ГОСТ 27.003-89 Надежность в технике. Межгосуд
 Скачать 0.72 Mb.
|
ГОСТ 2 7 .0 0 2 - 8 9 С. Если трактовать понятие время в обобщенном смысле — как параметр, служащий для описания последовательности событий и смены состояний, то принципиальная разница между наработкой и временем отсутствует даже в том случае, когда наработка является целочисленной величиной (например календарное время тоже отсчитывают в днях, месяцах и т. п. Поэтому наработка и родственные ей величины (ресурс, остаточный ресурс) отнесены в категории временных понятий. В международных документах [5, 6] введена детальная классификация временних понятий, относящихся к наработке требуемая наработка (required time), продолжительность планового простоя (non-required time), продолжительность планового простоя работоспособного объекта (idle time) и т. д. К терминам Наработка до отказа, Наработка между отказами, Время восстановления», «Ресурс», Срок службы, Срок сохраняемости, Остаточный ресурс (п. Перечисленные понятия относятся к конкретно взятому индивидуальному объекту. Имеется важное различие между величинами, определяемыми этими понятиями, и большинством величин, характеризующих механические, физические и другие свойства индивидуального объекта. Например, геометрические размеры, масса, температура, скорость и т. д. могут быть измерены непосредственно (в принципе — в любой момент времени существования объекта. Наработка индивидуального объекта до первого отказа, его наработка между отказами, ресурс и т. и. могут быть определены лишь после того, как наступил отказ или было достигнуто предельное состояние. Пока эти события не наступили, можно говорить лишь о прогнозировании этих величин с большей или меньшей достоверностью. Ситуация осложнена из-за того, что безотказная наработка, ресурс, срок службы и срок сохраняемости зависят от большого числа факторов, часть которых не может быть проконтролирована, а остальные заданы стой или иной степенью неопределенности. Безотказная работа конкретно взятого индивидуального объекта зависит от качества сырья, материалов, заготовок и полуфабрикатов, от достигнутого уровня технологии и степени стабильности технологического процесса, от уровня технологической дисциплины, от выполнения всех требований по хранению, транспортированию и применению объекта по назначению. Многие объекты включают в себя комплектующие изделия, детали и элементы, поставленные другими изготовителями. Перечисленные выше факторы, влияя на работоспособность составных частей объекта, определяют его работоспособность в целом. Опыт эксплуатации объектов массового производства показывает, что как наработка до отказа, таки наработка между отказами обнаруживают значительный статистический разброс. Аналогичный разброс имеют также ресурс, срок службы и срок сохраняемости. Этот разброс может служить характеристикой технологической культуры и дисциплины, а также достигнутого уровня технологии. Разброс наработки до первого отказа, ресурса и срока службы можно уменьшить, а их значения можно увеличить путем надлежащей и экспериментальной отработки каждого индивидуального объекта до передачи в эксплуатацию. Этот подход осуществляют для особо ответственных объектов. Целесообразность такого подхода для массовых объектов должна каждый раз подтверждаться технико-экономическим анализом. Наработка до отказа вводится как для неремонтируемых (невосстанавливаемых), таки для ремонтируемых (восстанавливаемых) объектов. Наработка между отказами определяется объемом работы объекта от кто док+ го отказа, где к = 1 ,2 . . . . Эта наработка относится только к восстанавливаемым объектам. Технический ресурс представляет запас возможной наработки объекта. Для неремонтируемых объектов он совпадает с продолжительностью пребывания в работоспособном состоянии в режиме применения по назначению, если переход в предельное состояние обусловлен только возникновением отказа. Поскольку средний и капитальный ремонт позволяют частично или полностью восстанавливать ресурс, то отсчет наработки при исчислении ресурса возобновляют по окончании такого ремонта, различая в связи с этим доремонтный, межремонтный, послеремонтный и полный (до списания) ресурс. Доремонтный ресурс исчисляют до первого среднего (капитального) ремонта. Число возможных видов межремонтного ресурса зависит от чередования капитальных и средних ремонтов. Послеремонтный ресурс отсчитывают от последнего среднего (капитального) ремонта. Полный ресурс отсчитывают от начала эксплуатации объекта до его перехода в предельное состояние, соответствующее окончательному прекращению эксплуатации. Аналогичным образом выделяют виды срока службы и срока сохраняемости. При этом срок службы и срок сохраняемости измеряют в единицах времени. Соотношение значений ресурса и срока службы зависит от интенсивности использования объекта. Полный срок службы, как правило, включает продолжительности всех видов ремонта С. 18 ГОСТ 2 7 .0 0 2 - 8 К терминам Назначенный срок службы, Назначенный