 |
Надежность и составляющие ее свойства
|
|
|
|
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЗАВИСИМОСТИ НАДЕЖНОСТИ
1.1. ПОНЯТИЯ НАДЕЖНОСТИ
Надежность (общая) — это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации.
Первостепенное значение надежности в технике связано с тем, что уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям: автоматизации производства, интенсификации рабочих процессов и транспорта, экономии материалов и энергии.
Современные технические средства состоят из множества взаимодействующих механизмов, агрегатов и приборов. Например, в современных авиационных комплексах насчитается десятки миллионов элементов, тогда как первые простейшие машины и радиоприемники состояли только из десятков или сотен деталей. Отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы без резервирования может привести к нарушению работы всей системы.
Теория надежности является комплексной дисциплиной и состоит из таких разделов, как:
математическая теория надежности;
надежность по отдельным физическим критериям отказов («физика отказов»);
расчет и прогнозирование надежности;
мероприятия по повышению надежности;
контроль надежности (испытания, статистический контроль, организация наблюдений);
техническая диагностика;
теория восстановления;
экономика надежности.
Рис. 1. Взаимосвязь изделия со свойствами, состояниями, событиями
1.2. ТЕРМИНОЛОГИЯ
Согласно принятой в теории надежности терминологии все понятия и определения разделяются на следующие основные группы:
I. Изделия (объекты).
II. Свойства.
|
|
|
III. Состояния.
IV. События.
V. Количественные показатели.
Классификация объектов
В теории надежности рассматриваются следующие обобщенные объекты:
Изделие- единица продукции, выпускаемая данным предприятием, цехом и т.д. (подшипник, ремень, станок, автомобиль, самолет);
Элемент - простейшая при данном рассмотрении составная часть изделия, в задачах надежности может состоять из многих деталей (болт, носовая стойка шасси);
система — совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций (гидросистема, шасси).
Понятия элемента и системы трансформируются в зависимости от поставленной задачи. Летательный аппарат, например, при установлении его собственной надежности рассматривают как систему, состоящую из отдельных элементов- механизмов, агрегатов, узлов, деталей и т. д., а при изучении надежности работы всего ЛА- как элемент (рис.1.1).
Рис.2. Трансформация понятий элемент, изделие и система
Деталь – элемент конструкции, изготовленный без применения сборочных операций.
Детали (частично или полностью) объединяют в узлы.
Построение чертежа оригинальной детали называется деталированием.
Узел – изделие, состоящее из нескольких более простых элементов (деталей), соединённых между собой.
Узел, в зависимости от конструкции, может состоять из отдельных деталей или узлов и деталей.
Технологическая особенность узла — возможность его сборки независимо от других частей изделия. Иногда сборочные единицы не совпадают с функциональными (по назначению) частями изделия.
Агрегат – унифицированный узел конструкции, все детали которого объединены общим базовым элементом (например, балкой или картером) и который при демонтаже сохраняет свою целостность.
Агрега́т (от лат. aggrego — присоединяю) — совокупность механизмов. Агрегаты создают, как правило, для решения какой-либо одной задачи. Хотя иногда агрегатом называют несколько машин, работающих вместе, например машинно - тракторный агрегат.
|
|
|
Механи́зм — приспособление, внутреннее устройство машины, прибора, аппарата, приводящее их в действие. Механизмы служат для передачи движения и преобразования энергии. Например: часовой механизм, насос.
Изделия делят на: невосстанавливаемые, которые не могут быть восстановлены потребителем и подлежат замене, например электрические и электронные лампы, подшипники, подкос стойки шасси и т. д ., и восстанавливаемые, которые могут быть восстановлены потребителем, например станок, автомобиль, радиоприемник, самолет.
В теории надежности в целях разработки удобной классификации методов и средств обеспечения и анализа уровня надежности все изделия делятся на «простые» и «сложные».
Простыми изделиями называются такие, когда все его элементы и узлы функционально составляют последовательную единую цепь и отказ любого отдельного элемента или узла вызывает отказ изделия в целом (агрегат, двигатель).
