Надійність
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Надійність

Надійність виробу, властивість виробу зберігати значення встановлених параметрів функціонування в певних межах, відповідних заданим режимам і умовам використання, технічного обслуговування, зберігання і транспортування. Н. — комплексна властивість, яка залежно від призначення виробу і умов його експлуатації може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і сохраняємость окремо або певне поєднання цих властивостей як виробу в цілому, так і його частин. Основне поняття, використовуване в теорії надійності, — поняття відмови, тобто втрати працездатності, що настає або раптово, або поступово. Працездатність — такий стан виробу, при якому воно відповідає всім вимогам, що пред'являються до його основних параметрів. До основних параметрів вироби належать: швидкодія, характеристика навантаження, стійкість, точність виконання виробничих операцій і т.д. Разом з іншими показниками (маса, габарити, зручність в обслуговуванні і ін.) вони складають комплекс показників якості виробу. Показники якості можуть змінюватися з часом. Зміна їх, що перевищує допустимі значення, приводить до виникнення стану відмови (часткової або повної відмови виробу). Показники Н. не можна протиставляти іншим показникам якості: без врахування Н. всі інші показники якості виробу втрачають свій сенс, так само і показники Н. стають повноцінними показниками якості лише у поєднанні з ін. характеристиками вироби. Поняття «Н. вироби» давно використовується в інженерній практиці. Будь-які технічні пристрої — машини, інструменти або пристосування — завжди виготовлялися з розрахунку на деякий достатній для практичних цілей період використання. Проте довгий час Н. не вимірювалася кількісно, що значно утрудняло її об'єктивну оцінку. Для оцінки Н. використовувалися такі поняття, як висока Н., низька Н. і ін. якісні визначення. Встановлення кількісних показників Н. і способів їх виміру і розрахунку поклало початок науковим методам в дослідженні Н. На перших етапах розвитку теорії Н. основна увага зосереджувалася на зборі і обробці статистичних даних про відмови виробів. У оцінці Н. переважав характер констатації міри Н. на підставі цих статистичних даних. Розвиток теорії Н. супроводилося вдосконаленням імовірнісних методів дослідження, якось: визначення законів розподілу напрацювання до відмови, розробка методів розрахунку і випробувань виробів з врахуванням випадкового характеру відмов і т.п. В той же час виникали нові напрями досліджень: пошук принципово нових способів підвищення Н., прогнозування відмов і прогнозування Н., аналіз физико-хімічних процесів, що роблять вплив на Н., встановлення кількісних зв'язків між характеристиками цих процесів і показниками Н., вдосконалення методів розрахунку Н. виробів, що володіють усе більш складною структурою, з врахуванням все більшого числа чинників, що діють (достовірність вихідних даних, контроль і профілактика, умови роботи і обслуговування і т.д.). Випробування на Н. удосконалювалися головним чином у напрямі проведення прискорених і неруйнівних випробувань. Поряд з вдосконаленням натурних випробувань широкого поширення набули математичне моделювання і поєднання натурних випробувань з моделюванням. В результаті до 50-м-коду рр. 20 ст сформувалися основи загальної теорії Н. і її приватних напрямів по окремих видах техніки.

загрузка...

  складність технічних пристроїв, що Збільшується; зростаюча відповідальність функцій, які виконують технічні пристрої; підвищення вимог до якості виробів і умов їх роботи; збільшена роль автоматизації, яка скорочує можливість безперервного спостереження за станом пристрою — основні чинники, що визначили головне напряму в розвитку науки о Н. Технічні засоби і умови їх роботи стають усе більш складними. Кількість елементів в окремих видах пристроїв обчислюється сотнями тисяч. Якщо не приймати спеціальних заходів по забезпеченню Н., то будь-який сучасний складний пристрій практично буде непрацездатним. Так, наприклад, в сучасній ЕОМ(електронна обчислювальна машина) середньої продуктивності за 1 сік відбувається близько 5 млн. змін станів в результаті перемикань її двійкових елементів, число яких досягає декількох десятків тис. За 5 ч безперервної роботи ЕОМ(електронна обчислювальна машина), потрібних на рішення типової задачі, відбувається зверху 10 12 —10 14 змін станів машини. Вірогідність виникнення хоч би однієї відмови при цьому стає чималою, а отже, необхідні спеціальні заходи, що забезпечують працездатність ЕОМ(електронна обчислювальна машина).

