всех экземплярах изделия, объекта, системы.

Отказы из-за технологических дефектов возникают как следствие нару­шения принятой технологии изготовления изделий (например, выход отде­льных характеристик за установленные пределы). Отказы этой группы ха­рактерны для отдельных партий изделий, при изготовлении которых наблюдались нарушения технологии изготовления.

Отказы из-за эксплуатационных дефектов возникают по причине несо­ответствия требуемых условий эксплуатации, правил обслуживания дейст­вительным. Отказы этой группы характерны для отдельных экземпляров из­делий.

Отказы из-за постепенного старения (износа) вследствие накопления необратимых изменений в материалах, приводящих к нарушению прочнос­ти (механической, электрической), взаимодействия частей объекта.

По типу отказы подразделяются на:

- отказы функционирования (выполнение основных функций изделием прекращается, например, поломка зубьев шестерни);

- отказы параметрические (некоторые параметры изделия изменяются в недопустимых пределах, например, потеря точности станка).

По своей природе отказы могут быть:

- случайные, обусловленные непредусмотренными перегрузками, дефектами материала, ошибками персонала или сбоями системы управления и т. п.;

- систематические , обусловленные закономерными и неизбежными явлениями, вызывающими постепенное накопление повреждений: усталость, износ, старение, коррозия и т. п.

Отказы элементов систем могут возникать в результате (рис. 1.1):

1) первичных отказов;

2) вторичных отказов;

3) ошибочных команд (инициированные отказы).

Рис. 1.2Классификация отказов

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: «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.

Отказы по причинным схемам возникновения подразделяются на следую­щие группы:

Отказы с мгновенной схемой возникновения;

Отказы с постепенной схемой возникновения;

Отказы с релаксационной схемой возникновения;

Отказы с комбинированными схемами возникновения.

Отказы с мгновенной схемой возникновения характеризуются тем, что время наступления отказа не зависит от времени предшествующей эксплуа­тации и состояния объекта, момент отказа наступает случайно, внезапно. Примерами реализации такой схемы могут служить отказы изделий под дей­ствием пиковых нагрузок в электрической сети, механическое разрушение посторонним внешним воздействием и т. п.

Отказы с постепенной схемой возникновения происходят за счет посте­пенного накопления вследствие физико-химических изменений в материа­лах повреждений. При этом значения некоторых «решающих» параметров выходят за допустимые границы, и объект (система) не способен выполнять заданные функции. Примерами реализации постепенной схемы возникно­вения могут служить отказы вследствие снижения сопротивления изоляции, электрической эрозии контактов и т. п.

Отказы с релаксационной схемой возникновения характеризуются пер­воначальным постепенным накоплением повреждений, которые создают условия для скачкообразного (резкого) изменения состояния объекта, после которого возникает отказное состояние. Примером реализации релаксаци­онной схемы возникновения отказов может служить пробой изоляции кабе­ля вследствие коррозионного разрушения брони.

Отказы с комбинированными схемами возникновения характерны для ситуаций, когда одновременно действуют несколько причинных схем. При­мером, реализующим эту схему, может служить отказ двигателя в результате короткого замыкания по причинам снижения сопротивления изоляции об­моток и перегрева.

При анализе надежности необходимо выявлять преобладающие причи­ны отказов и лишь затем, если в этом есть необходимость, учитывать влия­ние остальных причин.

По временному аспекту и степени предсказуемости отказы подразделя­ются на внезапные и постепенные .

По характеру устранения с течением времени различают устойчивые (окончательные) и самоустраняющиеся (кратковременные) отказы. Кратко­временный отказ называется сбоем. Характерный признак сбоя - то, что восстановление работоспособности после его возникновения не требует ре­монта аппаратуры. Примером может служить кратковременно действующая помеха при приеме сигнала, дефекты программы и т. п.

Для анализа и исследования надежности причинные схемы отказов можно представить в виде статистических моделей, которые вследствие ве­роятностного возникновения повреждений описываются вероятностными законами.

