ДИАГНОСТИКА

ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

ДИАГНОСТИКА

ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ И

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Санкт – Петербург

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Северо-Западный государственный заочный технический университет»

Кафедра автомобилей и автомобильного хозяйства

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Институтавтомобильного транспорта

Специальность

190601.65 - автомобили и автомобильное хозяйство

Специализация

190601.65 -01 – техническая эксплуатация автомобилей

Направление подготовки бакалавров

190500.62 – эксплуатация транспортных средств

Санкт – Петербург

Издательство СЗТУ

Утверждено редакционно-издательским советом университета

УДК 629.113.02.004.5

Основы теории надежности и диагностика : учебное пособие/ сост. Ю.Н. Кацуба, [и др.]. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2011.- 142 с.

Учебное пособие разработано в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования.

В учебном пособии даны понятия о старении и восстановлении машин и их составных частей; качественные и количественные характеристики надежности; факторы, влияющие на надежность изделий; надежность как основной показатель качества автомобиля; методы статистического анализа состояния изделий, средства и методы контроля состояния; стратегии и системы обеспечения работоспособности; диагностические параметры технического состояния машин и их составных частей; место диагностики в системе поддержания технического состояния автомобилей; классификация методов диагностики технического состояния; понятие о надежности транспортного процесса.

Рассмотрено на заседании кафедры автомобилей и автомобильного хозяйства 10 ноября 2011 г., протокол № 6, одобрено методическим советом института автомобильного транспорта 24 ноября 2011 г., протокол № 3.

Рецензенты: кафедра автомобилей и автомобильного хозяйства СЗТУ (Ю.И. Сенников, канд. техн. наук, проф.); В.А. Янчеленко, канд. техн. наук, доц. кафедры организации перевозок СЗТУ.

Составители: Ю.Н. Кацуба, канд. техн. наук, доц;

А.Б. Егоров, канд. техн. наук, проф.;

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2010

© Кацуба Ю.Н., Егоров А.Б. , 2011

Повышение качества продукции невозможно обеспечить без решения проблемы повышения надежности выпускаемой продукции, так как надежность является основным, определяющим свойством качества.

Увеличивающаяся сложность технических устройств, возрастающая ответственность функций, выполняемых техническими системами, повышение требований к качеству изделий и условий их работы, возросшая роль автоматизации управления техническими системами – основные факторы, определившие главное направление в развитии науки о надежности.

Круг вопросов, входящих в компетенцию теории надежности, наиболее полно сформулировал академик А.И. Берг: теория надежности устанавливает закономерности возникновения отказов и восстановления работоспособности системы и ее элементов, рассматривает влияние внешних и внутренних воздействий на процессы в системах, создает основы расчета надежности и предсказания отказов, изыскивает способы повышения надежности при конструировании и изготовлении систем и их элементов, а так же способы сохранения надежности при эксплуатации.

Проблема повышения надежности продукции особенно актуальна для автомобильного транспорта. Эта проблема обостряется по мере усложнения конструкции самих автомобилей и повышения интенсивности режимов эксплуатации.

При решении вопросов модернизации парка автомобилей актуальна проблема повышения надежности, а также при создании конструкций нового поколения и при эксплуатации современных автомобилей.

При эксплуатации автомобилей важно знать их конструкцию, а также механизм выхода из строя составных частей (агрегатов, узлов и деталей). Зная предполагаемое время выхода из строя составных частей автомобилей можно предупредить их появление. Решением этих задач занимается теория диагностики.

Учитывая вышеизложенное, будущим специалистам по эксплуатации АТ необходимо обладать знаниями и умениями в области повышения и поддержания надежности АТ при его создании, эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте.

Раздел 1. Основы теории надежности

Изложены основы теории надежности и диагностики применительно к наиболее емкой составляющей системы человек - автомобиль - дорога - среда. Представлены основные сведения о качестве и надежности автомобиля как технической системы. Даны основные термины и определения, приведены показатели надежности сложных и расчлененных систем и методы их расчета. Уделено внимание физическим основам надежности автомобиля, методам обработки информации о надежности и методам испытания на надежность. Показаны место и роль диагностирования в системе технического обслуживания и ремонта автомобилей в современных условиях.
Для студентов высших учебных заведений.

Понятия «качество» и «надежность» машин.
Жизнь современного общества немыслима без использования самых разнообразных по конструкции и назначению машин, которые преобразуют энергию, материалы, информацию, изменяют жизнь людей и окружающую среду.
Несмотря на огромное разнообразие всех машин, в процессе их развития применяют единые критерии для оценки степени их совершенства.

В условиях рыночных отношений создание большинства новых машин требует соблюдения важнейшего условия конкурентоспособности, а именно придания им новых функций и высоких технико-экономических показателей их использования.
Для эффективного использования машин необходимо, чтобы они обладали высокими показателями качества и надежности.

Международный стандарт ИСО 8402 - 86 (ISO - International Organization Standartization) дает следующее определение: «Качество - это совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности».

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Введение
Глава 1. Надежность - важнейшее свойство качества продукции
1.1. Качество продукции и услуг - важнейший показатель успешной деятельности предприятий транспортно-дорожного комплекса
1.2. Понятия «качество» и «надежность» машин
1.3. Надежность и общечеловеческие проблемы
Глава 2. Основные понятия, термины и определения, принятые в области надежности
2.1. Объекты, рассматриваемые в области надежности
2.1.1. Общие понятия
2.1.2. Классификация технических систем
2.2. Основные состояния объекта (технической системы)
2.3. Переход объекта в различные состояния. Виды и характеристики отказов технических систем
2.4. Основные понятия, термины и определения в области надежности
2.5. Показатели надежности
2.6. Критерии надежности невосстанавливаемых систем
2.7. Критерии надежности восстанавливаемых систем
2.8. Показатели долговечности
2.9. Показатели сохраняемости
2.10. Показатели ремонтопригодности
2.11. Комплексные показатели надежности
Глава 3. Сбор, анализ и обработка эксплуатационных данных о надежности изделий
3.1. Цели и задачи сбора информации и оценки надежности машин
3.2. Принципы сбора и систематизации эксплуатационной информации о надежности изделий
3.3. Построение эмпирического распределения и статистическая оценка его параметров
3.4. Законы распределения времени наработки до отказа, наиболее часто используемые в теории надежности
3.5. Преобразование Лапласа
3.6. Доверительный интервал и доверительная вероятность
Глава 4. Надежность сложных систем
4.1. Сложная система и ее характеристики
4.2. Надежность расчлененных систем
Глава 5. Математические модели надежности функционирования технических элементов и систем
5.1. Общая модель надежности технического элемента
5.2. Общая модель надежности систем в терминах интегральных уравнений
5.2.1. Основные обозначения и допущения
5.2.2. Матрица состояний
5.2.3. Матрица переходов
5.3. Модели надежности невосстанавливаемых систем
Глава 6. Жизненный цикл технической системы и роль научно-технической подготовки производства по обеспечению требований ее качества
6.1. Структура жизненного цикла технической системы
6.2. Комплексная система обеспечения качества изделия
6.3. Оценка уровня качества и управление надежностью
6.3.1. Международные стандарты качества ИСО серии 9000-2000
6.3.2. Контроль качества и его методы
6.3.3. Методы контроля качества, анализа дефектов и их причин
6.4. Технико-экономическое управление надежностью изделия
6.5. Семь простых статистических методов оценки качества, применяемых в стандартах ИСО 9000
6.5.1. Классификация статистических методов контроля качества
6.5.2. Расслоение данных
6.5.3. Графическое представление данных
6.5.4. Диаграмма Парето
6.5.5. Причинно-следственная диаграмма
6.5.6. Диаграмма разброса
6.5.7. Контрольный листок
6.5.8. Контрольная карта
Глава 7. Физическая сущность процессов изменения надежности конструктивных элементов автомобилей при их эксплуатации
7.1. Причины потери работоспособности и виды повреждений элементов машин
7.2. Физико-химические процессы разрушения материалов
7.2.1. Классификация физико-химических процессов
7.2.2. Процессы механического разрушения твердых тел
7.2.3. Старение материалов
7.3. Отказы по параметрам прочности
7.4. Трибологические отказы
7.5. Виды изнашивания деталей автомобиля
7.6. Отказы по параметрам коррозии
7.7. Диаграмма изнашивания и методы измерения износа деталей автомобилей
7.8. Методы определения износа деталей машин
7.8.1. Периодическое измерение износа
7.8.2. Непрерывное измерение износа
7.9. Влияние остаточных деформаций и старения материалов на износ деталей
7.10. Оценка надежности элементов и технических систем автомобилей при их проектировании
7.11. Наиболее распространенные способы и методы обеспечения и прогнозирования надежности, используемые при создании машин
Глава 8. Система технического обслуживания и ремонта машин
8.1. Системы технического обслуживания и ремонта машин, их сущность, содержание и принципы построения
8.2. Требования, предъявляемые к системе технического обслуживания и ремонта, и методы определения периодичности их проведения
8.3. Функционирование машины в экстремальных ситуациях
Глава 9. Диагностирование как метод контроля и обеспечения надежности автомобиля при эксплуатации
9.1. Общие сведения о диагностике
9.2. Основные понятия и терминология технической диагностики
9.3. Значение диагностики
9.4. Диагностические параметры, определение предельных и допустимых значений параметров технического состояния
9.5. Принципы диагностирования автомобилей
9.6. Организация диагностирования автомобилей в системе технического обслуживания и ремонта
9.7. Виды диагностики автомобилей
9.8. Диагностирование агрегатов автомобилей при ремонте
9.9. Диагностирование состояния цилиндропоршневой группы
9.10. Концепция диагностирования техники в современных условиях
9.11. Техническое диагностирование - важный элемент технологической сертификации услуг сервисных предприятий
9.12. Управление надежностью, техническим состоянием машин по результатам диагностирования
9.13. Диагностика и безопасность автомобиля
9.14. Диагностика тормозной системы
9.15. Диагностика фар головного освещения
9.16. Диагностика подвески и рулевого управления
Заключение
Список литературы.

-- [ Страница 1 ] --

А.Н. Чебоксаров

ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

И ДИАГНОСТИКА

Курс лекций

Омск – 2012

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)»

А.Н. Чебоксаров

ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

И ДИАГНОСТИКА

Курс лекций Омск СибАДИ 2012 УДК 629.113.004 ББК 39.311-06-5 Ч 34 Рецензен канд. техн. наук, доц. И.М. Князев Работа одобрена на заседании кафедры «Эксплуатация и ремонт автомобилей» ФГБОУ ВПО СибАДИ в качестве курса лекций для студентов всех форм обучения специальностей 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство», 190700 «Организация и безопасность движения», направления подготовки 190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов».

Чебоксаров А.Н. Основы теории надежности и диагностика: курс лекций / А.Н. Чебоксаров. – Омск: СибАДИ, 2012. – 76 с.

Рассмотрены основные понятия и показатели теории надежности. Изложены математические основы теории надежности и основы надежности сложных систем. Приведены основные теоретические положения технической диагностики машин.

Курс лекций предназначен для студентов очной, очной ускоренной, заочной и дистанционной форм обучения специальностей 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство», 190700 «Организация и безопасность движения», направления подготовки 190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов».

Табл. 4. Ил. 25. Библиогр.: 12 назв.

© ФГБОУ «СибАДИ», Оглавление Введение………………………………………….…………...……. 1. Основные понятия и показатели теории надежности…….. 1.1. Надежность как наука……………………..……….………..… 1.2. История развития теории надежности……………..………… 1.3. Основные понятия надежности……………...………..……… 1.4. Жизненный цикл объекта……………………………...……… 1.5. Поддержание надежности объекта при эксплуатации…….... 1.6. Основные показатели надежности………………………..….. 1.6.1. Показатели для оценки безотказности…………...…….

.….. 1.6.2.Показатели для оценки долговечности…………..……...….. 1.6.3.Показатели для оценки сохраняемости…………..……...….. 1.6.4.Показатели для оценки ремонтопригодности……..…..…… 1.6.5. Комплексные показатели надежности………………….….. 1.7. Получение информации о надежности машин……….......….. 1.8. Нормирование показателей надежности………..………....…. Вопросы для самопроверки…………………………….……......…. 2. Математические основы надежности………….……….….... 2.1. Математический аппарат для обработки случайных величин…………………………………………………….. 2.2. Некоторые законы распределения случайной величины….... 2.2.1. Нормальное распределение…………………...…….……..... 2.2.2. Экспоненциальное распределение……………………..…... 2.2.3. Распределение Вейбулла…………………………………..... Вопросы для самопроверки……………………………………..…. 3. Основы надежности сложных систем…………….……..…... 3.1. Особенности сложных систем…………………………..……. 3.2. Структура сложных систем……………………………..……. 3.3. Особенности расчета надежности сложных систем……..….. 3.3.1. Расчет надежности системы при последовательном соединении ее элементов……………………………….………… 3.3.2. Расчет надежности системы при параллельном соединении ее элементов……………………………………..….… 3.4. Резервирование…...………………….…………………....…… Вопросы для самопроверки…………………….………………..…. 4. Изнашивание………………………………………….....……… 4.1. Виды трения……………………………………………..……... 4.2. Виды изнашивания……………………………………..……… 4.3. Характеристики изнашивания…………………………......…. 4.4. Методы определения износа……………………………..…… Вопросы для самопроверки……………………………………...…. 5. Коррозионные разрушения……………………………..…….. 5.1. Виды коррозии………………………………………….……… 5.2. Методы борьбы с коррозией………………………………….. Вопросы для самопроверки………………………………….…..…. 6. Техническая диагностика…………………………………..…. 6.1. Основные понятия технической диагностики……………..… 6.2. Задачи технической диагностики…………………………..… 6.3. Выбор диагностических параметров ……………………..….. 6.4. Закономерности изменения параметров состояния в процессе эксплуатации машин……………………….………….. 6.5. Методы и виды диагностирования……………………….…... 6.6. Средств диагностирования………………...……………..….... 6.7. Классификация датчиков………………………..……….….… 6.8. Компьютерная диагностика автомобиля…………………….. 6.9. Стандарты в автомобильной диагностике………………..….. 6.10. Общие требования к средствам технического диагностирования……………………………….……. Вопросы для самопроверки…………………………..…….………. Библиографический список………………………..……………. Целью преподавания дисциплины «Основы теории надежности и диагностика» является формирование у студентов системы научных знаний и профессиональных навыков по использованию основ теории надежности и диагностики применительно к решению задач технической эксплуатации автомобилей на всех этапах их жизненного цикла:

проектирование, производство, контроль, хранение и эксплуатация.