Сложными изделиями называются такие, когда для выполнения заданных функций имеются несколько параллельно функционирующих узлов, агрегатов и систем или же когда могут быть использованы различные сочетания нескольких функциональных узлов и систем, так что в случаях отказов таких узлов и систем работоспособность изделия, в целом, сохраняется(система выпуска и уборки шасси), (рис.1.2).
Рис.3. Простое и сложное изделия
Наряду с понятиями «простое» и «сложное» изделие в теории надежности применяются понятия физическая надежность, которое чаще всего связывается с надежностью отдельных элементов как простых, так и сложных изделий, а также, в некоторых случаях, с надежностью простых изделий в целом, и схемная надежность, которая применяется только для сложных изделий и некоторых функциональных систем.
Физическая надежность отдельного элемента, узла или простого изделия характеризуется его способностью безотказно работать в заданных условиях в течение заданного времени. Она обусловливается физическими и химическими свойствами материалов элементов, условиями работы и действующими нагрузками, а также соответствием их заданным или расчетным требованиям.
|
|
|
На уровень физической надежности большое влияние оказывает стабильность характеристик материалов и производственных процессов.
Схемная надежность сложного изделия или системы характеризуется их способностью выполнять заданные функции в заданных условиях в течение заданного времени при наличии отказов отдельных элементов, агрегатов или узлов. Она обусловливается уровнем физической надежности отдельных элементов и агрегатов и схемами их включения и взаимосвязей в общей функциональной схеме сложного изделия или систем.
Таким образом, фактический уровень надежности сложного изделия зависит от уровня физической надежности его отдельных элементов и их рационального включения в конструктивные схемы узлов и систем изделия. Иными словами, надежность сложного изделия обусловлена сочетанием физической и схемной надежности его элементов и узлов.
Таким образом, при оценке и анализе уровня надежности сложного изделия необходимо различать схемную надежность собственно изделия и физическую надежность отдельных его элементов.
Уровень схемной надежности изделия при известном уровне физической надежности отдельных его элементов для данной конструктивной схемы изделия определяется расчетными методами и в конечном счете обеспечивается конструктором.
Уровень физической надежности элементов, как правило, определяется по результатам испытаний или эксплуатации большого числа экземпляров элементов и мало зависит от конструктора изделия.
Большинство авиационных изделий- самолеты, двигатели, системы и оборудование относятся к восстанавливаемым или к ремонтируемым изделиям. На авиационных двигателях часто непосредственно в условиях эксплуатации производят замену отказавших агрегатов (насосов-регуляторов, пусковых блоков, агрегатов форсажных камер и т. п.). В этих случаях двигатель является ремонтируемым изделием, а снимаемые отказавшие агрегаты - не ремонтируемыми изделиями. Наиболее характерными представителями неремонтируемых изделий, устанавливаемых на авиационных двигателях, можно назвать топливные форсунки свечи зажигания (воспламенители), клапаны и регуляторы давлений, арматуру трубопроводов и т. п.
|
|
|
В отдельных, сравнительно редких случаях, когда из-за поломок или отказов основных силовых элементов компрессоров, турбин трансмиссии или других важнейших узлов авиационные двигатели снимаются с летательного аппарата, и они должны рассматриваться как неремонтируемые изделия.
Надежность и составляющие ее свойства
Для изделий авиационной техники в число основных параметров функционирования или эксплуатационных показателей могут входить:
для данного летательного аппарата:
- полный диапазон высот и скоростей полета;
- продолжительность или дальность полета;
- число перевозимых пассажиров или грузоподъемность;
для двигателя:
- сила тяги;
- часовой и удельный расходы топлива;
- температура газа перед или за турбиной;
- частота вращения ротора двигателя.
Комплекс эксплуатационных показателей может изменяться в зависимости от назначения, условий эксплуатации и особенности конструкции конкретных изделий.
Применительно к авиационным изделиям следует различать три характерные группы промежутков времени соответственно требованиям, предъявляемым к уровню надежности изделия и количественным показателям отдельных свойств надежности.
Наиболее характерным и ответственным следует считать самый короткий промежуток времени — продолжительность одного полета, в течение которого должна быть непрерывно обеспечена безотказная работа всех систем и устройств летательного аппарата, в том числе и установленных на нем авиационных двигателей.