Основные признаки классификации отказов представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Основные признаки классификации отказов

характер возникновения:		внезапный отказ – отказ, проявляющийся в резком (мгновенном) изменении характеристик объекта;
		постепенный отказ – отказ, происходящий в результате медленного, постепенного ухудшения качества объекта.
Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (трещины – хрупкое разрушение, пробои изоляции, обрывы и т. п.) и не сопровождаются предварительными видимыми признаками их приближения. Внезапный отказ характеризуется независимостью момента наступления от времени предыдущей работы. Постепенные отказы - связаны с износом деталей и старением материалов.
причина возникновения:	конструкционный отказ, вызванный недостатками и неудачной конструкцией объекта;
	производственный отказ, связанный с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершенства или нарушения технологии;
	эксплуатационный отказ, вызванный нарушением правил эксплуатации.
характер устранения:	устойчивый отказ;
	перемежающийся отказ (возникающий/исчезающий). последствия отказа: легкий отказ (легкоустранимый);
	средний отказ (не вызывающий отказы смежных узлов – вторичные отказы);
	тяжелый отказ (вызывающий вторичные отказы или приводящий к угрозе жизни и здоровью человека).
дальнейшее использование объекта:	полные отказы, исключающие возможность работы объекта до их устранения;
	частичные отказы, при которых объект может частично использоваться.
легкость обнаружения:	очевидные (явные) отказы;
	скрытые (неявные) отказы.
время возникновения:	приработочные отказы, возникающие в начальный период эксплуатации;
	отказы при нормальной эксплуатации;
	износовые отказы, вызванные необратимыми процессами износа деталей, старения материалов и пр.

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:

1. абразивное - в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии;
2. эрозионное - при воздействии потока жидкости или газа;
3. гидроабразивное (газоабразивное) - в результате действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (газе);
4. усталостное - в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя;
5. 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:

1. окислительное, при котором основное влияние на изнашивание оказывает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой;
2. 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.

Основные понятия теории надежности

Надежность - это свойство объекта сохранять свои выход-ные характеристики в определенных пределах при данных условиях эксплуатации.

Работоспособным , называется такое состояние системы (элемента), при котором значения пара-метров, характеризующих способность системы выполнять за-данные функции, находятся в пределах, установленных норма-тивно-технической или конструкторской документацией.

Неработоспособным , называется состояние системы, при котором значение хотя бы одного параметра, характери-зующего способность выполнять заданные функции, не нахо-дится в пределах, установленных указанной документацией.

Например, система измерения температуры является неработо-способной, если основной параметр, характеризующий качество ее функционирования — погрешность измерения, превышает заданную величину.

Исправ-ное состояние - это такое состояние, при котором система соответствует всем требованиям нор-мативно-технической и конструкторской документации.

Не-исправное - при котором имеется хотя бы одно несоответствие требованиям.

Отличие между исправным и работоспособным состояниями заключается в следующем. Работоспособная система удовлет-воряет только тем требованиям, которые существенны для функционирования, и может не удовлетворять прочим требо-ваниям (например, по сохранности внешнего вида элементов). Система, находящаяся в исправном состоянии, заведомо рабо-тоспособна.

Предельное состояние - это состояние, при котором дальней-шее применение системы по назначению недопустимо или не-целесообразно. После попадания в предельное состояние может следовать ремонт (капитальный или сред-ний), в результате чего восстанавливается исправное состоя-ние, или же система окончательно прекращает использоваться по назначению.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности системы, т. е. в переходе ее из работоспособного в неработо-способное состояние.

Повреждением - событие, заключаю-щееся в переходе системы из исправного в неисправное но работоспособное состояние.

Восстановлением называется событие, заключающееся в пе-реходе системы из неработоспособного в работоспособное со-стояние.

К невосстанавливаемым относят систе-мы, восстановление которых непосредственно после отказа счи-тается нецелесообразным или невозможным, а к восстанавли-ваемым - в которых проводится восстановление непосредственно после отказа.

Одна и та же система в различных условиях применения может быть отнесена к невосстанавливаемым (например, если она расположена в необслуживаемом помещении, куда запре-щен доступ персонала во время работы технологического агре-гата) и к восстанавливаемым, если персонал сразу же после отказа может начать восстановление. Само понятие «восста-новление» следует понимать не только как корректировку, на-стройку, пайку или иные ремонтные операции по отношению к тем или иным техническим средствам, но и как замену этих средств.

В принципе подавляющее большинство систем, применяе-мых для автоматизации технологических процессов, подлежит восстановлению после отказа, после чего они вновь продолжа-ют работу. То же относится к большей части технических средств; к числу невосстанавливаемых можно отнести только такие их элементы, как интегральные схемы, резисторы, кон-денсаторы и т. п.