Основными задачами дисциплины «Основы теории надежности и диагностика» являются:

– изучение основных определений структуры и содержания понятий надежности и диагностики;

– освоение способов сбора и обработки информации о надежности автомобилей в эксплуатации, методов оценки полученных результатов и их систематизации;

– изучение закономерностей изменения технического состояния изделий и возникновения отказов, а также факторов, влияющих на надежность и физические процессы отказов изделий;

– получение показателей надежности основных систем и узлов автомобилей в реальных условиях эксплуатации и определение оптимальных сроков службы подвижного состава;

– освоение методов диагностики и расчета диагностических параметров;

– изучение методов управления качеством продукции с использованием международных стандартов серии ИСО 9000.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ ТЕОРИИ

НАДЕЖНОСТИ

Надежность характеризует качество технического средства.

Качество – совокупность свойств, определяющих пригодность изделия к использованию по назначению и его потребительские свойства.

Надежность – комплексное свойство технического объекта, которое состоит в его способности выполнять заданные функции, сохраняя свои основные характеристики в установленных пределах.

Понятие надежности включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохранность.

Предмет надежности – изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка способов количественного измерения надежности, методов расчета и испытаний, разработка путей и средств повышения надежности.

Объектом исследования надежности как науки является то или иное техническое средство: отдельная деталь, узел машины, агрегат, машина в целом, изделие и др.

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

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

Надежность связана с эффективностью (например, с экономической эффективностью) техники. Недостаточная надежность технического средства имеет следствием:

– снижение производительности из-за простоев вследствие поломок;

– снижение качества результатов использования технического средства из-за ухудшения его технических характеристик вследствие неисправностей;

– затраты на ремонты технического средства;

– потеря регулярности получения результата (например, снижение регулярности перевозок для транспортных средств);

– снижение уровня безопасности использования технического средства.

1.2. История развития теории надежности I этап. Начальный этап.

Он начинается с начала появления первых технических устройств (это конец XIX в. (приблизительно 1880 г.)) и заканчивается с появлением электроники и автоматики, авиации и ракетно-космической техники (середина XX в.).

Уже в начале века ученые стали задумываться, как сделать любую машину неломающейся. 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.

С началом развития авиации и применения в ней электроники и автоматики теория надежности начинает бурно развиваться.

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

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. Стали в этом разбираться, изучать влияние различных эксплуатационных факторов на исправную работу элементов. Собрали богатый статистический материал, который и явился основой теории надежности.

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

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.

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.

Эти методики разделяются на два основных направления:

первое направление относится к потенциальной надежности, которое учитывает конструктивные (выбор материала, запас прочности и т.д.) и технологические (ужесточение допусков, повышение чистоты поверхности и т.д.) методы обеспечения надежности;

второе направление – эксплуатационное, которое направлено на обеспечение эксплуатационной надежности (стабилизация условий эксплуатации, совершенствование методов ТО и ремонта и т.д.).

Надежность использует понятие объекта. Объект характеризуется качеством. Надежность является составляющим показателем качества объекта. Чем выше надежность объекта, тем выше его качество.

В процессе эксплуатации объект может находиться в одном из следующих состояний (рис. 1.1):

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

2) Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативнотехнической и (или) конструкторской документации.

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

4) Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Различают неисправности, крытия, износ протектора ко- щие к возникновению отказа (трещина металлоконструкции рамы, изгиб лопасти вентиля- Неработоспособное тора системы охлаждения двигателя).

Частным случаем неработоспособного состояния явля- Рис. 1.1. Схема основных технических ется предельное состояние. состояний: 1 – повреждение; 2 – отказ;

Предельное состояние – 3 – ремонт; 4 – переход в предельное состояние, при котором даль- состояние из-за наличия критического нейшая эксплуатация объекта недопустима или нецелесообIII – малозначительный дефект разна, либо восстановление работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Переход объекта в предельное состояние влечет за собой временное или окончательное прекращение эксплуатации объекта, то есть объект должен быть выведен из эксплуатации, направлен в ремонт или списан. Критерии предельного состояния устанавливают в нормативно-технической документации.

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

Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Восстановление (ремонт) – возвращение объекту работоспособного состояния.

Критерии повреждений и отказов устанавливают в нормативнотехнической и (или) конструкторской документации.

Классификация отказов приведена в табл. 1.1.

II. Зависимость III. Характер возникновения IV. Характер обнаружения V. Причина возникновения Зависимый отказ – отказ, обусловленный другими отказами.

Внезапный отказ – характеризуется резким изменением одного или нескольких заданных параметров объекта. Примером внезапного отказа является нарушение работоспособности системы зажигания или системы питания двигателя.

Постепенный отказ – характеризуется постепенным изменением одного или нескольких заданных параметров объекта. Характерным примером постепенного отказа является нарушение работоспособности тормозов в результате износа фрикционных элементов.

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.

В зависимости от способа устранения отказа все объекты неремонтируемые (невосстанавливаемые).

К ремонтируемым относят объекты, которые при возникновении отказа ремонтируют и после восстановления работоспособности снова вводят в эксплуатацию.

Неремонтируемые объекты (элементы) после возникновения отказа заменяют. К таким элементам относятся большинство асбестовых и резинотехнических изделий (тормозные накладки, накладки дисков сцепления, прокладки, манжеты), некоторые электротехнические изделия (лампы, предохранители, свечи зажигания), быстроизнашивающиеся и обеспечивающие безопасность эксплуатации детали (вкладыши и пальцы шарниров рулевых тяг, втулки шкворневых соединений). К числу неремонтируемых элементов машин относят также подшипники качения, оси, пальцы, крепежные детали.

Восстановление перечисленных элементов экономически нецелесообразно, так как затраты на ремонт достаточно велики, а обеспечиваемая при этом долговечность значительно ниже, чем у новых деталей.

Объект характеризуется жизненным циклом. Жизненный цикл объекта состоит из ряда стадий: проектирование объекта, изготовление объекта, эксплуатация объекта. Каждая из этих стадий жизненного цикла влияет на надежность изделия.

На стадии проектирования объекта закладываются основы его надежности. На надежность объекта влияют:

– выбор материалов (прочность материалов, износостойкость материалов);

– запасы прочности деталей и конструкции в целом;

– удобство сборки и разборки (определяет трудоемкость последующих ремонтов);

– механическая и тепловая напряженность конструктивных элементов;

– резервирование важнейших или наименее надежных элементов и другие меры.

На стадии изготовления надежность определяется выбором технологии производства, соблюдением технологических допусков, качеством обработки сопрягаемых поверхностей, качеством используемых материалов, тщательностью сборки и регулировки.

На стадии проектирования и изготовления определяются конструктивно-технологические факторы, влияющие на надежность объекта. Действие этих факторов выявляется на стадии эксплуатации объекта. Кроме того, на данной стадии жизненного цикла объекта на его надежность влияют и эксплуатационные факторы.

Эксплуатация оказывает решающее влияние на надежность объектов, особенно сложных. Надежность объекта при эксплуатации обеспечивается путем:

– соблюдения условий и режимов эксплуатации (смазка, нагрузочные режимы, температурные режимы и др.);

– проведения периодических технических обслуживаний с целью выявления и устранения возникающих неполадок и поддержания объекта в работоспособном состоянии;

– систематической диагностики состояния объекта, выявления и предупреждения отказов, снижения вредных последствий отказов;

– проведения профилактических восстановительных ремонтов.

Основной причиной снижения надежности в процессе эксплуатации являются износ и старение компонентов объекта. Износ приводит к изменению размеров, нарушению работоспособности (из-за ухудшения условий смазки, например), поломкам, снижению прочности и т.д. Старение приводит к изменению физико-механических свойств материалов, влекущему поломки или отказы.

Условия эксплуатации назначаются такими, чтобы максимально снизить износ и старение: например, износ возрастает в условиях дефицита или низкого качества смазки. Старение возрастает при выходе температурных режимов за допустимые (например, уплотнительные прокладки, клапаны и т.д.).

Надежность объекта на стадии эксплуатации можно иллюстрировать графиком типичной зависимости интенсивности отказов объекта от времени эксплуатации, представленном на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Зависимость интенсивности отказов от наработки: 1 – интенсивность отказов (t); 2 – кривая старения; I – период приработки; II – период нормальной работы; III – период износа; ПС – предельное состояние В период приработки tп надежность, в первую очередь, определяется конструктивно-технологическими факторами, что ведет к повышенной интенсивности отказов. По мере выявления и устранения этих факторов надежность объекта приводится к номинальному уровню, который сохраняется в продолжительном периоде tн нормальной эксплуатации.

В течение эксплуатации в объекте накапливаются проявления износа и усталости, интенсивность которых возрастает с увеличением срока эксплуатации объекта (возрастающая кривая 2 на рис. 1.2). Наступает период tи интенсивного износа объекта, который заканчивается его приходом в предельное состояние и снятием с эксплуатации.

Ежегодные затраты на эксплуатацию характеризуются графиками (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Зависимость эксплуатационных затрат от наработки: 1 – затраты на эксплуатацию; 2 – затраты на Из графиков видно, что существует оптимальный срок эксплуатации объекта, при котором суммарные затраты на эксплуатацию минимальны. Продолжительная эксплуатация, существенно превышающая оптимальный срок, экономически невыгодна.

1.5. Поддержание надежности объекта при эксплуатации Поддержание требуемого уровня надежности технических объектов в процессе эксплуатации осуществляется путем проведения комплекса организационно-технических мероприятий. Сюда входят периодические технические обслуживания, профилактические и восстановительные ремонты. Периодические технические обслуживания направлены на своевременные регулировки, устранение причин отказов, раннее выявление отказов.

Периодические технические обслуживания проводятся в установленные сроки и в установленном объеме. Задачей любого ТО является проверка контролируемых параметров, регулировка в случае необходимости, выявление и устранение неисправностей, замена элементов, предусмотренная эксплуатационной документацией.

Порядок выполнения несложных работ определяется инструкциями по техническому обслуживанию, а порядок выполнения сложных работ – технологическими картами.

В процессе технических обслуживаний обычно осуществляется и диагностика состояния эксплуатируемого объекта (в том или ином объеме).

Диагностика заключается в контроле состояния объекта с целью выявления и предупреждения отказов. Осуществляется диагностика с помощью диагностических средств контроля, которые могут быть встроенными и внешними. Встроенные средства позволяют осуществлять непрерывный контроль. С помощью внешних средств осуществляется периодический контроль.

В результате диагностики выявляются отклонения параметров объекта и причины этих отклонений. Определяется конкретное место неисправности. Решается задача прогнозирования состояния объекта и принимается решение о его дальнейшей эксплуатации.

Объект считается работоспособным, если его состояние позволяет ему выполнять возложенные на него функции. Если в процессе эксплуатации характеристики объекта или его структура недопустимо изменились, то говорят, что в объекте возникла неисправность. Возникновение неисправности нельзя отождествлять с потерей объектом работоспособности. Однако в неработоспособном объекте всегда будет иметь место неисправность.

Для восстановления показателей надежности объекта при их снижении проводятся профилактические и восстановительные ремонты.

Восстановительные ремонты служат для восстановления работоспособности объекта после отказа и поддержания заданного уровня его надежности путем замены деталей и узлов, потерявших свой уровень надежности или отказавших.

Количество ремонтов определяется экономической целесообразностью. Типичная зависимость вероятности безотказной работы ремонтируемого объекта от времени эксплуатации показана на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Зависимость вероятности безотказной работы ремонтируемого объекта от времени эксплуатации:

P – вероятность безотказной работы объекта;

Pmin – минимально допустимый уровень надежности;

N – число заменяемых при ремонте элементов объекта Очередной ремонт не позволяет достичь исходного уровня надежности объекта, и срок эксплуатации объекта после этого ремонта будет меньше, чем после предыдущего ремонта (t3 t2 t1). Таким образом, эффективность каждого последующего ремонта снижается, что влечет необходимость ограничения общего количества ремонтов объекта.

1.6. Основные показатели надежности В соответствии с ГОСТ 27.002 надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции.

Этот стандарт оговаривает как единичные показатели надежности, каждый из которых характеризует отдельную сторону надежности (безотказность, долговечность, сохраняемость или ремонтопригодность), так и комплексные показатели надежности, которые характеризуют одновременно несколько свойств надежности.

1.6.1. Показатели для оценки безотказности Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Под наработкой понимается продолжительность работы машины, выраженная:

– для машин в целом – во времени (часах);

– для автомобильного транспорта – в километрах пробега автомобиля;

– для авиации – в часах налета самолета;

– для с/х техники – в гектарах условной пахоты;

– для двигателей – в моточасах и т.д.

Для оценки безотказности применяют следующие показатели:

1. Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.

Вероятность безотказной работы изменяется от 0 до 1.

где – число объектов, работоспособных в начальный момент времени; n(t) – число объектов, отказавших на момент t от начала испытаний или эксплуатации.

Вероятность безотказной работы Р объекта связана с вероятностью отказа F следующим соотношением:

Вероятность безотказной работы уменьшается с увеличением времени работы или наработки объекта. Зависимости вероятности безотказной работы P(t) и вероятности отказа F(t) от наработки t представлены на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Зависимости вероятности безотказной В начальный момент времени для работоспособного объекта вероятность его безотказной работы равна единице (100 %). По мере работы объекта эта вероятность снижается и стремится к нулю. Вероятность возникновения отказа объекта, наоборот, возрастает с увеличением срока эксплуатации или наработки.

2. Средняя наработка до отказа (среднее время безотказной работы) и средняя наработка на отказ.

Средняя наработка до отказа – математическое ожидание наработки объекта до первого отказа. Этот показатель часто называют средним временем безотказной работы.

где ti – наработка до отказа i-го объекта; N – число объектов.

Средняя наработка на отказ – математическое ожидание времени между соседними отказами объекта.

3. Плотность вероятности отказа (частота отказов) – отношение числа отказавших изделий в единицу времени к первоначальному числу находящихся под наблюдением при условии, что отказавшие изделия не восстанавливаются и не заменяются новыми.

где n(t) число отказов в рассматриваемом интервале наработки;

N общее число изделий, находящихся под наблюдением; t величина рассматриваемого интервала наработки.

4. Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.

Иначе говоря, это отношение числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу работающих безотказно за данный промежуток времени при условии, что отказавшие изделия не восстанавливаются и не заменяются новыми.

Интенсивность отказов оценивают по следующей формуле:

где f(t) – частота отказов; P(t) – вероятность безотказной работы;

n(t) – число отказавших изделий за время от t до t + t; t – расматриваемый интервал наработки; ср – среднее число безотказно работающих изделий:

где N(t) число безотказно работающих изделий в начале рассматриваемого интервала наработки; N(t + t) число безотказно работающих изделий в конце интервала наработки.

1.6.2. Показатели для оценки долговечности Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Долговечность машин закладывается при их проектировании и конструировании, обеспечивается в процессе производства и поддерживается в процессе эксплуатации.

Ресурс – наработка машины от начала эксплуатации или ее возобновления после ремонта до предельного состояния.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации машины от начала ее эксплуатации или возобновления после ремонта, до наступления предельного состояния.

Для оценки долговечности применяют следующие показатели:

1. Средний ресурс – математическое ожидание ресурса где tpi – ресурс i-го объекта; N – число объектов.