  Технічним засобам відводять усе більш відповідальні функції на виробництві і у сфері управління. Відмова технічного пристрою частенько може привести до катастрофічних наслідків. Н. у епоху науково-технічної революції стала найважливішою проблемою.

  Кількісні показники надійності . Н. виробів визначається набором показників; для кожного з типів виробів існують рекомендації по вибору показників Н. Для оцінки Н. виробів, які можуть знаходитися в двох можливих станах, — працездатному і відмові, застосовуються наступні показники: середній час праці до виникнення відмови Т ср напрацювання до першої відмови; середній час роботи, що доводиться на одну відмову, Т — напрацювання на відмову ; інтенсивність відмов l( t ); параметр потоку відмов w( t ); середній час відновлення працездатного стану t в ; вірогідність безвідмовної роботи за час t [Р ( t )]; готовності коефіцієнт K r .

  Закон розподілу напрацювання повністю визначає кількісні показники Н. невідновних виробів. Закон розподілу записується або в диференціальній формі щільності вірогідності f ( t ), або в інтегральній формі F ( t ). Існують наступні співвідношення між показниками Н. і законом розподілу:

  Для відновлюваних виробів вірогідність появи n відмов за час t в разі простого потоку відмов визначається законом Пуассона:

  З нього виходить, що вірогідність відсутності відмов за час t рівна Р ( t ) = exp(-l t ) (експоненціальний закон надійності).

  Технічні системи, що складаються з конструктивно незалежних вузлів, володіють здатністю перебудовувати свою структуру для збереження працездатності при відмові окремих частин, в теорії Н. прийнято називати складними технічними системами (на відміну від складних кібернетичних систем, називаються також великими системами ). Число працездатних стані таких систем — два і більш. Кожен з працездатних станів характеризується своєю ефективністю роботи, яка може вимірюватися продуктивністю, вірогідністю виконання поставленого завдання і т.д. Показником Н. складної системи може бути сумарна вірогідність працездатності системи — сума вірогідності всіх працездатних станів системи.

  Способи визначення кількісних показників надійності. Показники Н. визначаються з розрахунків, проведенням випробувань і обробкою результатів (статистичних даних) експлуатації виробів, моделюванням на ЕОМ(електронна обчислювальна машина), а також в результаті аналізу физико-хімічних процесів, обумовлюючих Н. вироби. Розрахунки Н. засновані на тому, що при певній структурі виробу і наявному законі розподілу напрацювання повністю виробів цього типа існують сповна певні залежності між показниками Н. окремих елементів і Н. вироби в цілому. Для встановлення таких залежностей використовуються наступні прийоми: рішення рівнянні, складених на підставі структурної схеми Н. (використання послідовно-паралельних структур) або на підставі логічних зв'язків між станами виробу (використання алгебра логіки ); вирішення диференціальних рівнянь що описують процес переходу виробу з одного стану в інших (використання графів станів); складання функцій, що описують стани складного виробу. Розрахунки Н. виробляються головним чином на етапі проектування виробів з метою прогнозування для даного варіанту виробу очікуваної Н. Ето дозволяє вибрати найбільш відповідний варіант конструкції і методи забезпечення Н., виявити «слабкі місця», обгрунтовано призначити робочі режими, форму і порядок обслуговування вироби.

  Випробування на Н. виробляються на етапах розробки дослідного зразка і серійного виробництва виробу. Існують випробування на Н. визначальні, в результаті яких визначають показники Н.; контрольні, такі, що мають на меті контроль якості технологічного процесу, що забезпечує з деяким ризиком Н. не нижче заданою; прискорені, в ході яких використовують чинники, прискорюючі процес виникнення відмов; неруйнівні, засновані на вживанні методів дефектоскопії і інтроскопії, а також на вивченні непрямих ознак (шумів, теплових випромінювань і т.п.), супутніх виникненню відмов.