Виды отказов

Отказы можно различать по нескольким признакам.

По характеру устранения различают окончательные (устойчивые) и перемежающиеся (то возникающие, то исчезающие) отказы. Отказ объекта — событие, заключающееся в том, что объект либо полностью, либо частично теряет свойство работоспо-собности. При полной потере работоспособности возникает полный отказ, при частичной — частичный отказ. Понятия полно-го и частичного отказов каждый раз должны быть четко сформулированы перед анализом надежности, поскольку от этого зависит количественная оценка надежности. Требования к надежности изделия, а также количественная оценка надежности без указания признаков отказа не имеют смысла.

Отказы могут быть внезапными и постепенными. Эти отказы различны по природе возникновения.

Внезапному отказу может не предшествовать постепенное на-копление повреждений, и он возникает внезапно. Технология изго-товления современных элементов аппаратуры столь сложна, что не всегда удается проследить за скрытыми дефектами производст-ва, которые должны выявляться на стадии тренировки и прира-ботки аппаратуры. В результате в сферу эксплуатации могут про-никать следующие дефектные элементы: резистор с недостаточно прочным креплением токоотвода; полупроводниковый прибор, у которого толщина промежуточной области недостаточна; полупро-водниковый прибор, у которого на поверхности полупроводнико-вого материала застряла токопроводящая микрочастица; токопроводящий слой печатного монтажа, у которого толщина либо чрез-мерно малая, либо чрезмерно большая; интегральная схема, у которой соединение вывода с печатным монтажом недостаточно врочное, и т. д. В процессе эксплуатации случайно могут создать-ся условия, при которых скрытый дефект приводит к отказу изде-лия (пиковые нагрузки, тряска и вибрация, температурный скачок, помехи и т. д.). Но неблагоприятного сочетания неблагоприятных ^факторов может и не быть, тогда не будет и внезапного отказа. При большом уровне случайных неблагоприятных воздействий внезапный отказ может произойти даже при отсутствии скрытых дефектов.

Постепенный отказ возникает в результате постепенного накоп-ления повреждений, главным образом вследствие износа и старе-ния материалов.

Выделять внезапные и постепенные отказы необходимо, пото-му что закономерности, которым они подчиняются, различны. Раз-личными поэтому должны быть и способы борьбы с этими отказа-ми. Для уменьшения числа внезапных отказов может быть реко-мендована предварительная тренировка и приработка изделий с целью выявления скрытых дефектов производства, а также вве-дение защиты от неблагоприятных воздействий типа помех, пере-грузок, вибраций и т. п. Уменьшению числа постепенных отказов может содействовать своевременная замена сменных блоков, вы-работавших технический ресурс.

Отказ может быть кратковременным самоустраняющимся. В этом случае он называется сбоем. Характерный признак сбоя — то, что восстановление работоспособности после его возникновения не требует ремонта аппаратуры. Причиной сбоя может быть либо кратковременный отказ аппаратуры (например, залипание контак-та), либо кратковременно действующая помеха, либо дефекты про-граммы, приводящие к неблагоприятным временным характеристи-кам работы аппаратуры. Опасность сбоев заключается в том, что их трудно и часто даже невозможно обнаружить в процессе рабо-ты аппаратуры, но они могут исказить информацию настолько, что приведут к отказу выполнения заданной функции.

Отказы в АСУ целесообразно подразделять на аппаратурные и программные.

Программным отказом считается событие, при котором объект утрачивает работоспособность по причине несовершенства программы (несовершенство алгоритма решения задачи, отсутствие про-граммной защиты от сбоев, отсутствие программного контроля за состоянием изделия, ошибки в представлении программы на физическом носителе и т. д.). Программный отказ устраняется путем исправления программы.

Для объектов ответственного назначения целесообразно выделять в отдельную группу отказы, которые могут приводить к катастрофическим последствиям (гибели людей и т. д.). В заданиях по надежности необходимо выделять в отдельную группу требования по обеспечению безопасности.

Главный источник информации о надежности на предприятии - это сбор сведений о функциональных отказах. Отказ - это состояние системы, при котором оборудование не может выполнять предназначенные функции и поддерживать заданный уровень производительности. Другими словами, это событие, проявляющееся в полной или частичной потере работоспособности оборудования или системы.

