вопросы. вопросы надежности. 1 Анализ задач исследования надежности

• Название: 1 Анализ задач исследования надежности
• Анкор: вопросы
• Дата: 23.06.2020
• Размер: 0.65 Mb.
• Имя файла: вопросы надежности.docx
• Тип: Документы; #132174
• страница: 1 из 6

1 Анализ задач исследования надежности

При проектировании ряда объектов проблема обеспе­чения надежности решается без непосредственного использования мето­дов теории надежности. Часто технологические машины проектируют с учетом эксплуатационных нагру­зок и изменений во времени свойств конструкционных материалов. Ус­тановленные для различных видов конструкций нормы прочности, обеспечивают практическое отсутствие отказов в течение установленного срока службы. Методы математической статистики и теории вероятностей используются при определении реаль­ных диапазонов эксплуатационных нагрузок, характеристик прочности материалов, обосновании коэффициентов запаса прочности и коэффици­ентов безопасности.

При исследовании надежности технологических машин целесообразно использовать как де­терминистский (нормативный), так и стохастический (вероятностный) методы подхода к обеспечению надежности на этапе проектирования. Причем детерминистский подход должен быть определяющим, особенно для металлоконструкций и механических узлов. Правильно рассчитанные запасы прочности и допуски сопряженных деталей обеспечивают успеш­ную работу металлоконструкций и механических узлов в течение всего установленного срока службы. В дополнение к правильно сконструиро­ванному узлу необходимо по нормативным документам разработать тех­нологический процесс изготовления, а также достаточный контроль ка­чества технологических операций. Совокупность такого детерминистско­го подхода к проектированию позволит обеспечить работоспособность изделий при эксплуатации.

Наряду с детерминистским подходом целесообразно использовать и стохастический метод, основанный на теории вероятностей. Этот метод следует применять только для слу­чайных отказов, которые могут появиться по причине отклонения техни­ческих параметров, связанных с нарушением технологического процесса изготовления либо условий эксплуатации.

Практика эксплуатации технологических машин показывает, что случайные отказы механических узлов в течение установлен­ного срока службы составляют сотые и даже тысячные доли процента, т.е. эти конструкции практически не отказывают, если они сконструиро­ваны в соответствии с требованиями нормативных документов.
2 Организация исследований и разработок как основа создания технологических машин

Анализ надежности конструкции на этапе разработки документации выполняется службой надежности предприятия. Суть этого анализа со­стоит в следующем. На основании технического задания на разработку изделия, назначения этого изделия и условий его эксплуатации, а также проведенных конструктивных проработок на стадии эскизного проекта службой надежности разрабатывается методика оценки надежности из­делия на этапе проектирования.

Разделы методики содержат:

- введение - описание изделия, его назначение и формулировку количественных показателей надежности с указанием заданных требова­ний по техническому заданию;

- основную часть- функциональную схему и циклограмму работы изделия во времени в процессе эксплуатации, принципиальную схему для более полного понимания работы изделия с подробным описанием со­единений узлов и элементов и их назначения; структурную схему надеж­ности, составленную на основании функциональной и принципиальной схем работы изделия с указанием резервирования отдельных каналов, узлов, деталей, а также составлением таблицы элементной базы с количе­ственными показателями надежности; расчетные формулы оценки пока­зателей надежности, исходя из принятого закона распределения отказов; справочные данные по интенсивности отказов элементов или статистиче­ские данные, получаемые по результатам испытаний и эксплуатации; дополнительные сведения о режимах работы и условиях окружающей среды, в которых будут эксплуатироваться элементы;

- выводы и рекомендации — заключение о соответствии или несо­ответствии количественных показателей надежности изделия заданным требованиям; рекомендации по совершенствованию конструкции отдель­ных узлов, механизмов по введению более надежных элементов, умень­шению нагрузок на отдельные элементы и узлы, а также по резервирова­нию и другие предложения;

- приложение - пример расчета надежности изделия по разрабо­танной методике.