ресурс», «Назначенный срок хранения (пп. 4.10; 4.9; Цель установления назначенного срока службы и назначенного ресурса — обеспечить принудительное заблаговременное прекращение применения объекта по назначению, исходя из требований безопасности или технико-экономических соображений. Для объектов, подлежащих длительному хранению, может быть установлен назначенный срок хранения, по истечении которого дальнейшее хранение недопустимо, например, из требований безопасности. П ри достижении объектом назначенного ресурса (назначенного срока службы, назначенного срока хранения, в зависимости от назначения объекта, особенности эксплуатации, технического состояния и других факторов объект может быть списан, направлен в средний или капитальный ремонт, передан для применения не по назначению, переконсервирован (при хранении) или может быть принято решение о продолжении эксплуатации. Назначенный срок службы и назначенный ресурс являются технико-эксплуатационными характеристиками и не относятся к показателям надежности (показателям долговечности. Однако при установлении назначенного срока службы и назначенного ресурса принимают во внимание прогнозируемые (иди достигнутые) значения показателей надежности. Если установлено требование безопасности, то назначенный срок службы (ресурс) должен соответствовать значениям вероятности безотказной работы по отношению к критическим отказам, близким к единице. Из соображений безопасности может быть также введен коэффициент запаса по времени. К терминам Техническое обслуживание, Восстановление, Ремонт (пп. 5.1; 5.2; Техническое обслуживание включает регламентированные в конструкторской (проектной) и (или) эксплуатационной документации операции по поддержанию работоспособного и исправного состояния. В техническое обслуживание входят контроль технического состояния, очистка, смазывание и т. п. Восстановление включает в себя идентификацию отказа (определение его места и характера, наладку или замену отказавшего элемента, регулирование и контроль технического состояния элементов объекта и заключительную операцию контроля работоспособности объекта в целом. Перевод объекта из предельного состояния в работоспособное состояние осуществляется при помощи ремонта, при котором происходит восстановление ресурса объекта в целом. В ремонт могут входить разборка, дефектовка, замена или восстановление отдельных блоков, деталей и сборочных единиц, сборка и т. д. Содержание отдельных операций ремонта может совпадать с содержанием операций технического обслуживания К терминам Обслуживаемый объект, «Необслуживаемый объект, Ремонтируемый объект «Неремонтируемый объект, Восстанавливаемый объект», «Невосстанавливаемый объект (пп. 5.4; 5.5; 5.8; При разработке объекта предусматривают выполнение (или невыполнение) технического обслуживания объектов на протяжении срока их службы, те. объекты делят на технически обслуживаемые и технически необслуживаемые. При этом некоторые неремонтируемые объекты являются технически обслуживаемыми. Деление объектов на ремонтируемые и неремонтируемые связано с возможностью восстановления работоспособного состояния путем ремонта, что предусматривается и обеспечивается при разработке и изготовлении объекта. Объект может быть ремонтируемым, ноне восстанавливаемым в конкретной ситуации. К термину Показатель надежности (п. К показателям надежности относят количественные характеристики надежности, которые вводят согласно правилам статистической теории надежности [2, 3, 7, 12]. Область применения этой теории ограничена крупносерийными объектами, которые изготавливают и эксплуатируют в статистически однородных условиях и к совокупности которых применимо статистическое истолкование вероятности. Примером служат массовые изделия машиностроения, электротехнической и радиоэлектронной промышленности. Применение статистической теории надежности к уникальными малосерийным объектам ограничено. Эта теория применима для единичных восстанавливаемых (ремонтируемых) объектов, в которых в соответствии с нормативно-технической документацией допускаются многократные отказы, для описания последовательности которых применима модель потока случайных событий. Теорию применяют также к уникальными малосерийным объектам, которые в свою очередь состоят из объектов массового производства. В этом случае расчет показателей надежности объекта в целом проводят методами статистической теории надежности по известным показателям надежности компонентов и элементов. Методы статистической теории надежности позволяют установить требования к надежности компонентов и элементов на основании требований к надежности объекта в целом ГОСТ 2 7 .0 0 2 - 8 9 С. Статистическая теория надежности является составной частью более общего подхода к расчетной оценке надежности технических объектов, при котором отказы рассматривают как результат взаимодействия объекта как физической системы с другими объектами и окружающей средой [8]. Так при проектировании строительных