Отказы классифицируют по ряду признаков, и условия возникновения отказов. Затем разрабатывают мероприятия по их предупреждению и устранению.

Классификация, характеристики и причины отказов

По характеру изменения параметров объекта:

• Постепенный (параметрический) отказ - это отказ, возникающий в результате градационного, постепенного изменения одного или нескольких параметров без резкого скачка. Постепенный отказ может быть предупреждён и устранён путем планового технического обслуживания. Причины: старение материалов, коррозия, износ деталей и т.п.
• Внезапный (мгновенный) отказ. Характеризуется скачкообразным, внезапным изменением одного или нескольких параметров. Обычно проявляется в виде резких самопроизвольных повреждений (трещины, обрывы, пробои и т.п.) и не сопровождается видимыми признаками его приближения. Причины: внутренние дефекты, ошибки обслуживающего персонала, нарушения режима эксплуатации. Однако чаще всего причины возникновения определяются не сразу, какое-то время оставаясь неизвестными, и дифференцируются с помощью теории вероятности.

По связи с отказами других объектов:

• Независимым называют отказ, не обусловленный другими отказами. Причины могут быть любыми, кроме обусловленности другими отказами.
• Зависимым считается отказ, который обусловлен другими отказами. Причины — повреждения и отказы других элементов объекта или системы.

По причинам возникновения:

• Конструкционный отказ возникает как следствие несовершенства и дефектов конструкции. Причины: ошибки в разработке и проектировании объекта, занижение запасов прочности, нарушение норм ГОСТ и т.п.
• Производственный отказ обусловлен нарушением технологии производства или ошибками, связанными с ремонтом. Причины: несоблюдение норм документации, применение некачественных материалов и комплектующих, недостаточный уровень контроля качества производства и т.д.
• Эксплуатационный отказ появляется как следствие нарушения правил и/или условий эксплуатации оборудования и может проявляться как в начальный период, так и в последующее время. Причины: ошибки низкоквалифицированного обслуживающего персонала, игнорирование/нарушение правил технической документации, а также старение и износ оборудования по вышеуказанным причинам.
• Деградационный отказ характеризуется постепенным приближением объекта к предельному состоянию (физическому износу) под влиянием следующих причин: износа, старения и усталости при соблюдении эксплуатационных норм производства.

По характеру устранения:

• Самоустраняющийся отказ - это однократный сбой работы оборудования или системы, который может исчезнуть без вмешательства человека либо с незначительным вмешательством. Причины: кратковременные внешние помехи, кратковременное изменение параметров объекта.
• Перемежающийся отказ - это многократно возникающий отказ одного и того же характера. Причины: внешние помехи, выходящие за допустимые технические пределы и являющиеся обратимыми.
• Устойчивый отказ - отказ, который можно устранить только путем восстановления (ремонта).

По способу обнаружения:

• Явный (очевидный) отказ — отсутствие функций оборудования, которое визуально обнаруживается обслуживающим персоналом в нормальных условиях.;
• Скрытый отказ - вид отказа, который незаметен обслуживающему персоналу при нормальных условиях, если он возникает автономно.

По времени возникновения:

• Начальный (приработочный) отказ - отказ, который на первоначальном этапе эксплуатации объекта (изделия) и в основном являющийся скрытым. Причины: плохое качество материалов, нарушение технологий проектирования, сборки или производства; отсутствие контроля качества и т.д.
• Периода нормальной эксплуатации - отказы, происходящие между периодом приработки и периодом износа. Это самый длительный период, в котором свойства оборудования и изделий остаются неизменными. Причинами отказов на этом этапе могут быть высокие нагрузки, разрушение под механическим внешним воздействием и т.д.
• Износовый отказ - это отказ, вызванный необратимыми последствиями старения материалов, износа деталей. Причины - в самом определении термина.

По степени влияния на работоспособность:

• Полный отказ характеризуется потерей работоспособности оборудования или системы, при которой невозможно дальнейшая эксплуатация объекта.
• Частичный отказ характеризуется сохранением работоспособности оборудования, но со снижением эффективности и качества производства. Дальнейшая эксплуатация возможна, но с ограничениями нагрузки, производительности, скорости и т.д.

