 |
Тема № 2 «Характеристика отказов»
|
|
|
|
Порядок изучения материала темы
В ходе изучения темы на занятиях будут рассмотрены: причины возникновения и классификация отказов; методы прогнозирования отказов, их достоинства и недостатки; разновидности разрушающих и неразрушающих методов контроля; виды резервирования и построение резервированных систем; элементный и функциональный расчет надежности; последовательность расчета надежности; построение структурной схемы надежности.
Содержание темы
Характеристика отказов
Одним из основных понятий теории надежности является понятие отказа объекта (элемента, системы).
Отказ объекта – событие, заключающееся в том, что объект полностью или частично перестает выполнять заданные функции. При полной потере работоспособности возникает полный отказ, при частичной – частичный отказ. Понятия полного и частичного отказов должны быть четко сформулированы для каждой системы (объекта) или для различных условий функционирования данной системы (объекта), поскольку от этого зависит количественная оценка надежности.
Причины возникновения отказов могут быть следующие:
- конструктивные дефекты (несовершенство конструкции, недоучет пиковых нагрузок, схемные промахи, применение материалов в низкими качествами и т.п.);
- технологические дефекты (нарушение технологии изготовления, качества сборки и т.п.);
- эксплуатационные дефекты (нарушения правил эксплуатации, условий эксплуатации, правил обслуживания и т.п.);
- постепенное старение (износ) (изменения в материалах в следствии временных и износовых нагрузок).
Отказы по причинным схемам возникновения подразделяются на следующие группы:
|
|
|
- отказы с мгновенной схемой возникновения (характеризуются тем, что время наступления отказа не зависит от времени предшествующей эксплуатации и состояния объекта, момент отказа наступает случайно, внезапно – пиковые нагрузки, механическое разрушение посторонним внешним воздействием и т. п.);
- отказы с постепенной схемой возникновения (происходят за счет постепенного накопления повреждений вследствие расхода ресурса составных элементов, когда значения параметров постепенно выходят за границы допустимых значений – коэффициент усиления, мощность двигателя, износ резины и т. п.);
- отказы с релаксационной схемой возникновения (характеризуются первоначальным постепенным накоплением повреждений вследствие физико-химических изменений в материалах, которые создают условия для скачкообразного изменения состояния объекта – ухудшение изоляции кабеля, вследствие чего возникает пробой; «подгорание» электрических контактов; ухудшение механической прочности из-за воздействия окружающей среды и т. п.);
- отказы с комбинированными схемами возникновения (характерны для ситуаций, когда одновременно действуют несколько причинных схем – в результате снижения сопротивления изоляции обмотки реле автомата защиты и нарушения регулировки ограничения тока вышел из строя электродвигатель и т. п.).
В соответствии с вышеизложенным, различают внезапные и постепенные отказы.
Причинные связи отказов
В процессе рассмотрения причинных связей различают следующие
разновидности отказов:
а) первичные отказы;
б) вторичные отказы;
в) инициированные отказы (ошибочные команды).
Первичный отказ элемента определяют как нерабочее состояние этого элемента, причиной которого является он сам, и необходимо выполнить ремонтные работы для возвращения элемента в работоспособное состояние. Первичные отказы происходят при входных воздействиях, значения которых находятся в допустимых пределах, а отказы объясняются естественным старением элементов.
|
|
|
Вторичный отказ – такой же как первичный, за исключением того, что сам элемент не является причиной отказа или, по другому, отказ данного элемента произошел из-за отказа другого элемента. Вторичные отказы объясняются воздействием предыдущих или текущих избыточных значений характеристик на элементы. Причинами могу быть как соседние элементы, так и окружающая среда.
Примеры – выход из строя электрического прибора из-за скачка напряжения в сети, повреждение объекта при землетрясении и т.п.
Устранение источников повышенных значений характеристик не гарантирует возвращение элемента в работоспособное состояние.
Инициированные отказы (ошибочные команды) – из-за неправильных сигналов или помех, которые могут быть вызваны:
- соседними элементами;
- окружающей средой;
- персоналом предприятия.
Способы прогнозирования отказов
Прогнозирование отказов является главным элементом регламентных
работ и технического обслуживания.
Известно несколько основных методов прогнозирования отказов
статистический
параметрический
метод граничных испытаний
эмпирический метод выявления и устранения предотказных состояний
Статистический метод - основан на наборе статистических данных об отказах системы с последующим трансформированием полученных законов распределения появления отказов на другие подобные системы.