  Моделювання на ЕОМ(електронна обчислювальна машина) є найбільш ефективним засобом аналізу Н. складних систем. Широко поширені два алгоритму моделювання: перший, заснований на моделюванні фізичних процесів, що відбуваються в досліджуваному об'єкті (оцінка Н. при цьому визначається по числу виходів параметрів об'єкту за межі допуску); другий, заснований на вирішенні систем рівнянь, що описують стани досліджуваного об'єкту.

  Аналіз физико-хімічних процесів також дозволяє отримати оцінку Н. досліджуваного виробу, т.к. часто удається встановити залежність Н. від стану і характеру протікання физико-хімічних процесів (співвідношення показників міцності і навантаження, зносостійкість, наявність домішок в матеріалах, зміна електричних і магнітних характеристик, шумові ефекти і т.д.). Найчастіше аналіз физико-хімічних процесів застосовується при оцінці Н. елементів радіоелектронної апаратури.

  Способи підвищення надійності . На стадії розробки виробів: використання нових матеріалів, що володіють покращуваними физико-хімічними характеристиками, і нових елементів, що володіють підвищеною Н. в порівнянні з тими, що застосовувалися раніше; принципово нові конструктивні рішення, наприклад заміна електровакуумних ламп напівпровідниковими приладами, а потім інтегральними схемами; резервування, у тому числі апаратурне (поелементне), тимчасове і інформаційне; розробка перешкодозахищених програм і перешкодозахищеного кодування інформації; вибір оптимальних робочих режимів і найбільш ефективного захисту від несприятливих внутрішніх і зовнішніх дій; вживання ефективного контролю, що дозволяє не лише констатувати технічний стан виробу (простий контроль) і встановлювати причини виникнення стану (діагностичний контроль) відмови, але і передбачати майбутній стан виробу, з тим щоб запобігати виникнення відмов (прогнозуючий контроль).

  В процесі виробництва: використання прогресивної технології обробки матеріалів і прогресивних методів з'єднання деталей; вживання ефективних методів контролю (у тому числі автоматизованого і статистичного) якості технологічних операцій і якості виробів; розробка раціональних способів тренування виробів, що виявляють приховані виробничі дефекти; випробування на надійність що виключають приймання ненадійних виробів.

  Під час експлуатації: забезпечення заданих умов і режимів роботи; проведення профілактичних робіт і забезпечення виробів запасними деталями, вузлами і елементами, інструментом і матеріалами; діагностичний контроль, застережливий про виникнення відмов.

  В ході розвитку техніки виникають нові аспекти проблеми забезпечення Н. Так, наприклад, впровадження великих інтегральних схем вимагає принципово нових методів розрахунку їх Н., вживання систем автоматизованого контролю приводить до необхідності обліку його впливу на показники Н. і т.д. Наука о Н. виникла на стику ряду наукових дисциплін, а саме: теорії вірогідності і випадкових процесів, математичної логіки, термодинаміки, технічної діагностики і ін., розвиток яких взаємозв'язано і знаходить своє віддзеркалення в розвитку теорії Н. Основноє напрям розвитку науки о Н. визначається загальною тенденцією технічного розвитку в різних галузях народного господарства і завданнями народно-господарських планів країни. До найбільш актуальних питань теорії Н. відносяться оцінка і забезпечення Н. складних кібернетичних систем. Проблема Н. є «вічною» проблемою, т.к. она всякий раз виникає в новому формулюванні на кожному новому етапі розвитку техніки.

  Літ.: Шор Я. Б., Статистичні методи аналізу і контролю якості і надійності, М., 1962; Берг А. І., Кібернетика і надійність, М., 1964; Гнеденко Б. Ст, Беляєв Ю. До., Солов'їв А. Д., Математичні методи в теорії надійності, М., 1965; Сотськов Би. С., Основи теорії і розрахунку надійності елементів і пристроїв автоматики і обчислювальної техніки, М., 1970; Бруєвіч Н. Р., Кількісні оцінки надійності виробів, в збірці: Основні питання теорії і практики надійності, М., 1971; Ллойд Д. і Ліпов М., Надійність пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1964; Базовський І., Надійність. Теорія і практика, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1965; Барлоу Р. і Прошан Ф., Математична теорія надійності, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1969.

  Н. Р. Бруєвіч, Т. А. Голінкевіч.