Причины этих отказов заключаются в непредусмотренных перегрузках, дефектах комплектующих и материалов, ошибках и низкой квалификации персонала, сбоях системы управления и др.

Чтобы подробнее узнать о методологии RCM и программном обеспечении RCM Navigator , а также о ключевых шагах его успешного внедрения, пишите нам: [email protected] или звоните по телефону: 8 800 555 30 53.

Виды отказов объектов

Основные понятия теории надежности

Теория надежности изучает процессы возникновения отказов технических объектов и способы борьбы с отказами. Техническими объектами могут быть изделия, системы и их элементы, в частности сооружения, установки, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали.

В последние годы область применения теории надежности расширяется, ее методы распространяются также на формализованные алгоритмы целенаправленного применения технических объектов (программы для ПК, планы систем работ) и на действия пользователя ПК как звена системы управления.

Часто в целях общности речь будет идти о системах и единичных рабочих частях систем - элементах. Система предназначена для самостоятельного выполнения определенной практической задачи. Термин элемент применяется для составной части системы. Обычно элемент не предназначается для самостоятельного практического применения вне связи с другими элементами. Примеры элементов: процессор ПК. В принципе систему можно разбить на любое число элементов, необходимое для исследования (расчета) надежности. Однако деление системы на элементы нельзя считать произвольным. Каждый элемент должен обладать способностью выполнять в системе определенные функции. Иногда ставится условие, чтобы элемент был такой частью системы, которая может быть восстановлена только путем полной замены.

Различают два основных состояния объектов: работоспособное и неработоспособное . Состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией, называют работоспособным.

Состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным нормативно-технической документацией, называют неработоспособным.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности, т. е. в переходе в неработоспособное состояние.

Обычно неработоспособность – состояние, при котором нельзя начинать применение объекта (например, выпускать самолет в воздух). Однако возможны задачи, в которых неработоспособность – состояние, при котором объект не может продолжать выполнять свое назначение. Возможны и другие признаки неработоспособного состояния объекта (например, объект требует среднего или капитального ремонта, производительность объекта стала ниже критической и т. д.). Поэтому при оценке надежности необходимо заранее оговорить, какое состояние объекта считается неработоспособным.

Когда объект предназначен для выполнения нескольких функций, часто находят значения показателей надежности по каждой из функций.

Возможен и другой путь: оценивают свойство объекта выполнять все требуемые от него функции. Отказом считается невыполнение хотя бы одной из функций независимо от того, возникла ли случайная ситуация, в которой требуется выполнение этой функции, или нет.

Опишем еще одну постановку задачи оценки надежности, которая, к сожалению, довольно часто встречается в литературе. В этой задаче при оценке надежности учитывают случайную потребность в выполнении объектом отдельных функций.

Пусть состоящая из п элементов система предназначена для выполнения нескольких k функций. Функционирование такой системы может быть представлено как процесс изменения вектора состояний Z (t ) в пространстве состояний [x (t), y (t )], где x i – состояние i -го элемента системы, (i =1, 2, …, n ; y j – переменная, характеризующая потребность в выполнении j -й функции, j =l, 2,..., k.

Обычно предполагается, что отдельные координаты вектора Z (t ) являются независимыми случайными функциями времени (наработки), принимающими одно из двух возможных значений:

Искомые показатели «надежности» находят как числовые характеристики некоторого функционала от случайного процесса Z (t ). Понятие функционала является обобщением понятия функции. Функционал Ф определен на процессе Z (t ), если каждой траектории z (t ) ставится в соответствие некоторое число T=Ф[z (t )]. В рассматриваемом случае найденные показатели «надежности» характеризуют не техническую систему, а ситуацию по удовлетворению случайного спроса. Поэтому слово «надежность» приведено в кавычках.

Приведенные выше соображения можно пояснить таким простейшим примером. Пусть необходимо везти груз ночью через лес, в котором могут быть грабители. Человек, охраняющий груз, вооружен пистолетом. Очевидно, что значение показателя надежности этого пистолета не должно зависеть от случайной потребности в нем, т. е. от того, нападут грабители или нет.

Виды отказов объектов

Отказы можно классифицировать по различным признакам.

1. По характеру устранения можно различать окончательные (устойчивые) и перемежающиеся (то возникающие, то исчезающие) отказы. Окончательные отказы являются следствием необратимых процессов в деталях и материалах. При окончательных отказах для восстановления работоспособности объекта необходимо производить его ремонт (регулировку). Пример окончательного отказа – отказ компьютера из-за выхода из строя оперативной памяти.