сооружений и конструкций учитывают в явной или неявной форме статистический разброс механических свойств материалов, элементов и соединений, а также изменчивость (во времени ив пространстве) параметров, характеризующих внешние нагрузки и воздействия. Большинство показателей надежности полностью сохраняют смысли при более общем подходе к расчетной оценке надежности. В простейшей модели расчета на прочность по схеме параметр нагрузки — параметр прочности вероятность безотказной работы совпадает с вероятностью того, что в пределах заданного отрезка времени значение параметра нагрузки ни разу не превысит значение, которое принимает параметр прочности. При этом оба параметра могут быть случайными функциями времени. На стадии проектирования и конструирования показатели надежности трактуют как характеристики вероятностных или полувероятностных математических моделей создаваемых объектов. На стадиях экспериментальной отработки, испытаний и эксплуатации роль показателей надежности выполняют статистические оценки соответствующих вероятностных характеристик. В целях единообразия все показатели надежности, перечисленные в настоящем стандарте, определены как вероятностные характеристики. Это подчеркивает также возможность прогнозирования значения этих показателей на стадии проектирования [3, 8, Показатели надежности вводят по отношению к определенным режимами условиям эксплуатации, установленным в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. К терминам Единичный показатель надежности и Комплексный показатель надежности (пп. 6.2; В отличие от единичного показателя надежности комплексный показатель надежности количественно характеризует не менее двух свойств, составляющих надежность, например безотказность и ремонтопригодность. Примером комплексного показателя надежности служит коэффициент готовности (п. 6.26) Kv стационарное значение которого (если оно существует) определяют по формуле к Т г Т + Т в где Т — средняя наработка на отказ (п. 6.11); Тв — среднее время восстановления (п. К терминам Расчетный показатель надежности, Экспериментальный показатель надежности Эксплуатационный показатель надежности, Экстраполированный показатель надежности (пп. 6.4; 6.5; 6.6; Такую классификацию показателей надежности вводят в зависимости от способов их получения. Аналогичная классификация содержится в международных документах ИСО, М ЭК и Е О К К [4—6]. Наличие этих понятий должно предупредить путаницу, которая имеет место на практике при обсуждении численных данных, полученных разными способами и на разных стадиях жизненного цикла объекта. К термину Вероятность безотказной работы (п. Вероятность безотказной работы определяется в предположении, что в начальный момент времени момент начала исчисления наработки) объект находился в работоспособном состоянии. Обозначим через t время или суммарную наработку объекта (в дальнейшем для краткости называем t просто наработкой. Возникновение первого отказа — случайное событие, а наработка тот начального момента до возникновения этого события — случайная величина. Вероятность безотказной работы P(t) объекта в интервале от 0 до t включительно определяют как (t)= P {x > t}. Здесь Р {эе} — вероятность события, заключенного в скобках. Вероятность безотказной работы P(t) является функцией наработки t. Обычно эту функцию предполагают непрерывной и дифференцируемой. Если способность объекта выполнять заданные функции характеризуется одним параметром v, то вместо (1) имеем формулу) = Р {v*(ri) 27 С. 20 ГОСТ 2 7 .0 0 2 -8 Вероятность безотказной работы Pit) связана с функцией распределения Fit) и плотностью распределения fit) наработки до отказа «> = !-'(»; Л ' ) = т = - т Наряду с понятием вероятность безотказной работы часто используют понятие вероятность отказа, которое определяется следующим образом это вероятность того, что объект откажет хотя бы один разв течение заданной наработки, будучи работоспособным в начальный момент времени. Вероятность отказана отрезке от 0 до t определяют по формуле (t)= l-P (t) = F(t). Точечные статистические оценки для вероятности безотказной работы P(t) от 0 дои для функции распределения наработки до отказа Fit) даются формулами = 1 - nit) N ’ т где N — число объектов, работоспособных в начальный момент времени) — число объектов, отказавших на отрезке от 0 до Для получения достоверных оценок объем выборки N должен быть достаточно велик [2, 3, Определение безотказной работы в соответствии с формулами (1) и (2) относится к объектам, которые должны функционировать в течение некоторого конечного отрезка времени. Для объектов одноразового (дискретного) применения вероятность безотказной работы определяют как вероятность того, что при срабатывании объекта отказ не возникает. Аналогично вводят вероятность безотказного включения (например в рабочий режим из режима ожидания). К терминам «Гамма-процентная наработка до отказа «Гамма-процентный ресурс «Гамма-процентный срок службы, «Гамма-процентное время