Основы теории надежности

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

конспект  лекций

 по курсу:  
«Основы теории надежности»

для студентов  специальности 

190702 «Организация  
и безопасность движения» 
 
 
 

 

ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ.

НАДЕЖНОСТЬ  ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

     

Введение

 

     Настоящая дисциплина «Основы теории надежности», изучаемая студентами специальности 190702 – Организация и безопасность движения, представляет собой учебную дисциплину, направленную на изучение основ теории надежности изделий и систем машиностроения применительно к таким изделиям как автотранспортные средства, их механизмам, агрегатам, функциональным системам и деталям.

    Продолжением  изучаемой дисциплины выступает дисциплина ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ И ДИАГНОСТИКИ, которая направлена на углубление знаний по надежности и на изучение технической диагностики объектов и систем сервиса, в данной специализации такими объектами и системами являются автомобиль, автомобильные материалы и запасные части, системы автомобиля.

 

     Основные  понятия надежности объекта

 

    Надежность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения эксплуатационных параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях использования, технического обслуживания и ремонта, хранения и транспортировки.

    Под объектом может пониматься деталь, сборочная единица, например автомобиль, его агрегат или иная сборочная единица, комплекс, комплект, система машин, техническая система, информационно-управляющая система и т. д. Во всех случаях, когда нет необходимости конкретизировать предмет исследования, говорят об объекте и о надежности объекта. Если же изучается или рассматривается задача, специфичная только для определенного вида изделий, то говорят о надежности детали, о надежности автомобиля, о надежности человека-оператора, о надежности системы электроснабжения и т.д.

    К «эксплуатационным» относятся параметры, которые могут изменяться в процессе эксплуатации и на которые в нормативно-технической документации (НТД) заданы допускаемые пределы их изменения, например производительность, скорость, расход электроэнергии и т. п.

    С позиции надежности изделие может  находиться в следующих состояниях:

• исправном или неисправном,
• работоспособном или неработоспособном,
• непредельном или предельном.

    Исправное состояние — это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным НТД. Если же хотя бы, по одному из требований изделие не соответствует НДТ, то считается, что оно находится в неисправном состоянии.

    Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправности объекта. Следствием проявления повреждения является дефект.

    Термин  «дефект» связан с термином «неисправность», но не является его синонимом. Находясь в неисправном состоянии изделие имеет один или несколько дефектов. Термин «дефект» применяют для указания на конкретную неисправность изделия при контроле качества продукции на стадии изготовлении, а также при ремонте, например при составлении ведомостей дефектов, и контроле качества отремонтированной продукции.

       В отличие от термина «дефект», термин «неисправность» распространяется не на всякую продукцию, в том числе не на всякие изделия. Например, не называют неисправностями недопустимые отклонения показателей качества материалов, топлива, химических продуктов, изделий пищевой промышленности и т.п.

    Работоспособное состояние — состояние объекта, при котором он способен выполнять (или выполняет) заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных технической документацией.

    Состояние объекта, при котором  значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным НТД, называется неработоспособным.

    Понятие «исправное состояние» шире, чем понятие «работоспособное состояние». Работоспособный объект, в отличие от исправного объекта, удовлетворяет лишь тем требованиям НТД, которые обеспечивают его нормальное функционирование при выполнении заданных функций. При этом он может не удовлетворять, например, требованиям, относящимся к внешнему виду изделий. Работоспособный объект может быть неисправным, однако его повреждения при этом не настолько существенны, чтобы могли препятствовать функционированию объекта.

     Соотношение между состояниями «исправный объект»  и «работоспособный объект» хорошо иллюстрирует диаграмма изменения какого-либо функционального или структурного параметра изделия

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Предельное  состояние определяется:

• физической невозможностью восстановления работоспособности;
• экономической нецелесообразностью восстановления работоспособности;
• недопустимым снижением эффективности эксплуатации (моральный износ);
• требованиями безопасности (в этом случае наступление предельного состояния оговаривается в НТД).

    Различают следующие возможные сочетания  состояний изделия:

• исправное, работоспособное, непредельное;
• исправное, работоспособное, предельное;
• неисправное, работоспособное, непредельное;
• неисправное, неработоспособное, непредельное;
• неисправное, неработоспособное, предельное.