Перемежающиеся отказы в большинстве случаев являются следствием обратимых случайных изменений режимов работы и параметров объектов. При возвращении режима работы в допустимые пределы объект сам, обычно без вмешательства человека, возвращается в работоспособное состояние. Например, совершенно исправный элемент компьютера может перестать реагировать на управляющий сигнал из-за случайного резкого уменьшения напряжения питания. Когда напряжение питания опять станет равным номинальному значению, этот элемент будет продолжать исправно работать (конечно, если в результате колебаний напряжения не произошел окончательный отказ).

Обычно последствия возникновения перемежающихся отказов отличаются от последствий появления окончательных отказов. Например, если из-за низкого напряжения питания нет изображения в телевизоре, то это меньшая неприятность, чем окончательный отказ кинескопа. В ряде случаев перемежающиеся отказы дают более тяжелые последствия, чем окончательные. Перемежающиеся отказы особенно неприятны в информационных системах, где они известны под названием сбоев. Появление сбоя трудно обнаружить, так как после его исчезновения объект остается работоспособным.

Таким образом, перемежающиеся отказы существенно отличаются от окончательных причиной возникновения, внешними проявлениями и последствиями проявления. Поэтому иногда целесообразно различать два показателя надежности: для окончательных отказов и для перемежающихся отказов.

2. По связи с другими отказами можно различать отказы первичные , т. е. возникшие по любым причинам, кроме действия другого отказа, и вторичные , т. е. возникшие в результате другого отказа. Например, из-за пробоя конденсатора может сгореть сопротивление. При вычислении показателей надежности обычно учитываются лишь первичные отказы.

Отказы являются случайными событиями, которые могут быть независимыми или зависимыми. Отказы являются зависимыми, если при появлении одного из них изменяется вероятность появления второго отказа. Для независимых отказов вероятность появления одного из них не зависит от того, произошли другие отказы или нет.

3. По легкости обнаружения отказы могут быть очевидными (явными или скрытыми (неявными).

4. Для каждого определенного типа объектов отказы можно различать по внешним проявлениям. Например, различные отказы конденсаторов можно разбить на две группы: типа обрыв и типа замыкание.

5. По характеру возникновения можно различать отказы внезапные , состоящие в резком, практически мгновенном изменении характеристик объектов, и отказы постепенные , происходящие за счет медленного, постепенного ухудшения качества объектов.

Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (поломки, трещины, обрывы, пробои изоляции и т. п.), из-за чего эти отказы часто называют грубыми. Внезапные отказы получили свое название из-за того, что обычно отсутствуют видимые признаки их приближения, т. е. перед отказом обычно не удается обнаружить количественные изменения характеристик объекта.

Постепенные отказы (параметрические, плавные) связаны с износом деталей, старением материалов и регулированием устройств. Параметры объекта могут достигать критических значений, при которых его состояние считается неудовлетворительным, т.е. происходит отказ.

Внезапный отказ объекта также является следствием накопления необратимых изменений материалов. Иначе говоря, возникновение внезапного отказа также является следствием случайного процесса изменения какого-то параметра объекта. Внезапным отказ кажется лишь потому, что не контролируется изменяющийся параметр, при критическом значении которого наступает отказ объекта, обычно связанный с его механическим повреждением.

Таким образом, возникновению всякого отказа предшествует накопление тех или иных изменений внутри объекта (при этом, конечно, не рассматриваются отказы, происшедшие из-за небрежности или неумения работников).

Для объектов разного назначения и устройства применяются различные показатели надежности. В настоящее время можно выделить четыре группы объектов, различающиеся показателями и методами оценки надежности:

1) неремонтируемые объекты, применяемые да первого отказа;

2) ремонтируемые объекты, восстановление которых в процессе применения невозможно (невосстанавливаемые объекты);

3) ремонтируемые восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых недопустимы перерывы в работе;

4) ремонтируемые восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых допустимы кратковременные перерывы в работе.

Классификация объектов по показателям и методам оценки надежности приведена на рис.1, где прямоугольниками выделены перечисленные выше группы объектов.

Рис. 1. Группы объектов, различающиеся показателями надежности.