восстановления «Гамма-процентный срок сохраняемости (пн. 6.9; 6.15; 6.20; Перечисленные показатели определяют как корни t уравнения = 1_ Д ’ где Fit) — функция распределения наработки до отказа (ресурса, срока службы). В частности, гамма-процентную наработку до отказа д определяют из уравнения i t ) = -У— у ч ' где Pit) — вероятность безотказной работы. Как видно из формулы (6), гамма-процентные показатели равны квантилям соответствующих распределений. Если вероятности, отвечающие этим квантилям, выражают в процентах, то для показателей безотказности обычно задают значения 90; 95; 99; 99,5 % и т. д. Тогда вероятность возникновения отказана отрезке [0; /)] будет составлять 0,10; 0,05; 0,01; 0,005 и т. д. Задаваемые значения у для критических отказов должны быть весьма близки к 100 %, чтобы сделать критические отказы практически невозможными событиями. Для прогнозирования потребности в запасных частях, ремонтных мощностях, а также для расчета пополнения и обновления парков машин, приборов и установок могут потребоваться гамма-процентные показатели при более низких значениях у например при у = 50 %, что приближенно соответствует средним значениям. Статистические оценки для гамма-процентных показателей могут быть получены на основе статистических оценок либо непосредственно, либо после аппроксимации эмпирических функций подходящими аналитическими распределениями. Необходимо иметь ввиду, что экстраполирование эмпирических результатов за пределы продолжительности испытаний (наблюдений) без привлечения дополнительной информации о физической природе отказов может привести к значительным ошибкам. К терминам Средняя наработка до отказа, Средний ресурс, Средний срок службы Среднее время восстановления, Средний срок сохраняемости (пп. 6.10; 6.16; 6.18; 6.21; Перечисленные показатели равны математическим ожиданиям соответствующих случайных величин, наработки до отказа, ресурса, срока службы, времени восстановления, срока сохраняемости. Среднюю наработку до отказа вычисляют по формуле ГОСТ 2 7 .0 0 2 - 8 9 Со о где F(t) — функция распределения наработки до отказа, flj) — плотность распределения наработки до отказа. С учетом (3) Тх выражается через вероятность безотказной работы: Т\ = \ P (t)dt ш 0 Статистическая оценка для средней наработки до отказа дается формулой i N 7 Здесь N — число работоспособных объектов при t = 0; Tj — наработка до первого отказа каждого из объектов. Формула (7) соответствует плану испытаний, при котором все объекты испытываются до отказа [2, 3, К термину Средняя наработка на отказ (п. Этот показатель введен применительно к восстанавливаемым объектам, при эксплуатации которых допускаются многократно повторяющиеся отказы. Очевидно, что это должны быть несущественные отказы, не приводящие к серьезным последствиями не требующие значительных затратна восстановление работоспособного состояния. Эксплуатация таких объектов может быть описана следующим образом в начальный момент времени объект начинает работать и продолжает работать до первого отказа после отказа происходит восстановление работоспособности, и объект вновь работает до отказа и т. д. На оси времени моменты отказов образуют поток отказов, а моменты восстановлений — поток восстановлений. На оси суммарной наработки когда время восстановления не учитывается) моменты отказов образуют поток отказов. Полное и строгое математическое описание эксплуатации объектов по этой схеме построено на основе теории восстановления [2, Определению средней наработки на отказ Г, которое приведено в данном стандарте, соответствует следующая формула т t Мг ’ Здесь t — суммарная наработка, r{t) — число отказов, наступивших в течение этой наработки, Мг — математическое ожидание этого числа. В общем случае средняя наработка на отказ оказывается функцией L Для стационарных потоков отказов средняя наработка на отказ от t не зависит. Статистическую оценку средней наработки на отказ Т вычисляют по формуле, которая аналогична формуле (8) f r{t) В отличие от формулы (8) здесь r(t) — число отказов, фактически происшедших за суммарную наработку Формула (9) допускает обобщение на случай, когда объединяются данные, относящиеся к группе однотипных объектов, которые эксплуатируются в статистически однородных условиях. Если поток отказов — стационарный, тов формуле (9) достаточно заменить t на сумму наработок всех наблюдаемых объектов и заменить r{t) на суммарное число отказов этих объектов К терминам Интенсивность отказов и Интенсивность восстановления (пп. 6.12; Интенсивность отказов X(t) определяют по формуле i t ) ___1 dPjt) P(t) dt X(t)=- 1 - Для высоконадежных систем P (/)1, так что интенсивность распределения наработки до отказа. Статистическая оценка для интенсивности отказов £(/) имеет ( 10 ) отказов приближенно равна плотности вид + A t ) - n { t ) --------- лм7------- (Н) 29 С. 22 ГОСТ 2 7 .0 0 2 - 8 где использованы те же обозначения, что ив формуле (5). Аналогично вводится интенсивность восстановления. |