2. Гамма-процентный ресурс – наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью, выраженной в процентах.

Для расчета показателя используется формула вероятности 3. Средний срок службы – математическое ожидание срока службы где tслi – срок службы i-го объекта.

4. Гамма-процентный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигает предельного состояния с вероятностью, выраженной в процентах.

1.6.3. Показатели для оценки сохраняемости Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Для оценки сохраняемости применяют следующие показатели:

1. Средний срок сохраняемости – математическое ожидание срока сохраняемости объекта.

2. Гамма-процентный срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение и после которой показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности объекта не выйдут за установленные пределы с вероятностью, выраженной в процентах.

Показатели сохраняемости по сути своей соответствуют показателям долговечности и определяются по тем же формулам.

1.6.4. Показатели для оценки ремонтопригодности Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Время восстановления – это продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта.

Время восстановления равно сумме времен, затрачиваемых на отыскание и устранение отказа, а также на проведение необходимых отладок и проверок, чтобы убедиться в восстановлении работоспособности объекта.

Для оценки ремонтопригодности применяют следующие показатели:

1. Среднее время восстановления – математическое ожидание времени восстановления объекта где tвi – время восстановления i-го отказа объекта; N – число отказов за заданный срок испытаний или эксплуатации.

2. Вероятность восстановления работоспособного состояния – вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданное значение. Для большинства объектов машиностроения вероятность восстановления подчиняется экспоненциальному закону распределения где – интенсивность отказов (принимается постоянной).

1.6.5. Комплексные показатели надежности Каждый из описанных выше показателей позволяет оценить лишь одну из сторон надежности – одно из свойств надежности объекта.

Для более полной оценки надежности используют комплексные показатели, позволяющие одновременно оценить несколько важнейших свойств объекта.

1. Коэффициент готовности Кг – вероятность того, что объект окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается.

где То – среднее значение наработки на отказ; Тв – среднее время восстановления объекта после отказа.

2. Коэффициент технического использования – отношение математического ожидания суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к математическому ожиданию суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом за тот же период эксплуатации.

где ТР, ТТО – суммарная продолжительность простоев машины в ремонте и техническом обслуживании.

Для автомобилей основными показателями долговечности являются ресурс до замены (до ремонта определенного вида) или списания, гамма-процентный ресурс; основным показателем безотказности – наработка на отказ определенной группы сложности (среднее время безотказной работы); основными показателями ремонтопригодности – удельная трудоемкость технического обслуживания, удельная трудоемкость текущих ремонтов и удельная суммарная трудоемкость технического обслуживания и текущих ремонтов.

1.7. Получение информации о надежности машин Для того чтобы определить надежность любой машины, необходимо иметь информацию об отказах ее деталей, узлов, агрегатов и самой машины в целом.

Сбором информации об отказах машин занимаются:

– организации-разработчики машины;

– предприятия-изготовители машины;

– эксплуатационные и ремонтные предприятия.

Организации-разработчики (проектные институты) осуществляют сбор и обработку информации о надежности опытных образцов машин путем проведения специальных испытаний.

Предприятия-изготовители (машиностроительные заводы) осуществляют сбор и обработку первичной информации о надежности серийно изготовляемой продукции и анализ причин отказов машин. Сбор информации они ведут на основе проведения специальных заводских и эксплуатационных испытаний.

Эксплуатационные и ремонтные организации собирают первичную информацию о надежности машин в эксплуатации.

Основным источником получения информации о надежности, особенно транспортных машин, являются испытания.

На автомобильном транспорте различают следующие виды испытаний (рис. 1.6):

1. Заводские (ресурсные) испытания – испытания опытных или первых серийных образцов. Эти испытания бывают:

а) доводочные;

б) на пригодность к серийному производству;

в) контрольные;

г) приемосдаточные;

д) исследовательские.

Цель доводочных испытаний – оценить влияние на надежность изменений, вносимых при доводке конструкции и технологии производства.

Испытания на пригодность к серийному производству определяют допустимость к серийному производству автомобилей по их надежности.

Контрольными испытаниями проверяют обеспечение установленных норм надежности серийно выпускаемых автомобилей.

Приемосдаточные испытания определяют соответствие данной партии автомобилей требованиям технических условий и возможность ее приемки.

Цель исследовательских испытаний – определить предел выносливости автомобилей, установить закон распределения ресурсов, изучить динамику процесса изнашивания, сравнить ресурсы автомобилей.

По характеру проведения заводские испытания делятся:

– на стендовые;

– полигонные;

– дорожные.

Стендовые испытания проводятся на специальных стендах, позволяющих имитировать различные условия испытаний.

Полигонные – это испытания автомобилей на специальных полигонах, имеющих дороги с различными характеристиками.

Дорожные испытания проводятся, как правило, в реальных условиях эксплуатации, но в различных климатических зонах.

В Российской Федерации основные полигонные испытания проводят на Центральном научно-исследовательском полигоне НАМИ. В состав сооружений полигона входят:

– кольцевая скоростная бетонная дорога;

– прямая дорога для динамометрических испытаний;

– кольцевая грунтовая дорога;

– дорога с булыжным покрытием;

– специальные испытательные дороги.

2. Эксплуатационные испытания – испытания серийных автомобилей в реальных условиях эксплуатации. Это в основном дорожные испытания. Цель их – получение достоверных данных об эксплуатационной надежности автомобилей на основе систематических наблюдений.

Большинство эксплуатационных испытаний проводятся на специальных автотранспортных предприятиях, расположенных в различных климатических зонах. Эти испытания дают наиболее объективную информацию о надежности автомобиля.

Доводочные На пригодность Полигонные к серийному Контрольные Приемосдаточные Исследовательские Рис.1.6. Классификация видов испытаний Сбор информации осуществляется на подконтрольных партиях автомобилей. При этом фиксируются не только отказы и неисправности, но и различные виды воздействий на автомобиль (техническое обслуживание, текущий ремонт); условия эксплуатации автомобилей (перевозимый груз, длина ездок, процент движения на различных типах дорог). Собранная таким образом информация непосредственно обрабатывается на предприятии или отправляется на заводы-изготовители в виде специальных справок-запросов, которые подвергаются анализу, систематизации и статистической обработке.

Все виды испытаний по продолжительности подразделяются:

– на нормальные (полные);

– ускоренные;

– сокращенные (незавершенные).

Нормальные (полные) испытания ведутся до отказа всех исследуемых автомобилей (узлов, агрегатов), поставленных на испытания. Данные испытания представляют собой полную выборку.

Ускоренные – ведутся до тех пор, пока каждый из N автомобилей, поставленных на испытания, достигает заранее обусловленной величины наработки или до отказа определенного количества n автомобилей (n N).

Сокращенные (незавершенные) испытания – это испытания, когда к моменту прекращения наблюдений n из N автомобилей, поставленных на испытания, отказали, а остальные – работоспособны и имеют различную наработку.

Сбор информации о надежности машин проводят в соответствии с требованиями отраслевой нормативно-технической документации.

Информация о надежности машин должна удовлетворять следующим требованиям:

1) полнота информации, под которой понимается наличие всех сведений, необходимых для проведения оценки и анализа надежности;

2) достоверность информации, т.е. все сообщения об отказах должны быть точными;

3) своевременность информации позволяет быстрее устранять причины отказов и принимать меры по устранению выявленных недостатков;

4) непрерывность информации позволяет сопоставлять результаты расчетов, полученные в первый и последующий периоды эксплуатации и избавляет от ошибок.

1.8. Нормирование показателей надежности С целью создания высоконадежных объектов необходимо нормирование надежности – установление номенклатуры и количественных значений основных показателей надежности элементов объекта.

Номенклатуру показателей надежности выбирают в зависимости от класса изделий, режимов эксплуатации, характера отказов и их последствий. Выбор показателей надежности может определяться заказчиком.

Все изделия подразделяются на следующие классы:

– неремонтируемые и невосстанавливаемые изделия общего назначения. Составные части изделий, невосстанавливаемые на месте эксплуатации и не подлежащие ремонту (например, подшипники, шланги, тонеры, крепежные детали, радиодетали и др.), а также невосстанавливаемые изделия самостоятельного функционального назначения (например, электрические лампы, контрольные приборы и др.);

– восстанавливаемые изделия, подвергающиеся плановым техническим обслуживаниям, текущему и среднему ремонту, а также изделия, подвергающиеся капитальному ремонту;

– изделия, предназначенные для выполнения кратковременных разовых или периодических заданий.

Режимы эксплуатации изделий могут быть следующими:

– непрерывными, когда изделие работает непрерывно в течение определенного времени;

– циклическими, когда изделие работает с заданной периодичностью в течение определенного времени;

– оперативными, когда неопределенный период простоя сменяется периодом работы заданной продолжительности.

Обычно нормируют вероятность безотказной работы P(t) с оценкой ресурса Тр, в течение которого она регламентируется. Значение Тр должно быть согласовано со структурой и периодичностью ремонтных работ и технического обслуживания, а допустимая вероятность безотказной работы является мерой опасности последствий отказа.

Градация изделий по классам надежности представлена в табл. 1.2.

Значения P(t) заданы для определенного периода эксплуатации Тр при условии строгой регламентации и выполнения режимов работы и условий эксплуатации.

В нулевой класс входят малоответственные детали и узлы, отказ которых остается практически без последствий. Для них хорошим показателем надежности может быть средний срок службы, наработка на отказ или параметр потока отказов.

Классы с первого по четвертый характеризуются повышенными требованиями к безотказной работе (номер класса соответствует числу девяток после запятой). В пятый класс включаются высоконадежные изделия, отказ которых в заданный период недопустим.

В автомобилестроении обычно задаются значения коэффициента готовности Кг, среднее время нахождения в работоспособном состоянии Тр, наработка до первого отказа и средняя наработка на отказ.

Для транспортных машин очень важно выявить и количественно оценить отказы, которые влияют на безопасность их работы. По американской методике FMECA безопасность системы оценивается вероятностью безотказной работы с учетом двух параллельных показателей: категории последствий и уровня опасности.

I класс – отказ не приводит к травмированию персонала;

II класс – отказ приводит к травмированию персонала;

III класс – отказ приводит к серьезной травме или смерти;

IV класс – отказ приводит к серьезным травмам или смерти группы людей.

1. Поясните понятия качество, надежность, предмет, объект надежности, общая теория надежности, прикладная теория надежности.

2. Этапы развития теории надежности.

3. Дайте определения основных состояний и событий в надежности.

4. Приведите классификацию отказов.

5. В чем состоит различие между восстанавливаемыми и невосстанавливаемыми изделиями?

6. Что представляет собой кривая изменения интенсивности отказов во времени и кривая изменения эксплуатационных затрат от наработки изделия во времени?

9. Дайте определения основных показателей надежности безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

11. Дайте определения показателей для оценки безотказности – вероятности безотказной работы и вероятности отказа, параметра потока отказов, средней наработки на отказ, средней наработки до отказа, гамма-процентной наработки до отказа, интенсивности отказов. Каковы единицы их измерения?

12. Дайте определения показателей для оценки долговечности – технического ресурса, срока службы, гамма-процентного ресурса и срока службы. Каковы единицы их измерения?

13. Чем отличается технический ресурс от срока службы изделия?

14. Дайте определения показателей для оценки сохраняемости – среднего и гамма-процентного сроков сохраняемости.

15. Дайте определения показателей для оценки ремонтопригодности – времени восстановления и среднего времени восстановления работоспособности, вероятности восстановления работоспособности в заданные сроки, интенсивности восстановления.

16. Дайте определения комплексных показателей надежности – коэффициента технического использования, коэффициента готовности.

17. Перечислите основные виды испытаний технических объектов.

18. Основные требования, предъявляемые к информации о надежности машин.

19. Перечислите основные методы нормирования показателей надежности.

20. Поясните градацию изделий по классам надежности.

22. Что такое уровень опасности отказов?

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ

2.1. Математический аппарат для обработки случайных величин Надежность объектов нарушается возникающими отказами. Отказы рассматривают как случайные события. Для количественной оценки надежности используются методы теории вероятности и математической статистики.

Показатели надежности могут определяться:

– аналитическим путем на основе математической модели – математического определения надежности;

– в результате обработки опытных данных – статистическое определение показателя надежности.

Момент возникновения отказа, частота возникновения отказов – величины случайные. Поэтому базовыми методами для теории надежности являются методы теории вероятности и математической статистики.

Случайная величина – величина, которая в результате опыта принимает одно, наперед неизвестное значение, зависящее от случайных причин. Случайные величины могут быть дискретными и непрерывными.

Как известно из теории вероятности и математической статистики, общими характеристиками случайных величин являются:

1. Среднее арифметическое значение.

где xi – реализация случайной величины в каждом наблюдении; n – число наблюдений.

2. Размах. Понятие размаха в теории статистики используется в качестве меры рассеивания случайной величины.

где xmax – максимальное значение случайной величины; xmin – минимальное значение случайной величины.

3. Среднее квадратическое отклонение является также мерой рассеивания случайной величины.

4. Коэффициент вариации также характеризует рассеивание случайной величины с учетом средней величины. Коэффициент вариации определяется по формуле Различают случайные величины с малой вариацией (V0,1), средней вариацией (0,1V0,33) и большой вариацией (V0,33). Если коэффициент вариации V0,33, то случайная величина подчиняется нормальному закону распределения. Если коэффициент вариации 0,33V1, то – распределению Вейбулла. Если коэффициент вариации V=1, то – равновероятному распределению.

В теории и практике надежности чаще всего используются следующие законы распределения: нормальный, логарифмически нормальный, Вейбулла, экспоненциальный.

Законом распределения случайной величины называется соотношение, устанавливающее связь между возможными значениями случайной величины и соответствующими им вероятностями.

Для характеристики закона распределения случайной величины используются следующие функции.

1. Функция распределения случайной величины – функция F(х), определяющая вероятность того, что случайная величина Х в результате испытаний примет значение меньше или равное х:

Функция распределения случайной величины может быть представлена графиком (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Функция распределения случайной величины 2. Плотность распределения вероятностей случайной величины Плотность вероятности характеризует вероятность того, что случайная величина примет конкретное значение x (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Плотность распределения вероятностей Экспериментальной оценкой плотности вероятности случайной величины является гистограмма распределения случайной величины (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Гистограмма распределения случайной Гистограмма показывает зависимость количества наблюдаемых значений случайной величины в определенном интервале значений от границ этих интервалов. По гистограмме можно приближенно судить о плотности распределения случайной величины.

При построении гистограммы в выборке случайной величины x из n значений определяют наибольшее xmax и наименьшее xmin значения.

Диапазон изменения величины R разбивают на m одинаковых интервалов. Затем подсчитывают число наблюдаемых значений случайной величины ni, попадающих в каждый i-й интервал.

2.2. Некоторые законы распределения случайной величины Закон нормального распределения является основным в математической статистике. Он формируется тогда, когда на протяжении исследуемого процесса на его результат влияет сравнительно большое число независимых факторов, каждое из которых, в отдельности, оказывает лишь незначительное действие по сравнению с суммарным влияниям всех остальных.