Разработка конструкторской документации сложных систем являет­ся самым ответственным и наиболее важным этапом в организации соз­дания объектов. Конструкторская документация - это основной до­кумент, по которому ведутся работы при изготовлении опытных образ­цов. Процесс разработки конструкторской документации можно представить в виде ряда этапов, каждый из которых ограничен определенным временным интервалом и завершается выполнением соответствующего отчета или другого документа на данном этапе. Весь период разработки конструк­торской документации можно разбить на три основных этапа: техниче­ских предложений, эскизного проектирования и технического проектиро­вания. До начала проектирования конструкторами-разработчиками под­робно изучается техническое предложение на проектируемую систему (изделие). В процессе изучения технического задания изменяются и уточняются отдельные вопросы, связанные с выполнением задач, стоя­щих перед системой.

В зависимости от поставленных условий, проводится сравнитель­ный анализ существующих аналогов систем, на базе которых возможно конструирование более сложных. Процесс согласования технического задания, выданного головной организацией, является наиболее ответст­венным, и в нем участвуют самые квалифицированные специалисты-раз­работчики. Это объясняется тем, что сложная техническая система со­стоит из довольно большого количества подсистем, выполняющих свои функциональные задачи. Технические задания утверждаются головной организацией-разработчиком системы и организациями-разработчиками подсистем. С окончанием согласования технических заданий организа­ция-разработчик системы и организации-разработчики подсистем при­ступают к разработке технических предложений.
3 Этап разработки технических предложений

Разработка и создание любого вида системы начинается с техниче­ского предложения, суть которого заключена в представлении конструк­торской идеи.

При выборе вида системы на этапе технических предложений рас­сматривается ряд критериев. В качестве одного из них можно привести критерий стоимость-эффективность, который более приемлем для технологических машин.

Критерий унификации предполагает создание базовой сложной сис­темы, позволяющей подвергать ее неоднократной модернизации, но не более трех раз, так как после 10-15 лет эксплуатации система стареет морально.

Важнейшим критерием оценки работоспособности сложной систе­мы является надежность выполнения поставленной задачи в заданное время.

Если обслуживающий персонал выявляет неисправности собствен­ными средствами, без привлечения специальных регламентных подраз­делений или бригад промышленности и может устранить их за установ­ленное в документации время собственными средствами, то система обладает высокой степенью готовности к выполнению поставленной задачи. В этом случае оперативная ремонто­пригодность - наивысшая.

Увеличение времени отыскания неисправности, возрастание слож­ности ее отыскания и замены или ремонта отказавшего узла, подсистемы вплоть до замены изделия целиком может уменьшить показатель опера­тивной ремонтопригодности со снижением надежности до нуля.

Техническое предложение разрабатывается в случае, если это пре­дусмотрено техническим заданием. Техническое предложение разраба­тывают для выявления дополнительных или уточненных требований к изделию (технических характеристик, показателей качества и др.), которые не могли быть указаны в техническом задании, и это целесообразно сделать на основе предварительной конструкторской проработки и ана­лиза различных вариантов изделия.

Перечень работ, выполняемых на стадии технического предложе­ния, устанавливается на основе технического задания в соответствии с ГОСТ 2.118-73 и определяется разработчиком в зависимости от характе­ра и назначения изделия и согласовывается с заказчиком.

На рассмотрение, согласование и утверждение представляют доку­менты технического предложения, скомплектованные в соответствии с ГОСТ 2.106-96.
4 Этап эскизного проектирования

Эскизный проект разрабатывается, если это предусмотрено техниче­ским заданием, для установления принципиальных (конструктивных, схемных и др.) решений изделия, дающих общее представление о прин­ципе работы и (или) устройстве изделия, когда это целесообразно сделать до разработки технического проекта или рабочей документации.

На стадии разработки эскизного проекта рассматриваются варианты изделия и (или) его составных частей. Эскизный проект может также раз­рабатываться без рассмотрения на этой стадии различных вариантов.

При разработке эскизного проекта выполняют работы, необходимые для обеспечения требований, предъявляемых к изделию, и позволяющие установить принципиальные решения. Перечень необходимых работ оп­ределяется разработчиком в зависимости от характера и назначения из­делия и согласовывается с заказчиком.

На стадии эскизного проекта не дублируют работы, проведенные на стадии технического предложения, если они не могут дать дополнитель­ных данных. В этом случае результаты ранее проведенных работ отра­жают в пояснительной записке согласно ГОСТ 2.119-73.