Положительное: не требует специальной аппаратуры;
не требует высококвалифицированных специалистов;
Недостатки: значительные временные затраты;
недоиспользование ресурсов элементов;
отсутствие статистических данных по конкретным отказам этих элементов
Параметрический метод - основан на постоянном контроле значений определенных параметров. элемента, определяющих работоспособность системы.
Прогнозируемый параметр должен отвечать следующим требованиям: быть определяющим по влиянию на надежность: прост в количественной оценке; иметь вероятностную закономерность изменений.
Положительное: практически все отказы могут быть спрогнозированы;
достаточно высокая эффективность прогноза.
|
|
|
Недостатки: трудность подбора прогнозируемых параметров;
для каждой системы необходимо разрабатывать свою методику контроля параметров.
Метод граничных испытаний – основан на создании для исследуемой системыне номинальных, а граничных режимов и условий работы (на пределе допустимого).
Положительное: простота реализации
сокращение времени контроля.
Недостатки: не все элементы могут быть исследованы данным методом;
граничные значения могут создаваться только по одному параметру.
Разновидностью метода граничных испытаний является ускоренные испытания, при которых аппаратура подвергается воздействию определенных факторов, позволяющих выявить надежность системы при изменении условий работы.
В зависимости от уровня нагрузок различают ускоренные испытания в нормальном и форсированном р ежимах.
Под нормальным режимом понимается такой режим, при котором нагрузки не превышают предельных значений, при форсированном режиме -одна из нагрузок превышает предельное значение.
Существенное преимущество метода - выигрыш во времени.
Характеристиками ускоренных испытаний могут служить следующие коэфициенты:
временной коэфициент определяется отношением времени, в течение которого при нормальных нагрузках было выявлено то же количество отказов(m), что и при повышенных нагрузках
Тн (m)
Квр =
Тп (m)
где: Тн - время, в течение которого будет выявлено (m) отказов при нормальных нагрузках;
Тп -. время, в течение которого будет выявлено (m) отказов при повышенных нагрузках
нагрузочный коэфициент определяется отношением количества отказов, выявленных при повышенных нагрузках, к количеству отказов, выявленных при нормальных нагрузках, за такое же время (t)
mп (t)
Кн =
mн (t)
где: mп - количество отказов, выявленных за время (t) при повышенных нагрузках;
mн - количество отказов, выявленных за время (t) при нормальных нагрузках.
коэфициент подобия показывает соотношение характеристик системы в реальных условиях и при ускоренных испытаниях
Т0р
|
|
|
Кп =
Т0у
где: Т0р - средняя наработка на отказ в реальных условиях;
Т0у - средняя наработка на отказ при ускоренных испытаниях.
Эмпирический метод выявления и устранения предотказных состояний - заключается в том, что на основании опыта эксплуатации выявляются дефекты в системе, которые могут привести к отказу.
Примеры предотказных состояний:
окисление и загрязнение контактов токонесущих элементов;
наличие следов перегрева элементов;
наличие проводящих мостиков на платах печатного монтажа;
пыль, грязь, плесень на элементах системы;
наличие люфтов, зазоров, и износа в механических узлах;
ослабление крепежных элементов;
контроль режима работы по внешним признакам;
уход технических параметров на границу допуска и т.п.
3 Положительное: простота реализации;
не допускаются вторичные отказы.
Надостатки: необходимость наличия у обслуживающего персонала
достаточного опыта;
не все отказы можно выявить по внешним признакам.
С точки зрения физико-технических процессов, положенных в основу методов контроля надежности, методы можно разделить на неразрушающие методы и разрушающие методы контроля надежности.
К неразрушающим методам можно отнести:
1. электрические методы:
- электрической прочности
- измерения проводимости
- измерения поляризации
- диэлетрических потерь
- частичных разрядов и др.
2. неэлектрические методы:
- регистрации акустических колебаний
- анализ спектрального состава ультразвукового сигнала
- рентгеновское излучение
- γ- излучение
- нейтронная адиография
- - радиотехнические СВЧ-методы
- инфракрасная спектроскопия
- излучение потоков тяжелых частиц и др.(вихревых токов)
К разрушающим методам можно отнести
- механическое разрушение
- ударная ионизация электронами или ионами
- разрушение при частичных разрядах
- объемное и поверхностное разрушение полупроводников (микросхем)
- электродиффузия материалов и др.
|
|
|