Плотность распределения (частота отказов) при нормальном законе определяется по формуле Функция распределения (вероятность отказа) данного закона находится по формуле Функция надежности (вероятность безотказной работы) противоположна функции распределения Интенсивность отказов вычисляется по формуле Графики основных характеристик надежности при нормальном законе приведены на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Характеристики надежности машин при Более 40 % различных случайных явлений, связанных с эксплуатацией автомобилей, описываются нормальным законом:

– зазоры в подшипниках, обусловленные износом;

– зазоры в зацеплении главной передачи;

– зазоры между тормозным барабаном и колодками;

– периодичность первых отказов рессор и двигателя;

– периодичность ТО-1 и ТО-2, а также время выполнения различных операций.

2.2.2. Экспоненциальное распределение Закон экспоненциального распределения нашел широкое применение, особенно в технике. Основной отличительной чертой этого закона является то, что вероятность безотказной работы не зависит от того, сколько проработало изделие с начала эксплуатации. Закон не учитывает постепенного изменения параметров технического состояния, а рассматривает так называемые «нестареющие» элементы и их отказы. Как правило, данный закон описывает надежность работы изделия в период его нормальной эксплуатации, когда постепенные отказы еще не проявляются и надежность характеризуется только внезапными отказами. Эти отказы вызываются неблагоприятным сочетанием различных факторов и поэтому имеют постоянную интенсивность. Экспоненциальное распределение часто называют основным законом надежности.

Плотность распределения (частота отказов) при экспоненциальном законе определяется по формуле Вероятность безотказной работы при экспоненциальном законе выражается где – интенсивность отказов.

Интенсивность отказов для экспоненциального распределения является постоянной величиной.

Наработка на отказ находится по формуле При экспоненциальном законе среднеквадратичное отклонение и коэффициент вариации вычисляются следующим образом:

Графики основных характеристик надежности при экспоненциальном законе приведены на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Характеристика надежности машин при Экспоненциальный закон достаточно хорошо описывает отказ следующих параметров:

– наработку до отказа многих невосстанавливаемых элементов радиоэлектронной аппаратуры;

– наработку между соседними отказами при простейшем потоке отказов (после окончания периода приработки);

– время восстановления после отказов и т.д.

Распределение Вейбулла является универсальным, так как при изменении параметров оно может описывать практически любые процессы: нормального распределения, логарифмически нормального, экспоненциального.

Плотность распределения (частота отказов) при распределении Вейбулла определяется по формуле где – параметр масштаба; – параметр формы.

Вероятность безотказной работы при законе распределения Вейбулла выражается Интенсивность отказов определяется по формуле На рис. 2.6 изображены графики надежности при распределении Вейбулла.

Рис. 2.6. Характеристика надежности машин при законе Закон распределения Вейбулла описывает отказы многих узлов и деталей автомобилей:

– подшипников качения;

– шарниров рулевого привода, карданной передачи;

– разрушение полуосей.

1. Дайте определение характеристикам рассеяния случайных распределений – среднему значению, среднему квадратическому отклонению и коэффициенту вариации.

2. Дайте понятие и поясните назначение законов распределения случайных величин.

3. В каких случаях на практике целесообразно применять нормальное распределение, каков вид кривых его плотности и функции распределения?

4. В каких случаях на практике целесообразно применять экспоненциальное распределение, каков вид кривых его плотности и функции распределения?

5. В каких случаях на практике целесообразно применять распределение Вейбулла, каков вид кривых его плотности и функции распределения?

6. Каковы понятие и методика построения гистограммы и кривой эмпирического распределения?

3. ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

Под сложной системой понимается объект, предназначенный для выполнения заданных функций, который может быть расчленен на элементы, каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элементами системы.

Понятие сложной системы условно. Оно может применяться как к отдельным узлам и механизмам (двигатель, система подачи топлива к двигателю), так и к самой машине (станок, трактор, автомобиль, самолет).

1. Сложная машина состоит из большого количества элементов, каждый из которых имеет свои характеристики надежности.

Пример: автомобиль состоит из 15–18 тыс. деталей, каждая из которых имеет свои характеристики надежности.

2. Не все элементы одинаково влияют на надежность машины.

Многие из них влияют лишь на эффективность ее работы, а не на ее отказ. Степень влияния каждого элемента на надежность машины зависит от многих факторов, таких как: назначение элемента, характер взаимодействия элемента с другими элементами машины, структура машины, вид соединений элементов между собой.

Например: неисправность системы питания автомобиля может вызвать перерасход топлива, т.е. неисправность, а отказ системы зажигания может привести к отказу всего автомобиля.

3. Каждый экземпляр сложной машины имеет индивидуальные черты, т.к. незначительные вариации свойств отдельных элементов машины сказываются на выходных параметрах самой машины. Чем сложнее машина, тем большими индивидуальными особенностями она обладает.

При анализе надежности сложных машин их разбивают на элементы (звенья) с тем, чтобы вначале рассмотреть параметры и характеристики элементов, а затем оценить работоспособность всей машины.

Теоретически любую сложную машину можно условно разделить на большое число элементов, понимая под элементом узел, агрегат или деталь.

Под элементом будем понимать составную часть сложной машины, которая может характеризоваться самостоятельными входными и выходными параметрами.

При анализе надежности сложного изделия все его элементы и детали целесообразно разделить на следующие группы:

1. Элементы, работоспособность которых за срок службы практически не изменяется. Для автомобиля это его рама, корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности.

2. Элементы, работоспособность которых меняется в течение срока службы машины. Эти элементы, в свою очередь, подразделяются на:

2.1. Не лимитирующие надежность машины. Срок службы таких элементов сопоставим со сроком службы самой машины.

2.2. Лимитирующие надежность машины. Срок службы таких элементов меньше срока службы машины.

2.3. Критические по надежности. Срок службы таких элементов не очень большой, от 1 до 20 % срока службы самой машины.

Применительно к автомобилю количество этих элементов распределяется следующим образом (табл. 3.1).

Номер элемента С позиций теории надежности могут быть следующие структуры сложных машин (рис. 3.1):

1) расчлененные – у которых надежность отдельных элементов может быть заранее определена, так как отказ элемента можно рассматривать как независимое событие;

2) связанные – у которых отказ элементов является зависимым событием, связанным с изменением выходных параметров всей машины;

3) комбинированные – состоящие из подсистем со связанной структурой и с независимым формированием показателей надежности для каждой из подсистем.

Для транспортной машины как сложной системы характерна комбинированная структура, когда надежность отдельных подсистем (агрегатов, узлов) может рассматриваться независимо.

Соединение элементов в сложной машине может быть последовательным, параллельным и смешанным (комбинированным).

В конструкции автомобиля имеют место все виды соединений, примеры которых приведены на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Виды соединений элементов в конструкции автомобиля:

а) последовательное; б) параллельное; в) комбинированное 3.3. Особенности расчета надежности сложных систем 3.3.1. Расчет надежности системы при последовательном Наиболее характерен случай, когда отказ одного элемента выводит из строя всю систему, как это имеет место при последовательном соединении элементов (рис. 3.2, а).

Например, большинство приводов машин и механизмы передач подчиняются этому условию. Так, если в приводе машины выйдет из строя любая шестерня, подшипник, муфта и т.д., то весь привод перестанет функционировать. При этом отдельные элементы не обязательно должны быть соединены последовательно. Например, подшипники на валу редуктора работают конструктивно параллельно друг с другом, однако выход из строя любого из них приводит к отказу системы.

Вероятность безотказной работы системы с последовательным соединением элементов Из формулы видно, что даже если сложная машина состоит из элементов высокой надежности, то в целом она обладает низкой надежностью за счет наличия большого числа элементов в ее конструкции, соединенных последовательно.

В конструкции автомобиля имеет место в основном последовательное соединение элементов. В этом случае отказ любого элемента вызывает отказ самого автомобиля.

Пример расчета из области автомобильного транспорта: у агрегата автомобиля, состоящего из четырех последовательно соединенных элементов, вероятность безотказной работы элементов за определенную наработку составляет Р1 = 0,98; Р2 = 0,65; Р3 = 0,88 и Р4 = 0,57. В этом случае вероятность безотказной работы за ту же наработку всего агрегата равна Рс = 0,98·0,65·0,88·0,57 = 0,32, т.е. очень и очень низкая.

Иными словами, надежность автомобиля с последовательно соединенными элементами ниже надежности самого слабого его звена.

Поэтому при усложнении конструкции автомобиля, его агрегатов и систем, одним из проявлений которого является увеличение числа элементов в системе, требования к надежности каждого элемента и их равнопрочности резко возрастают.

3.3.2. Расчет надежности системы при параллельном соединении При параллельном соединении элементов вероятность безотказной работы системы Например: если вероятность безотказной работы каждого элемента Р = 0,9, а количество элементов равно трем (n = 3), то Р(t) = 1-(0,1)3 = 0,999. Таким образом, вероятность безотказной работы системы резко повышается и становится возможным создание надежных систем из ненадежных элементов.

Параллельное соединение элементов в сложных системах повышает ее надежность.

Для повышения надежности сложных систем часто применяют структурное резервирование, то есть введение в структуру объекта дополнительных элементов, выполняющих функции основных элементов в случае их отказа.

Классификация различных способов резервирования осуществляется по следующим признакам:

1. По схеме включения резерва:

1.1. Общее резервирование, при котором резервируется объект в целом.

1.2. Раздельное резервирование, при котором резервируются отдельные элементы или их группы.

1.3. Смешанное резервирование, при котором различные виды резервирования сочетаются в одном объекте.

2. По способу включения резерва:

2.1. Постоянное резервирование – без перестройки структуры объекта при возникновении отказа его элемента.

2.2. Динамическое резервирование, при котором при отказе элемента происходит перестройка структуры схемы. В свою очередь оно подразделяется:

– на резервирование замещением, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного;

– скользящее резервирование, при котором несколько основных элементов резервируется одним или несколькими резервными, каждый из которых может заменить любой основной (т.е. группы основных и резервных элементов идентичны).

3. По состоянию резерва:

3.1. Нагруженное (горячее) резервирование, при котором резервные элементы (или один из них) постоянно присоединены к основным и находятся в одинаковом с ними режиме работы; оно применяется тогда, когда не допускается прерывания функционирования системы во время переключения отказавшего элемента на резервный.

3.2. Облегченное резервирование, при котором резервные элементы (по крайней мере один из них) находятся в менее нагруженном режиме по сравнению с основными, и вероятность их отказа в этот период мала.

3.3. Ненагруженное (холодное) резервирование, при котором резервные элементы до начала выполнения ими функций находятся в ненагруженном режиме. В этом случае для включения резерва необходимо соответствующее устройство. Отказ ненагруженных резервных элементов до включения вместо основного элемента невозможен.

1. Поясните понятие сложной системы и ее особенности с позиций надежности.

2. Перечислите четыре группы элементов сложных систем.

3. Поясните отличия основных типов структур сложных систем – расчлененных, связанных и комбинированных.

4. Поясните расчет схемной надежности сложных систем при последовательном соединении элементов.

5. Поясните расчет схемной надежности сложных систем при параллельном соединении элементов.

6. Поясните термин структурного резервирования.

7. Перечислите виды резервирования в зависимости от схемы включения резерва.

8. Перечислите виды резервирования в зависимости от способа включения резерва.

9. Перечислите виды резервирования в зависимости от состояния резерва.

От 80 до 90 % подвижных сопряжений машин выходят из строя вследствие износа. При этом снижаются КПД, точность, экономичность, надежность и долговечность машин. Процесс взаимодействия поверхностей при их относительном движении изучает такая научнотехническая дисциплина, как трибология, объединяющая проблемы трения, износа и смазки.

Существуют четыре вида трения:

1. Сухое трение возникает при отсутствии смазки и загрязнений между трущимися поверхностями. Обычно сухое трение сопровождается скачкообразным перемещением поверхностей.

2. Граничное трение наблюдается в том случае, когда поверхности трущихся тел разделены слоем смазки толщиной от 0,1 мкм до толщины одной молекулы, который называется граничным. Его наличие снижает силы трения от двух до десяти раз по сравнению с сухим трением и уменьшает износ сопряженных поверхностей в сотни раз.

3. Полусухое трение – это смешанное трение, когда на площади контакта тел трение местами граничное, а на остальной части сухое.

4. Жидкостное трение характеризуется тем, что трущиеся поверхности полностью разделены толстым слоем смазки. Слои смазки, находящиеся от поверхности на расстоянии свыше 0,5 мкм, имеют возможность свободно перемещаться один относительно другого.

При жидкостном трении сопротивление движению складывается из сопротивления скольжению слоев смазки относительно друг друга по толщине смазочного слоя и зависит от вязкости смазочной жидкости.

Этот режим характеризуется весьма малым коэффициентом трения и является оптимальным для узла трения в отношении его износостойкости.

Следует отметить, что иногда в одном и том же механизме наблюдаются различные виды трения. Так, например, в двигателе внутреннего сгорания стенки цилиндров в нижней части смазываются обильно, вследствие чего при движении поршня на середине хода трение колец и поршня о стенку цилиндра приближается к жидкостному.

При движении поршня вблизи верхней мертвой точки (особенно при такте впуска) условия смазки колец и поршня резко ухудшаются, так как оставшаяся на стенках цилиндра масляная пленка претерпевает изменения под воздействием высокой температуры продуктов сгорания. Особенно плохо смазывается верхняя часть цилиндра. После пуска холодного двигателя возможно граничное и даже сухое трение компрессионных колец о стенки цилиндра, что является одной из причин повышенного износа цилиндров в верхней части.

Изнашиванием называют процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Изнашивание обычно подразделяется на две группы:

1. Механическое – возникает в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся между поверхностями трения:

1) абразивное – изнашивание поверхности детали, которое происходит в результате режущего или царапающего действия твердых тел или частиц;

2) эрозионное (гидроабразивное, газоабразивное, электроэрозионное) – изнашивание происходит в результате воздействия на поверхность детали движущегося с большой скоростью потока жидкости, газа, твердых частиц, в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока;

3) кавитационное – изнашивание возникает при относительном движении твердого тела и жидкости в условиях кавитации. Кавитация наблюдается в жидкости при падении давления в ней до давления насыщенных паров, когда нарушается сплошность потока жидкости и образуются кавитационные пузыри. В момент достижения предельного размера они начинают захлопываться с большой скоростью, что приводит к гидравлическому удару о поверхность металла;

4) усталостное – изнашивание под действием знакопеременных напряжений. Ему подвержены зубчатые передачи, подшипники качения и скольжения;

5) адгезионное – изнашивание (изнашивание при заедании) происходит при схватывании металлов в процессе трения с образованием прочных металлических связей в зонах непосредственного контакта поверхностей;

6) изнашивание при фреттинге – это механическое изнашивание мест проскальзывания плотно контактирующих поверхностей, находящихся под нагрузкой при колебательных, циклических, возвратнопоступательных относительных перемещениях с малыми амплитудами.