    Изделие переходит в неработоспособное  состояние в результате отказа.

    Отказ - событие, после которого функционирование изделия прекращается (перегорание электрической лампочки, поломка коленчатого вала автомобиля, разрыв трубопровода и т. п.) или хотя бы один из эксплуатационных параметров выходит за границы допуска (например, снижение коэффициента полезного действия ниже установленного уровня, увеличение расхода горючего на 1 км пробега и т. п.).

    Отказ может возникнуть в результате наличия  в изделии одного или нескольких дефектов, но появление дефектов не всегда означают, что возник отказ, т.е., изделие стало неработоспособным. Например, нарушение сплошного слоя лакокрасочного покрытия - дефект, но этот дефект может привести к отказу изделия при его эксплуатации только из-за коррозионного разрушения поверхности, которое наступает через достаточно длительный период времени с момента появления данного дефекта.

    В зависимости от признаков отказы объектов – товаров длительного  пользования, классифицируются следующим  образом (табл. 1):

 
 

    Таблица 1. Классификация отказов

 

    Внезапными  являются отказы, характеризующиеся скачкообразным изменением одного или нескольких заданных параметров объекта, которые до момента наступления отказа находились на неизменном уровне. Сюда относятся отказы, обусловленные перегоранием электрических или электронных ламп, перегоранием спиралей нагревательных приборов, усталостным разрушением деталей и т.п. Чаще всего к внезапным отказам приводит нарушение правил эксплуатации техники или непредусмотренные техническими характеристиками значительные нагрузки на конструкцию объекта (включение электроприборов в сеть более высокого напряжения, механические поломки из-за неправильного использования, непредусмотренных нагрузок или попадания в зубчатые зацепления инородных предметов, повреждения изоляции и др.).

    К постепенным относятся отказы, характеризующиеся постепенным изменением одного или нескольких заданных параметров объекта до момента наступления отказа. Постепенные отказы обусловлены износом деталей, коррозией, старением конструкционных материалов. Типичными постепенными отказами являются, например, недопустимое увеличение зазора в сопряжении, повышение контактного сопротивления в реле из-за коррозии материала, снижение КПД ниже установленных границ, снижение производительности, мощности, скорости и других параметров за границы, установленные в НТД.

    К полным относятся отказы, после возникновения которых использование объекта по назначению невозможно (для восстанавливаемых изделий – до проведения восстановления). К частичным относятся отказы, после возникновения, которых изделие может быть использовано по назначению, но с меньшей эффективностью или когда вне допустимых пределов находятся значения не всех, а одного или нескольких основных параметров.

    К независимым относятся отказы элемента изделия, не обусловленные повреждением или отказами другого элементов изделия, к зависимым - отказы элемента изделия, обусловленные повреждением или отказом другого элемента объекта.

    Устойчивые  отказы можно устранить только путем восстановления (ремонта). Если отказы устраняются без операции восстановления путем регулирования или саморегулирования, то такие отказы относятся к самоустраняющимся. Самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособности, называется сбоем. Сбой, как правило, возможен в работе электрических или электронных схем машин. Многократно возникающие сбои одного и того же характера называются перемежающимися отказами.

    К очевидным (явным) относятся такие отказы, наступление которых приводит к отказу функционирования изделия и которые обнаруживаются без проведения специальных исследований. К скрытым (неявным) относятся отказы, для обнаружения которых требуется проведение специальных исследований, и момент наступления которых может не совпадать с моментом наступления отказа изделия. Например, нарушение герметичности прокладки головки блока цилиндров двигателя, приводящее к перегреву двигателя, — скрытый отказ системы охлаждения, так как он может быть не обнаружен в момент появления.

    К конструктивным относятся отказы, возникающие в результате нарушения установленных правил и норм конструирования. Если причиной отказа является нарушение установленного процесса изготовления или ремонта, то отказ является производственным. Отказы, возникающие в результате нарушения установленных правил и условий эксплуатации, называются эксплуатационными.

    К искусственным относятся отказы, которые вызываются преднамеренно, например, с исследовательскими целями, с целью необходимости прекращения функционирования и т. п. Отказы, которые происходят без преднамеренной организации их наступления в результате направленных действий человека (или автоматических устройств), относятся к категории естественных отказов.