Следующий важный отрезок времени, в течение которого оценивается уровень надежности летательного аппарата и его систем, — это межрегламентный срок, т.е. период службы изделия от момента окончания текущих до начала последующих профилактических работ, регламентируемых в технической документации по данному объекту.
В течение этого срока летательный аппарат может выполнить несколько полетов, в промежутках между которыми возможно выявление отдельных неисправностей как в полетах, так и при межполетных осмотрах на земле. Выявленные неисправности должны быть полностью устранены в процессе подготовки летательного аппарата к очередному полету.
Самый длинный промежуток времени называется средним межремонтным сроком службы, т. е. средним сроком службы между смежными ремонтами изделия. В течение этого срока, как правило, выполняются работы регламентные и по техническому обслуживанию, необходимые для поддержания заданного уровня надежности самолета, двигателя и их систем. При этом обычно производится замена узлов и агрегатов, отказавших или оказавшихся почему-либо недостаточно надежными, или выработавших ресурс.
|
|
|
Надежность как комплексное свойство должна включать в отдельности или в определенном сочетании следующие четыре свойства:
— безотказность;
— долговечность;
— ремонтопригодность;
— сохраняемость.
Важнейшим свойством, характеризующим надежность любого объекта, изделия, агрегата и элемента, следует считать безотказность, т. е. свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого промежутка времени или некоторой наработки.
Определяющей особенностью свойства безотказности является условие непрерывного сохранения работоспособности в течение определенного времени, а применительно к авиационным изделиям — сохранять работоспособность в течение полета.
С целью более полного понимания свойства безотказности рассмотрим входящие в его определение термины «работоспособность» и «наработка».
Работоспособность — состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции (с параметрами, установленными в технической документации).
Наработкой называется продолжительность или объем работы объекта. Наработка может измеряться в часах, километрах, циклах или других единицах. В процессе эксплуатации или. испытаний можно различать суточную, месячную, квартальную или годовую наработку, наработку между отказами, наработку до предельного состояния и т. п. (рис.1. 3).
Рис.4. Наработка по типу самолета
Для восстанавливаемых объектов большое значение имеет такое свойство, как долговечность, т. е. свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов
При сравнении свойств безотказности и долговечности следует обратить особое внимание на то, что хотя главным в их определении является свойство сохранять работоспособность, однако существенно различным является характер требуемой продолжительности сохранения работоспособности (рис.1.4).
Рис.5. Изделие и его состояния
Безотказность — значит непрерывная работоспособность в течение некоторого времени, а долговечность включает перерывы эксплуатации, необходимые для технического обслуживания и ремонтов. Понимание этого различия должно предотвратить возможные ошибки в применении формул для определения вероятности безотказной работы. Известное основное уравнение вероятности безотказной работы
где l { t) — интенсивность отказов, позволяет определить вероятность безотказной работы только в интервале времени от 0 до t.
Для авиационных изделий таким интервалом времени является время одного полета. Однако в практике инженерных расчетов нередко встречаются случаи, когда по этому уравнению вероятность безотказной работы рассчитывается в пределах общего срока службы изделия без учета изменений характера зависимости l (t), вызванного проведением технического обслуживания и ремонтов.
Свойство ремонтопригодности, заключающееся в приспособленности объекта к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов или повреждений, и к устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
Это свойство характеризует, какой ценой по трудозатратам, по времени восстановления и подготовки к эксплуатации обеспечивается требуемый уровень надежности изделия.
В числе общих свойств, составляющих надежность, определенное значение имеет сохраняемость, т. е. свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Необходимость обеспечения этого свойства лежит в основе разработки требований к консервации и транспортировке авиационных двигателей.
В зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации различные сочетания указанных выше свойств могут иметь изделие, в целом, или отдельные его части. Так, например, невосстанавливаемые изделия, при функционировании которых возможен только один отказ, не имеют свойства ремонтопригодности, а их свойства безотказности и долговечности практически сводятся к одному и тому же. Авиационный двигатель как сложное восстанавливаемое изделие имеет все четыре свойства, составляющие надежность, а такие его элементы, как форсунки, воспламенители и т. п., имеют только часть этих свойств.
|
|
|