2. Коррозионно-механическое – возникает при трении материалов, вступающих в химическое взаимодействие с окружающей средой:

1) окислительное изнашивание – происходит в том случае, когда кислород, содержащийся в воздухе или в смазке, вступает во взаимодействие с металлом и образует на нем оксидную пленку, которая при трении истирается или отрывается от металла и удаляется со смазкой, а затем образуется вновь (примером окислительного изнашивания может служить изнашивание верхней части цилиндров двигателя внутреннего сгорания при действии кислотной коррозии, происходящей при низкой температуре стенок, особенно при работе непрогретого двигателя);

2) изнашивание при фреттинг-коррозии заключается в образовании на поверхностях взаимного касания деталей язвинок и продуктов коррозии в виде порошка или налета. Изнашивание при этом зависит от одновременно протекающих процессов микросхватывания, усталостного, коррозионно-механического и абразивного воздействия.

Основными количественными характеристиками изнашивания являются износ, скорость изнашивания, интенсивность изнашивания.

Износ – результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Износ (абсолютный или относительный) характеризует изменение геометрических размеров (линейный износ), массы (весовой износ) или объема (объемный износ) детали вследствие изнашивания и измеряется в соответствующих единицах.

Скорость изнашивания Vи (м/ч, г/ч, м3/ч) – отношение износа U к интервалу времени, в течение которого он возник:

Интенсивность изнашивания J – отношение износа к обусловленному пути L, на котором происходило изнашивание, или объему проделанной работы:

При линейном износе интенсивность изнашивания является безразмерной величиной, а при весовом – измеряется в единицах массы, отнесенной к единице пути трения.

Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения характеризуется износостойкостью – величиной, обратной скорости или интенсивности изнашивания, в соответствующих единицах.

В процессе работы машины показатели изнашивания деталей и сопряжений не сохраняют постоянных значений. Изменения износа деталей во времени в общем случае можно представить в виде модели, предложенной В.Ф. Лоренцом. В начальный период работы, называемый периодом приработки, наблюдается довольно быстрый износ деталей (рис. 4.1, участок I). Продолжительность этого периода обусловливается качеством поверхностей и режимом работы механизма и составляет обычно 1,5-2% ресурса узла трения. После приработки наступает период установившегося режима изнашивания (рис 4.1, участок II), определяющий долговечность сопряжений. Третий период – период катастрофического изнашивания (рис. 4.1, участок III) – характеризует предельное состояние механизма и ограничивает ресурс. Как видно из приведенных графиков, процесс изнашивания оказывает прямое, определяющее влияние на возникновение отказов и неисправностей узлов трения машин. Изменение показателей надежности во времени идентично изменению показателей изнашивания.

Более высокая крутизна кривой m = () на участке II объясняется тем, что с наработкой возникают отказы, вызванные, помимо износа, усталостным, коррозионным разрушением или пластическими деформациями.

Приработкой называют процесс изменения геометрии поверхностей трения и физико-химических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения, обычно проявляющийся при постоянных внешних условиях в уменьшении силы трения, температуры и интенсивности изнашивания. Процесс приработки характеризуется интенсивным отделением с поверхностей трения продуктов износа, повышенным тепловыделением и изменением микрогеометрии поверхностей.

Рис. 4.1 – Изменение параметров сопряжения в процессе работы:

1 – износа U; 2 – скорости изнашивания V; 3 – частоты отказов m;

При правильном выборе соотношения твердости деталей и режимов приработки довольно быстро наступает период так называемого нормального, или установившегося изнашивания (рис. 4.1, участок II). Этот период характеризуется небольшой, примерно постоянной, интенсивностью изнашивания и продолжается до тех пор, пока изменения размеров или формы деталей не повлияют на условия их работы, или до наступления предела усталости материала.

Накопление изменений геометрических размеров и физикомеханических свойств деталей ведет к ухудшению условий работы сопряжения. Основным фактором при этом является повышение динамических нагрузок вследствие увеличения зазоров в трущихся парах. В результате наступает период катастрофического, или прогрессивного изнашивания (рис. 4.1, участок III). Описанная закономерность является условной и служит лишь иллюстрацией процесса изнашивания элементов машин.

1) Метод микрометрирования. Метод основан на измерении при помощи микрометра или измерительного прибора с индикатором параметров до и после изнашивания.

Недостатки метода:

– неизбежная разборка и сборка изделия до и после работы с целью измерения детали;

–выявленное изменение размера может быть следствием не только изнашивания поверхности, но и результатом деформации детали;

– разборка и сборка изделий в процессе эксплуатации резко снижает эксплуатационные качества машин.

2) Метод искусственных баз. Состоит в том, что на поверхности выдавливают или вырезают углубления заданной формы (пирамида или конус) и глубины. Наблюдая за изменением размера отпечатка, соотношение которого с глубиной заранее известно, можно определить местный линейный износ. Используются специальные приборы, позволяющие определять с точностью от 1,5 до 2 мкм для отверстий цилиндров двигателей, валов, а также плоских поверхностей.

Недостаток метода – также требует в большинстве случаев предварительной разборки изделий и поэтому имеет те же недостатки, что и метод микрометрирования.

3) Метод измерения износа по уменьшению массы. Основан на взвешивании детали до и после изнашивания. Обычно применяется при испытании деталей небольшой массы.

Недостаток метода – может оказаться неприемлемым, когда износ происходит вследствие не только отделения частиц, но и пластического деформирования.

4) Метод анализа содержания железа в масле. Основан на химическом анализе золы, получаемой сжиганием пробы масла. За период между двумя последовательными отборами проб учитывают общее количество масла в картере, его потерю и количество доливаемого масла.

Данный анализ является интегральным, так как продукты износа обычно отделяются одновременно от нескольких трущихся деталей.

Точное определение количества железа осложняется тем, что крупные частицы продуктов износа могут оседать на стенках картера.

5) Метод радиоактивных изотопов. Заключается в том, что в материал изучаемой детали вводят радиоактивный изотоп. При этом вместе с продуктами износа в масло будет попадать пропорциональное им количество атомов радиоактивного изотопа. По интенсивности их излучения в пробе масла можно судить о количестве металла, попавшего в масло за рассматриваемый период времени.

Преимущества метода:

– определяется износ определенной детали, а не суммарный для нескольких деталей;

– чувствительность повышается в сотни раз;

– ускоряется процесс исследования.

Недостатки метода:

– требуется специальная подготовка образцов исследуемых деталей;

– наличие специальной аппаратуры для измерения интенсивности излучения и принятие мер предосторожности для охраны здоровья людей.

1. Что такое изнашивание?

2. Назовите различия и приведите примеры сухого, граничного, полусухого и жидкостного трения.

3. Приведите общую классификацию изнашивания.

4. Приведите классификацию механического изнашивания.

5. Приведите классификацию коррозионно-механического изнашивания.

6. Дайте определения характеристикам изнашивания – износу (линейному, объемному, массовому), скорости и интенсивности изнашивания, износостойкости и относительной износостойкости.

7. Поясните методики следующих экспериментальных методов определения износа: микрометрирования, метода искусственных баз, метода измерения износа по уменьшению массы, метода анализа содержания железа в масле, метода радиоактивных изотопов.

Каковы достоинства и недостатки перечисленных методов?

9. Назовите основные методы снижения интенсивности изнашивания.

5. КОРРОЗИОННЫЕ РАЗРУШЕНИЯ

Коррозией металлов и сплавов называется их самопроизвольное разрушение в результате химического, электрохимического взаимодействия с внешней средой, вследствие которого они переходят в окисленное состояние и изменяют физико-механические свойства.

Автомобили, используемые в условиях запыленности, высокой влажности, температур, являются ярко выраженными объектами, подверженными коррозионным разрушениям. При этом наиболее характерными элементами являются детали из тонколистовой стали кузова, рамы и подвески, резьбовые и сварные соединения, детали топливной аппаратуры (выпускные клапаны, верхняя часть гильз цилиндров и днища поршней), газовые трубопроводы.

Коррозионные процессы в зависимости от механизма взаимодействия металла со средой делятся на два типа – химическую и электрохимическую коррозию, и 36 видов, наиболее встречающимися из которых являются:

а) в зависимости от характера коррозионной среды:

– атмосферная, – газовая, – жидкостная, – подземная (почвенная), – биологическая;

б) в зависимости от условий протекания коррозионного процесса:

– структурная, – подповерхностная, – межкристаллитная, – контактная, – щелевая, – коррозия под напряжением, – коррозионная кавитация, – фреттинг-коррозия;

в) в зависимости от вида коррозионного разрушения:

– сплошная, – местная (локальная).

Химическая коррозия – процесс разрушения материала в результате непосредственного взаимодействия при высоких температурах с кислородом воздуха, сероводородом, водяными парами.

Основным условием возникновения химической коррозии является отсутствие электропроводящей среды, что нехарактерно для деталей автотранспортных средств. Однако в некоторых элементах кузова эту коррозию можно наблюдать. Так разрушаются (прогорают) выпускные трубы и глушители, разрушаются элементы кузова, непосредственно примыкающие к выпускному трубопроводу двигателя или к впускной трубе (например, юбка кузова автобуса, задний буфер легковых автомобилей).

Электрохимическая коррозия возникает в результате воздействия на металл среды (электролита). Она связана с возникновением и перетеканием электрического тока с одной поверхности на другую.

Интенсивность процесса электрохимической коррозии зависит от доступа кислорода к поверхности металла, химического состава сплава, плотности продуктов коррозии, которые могут резко замедлять электрохимический процесс структурной неоднородности металла, наличия и распределения внутренних напряжений.

Газовая коррозия происходит при высоких температурах в среде агрессивных газов при отсутствии влаги.

Межкристаллитная коррозия. Невидимая невооруженным глазом, представляет собой разрушение металла между кристаллами при действии знакопеременных нагрузок.

Контактная коррозия возникает при соединении двух металлов, имеющих различные потенциалы, и при наличии электролита.

Коррозия под напряжением возникает, когда деталь подвергается коррозии при динамическом или статическом напряжении.

Щелевая коррозия особенно распространена в кузовах ввиду того, что в них имеется большое количество щелей и зазоров. Щелевая коррозия развивается в местах постановки болтов, заклепок, в местах точечной сварки.

Коррозионная кавитация характерна для тех деталей кузова, которые подвергаются воздействию воды, например днище кузова. Капли влаги, попадая на днище, создают замыкание кавитационных пузырьков, гидравлические удары.

Сплошная коррозия возникает при эксплуатации автомобилей в загрязненной атмосфере, начинаясь на нижней поверхности днища, изнутри крыльев, и во внутренних полостях дверей и силовых элементов (порогов, поперечин, усилителей). Внутри салона она обычно возникает под ковриками пола.

Местная коррозия бывает межкристаллитной и в виде язв, точек, нитей. Коррозия в виде язв оставляет на металле отдельные очаги разрушения, в случае тонколистового металла – сквозные. Точечная коррозия возникает на деталях, имеющих пассивирующие пленки, и имеет вид точек, продукты ее выпадают в виде столбиков. Нитевая коррозия по характеру близка к межкристаллитной и возникает под слоем краски или другого защитного покрытия в виде извилистой нити, глубоко поражающей металл.

Методы защиты от коррозии условно подразделяются на три группы:

а) методы повышения коррозионной стойкости металлов:

– нанесение лакокрасочных, гальванических (хромирование, никелирование, цинкование), химических (оксидирование, фосфатирование) или пластмассовых (газопламенное, вихревое и другие способы напыления) защитных покрытий;

– использование сплавов, однородных по составу или с легирующими добавками, например, хрома, алюминия, кремния;

б) методы воздействия на среду – герметизация сопряжений, устранение зазоров, введение в среду эксплуатационных материалов антикоррозионных присадок;

в) комбинированные методы.

1. Поясните понятие и важность проблемы коррозии для автомобильного транспорта.

2.Перечислите виды коррозии в зависимости от характера коррозионной среды, условий протекания коррозионного разрушения, вида коррозионного разрушения.

3. Каковы механизмы химической и электрохимической коррозии?

4. Перечислите и поясните на конкретных примерах основные методы борьбы с коррозией.

6. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА

6.1. Основные понятия технической диагностики Диагностика – это отрасль науки, которая изучает различное состояние технического объекта, имеет методики определения состояния технического объекта в настоящий момент времени, оценку состояния в прошлом и будущем.

Техническое состояние машины (узла, агрегата) оценивается параметрами, которые подразделяются на структурные и диагностические.

Структурный параметр – физическая величина, непосредственно характеризующая техническое состояние (работоспособность) машины (например, размеры сопряженных деталей и зазоры между ними); ее определяют прямыми замерами.

Диагностический параметр – физическая величина, косвенно характеризующая состояние машины (например, количество прорывающихся в картер газов, мощность двигателя, угар масла, стуки и т.д.); ее контролируют при помощи средств диагностики. Диагностические параметры отражают изменение структурных.

Между структурными и соответствующими им диагностическими параметрами существует определенная количественная связь. Например, величина зазоров в сопряжениях цилиндропоршневых групп (ЦПГ) диагностируется по количеству газов, прорывающихся в картер, и угару картерного масла; величина зазоров в подшипниках коленчатого вала – по давлению в масляной магистрали; степень разреженности аккумуляторной батареи – по плотности электролита.

Количественной мерой параметров состояния (структурных и диагностических) являются их значения, которые могут быть номинальными, допустимыми, предельными и текущими (рис. 6.1).

Номинальное значение параметра соответствует значению, которое установлено расчетом, и гарантируется изготовителем в соответствии с ТУ. Номинальное значение наблюдается у новых и капитально отремонтированных составных частей.

Допустимое значение (отклонение) параметра – граничное его значение, при котором составную часть машины после контроля допускают к эксплуатации без операций технического обслуживания или ремонта. Это значение приводят в технической документации на обслуживание и ремонт машин. При допустимом значении параметра составная часть машины надежно работает до следующего планового контроля.

Предельное значение параметра – наибольшее или наименьшее значение параметра, которое может иметь работоспособная составная часть. При этом дальнейшая эксплуатация составной части или машины в целом без проведения ремонта недопустима из-за резкого увеличения интенсивности изнашивания сопряжений, чрезмерного снижения экономичности машины или нарушения требований безопасности.

Рис 6.1. Определение понятий номинальное, допустимое, предельное значения параметра: I – работоспособное и исправное состояние;

II – предотказное (работоспособное, но неисправное) состояние;

III – неработоспособное (соответственно неисправное) состояние Текущее значение параметра – значение параметра в каждый конкретный момент времени.

Предельные значения параметров состояния в зависимости от того, на основании каких критериев (признаков) они устанавливаются, делятся на три группы:

– технические;

– технико-экономические;

– технологические (качественные).