Следует учитывать конструктивные и эксплуатационные особенности разрабатываемого и существующих изделий, тенденции и перспективы развития отечественной и зарубежной техники в данной области:

- выбор оптимального варианта (вариантов) изделия, обоснование выбора, принятие принципиальных решений, подтверждение (или уточ­нение) предъявляемых к изделию требований (технических характери­стик, показателей надежности и др.), установленных техническим зада­нием, и определение технико-экономических характеристик и показате­лей, не установленных техническим заданием;

- выявление на основе принятых принципиальных решений новых изделий и материалов, которые должны быть разработаны другими пред­приятиями (организациями), составление технических требований к этим изделиям и материалам;

- составление перечня работ, которые следует провести на после­дующей стадии разработки, в дополнение или уточнение работ, преду­смотренных техническим заданием;

- проработку основных вопросов технологии изготовления (при необходимости);

- подготовку предложений по разработке стандартов (пересмотр и внесение изменений в действующие стандарты), предусмотренных тех­ническим заданием на данной стадии.

Конструкторские документы, содержащие различные варианты из­делия, выполняют по ГОСТ 2.118-73 с изложением сведений о различ­ных вариантах, описание изображений вариантов, построение таблиц, содержащих данные различных вариантов и т.п.

В комплект документов эскизного проекта включают конструктор­ские документы в соответствии с ГОСТ 2.102-68, предусмотренные тех­ническим заданием и протоколом рассмотрения технического предложе­ния. На рассмотрение, согласование и утверждение представляют копии документов эскизного проекта, скомплектованные по ГОСТ 2.102-68. Допускается по согласованию с заказчиком представлять подлинники документов эскизного проекта.
5 Этап технического проектирования

Технический проект разрабатывается, если это предусмотрено тех­ническим заданием, протоколом рассмотрения технического предложе­ния или эскизного проекта.

Технический проект разрабатывается в соответствии с ГОСТ 2.120-73 для выявления окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции изделия, когда это целесо­образно сделать до разработки рабочей документации. При необходимо­сти технический проект может предусматривать разработку вариантов отдельных составных частей изделия. В этих случаях выбор оптимально­го варианта осуществляется на основании результатов испытаний опыт­ных образцов.

При разработке технического проекта выполняются работы, необхо­димые для обеспечения предъявляемых к изделию требований и позво­ляющие получить полное представление о конструкции, оценить соот­ветствие требованиям технического задания, технологичность, степень сложности изготовления, способы упаковки, возможность транспорти­ровки и монтажа на месте применения, удобство эксплуатации, целесо­образность и возможность ремонта и т.п.

В технический проект включают конструкторские документы в со­ответствии с ГОСТ 2.102-68, предусмотренные техническим заданием и протоколом рассмотрения технического предложения, эскизного проекта.

На рассмотрение, согласование и утверждение представляют копии документов технического проекта или (по согласованию с заказчиком) подлинники технического проекта.
6 Понятия, термины и определения из области надежности

В широком смысле под техникой понимается все многообразие соз­даваемых комплексов и изделий, машин и механизмов, систем и агрега­тов, приборов и устройств, приспособлений и деталей, аппаратуры и электрорадиоэлементов, предназначенных для осуществления процессов производства и удовлетворения потребностей общества.

Под сложной системой можно подразумевать изделие, которое представляет собой предмет или набор предметов производства, подле­жащих изготовлению на предприятии. Сложная техническая система или изделие состоит из совокупности деталей, узлов, механизмов, соединен­ных в сборочные единицы.

Комплекс представляет собой совокупность изделий, взаимодейст­вующих совместно в процессе применения по назначению. Так, напри­мер, в качестве комплекса может выступать совокупность изделий, пред­назначенных для добычи нефти, угля, газа или совокупность изделий, предназначенных для выполнения задач военного назначения.

В технике под системой понимается множество совместно дейст­вующих элементов, образующих некоторую целостность, предназначен­ную для выполнения определенных функций изделия.

Под элементом понимается неделимая часть системы, предназначенная для выполнения определенных ее функций.

Под надежностью в узком смысле понимается способность объекта исправно работать в течение определенного отрезка времени в заданных условиях эксплуатации.