Технические критерии (признаки) характеризуют предельное состояние составных частей, когда они не могут больше выполнять свои функции по техническим причинам (например, предельное увеличение шага цепи свыше 40 % номинального значения приводит к ее проскальзыванию на звездочках и спаданию) или когда дальнейшая эксплуатация объекта приведет к аварийному отказу (например, работа при предельном давлении масла в магистрали приводит к выходу дизеля из строя).

Технико-экономические критерии, характеризующие предельное состояние, указывают на снижение эффективности использования объекта вследствие изменения технического состояния (например, при предельном износе ЦПГ угар картерного масла увеличивается более чем на 3,5 %, что указывает на нецелесообразность работы на таком двигателе).

Технологические критерии характеризуют резкое ухудшение качества выполнения работ по причине предельного состояния рабочих органов машин.

По объему и характеру информации диагностические параметры делятся:

а) на общие (интегральные);

б) поэлементные.

Общие параметры – это параметры, характеризующие техническое состояние объекта в целом. Они в большинстве случаев не дают сведений о конкретной неисправности машины.

Применительно к автомобильному транспорту к ним относятся:

мощность на ведущих колесах, мощность двигателя, расход топлива, тормозной путь, вибрация, шум и т.д.

Поэлементные параметры – это параметры, которые указывают на вполне конкретную неисправность узла или механизма машины.

6.2. Задачи технической диагностики Основными задачами технического диагностирования являются:

– установление вида и объема работ по ТО машины после выполнения ею определенной наработки;

– определение остаточного ресурса машины и степени ее готовности к выполнению механизированных работ;

– осуществление контроля качества профилактических операций при проведении ТО;

– выявление причин и характера неисправностей, возникающих в процессе использования машины.

Главной задачей технической диагностики является определение технического состояния объекта (машины) в требуемый момент времени. При решении этой задачи, в зависимости от момента времени, при котором требуется определить техническое состояние машины, различают три взаимосвязанных и дополняющих друг друга направления:

– техническая диагностика, т.е. определение технического состояния машины, в котором она находится в настоящий момент;

– техническая прогностика, т.е. научное предсказание технического состояния машины, в котором она окажется в некоторый будущий момент;

– техническая генетика, т.е. определение технического состояния машины, в котором она находилась в некоторый момент времени в прошлом (в технической литературе часто вместо термина «техническая генетика» используется термин «ретроспекция»).

Внедрение технической диагностики позволяет:

– в 2...2,5 раза снизить простои автомобилей и других машин по причине технических неисправностей за счет предупреждения отказов; в 1,3...1,5 раза увеличить межремонтную наработку сборочных единиц и агрегатов машин;

– ликвидировать преждевременные разборки агрегатов и узлов и тем самым уменьшить интенсивность изнашивания деталей, сопряжений;

– полностью использовать межремонтный ресурс машин, их узлов и агрегатов, что обеспечит резкое сокращение расхода запасных частей; ПРАКТИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ Пожарная безопасность организации (предприятия) для руководителей объектов различного функционального назначения Минск 2014 Содержание Введение Глава 1. Правовое регулирование организации системы пожарной безопасности Какими актами законодательства регламентированы вопросы обеспечения пожарной безопасности в...»

«КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ ДЛЯ П Р О Ф Е С С И О Н А Л О В НОГТЕ В О Г О СЕРВИС А 2014 СИЛА ПРИТЯЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЕ Гели для моделирования Цветные жидкие гели Цветные 3D гели UV-эмали Арт-гели Квик-гели Краски для дизайна ногтей на водной основе. 30 Лаки и средства для натуральных ногтей. 32 Жидкости Пилки Кисти УФ-лампа Одноразовые формы Типсы Принадлежности Методические пособия Декорации Адреса представительств Цены на продукцию указаны в отдельном прайсе. Продукция CNI-NSP и PULSAR выпускается на...»

«Амелин Р. В. Информационная безопасность Оглавление Глава 1. Введение в информационную безопасность 1.1. Основные понятия 1.2. Угрозы информационной безопасности 1.3. Каналы утечки информации 1.4. Неформальная модель нарушителя 1.5. Информационная безопасность на уровне государства Глава 2. Принципы построения защищенной АИС 2.1. Задачи системы информационной безопасности 2.2. Меры противодействия угрозам безопасности 2.3. Основные принципы построения систем защиты АИС Глава 3. Модели...»

«Конспект лекций по курсу Теория информационной безопасности и методология защиты информации -2Оглавление Литература. защищаемой. конфиденциальности. несанкционированному доступу к защищаемой информации.. Ошибка! Закладка не определена. -3Литература. 1. Гатчин Ю.А. Теория информационной безопасности и методология защиты информации [Текст]: учебное пособие / Ю.А. Гатчин, В.В Сухостат – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2010 – 98 с. 2. Гатчин Ю.А. Основы информационной безопасности: учебное пособие/ Ю.А. Гатчин,...»

« конфликта при финансовой помощи Швейцарского Бюро по сотрудничеству в Кыргызской Республике. Конфликт и дети: из опыта реабилитации пострадавших в районах вооруженного конфликта. М. И. Литвинова, А. Р. Алишева, Т. Н. Пивоварова, А. Ф. Паризова – Б., 2011. – 36 с. ISBN 978-9967-26-363-5 В издании анализируется опыт организации мероприятий...»

«Мотор-редукторы \ Индустриальные редукторы \ Приводная электроника \ Приводная автоматизация \ Обслуживание MOVIDRIVE® MDX61B Дополнительное устройство DCS31B Руководство Издание 04/2007 11553855 / RU SEW-EURODRIVE – Driving the world 1 Структура указаний по технике безопасности 2 Указания по технике безопасности 2.1 Общие сведения 2.2 Целевая группа 2.3 Применение по назначению 2.4 Транспортировка, подготовка к хранению 2.5 Установка 2.6 Подключение 2.7 Эксплуатация 2.8 Определение понятий 2.9...»

«Обзор ядерной безопасности – 2013 GC(57)/INF/3 Обзор ядерной безопасности - 2013 IAEA/NSR/2012 Отпечатано МАГАТЭ в Австрии в июле 2013 года Предисловие В Обзоре ядерной безопасности - 2013 содержится аналитический обзор наиболее важных тенденций, вопросов и проблем во всем мире в 2012 году и усилий МАГАТЭ по укреплению глобальной системы ядерной безопасности в связи с этими тенденциями. В докладе имеется также приложение с описанием изменений в области норм безопасности МАГАТЭ, произошедших в...»

«УВКБ ООН Агентство ООН по делам беженцев РУКОВОДСТВО УВКБ ООН ПО СООТВЕТСТВИЮ КРИТЕРИЯМ ПРИ ОЦЕНКЕ ПОТРЕБНОСТЕЙ В МЕЖДУНАРОДНОЙ ЗАЩИТЕ ЛИЦ ИЗ ЭРИТРЕИ, ИЩУЩИХ УБЕЖИЩЕ Управление Верховного комиссара ООН по делам беженцев (УВКБ ООН) 20 апреля 2011 г. HCR/EG/ERT/11/01 ПРИМЕЧАНИЕ Руководство УВКБ ООН по соответствию критериям издается Управлением как пособие для сотрудников, принимающих решения, в том числе для сотрудников УВКБ ООН, правительств и частнопрактикующих лиц в проведении оценки...»

«Инструкция пользователя ADSL- роутер HG532c Содержание Меры предосторожности Подключение кабелей и начало работы Простое подключение Подключение одного телефона Начало работы Настройка HG532c Настройка подключения к сети Интернет Настройка подключения к Wi-Fi-сети Включение или отключение функции беспроводной Wi-Fi-сети.10 Восстановление настроек по умолчанию Часто задаваемые вопросы Приложение Индикаторы Интерфейсы и кнопки Установки по умолчанию Технические характеристики i Меры...»

«i Отчет о проведении исследований в рамках научноисследовательской темы МЕТОДЫ БЕЗДОПИНГОВОГО ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И СОРЕВНОВАТЕЛЬНОЙ ГОТОВНОСТИ СПОРТСМЕНОВ ОЛИМПИЙСКОГО РЕЗЕРВА Санкт-Петербург 2012 Сокращения 1 Введение 1.1. Название и описание исследуемого препарата 1.2. Обоснование исследования 1.3. Потенциальные риск и польза для участников исследования. 5 Информирование испытуемого 1.4. 2. Цели и задачи исследования 3. Дизайн исследования 3.1. Исследуемая популяция 3.2. Тип...»

«Коррупция как фактор дестабилизации общественных отношений и угроза безопасности. Ардельянова Яна Андреевна студент Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, социологический факультет, Москва, Россия [email protected] Коррупция является одной из самых острых проблем современности и приводит к дестабилизации общественных отношений и структур. На протяжении последнего десятилетия в научной и общественной литературе постоянно констатируется факт активного распространения...»

«ДОКЛАД О ПРАВАХ ЧЕЛОВЕКА В УЗБЕКИСТАНЕ ЗА 2013 ГОД СВОДНОЕ РЕЗЮМЕ Узбекистан является авторитарным государством с конституцией, которая предусматривает президентскую систему с разделением полномочий между исполнительной, законодательной и судебной ветвями власти. Исполнительная власть во главе с президентом Исламом Каримовым доминировала в политической жизни и осуществляла практически полный контроль над другими ветвями власти. В 2007 году страна избрала Ислама Каримова президентом на третий...»

«Экологическая безопасность 455 Оценка воздействия на окружающую среду предприятия ОАО Русполимет Е.В. Абросимова Научный руководитель: старший преподаватель кафедры БЖД М.В. Калиниченко Федеральное агентство по образованию Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО Владимирский государственный университет г. Муром, ул. Орловская д.23, E-mail: [email protected] Деятельность предприятия ОАО Русполимет сопровождается следующими воздействиями на окружающую среду: - выбросы вредных веществ в атмосферу; -...»

«Крис Поуг, Кори Алтеид, Тодд Хаверкос Криминалистическое исследование Unix и Linux 2 Глава 1 Введение Содержание этой главы: История Целевая аудитория Рассматриваемые темы Темы, не включенные в книгу История В 2007 г. я получил степень магистра по специальности Информационная безопасность в университете Капелла (Capella University). Учитывая, что моя профессия связана с расследованием компьютерных инцидентов, я решил написать диссертацию по судебному анализу UNIX, так как эта тема...»

«Зарегистрировано в Минюсте РФ 17 июня 2003 г. Регистрационный № 4697 ПОСТАНОВЛЕНИЕ Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 28 мая 2003 г. № 104 О введении в действие СанПиН 2.1.2.1331-03 На основании Федерального закона О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ и Положения о государственном санитарноэпидемиологическом нормировании, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 24 июля 2000 г. № 554,...»

«Нормы МАГАТЭ по безопасности для защиты людей и охраны окружающей среды Снятие с эксплуатации установок, в которых используется радиоактивный материал Требования безопасности № WS-R-5 ПУБЛИКАЦИИ МАГАТЭ ПО ВОПРОСАМ БЕЗОПАСНОСТИ НОРМЫ БЕЗОПАСНОСТИ МАГАТЭ В соответствии со статьей III своего Устава МАГАТЭ уполномочено устанавливать или принимать нормы безопасности для защиты здоровья и сведения к минимуму опасностей для жизни и имущества и обеспечивать применение этих норм. Публикации, посредством...»

«УТВЕРЖДАЮ Руководитель Департамента охраны окружающей среды и экологической безопасности Министерства природных ресурсов Российской Федерации А.М.Амирханов 3 апреля 2001 года ПОЛОЖЕНИЕ о государственном учреждении Государственный природный заповедник Столбы _ В дополнение к настоящему документу см. изменения, внесенные: приказом МПР России от 17 марта 2005 года N 66; приказом Минприроды России от 27 февраля 2009 года N 48; приказом Минприроды России от 26 марта 2009 года N 71. _ Общие положения...»

«Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования РОССИЙСКАЯ ТАМОЖЕННАЯ АКАДЕМИЯ П.Н.Афонин ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТАМОЖЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Курс лекций по дисциплине Информационные таможенные технологии Санкт-Петербург 2010 1 П.Н.Афонин. Информационные таможенные технологии: Курс лекций.– СПб.: РИО СПб филиала РТА, 2010. –294 с. Ответственный за выпуск: П.Н.Афонин, заведующий кафедрой технических средств таможенного контроля, доктор технических наук, доцент. Рецензенты:...»

«ТЕХНИКА ТРАНСПОРТА, ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ, Часть 1 Конспект лекций по дисциплине Техника транспорта, обслуживание и ремонт, Часть 1 Омск – 2012 1 Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) Кафедра организации и безопасности движения ТЕХНИКА ТРАНСПОРТА, ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ, Часть 1 Конспект лекций по дисциплине Техника транспорта, обслуживание и ремонт. Часть 1 Составитель: П.Н. Малюгин Омск СибАДИ 201 УДК...»

«S/2013/72 Организация Объединенных Наций Совет Безопасности Distr.: General 4 February 2013 Russian Original: English Доклад Генерального секретаря о Миссии Организации Объединенных Наций по делам временной администрации в Косово I. Введение и приоритеты Миссии 1. Настоящий доклад представляется во исполнение резолюции 1244 (1999) Совета Безопасности, в которой Совет постановил учредить Миссию Организации Объединенных Наций по делам временной администрации в Косово (МООНК) и просил меня через...»

Профессор Т.П. Воскресенская

ВВЕДЕНИЕ. Значение теории надежности

в современной технике.

Современный период развития техники характеризуется разработкой и внедрением сложных технических систем и комплексов.

Основными понятиями, которые используются в данной дисциплине, являются понятия сложной динамической системы и технического устройства (ТУ) или элемента, входящего в состав системы. Под сложностью обычно понимается сложенность системы из отдельных элементов, при этом рассматривается не просто сумма элементов, а их взаимодействие. Взаимодействие элементов и их свойства изменяются во времени. Сложность взаимодействия элементов и их количество являются двумя аспектами понятия сложной динамической системы. Сложность системы определяется не столько количеством элементов, сколько количеством связей между самими элементами и между системой и средой.

Сложные динамические системы – это системы перенасыщенные внутренними связями элементов и внешними связями со средой.

Определим сложную динамическую систему, как образование элементов различной природы, которые обладают некоторыми функциями и свойствами, отсутствующими у каждого из элементов, и способно функционировать, статически коррелируя в некотором диапазоне с окружающей средой, и благодаря этому сохранять свою структуру в ходе непрерывного изменения взаимодействующих элементов по сложным динамическим законам.

Сложные динамические системы являются существенно нелинейными системами, математическое описание которых на современном этапе не всегда возможно.

Любая сложная динамическая система создается для решения определенной теоретической или производственной задачи. В связи с ухудшением свойств системы в процессе эксплуатации возникает потребность в периодическом обслуживании, цель которого сохранить способность системы выполнять свои функции. Поэтому основополагающее значение для сложных динамических систем имеют информационные процессы. Цикличность информационных процессов обеспечивается механизмом обратных связей. На основании информации о поведении системы организуется управление её состоянием, с учетом результатов которого корректируется последующее управление системой.