В нормативно-технической документации под надежностью пони­мают «свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в за­данных условиях эксплуатации».
7 Что такое безотказность?

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работо­способное состояние в течение некоторого времени.

Для количественной характеристики надежности сложных систем в качестве показателей безотказности используют: вероятность безот­казной работы, среднюю наработку до отказа, среднюю наработку на отказ, среднюю наработку между отказами, интенсивность отказов, па­раметр потока отказов.
8Что такое долговечность?
Долговечность - свойство объекта непрерывно сохранять работо­способное состояние до наступления предельного состояния при уста­новленной системе технического обслуживания и ремонта.

В отличие от безотказности долговечность характеризуется продол­жительностью работы объекта по суммарной наработке, прерываемой периодами для восстановления его работоспособности плановыми, вне­плановыми ремонтами и при техническом обслуживании. Предельное состояние - состояние объекта, при котором его даль­нейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстанов­ление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

В качестве количественных показателей долговечности используют: ресурс, гамма-процентный ресурс, средний ресурс, срок службы, гамма-процентный срок службы.
9 Что такое ремонтопригодность?
Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспо­собленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений, а также поддержанию и восстановлению работо­способного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригодность - одно из свойств, составляющих надеж­ность.

Количественными показателями ремонтопригодности являются: время восстановления, среднее время восстановления, вероятность вос­становления.
10 Что такое сохраняемость?
Сохраняемость - свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортировки. Сохраняемость - одно из свойств, составляющих надежность.

Для количественной характеристики сохраняемости применяют сле­дующие показатели: назначенный срок хранения, средний срок сохра­няемости, гамма-процентный срок сохраняемости.

Применяются также комплексные показатели. Надежность изделий в зависимости от их назначения можно оценивать, используя либо часть показателей, либо один показатель.
11 Какими показателями характеризуется надежность?

Надежность объекта обладает комплексным свойством и характери­зуется четырьмя показателями: безотказностью, долговечностью, ре­монтопригодностью и сохраняемостью.
12 Понятие отказа

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

Полный отказ - событие, в результате которого происходит полная утрата работоспособности объекта.

Постепенный отказ - отказ, характеризующийся постепенным из­менением значений одного или нескольких заданных параметров.

Параметрический отказ - отказ, характеризующийся отклонением значения хотя бы одного параметра объекта за пределы допуска.

Параметр потока отказов - отношение среднего числа отказов, восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к зна­чению этой наработки.

Устранимый отказ - отказ, причины возникновения которого известны и могут быть полностью устранены, что исключает их возникновение при дальнейшей эксплуатации объекта.

Устраняемый отказ - отказ, после возникновения которого работоспособность объекта подлежит восстановлению.

Частость отказов - отношение числа отказов в данной серии опы­тов к общему числу проведенных опытов этой серии.

Эксплуатационный отказ - отказ, возникший в результате наруше­ния установленных правил и (или) условий эксплуатации объекта.

Явный отказ - отказ, появление которого сопровождается призна­ками, непосредственно воспринимаемые органами чувств наблюдателя или средствами контроля, без проведения дополнительных операций по контролю работоспособности объекта.

Конструкционный отказ - отказ, возникающий в результате несо­вершенства или нарушения правил конструирования, установленных нормативно-технической документацией.

Производственный отказ — отказ, возникающий в результате нару­шения технологии изготовления.

Систематический отказ - многократно повторяющийся и однород­ный по определенным признакам отказ, обусловленный дефектами кон­струкции объекта, нарушением процесса его изготовления, низким каче­ством используемого материала и т.д.

Скрытый отказ - отказ, обнаружение которого невозможно без проведения специальных операций по контролю работоспособности объ­екта.

Внезапный отказ - отказ, вызванный скачкообразным изменением значений одного или нескольких заданных параметров объекта.

Независимый отказ - отказ объекта, не обусловленный отказом дру­гого объекта.

Неустранимый отказ - отказ, причины возникновения которого не могут быть устранены для объектов данного вида.

Случайный отказ - отказ, вызванный непредусмотренными нагруз­ками, скрытыми дефектами материалов, погрешностями изготовления, ошибками обслуживающего персонала.