При проектировании технических систем необходимо предусмотреть вопросы обслуживания в процессе предполагаемой эксплуатации. Среди других проблем проектирования и создания комплекса:

Соответствие заданным техническим требованиям;

Экономичность комплекса, учитывая испытания и условия предполагаемой эксплуатации;

Разработка технических средств обслуживания комплекса и математическое обеспечение к ним;

Обеспечить приспособленность комплекса для работы в звене «человек – машина» и др.

Таким образом, уже при проектировании комплекса следует сосредоточить внимание на всех отмеченных, связанных между собой вопросах в целом, а не на каждом отдельном из них.

Можно спроектировать комплекс, отвечающий заданным техническим требованиям, но не удовлетворить требованиям экономическим, требованиям по обслуживанию и по функционированию комплекса в звене «человек – машина». Следовательно, проблему создания комплекса нужно решать с позиций системного подхода. Сущность этого подхода можно продемонстрировать на простом примере. Предположим, что нами отобраны по одному автомобилю каждой из имеющихся в продаже марок. Затем обращаемся к группе экспертов с просьбой изучить их и выбрать самый лучший карбюратор, после этого выбрать наилучший двигатель, распределитель, трансмиссию и т.д., пока не соберем все автомобильные части от разных автомобилей. Нам вряд ли удастся собрать автомобиль из этих частей, а если удастся, то он едва ли будет хорошо работать. Причина в том, что отдельные части не будут подходить друг к другу. Отсюда вывод: лучше, когда части системы хорошо подходят друг к другу, даже если по отдельности они работают и не превосходно, чем когда превосходно работающие части не подходят друг к другу. В этом суть системного подхода.

Иногда усовершенствование одной части комплекса приводит к ухудшению технических характеристик другой, так что улучшение теряет смысл. Системный подход для анализа рассматриваемых явлений предусматривает использование комплекса различных математических методов, методов моделирования и проведения экспериментов.

В предлагаемом курсе рассматривается решение частных задач обслуживания сложных систем и их элементов аналитическим методом и отмечаются особенности решения более сложных задач эксплуатации методом статистического моделирования. На практике реализация полученных методов приведет к анализу комплекса с позиций системного подхода.

Основные признаки сложной системы или технического устройства (ТУ) следующие:

Обладание определенным единством цели и способствование выработке оптимальных выходов из имеющегося множества входов; оптимальность выходов должна оцениваться по заранее разработанному критерию оптимальности;

Выполнение большого количества различных функций, которые осуществляются множеством входящих в систему частей;

Сложность функционирования, т.е. изменение одной переменной влечет за собой изменение многих переменных и, как правило, нелинейным образом;

Высокая степень автоматизации;

Возможность описания поступающего в систему возмущения в количественной мере.

Эксплуатация сложного ТУ – это непрерывный процесс, который включает ряд мероприятий, требующих планового, непрерывного воздействия на ТУ для поддержания его в рабочем состоянии. К таким мероприятиям относятся: плановое техническое обслуживание, восстановление работоспособности после отказа, хранение, подготовка к работе и др. Приведенное определение эксплуатации не охватывает всех тех мероприятий, которые составляют процесс эксплуатации сложных систем. Поэтому под эксплуатацией в широком смысле следует понимать процесс использования ТУ по назначению и поддержания его в технически исправном состоянии.

Состояние ТУ определяется совокупностью значений его технических характеристик. В процессе эксплуатации технические характеристики устройства изменяются непрерывно. Для организации эксплуатации важно различать состояния ТУ, отвечающие крайним или допустимым (граничным) значениям технических характеристик, которые соответствуют рабочему состоянию, отказу, состоянию технического обслуживания, хранения, восстановления и т.п. Например, двигатель находится в рабочем состоянии, если обеспечивает необходимую тягу при условии, что значения всех других характеристик находятся в пределах, установленных в технической документации. Двигатель должен находиться в состоянии технического обслуживания, если значения его технических характеристик достигли соответствующих пределов. В этом случае немедленное его использование по назначению невозможно.

Основная задача теории эксплуатации состоит в научном прогнозировании состояний сложных систем или ТУ и выработке с помощью специальных моделей и математических методов анализа и синтеза этих моделей, рекомендаций по организации их эксплуатации. При решении основной задачи эксплуатации используется вероятностно-статистический подход к прогнозированию и управлению состояниями сложных систем и моделированию эксплуатационных процессов.

Некоторые вопросы теории эксплуатации, такие как прогнозирование надежности ТУ в условиях эксплуатации, организация восстановления ТУ в ходе выполнения задания, диагностика отказов в сложных системах, определение потребного количества запасных элементов и др., получили достаточное развитие в теории надежности, теории восстановления и теории массового обслуживания, в технической диагностике и теории управления запасами.

1. Основные понятия и определения

теории надежности.

Теория надежности – наука о методах обеспечения и сохранения надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации систем.

Способность любого изделия или системы сохранять свои первоначальные технические характеристики в процессе эксплуатации определяются их надежностью. Физический смысл надежности состоит в способности ТУ сохранять свои характеристики во времени.

Эксплуатационными характеристиками являются также готовность к применению, восстанавливаемость, параметры технического обслуживания. Надежность может определяться как самостоятельной эксплуатационной характеристикой ТУ, так и служить составляющей других эксплуатационных характеристик.

Под надежностью понимается свойство ТУ выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки в определенных условиях эксплуатации.

Как следует из определения, надежность зависит от того, какие функции выполняет изделие во времени, в течение которого должно быть обеспечено выполнение этих функций, и от условий эксплуатации.

У любого изделия много эксплуатационных показателей и необходимо строго оговаривать в каждом случае, когда технические параметры или свойство ТУ следует учитывать при определении его надежности.

В связи с этим вводится понятие работоспособности , которое определяется как состояние ТУ, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации. Введение понятия работоспособности необходимо для определения технических параметров и свойств ТУ, обусловливающих выполнение заданных функций и допустимых границ их изменения.

Из определения надежности также следует, что надежность состоит в способности ТУ сохранять свои начальные технические характеристики во времени. Однако, даже самое надежное ТУ не может сохранять свои начальные технические характеристики в течение неограниченного времени. Поэтому говорить о надежности, не определяя конкретный промежуток времени, в течение которого эти характеристики должны обеспечиваться, бессмысленно. Кроме того, реальная надежность каждого ТУ в значительной степени зависит от условий эксплуатации. Любое заранее определенное значение надежности справедливо только для конкретных условий эксплуатации, включая режимы использования ТУ.

В теории надежности вводятся понятия элемента и системы. Различие между ними чисто условное и состоит в том, что при определении надежности элемент считают неделимым, а систему представляют в виде совокупности отдельных частей, надежность каждой из которых определяют отдельно.

Понятия элемент и система относительны. Например, нельзя считать, что самолет всегда является системой, а один из его двигателей – элементом. Двигатель можно считать элементом, если при определении надежности рассматривать его как единое целое. Если его расчленить на составляющие части (камеру сгорания, турбину, компрессор и т.д.), каждая из которых обладает собственным значением надежности, то двигатель представляет собой систему.

Количественно определить или измерить надежность ТУ гораздо сложнее, чем измерить любые его технические характеристики. Как правило, измеряется только надежность элементов, для чего проводятся специальные, иногда довольно сложные и длительные испытания или используются результаты наблюдений за их поведением в эксплуатации.

Надежность систем рассчитывается на основании данных о надежности элементов. В качестве отправных данных при определении количественных значений надежности используются события, состоящие в нарушении работоспособности ТУ и называемые отказами.

Под отказом понимается событие, после которого ТУ перестает выполнять (частично или полностью) свои функции. Понятие отказа является основным в теории надежности и правильное уяснение его физической сущности является важнейшим условием успешного решения вопросов обеспечения надежности.

В некоторых случаях система продолжает выполнять заданные функции, но с некоторых элементах появляются нарушения технических характеристик. Такое состояние элемента называют неисправностью.

Неисправность – состояние элемента, при котором он в данный момент не соответствует хотя бы одному их требований, установленных как в отношении основных, так и второстепенных параметров.

Рассмотрим некоторые другие понятия, характеризующие эксплуатационные качества ТУ. В некоторых случаях требуется, чтобы ТУ не только безотказно работало в течение определенного промежутка времени, но, несмотря на наличие отказов в перерывах в работе, сохраняло бы в целом способность выполнять заданные функции в течение длительного времени.

Свойство ТУ сохранять работоспособность с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов до предельного состояния, определенного в технической документации, называется долговечностью . Предельными состояниями ТУ могут явиться: поломка, предельный износ, падение мощности или производительности, снижение точности и т.д.

Ту может потерять работоспособность не только при эксплуатации, но также в процессе длительного хранения, в результате старения. Чтобы подчеркнуть свойство ТУ сохранять работоспособность в процессе хранения, введено понятие сохраняемости, которое имеет смысл надежности ТУ в условиях хранения.

Сохраняемостью называется свойство ТУ иметь обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного в технической документации.

Важное значение при определении эксплуатационных характеристик ТУ имеют понятия срока службы, наработки и ресурса.

Сроком службы называется календарная продолжительность эксплуатации ТУ до момента возникновения предельного состояния, оговоренного в технической документации. Под наработкой понимается продолжительность (в часах или циклах) или объем работы ТУ (в литрах, килограммах, т-км и т.д.) до появления отказа. Ресурсом называется суммарная наработка ТУ до предельного состояния, оговоренного в технической документации.

2. Количественная мера надежности сложных систем

Для выбора рациональных мероприятий, направленных на обеспечение надежности, очень важно знать количественные показатели надежности элементов и систем. Особенность количественных характеристик надежности является их вероятностно-статистическая природа. Отсюда вытекают особенности их определения и использования. Как показывает практика, поступающие в эксплуатацию однотипные ТУ, например автомобили, даже будучи изготовленными на одном заводе, проявляют различную способность сохранять свою работоспособность. В процессе эксплуатации отказы ТУ происходят в самые неожиданные, непредвиденные моменты. Возникает вопрос, существуют ли какие-либо закономерности в появлении отказов? Существуют. Только для их установления следует вести наблюдения не за одним, а за многими ТУ, находящимися в эксплуатации, и для обработки результатов наблюдений применять методы математической статистики и теории вероятностей.

Применение количественных оценок надежности необходимо при решении следующих задач:

Научное обоснование требований к вновь создаваемым системам и изделиям;

Повышения качества проектирования;

Создание научных методов испытаний и контроля уровня надежности;

Обоснование путей снижения экономических затрат и сокращение времени на разработку изделий;

Повышение качества и стабильности производства;

Разработка наиболее эффективных методов эксплуатации;

Объективная оценка технического состояния находящейся в эксплуатации техники;

В настоящее время в развитии теории надежности выделяются два основных направления :

Прогресс техники и совершенствование технологии изготовления элементов и систем;

Рациональное использование элементов при проектировании систем – синтез систем по надежности.

3. Количественные показатели надежности

элементов и систем.

К количественным показателям надежности элементов и систем относятся:

Коэффициент надежности R г ;

Вероятность безотказной работы в течение определенного времени P ( t ) ;

Средняя наработка до первого отказа Т ср для невосстанавливаемых систем;

Наработка на отказ t ср для восстанавливаемых систем:

Интенсивность отказов λ( t ) ;

Среднее время восстановления τ ср ;

μ( t ) ;

Функция надежности R г ( t ).

Определения названных величин:

R г – вероятность застать изделие в работоспособном состоянии.

P ( t ) – вероятность того, что за заданный промежуток времени ( t ) система не откажет.

Т ср – математическое ожидание времени работы системы до первого отказа.

t ср - математическое ожидание времени работы системы между последовательными отказами.

λ( t ) – математическое ожидание количества отказов в единицу времени; для простого потока отказов:

λ( t )= 1/ t ср .

τ ср – математическое ожидание времени восстановления системы.

μ( t ) - математическое ожидание количества восстановлений в единицу времени:

μ( t ) = 1/ τ ср.

R г ( t ) – изменение надежности системы по времени.

4. Классификация систем для целей расчета надежности.

Системы для целей расчета надежности классифицируются по нескольким признакам.

1. По особенностям функционирования в период применения:

Системы одноразового применения; это системы повторное использование которых невозможно или нецелесообразно по каким-либо причинам;

Системы многоразового применения; это системы повторное использование которых возможно и может осуществляться после выполнения системой возложенных на неё функций за предыдущий цикл применения.

2. По приспособленности к восстановлению после появления отказов:

Восстанавливаемые, если их работоспособность, утраченная при отказе, может быть восстановлена в процессе эксплуатации;

Невосстанавливаемые, если их работоспособность, утраченная при отказе, не подлежит восстановлению.

3. По реализации технического обслуживания:

Не обслуживаемые – системы, техническое состояние которых не контролируется в процессе эксплуатации и не проводятся мероприятия, направленные на обеспечение их надежности;

Обслуживаемые – системы, техническое состояние которых контролируется в процессе эксплуатации и проводятся соответствующие мероприятия по обеспечению их надежности.

4. По виду реализованного технического обслуживания:

С периодическим обслуживанием – системы в которых мероприятия по обеспечению надежности реализуются только при проведении плановых ремонтно-профилактических работ через заранее установленные промежутки времени Т о ;

Со случайным периодом обслуживания – системы, в которых мероприятия по обеспечению надежности реализуются через случайные промежутки времени, соответствующие появлению отказов или достижения системой предельного по работоспособности состояния;

С комбинированным обслуживанием – системы, в которых при наличии плановых ремонтно-профилактических работ имеют место элементы обслуживания со случайным периодом.

5. Классификация систем по структуре.

Показатели надежности систем зависят не только от показателей надежности элементов, но и способов «соединения» элементов в систему. В зависимости от способа «соединения» элементов в систему различают блок-схемы: а. последовательные (основное соединение); б. параллельное (резервированное соединение); в. комбинированное (в блок-схеме имеет место и основное и резервированное соединение элементов); см. рис. 1.

Рис. 1. Структуры систем для целей расчета надежности.

Отнесение структуры системы к основной или резервированной не зависит от физического относительного размещения элементов в системе, зависит лишь от влияния отказов элементов на надежность всей системы.

Основные структуры системы характеризуются тем, что отказ одного элемента вызывают отказ всей системы.

Резервированными структурами системы называют такие, в которых отказ наступает при отказе всех или определенного количества элементов, составляющих систему.

Резервированные структуры могут быть с общим резервированием, резервированием группами элементов и с поэлементным резервированием (см. рис. 2, а., б., в.).

Рисунок 2. Варианты резервирования систем.

Классификационная принадлежность системы по структуре не является постоянной, а зависит от цели расчета. Одна и та же система может быть основной и резервированной; например, какое «соединение» имеют двигатели четырехмоторного самолета? Ответ двоякий.

Если рассматривать систему с точки зрения техника, обслуживающего самолет, то двигатели «соединены» последовательно, т.к. самолет не может быть выпущен в рейс, если хотя бы один двигатель будет неисправным; таким образом, отказ одного элемента (двигателя) означает отказ всей системы.

Если рассматривать эту же систему в полете, то с точки зрения пилотов, она будет резервированной, т.к. система откажет полностью при отказе всех двигателей.

6. Классификация отказов и неисправностей систем и элементов.

Отказы имеют различную природу и классифицируются по нескольким признакам. Основные из них следующие:

- влияние отказа на безопасность работы : опасный, безопасный;

- влияние отказа на работу основного механизма : приводящий к простою; снижающий производительность основного механизма; не приводящий к простою основного механизма;

- характер устранения отказа : срочный; не срочный; совместимый с работой основного механизма; не совместимый с работой основного механизма;

- внешнее проявление отказа : явный (очевидный); неявный (скрытый);

- длительность устранения отказа : кратковременный; длительный;

- характер возникновения отказа : внезапный; постепенный; зависимый; независимый;

- причина возникновения отказа : конструкционный; изготовительный; эксплуатационный; ошибочный; естественный;

- время возникновения отказа : при хранении и транспортировании; в период пуска; до первого капитального ремонта; после капительного ремонта.

Все перечисленные виды отказов имеют физическую природу и считаются техническими.

Кроме них в системах, состоящих из автономных элементов (машин, механизмов, приспособлений) могут встречаться технологические отказы.

Технологические – это отказы, связанные с выполнением отдельными элементами вспомогательных операций, требующих остановки работы основного механизма системы.

Технологические отказы возникают в случаях:

Выполнение операций, предшествующих циклу работы основного механизма системы;

Выполнение операций, следующих за циклом основного механизма, но не совместимых с выполнением нового цикла;

Цикл отработки основного механизма системы меньше цикла отработки вспомогательного элемента в технологическом процессе;

Технологическая операция, выполняемая каким-либо элементом, несовместима с работой основного механизма системы;

Переход системы в новое состояние;

Несоответствие эксплуатационных условий работы системы условиям, оговоренным паспортными характеристиками механизмов системы.

7. Основные количественные зависимости при расчете систем на надежность.

7.1. Статистический анализ работы элементов и системы.

Качественные и количественные характеристики надежности системы получают в результате анализа статистических данных об эксплуатации элементов и систем.

При определении вида закона распределения случайной величины, к которой относятся интервалы безотказной работы и времени восстановления работоспособности, расчеты выполняют в последовательности:

Подготовка опытных данных; эта операция заключается в том, что первичные источники о работе систем и элементов анализируются на предмет выявления явно ошибочных данных; статистический рад представляется в виде вариационного, т.е. размещенного по мере возрастания или убывания случайной величины;

Построение гистограммы случайной величины;

Аппроксимация экспериментального распределения теоретической зависимостью; проверка правильности аппроксимации экспериментального распределения теоретическим с использованием критериев согласия (Колмогорова, Пирсона, омега-квадрат и т.д.).

Как показывают наблюдения, проведенные в различных областях техники, поток отказов и восстановлений является простейшим, т.е. обладает ординарностью, стационарностью и отсутствием последействия.

Надежность сложных систем подчиняется, как правило, экспоненциальному закону, который характеризуется зависимостями:

Вероятность безотказной работы:

Функция распределения времени безотказной работы:

Плотность распределения времени безотказной работы:

	f(t)

Эти зависимости соответствуют простейшему потоку отказов и характеризуются константами:

Интенсивность отказов λ( t ) = const ;

Интенсивность восстановления μ( t ) = const ;

Наработка на отказ t ср = 1/λ( t ) = const ;

Время восстановления работоспособности τ ср = 1/μ( t ) = const .

Параметры λ( t ), t ср ; μ( t ) и τ ср – получают в результате обработки вариационного ряда по хронометражным наблюдением за работой элементов и систем.

7.2. Расчет коэффициента надежности элементов.

Коэффициент надежности элемента определяют по данным статистической обработки вариационных рядов по формулам:

или (1)

а также по показателям интенсивности отказов и восстановления λ( t ) и μ( t ) :

. (2)

В системах промышленного транспорта следует различать технические и технологические отказы. Соответственно, характеристиками надежности элементов в техническом и технологическом отношениях являются коэффициенты технической r т i и технологической r ci надежности элементов. Надежность элемента в целом определяется зависимостью:

r г i = r т i ·r ci . (3)

7.3. Расчет технической надежности системы.

Надежность основной системы (системы последовательно соединенных элементов) определяется при наличии только технических отказов зависимостью:

при равнонадежных элементах:

где n – количество последовательно соединенных элементов в системе;

При расчетах количественных показателей резервированных и комбинированных структур систем необходимо знать не только их надежность, но и ненадежность элемента; поскольку надежность r i и ненадежность q i элемента составляют полную сумма вероятностей, равную единице, то:

q i =(1 - r i ) . (6)

Ненадежность резервированной системы (при параллельном соединении элементов) определяется как вероятность того, что все элементы системы отказали, т.е.:

(7)

Надежность, соответственно, определиться зависимостью:

(8)

Или, при равнонадежных элементах

, (9)

где m – количество резервных элементов.

Степень ( m + 1) при расчете надежности системы объясняется тем, что в системе один элемент обязателен, а количество резервных может меняться от 1 до m .

Как уже было отмечено, резервирование в комбинированных системах может быть поэлементным, группой элементов и поэлементным. Показатели надежности систем зависят от вида резервирования в комбинированной системе. Рассмотрим эти варианты различных способов развития системы.

Надежность комбинированных резервированных систем с общим резервированием (системное резервирование) определяется зависимостью:

(10)

при равнонадежных элементах (следовательно, подсистем):

(11)

Надежность комбинированных систем с резервированием группами элементов определяется последовательно; сначала определяются надежности резервированных подсистем, затем – надежность системы последовательно соединенных подсистем.

Надежность комбинированных систем с поэлементным (раздельным) резервированием определяется последовательно; сначала определяются надежности блок-элементов (элемент, резервированный одним, двумя и т.д. до m элементов), затем – надежность системы последовательно соединенных блок-элементов.

Надежность блок-элемента равна:

; (12)

R к j при поэлементном резервировании равна:

; (13)

или при равнонадежных элементах:

(14)

Рассмотрим пример расчета надежности системы без резервирования и с различными формами её развития (резервирования).

Дана система, состоящая из четырех элементов (см. рис. 1.):

	r 1 = 0,95		r 2 = 0,82		r 3 = 0,91		r 4 = 0,79

Рисунок 1. Блок-схема (основной) системы.

Надежность основной системы:

0,95· 0,82· 0,91· 0,79 = 0,560.

Надежность комбинированной системы при общем (системном) резервировании будет равно (см. рис. 2):

r 1 = 0,95

r 2 = 0,82

r 3 = 0,91

r 4 = 0,79

r 1 = 0,95

r 2 = 0,82

r 3 = 0,91

r 4 = 0,79

Рисунок 2. Блок-схема комбинированной системы при системном резервировании.

1- (1- 0,560) 2 = 1 – 0,194 = 0,806.

Надежность комбинированной системы при резервировании группами элементов будет зависеть от того, каким образом будут сгруппированы элементы; в нашем примере элементы группируем следующим образом (см. рис. 3):

r 1 = 0,95

r 2 = 0,82

r 3 = 0,91

r 4 = 0,79

r 1 = 0,95

r 2 = 0,82

r 3 = 0,91

r 4 = 0,79

Рисунок 3. Блок-схема комбинированной системы при резервировании группами элементов.

Надежность первой подгруппы R о1 из 1-го и 2-го последовательно соединенных элементов будет равна:

0,95 · 0,82 = 0,779;

Надежность блок-элемента первой подгруппы:

= 1- (1- 0,779) 2 = 0,951.

Надежность второй подгруппы R оП из 3-его и 4-го последовательно соединенных элементов будет равна:

0,91 · 0,79 = 0,719.

Надежность блок-элемента второй подгруппы:

= 1 – (1 – 0,719) 2 = 0,921.

Надежность системы R кс из двух последовательно соединенных подсистем будет равна:

0,951 · 0,921 = 0,876.

Надежность комбинированной системы R к j при поэлементном резервировании равна произведению надежности блок-элементов, состоящих каждый из одного элемента системы (см. рис. 4)

r 1 = 0,95

r 2 = 0,82

r 3 = 0,91

r 4 = 0,79

r 1 = 0,95

r 2 = 0,82

r 3 = 0,91

r 4 = 0,79

Рисунок 4. Блок-схема комбинированной системы при поэлементном резервировании.

Надежность блок-элемента определяется по формуле:

;

Для первого элемента: r j 1 = 1 – (1 – 0,95) 2 = 0,997;

Для второго элемента: r j 2 = 1 – (1 – 0,82) 2 = 0,968;

Для третьего элемента: r j 3 = 1 – (1 – 0,91) 2 = 0, 992;

Для четвертого элемента: r j 4 = 1 – (1 – 0,79) 2 = 0,956.

Для системы последовательно соединенных блок-элементов:

0,997 · 0,968 · 0,992 · 0,956 = 0,915.

Как показывает пример расчета, чем больше связей между элементами системы, тем выше её надежность.

7.4. Расчет технической готовности системы.

Параметры готовности системы при наличии технических и технологических отказов определяется по формуле:

.

где r г i – техническая надежность элемента;

r ci – технологическая надежность элемента;

r г i - обобщенная надежность элемента.

При резервировании элементов изменение технической и технологической надежности происходит по разному: технической – по мультипликативной схеме, технологической – по аддитивной схеме, при этом максимальная технологическая надежность может равняться единице.

Отсюда, при двукратном резервировании элемента получим его надежность блок-элемента:

При произвольном количестве резервных элементов m:

где m – количество резервных элементов.

Готовность комбинированных систем определяется аналогично определению надежности при наличии только технических отказов, т.е. определяется готовность блок-элементов, а по их показателям готовность всей системы.

7. Формирование оптимальной структуры системы.

Как показывают результаты расчетов, при развитии структуры системы её надежность асимптотически приближается к единице, при этом стоимость в формирование системы возрастает по линейной зависимости. Поскольку эксплуатационная производительность системы является произведением её надежности на номинальную (паспортную) производительность, то опережающее возрастание затрат в формирование системы при замедляющемся росте её надежности приведет к тому, что затраты, отнесенные к единице производительности будут увеличиваться и дальнейшее развитие структуры системы станет экономически нецелесообразным. Таким образом, решение вопроса о целесообразной надежности системы является оптимизационной задачей.

Целевая функция оптимизации системы имеет вид:

где - суммарные затраты на систему; - достигнутый на основе этих затрат коэффициент готовности комбинированной системы.

П р и м е р. Исходные условия: задана основная система вида (см. рисунок):

Рисунок 5. Структура основной системы, показатели надежности

элементов и условные стоимости элементов.

Требуется определить оптимальную кратность резервирования третьего элемента системы (остальные элементы не резервируются).

Р е ш е н и е:

1. Определяем надежность основной системы:

0,80 · 0,70 · 0,65 · 0,90 = 0,328.

2. Определяем стоимость основной системы:

С о == 20+30+12+50 = 112 у.е.

3. Определяем удельные затраты на достижение данного коэффициента готовности основной системы:

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

А. В. Федотов, Н. Г. Скабкин

Основы теории надежности и технической диагностики

Конспект лекций

Издательство ОмГТУ

УДК 62-192+681.518.54

ББК 30.14+30.82

Рецензенты: н. С. Галдин, д-р техн. Наук, проф, каф. ПттМиГ СибАди; ю. П. Котелевский, канд. Техн. Наук, ген. Директор ооо «адл-Омск»

Федотов, А. В.

Ф34 Основы теории надежности и технической диагностики: конспект лекций / А. В. Федотов, Н. Г. Скабкин. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 64 с.

Рассматриваются основные понятия теории надежности, качественные и количественные характеристики надежности. Рассмотрены математические основы теории надежности, расчеты показателей надежности, основные понятия, определения и задачи технической диагностики.

Конспект может быть использован как для практического закрепления теоретического материала по курсу «Диагностика и надежность автоматизированных систем» студентам дневной формы обучения, так и при самостоятельной подготовке студентов заочной и дистанционной форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Омского государственного технического университета

УДК 62-192+681.518.54

ББК 30.14+30.82

© ГОУ ВПО «Омский государственный

технический университет», 2010

1. Общая характеристика надежности как науки

Появление техники и ее широкое применение в производственных процессах сделало актуальным вопрос о ее эффективности. Эффективность использования машин связана с их способностью непрерывно и качественно выполнять возложенные на них функции. Однако из-за поломок или неисправностей снижается качество работы машин, возникают вынужденные простои в их работе, возникает потребность в ремонте для восстановления работоспособности и требуемых технических характеристик машин.

Перечисленные обстоятельства привели к появлению понятия надежности машин и других технических средств. Понятие надежности связано со способностью технического средства выполнять возложенные на него функции в течение требуемого времени и с требуемым качеством. С первых шагов развития техники стояла задача сделать техническое устройство таким, чтобы оно работало надежно. С развитием и усложнением техники усложнялась и развивалась проблема ее надежности. Для решения ее потребовалась разработка научных основ нового научного направления – науки о надежности.

Надежность характеризует качество технического средства. Качество – совокупность свойств, определяющих пригодность изделия к использованию по назначению и его потребительские свойства. Надежность – комплексное свойство технического объекта, которое состоит в его способности выполнять заданные функции, сохраняя свои основные характеристики в установленных пределах. Понятие надежности включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохранность.

Изучение надежности как качественного показателя, характеризующего техническое устройство, привело к появлению науки "Надежность". Предмет исследования науки – изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка способов количественного измерения надежности, методов расчета и испытаний, разработка путей и средств повышения 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. Например, существует теория надежности систем управления, теория надежности электронных устройств, теория надежности машин и др.

Надежность связана с эффективностью (например, с экономической эффективностью) техники. Недостаточная надежность технического средства имеет следствием:

снижение производительности из-за простоев вследствие поломок;

снижение качества результатов использования технического средства из-за ухудшения его технических характеристик вследствие неисправностей;

затраты на ремонты технического средства;

потеря регулярности получения результата (например, снижение регулярности перевозок для транспортных средств);

снижение уровня безопасности использования технического средства.

С надежностью непосредственно связана диагностика. Диагностика – учение о методах и принципах распознавания болезней и постановки диагноза. Техническая диагностика рассматривает вопросы, связанные с оценкой действительного состояния технических систем. Задачей диагностики является выявление и предотвращение возникающих отказов технических средств с целью повышения их общей надежности.

Процесс технической диагностики предусматривает наличие объекта диагностики, средств диагностики и человека-оператора. В процессе диагностики выполняются измерительные, контрольные и логические операции. Эти операции выполняются оператором с использованием средств диагностики с целью определения действительного состояния технического средства. Результаты оценки используются для принятия решения о дальнейшем использовании технического средства.