Неслучайный отказ - закономерное явление, вызывающее посте­пенное накопление повреждений, связанных с влиянием среды, времени, температуры, облучения и т.п.

В зависимости от возможности прогнозировать момент наступления отказа все отказы подразделяют на внезапные (поломки, заедания, от­ключения) и постепенные (износ, старение, коррозия).
13 Классификация отказов

По причинам возникновения отказы классифицируют на конструк­ционные (вызванные недостатком конструкции), производственные (вы- званные нарушением технологии изготовления) и эксплуатационные (вызванные неправильной эксплуатацией).
14 Понятие неисправности

Неисправное состояние (неисправность) - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической или конструкторской документации.

Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором зна­чения всех параметров, характеризующих способность выполнять задан­ные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической или конструкторской документации.

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

15Понятие наработки, невосстанавливаемый и восстанавливаемый объект

Наработка - продолжительность или объем работы объекта. Нара­ботка может измеряться в единицах времени или объема выполненной работы (длины, площади, массы и т.д.).

Невосстанавливаемый объект - объект, для которого в рассматри­ваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состоя­ния не предусмотрено в нормативно-технической или конструкторской документации.

Восстанавливаемый объект - объект, для которого в рассматривае­мой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической или конструкторской доку­ментации.
16 Понятие оценки надежности, резервирования

Оценка надежности - вычисление значений показателей надежно­сти по результатам испытаний или эксплуатации.

Показатель надежности - количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.

Приработка (период приработки) - возможный начальный период наработки объекта, в течение которого имеет место устойчивая тенден­ция к уменьшению потока отказов (интенсивности отказов), обусловлен­ная наличием и устранением скрытых дефектов.

Проектная надежность - оценка надежности, проводимая при про­ектировании с учетом результатов теоретических расчетов по справоч­ным данным.

Резервный элемент — элемент объекта, предназначенный для вы­полнения функций основного элемента объекта в случае отказа послед­него.

Резервирование - применение дополнительных средств или возмож­ностей с целью сохранения работоспособности объекта при отказе одно­го или нескольких его элементов.
17 Понятие не восстанавливаемости и восстанавливаемости изделий

систем технологических машин
Показателями надежности называют качественные характеристики одного или нескольких свойств объекта, составляющих его надежность. К таким характеристикам относят, например, временные понятия - сред­нюю наработку на отказ, наработку до отказа, среднюю наработку между отказами, ресурс, срок службы, среднее время восстановления. Значения этих показателей получают по результатам испытаний или эксплуатации.

По восстанавливаемости изделий показатели надежности подразде­ляют на показатели для восстанавливаемых изделий и показатели невос-станавливаемых изделий.
18 Классификация показателей надежности

По способу получения различают показатели: расчетные, получае­мые на основе расчетных методов; экспериментальные, определяемые по данным испытаний; эксплуатационные, получаемые по данным эксплуа­тации; экстраполированные, найденные на основании расчетов, испыта­ний и (или) эксплуатационных данных путем экстраполирования на дру­гую продолжительность эксплуатации и другие условия эксплуатации.

По области использования показатели надежности подразделяются на нормируемые и оценочные.

Нормируемым называют показатель надежности, значение которого регламентировано нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией.

К оценочным относятся фактические значения показателей надеж­ности опытных образцов и серийной продукции, получаемые по резуль­татам испытаний и эксплуатации.

По области распространения показатели надежности распределяют­ся на индивидуальные и групповые.

К индивидуальным относятся такие показатели надежности, исполь­зуя которые можно по результатам испытаний или эксплуатации делать вывод, соответствует или не соответствует данное изделие регламенти­рованным требованиям по надежности.

К групповым относятся такие показатели надежности, используя ко­торые можно по результатам испытаний или эксплуатации делать вывод, соответствует или не соответствует партия изделий регламентированным требованиям по надежности.

Единичные показатели характеризуют одно из свойств надежности и в зависимости от этого подразделяются на показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Комплексные показатели характеризуют одновременно несколько свойств.
19 Вероятность безотказной работы и вероятность отказов

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в преде­лах заданной наработки отказ изделий не возникает (ГОСТ 27.002-89).

Статистическую оценку вероятности безотказной работы за время t определяют из соотношения: