Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

и т. п.), или постепенно. Причинами внезапных отказов часто яв­ ляются скрытые дефекты, перегрузки в эксплуатации и т. п.

Причиной постепенных отказов может быть старение матери­ алов, износ трущихся частей, деформации, возникшие в результа­ те механической нагрузки, или изменения, вызванные действием окружающей среды. Все указанные изменения, развиваясь пос­ тепенно, приводят к ухудшению основных эксплуатационных ха­ рактеристик изделия и отказам.

Показатели, характеризующие качество и надежность машин

Вопросы оценки уровня качества машин возникают на ста­ диях их разработки, производства и эксплуатации. В зависимо­ сти от рассматриваемой стадии изменяется объем информации, используемой для оценки качества, изменяются эталоны качест­ ва и используемые базовые показатели. Методы оценки качест­ ва изделий не зависят от стадии, на которой ведется оценка, за исключением методов оценки качества при помощи индексов, ко­ торые специально предназначены для стадии производства. Тер­ мины и определения основных понятий в области качества про­ дукции приведены в ГОСТе 15467—70.

Необходимость оценки уровня качества машин возникает при решении ряда задач управления качеством: планирования и про­ гнозировании уровня качества и его учета в системе ценообразо­ вания; выборе оптимального варианта при создании новой ма­ шины; разработке нормативно-технической документации на новую машину; контроле качества; моральном и материальном стимулировании работников за повышение качества продукции; изучении динамики качества продукции во времени; обоснова­ нии правил эксплуатации продукции и нормативов запасных ча­ стей; отчетности и информации по качеству продукции.

Выбор номенклатуры показателей качества для оценки уров­ ня качества продукции зависит от цели оценки. При этом ис­ пользуют следующие основные виды показателей качества: по­ казатели назначения, характеризующие полезный эффект от использования продукции по назначению и обусловливающие область ее применения; показатели надежности и долговечнос­ ти, характеризующие свойства надежности и долговечности (из­ делий) в конкретных условиях их использования; показатели технологичности, характеризующие эффективность конструк­ тивно-технологических решений для обеспечения высокой про­ изводительности труда при изготовлении и ремонте продукции; эргономические показатели, характеризующие систему «чело­

в производственных и бытовых процессах; эстетические показа­ тели, характеризующие эстетические свойства продукции (выразительность, оригинальность, гармоничность, целостность, соответствие среде и стилю и др.) ; показатели стандартизации и унификации, характеризующие степень использования в про­ дукции стандартизованных изделий и уровень унификации составных частей изделия; патентно-правовые показатели, ха­ рактеризующие степень латентности изделия в СССР и за рубежом, а также его патентную чистоту; экономические пока­ затели, отражающие затраты на разработку, изготовление и эксплуатацию или потребление продукции, а также экономи­ ческую эффективность эксплуатации.

Экономические показатели представляют собой вид показателей при оценке уровня качества продукции.

При помощи экономических показателей оценивают ремон­ топригодность продукции, ее технологичность, уровень стандар­ тизации и унификации и патентную чистоту. Кроме того, экономические показатели учитываются при составлении инте­ гральных показателей качества продукции.

Приведенная номенклатура показателей качества продукции является укрупненной, так как внутри каждого вида показа­ телей можно выделить группы показателей качества. Например, показатели надежности включают в себя показатели безотказ­ ности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. (ГОСТ 13377—67). Номенклатура и характеристика основных показателей надежности регламентируется ГОСТом 16503—70.

Для количественной оценки показателей надежности техни­ ческих устройств и производственных процессов широко исполь­

Случайную величину можно также определить плотностью распределения:

(21)

Случайные величины, исследуемые теорией надежности, яв­ ляются непрерывными случайными величинами, что обусловли­ вает их определение по формулам (20) или (21). Иногда прихо­ дится сталкиваться и с дискретными случайными величинами, например с количеством отказов ремонтируемого изделия за не­

который конечный период наработки. В таких случаях функции распределения имеют вид

как длительность безотказной работы, может характеризовать вероятность безотказной работы P(t) — вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной нара­ ботки не возникнет отказ изделия. Вероятность безотказной ра­ боты определяется из соотношения

P{t)=*l-F(t). (23)

Длительность безотказной работы может характеризовать интенсивность отказов k(t), т. е. вероятность отказа перемонти­ руемого изделия в единицу времени после данного момента вре­ мени при условии, что отказ до этого момента не возник. Интен­ сивность отказов }.(t) определяется из соотношения

Функции F (t), /»(/), P(t) и f(t) однозначно определяют друг друга.

В качестве количественных характеристик случайных вели­ чин используют математическое ожидание, дисперсию, началь­ ные и центральные моменты, определяемые формулами [65]

т'г = м і г-

тг = м а - т сру,

где ГСр — математическое ожидание случайной величины;

/-= 1 ,2 , ..., я;

М— символ математического ожидания; о2 — дисперсия;

Тг— начальный момент r-го порядка; Тт— центральный момент r-го порядка.

Так как теория надежности изучает положительные случай­ ные величины, то нижний предел интегрирования в общей фор­ муле для математического ожидания всегда равен нулю. В неко­ торых случаях одного только аппарата случайных величин

недостаточно для количественной оценки надежности, поэтому приходится применять методы теории случайных потоков.

Свойства безотказности обычно характеризуются плотностью распределения времени безотказной работы или эквивалентны­ ми ей функциями интегрального закона распределения и интен­ сивностью отказов. Наиболее распространенной характеристи­ кой безотказности является вероятность безотказной работы, так как физическое содержание этого понятия полнее отвечает практическим требованиям. Функции (20), (21), (23) и (24) ха­ рактеризуют случайную величину (время работы до отказа). Поэтому эти функции характеризуют безотказность перемонти­ руемых изделий или ремонтируемых изделий до первого отказа.

Для ремонтируемых изделий время работы до первого отка­ за, между первым и вторым отказами, вторым и третьим и т. д. может иметь различное распределение, что является следствием старения, наличия резервирования, изменения условий эксплуа­ тации.

Рассмотрим следующую модель эксплуатации ремонтируе­ мого изделия [65]. В некоторый момент времени, принятый за начальный, изделие начинает работу и работает до отказа. В мо­ мент отказа изделие мгновенно восстанавливается и вновь ра­ ботает до следующего отказа, и т. д. Моменты отказов форми­ руют поток, называемый потоком отказов. В качестве характе­ ристики потока отказов используют функцию й(/) данного по­ тока (математическое ожидание числа отказов за время t)

где Nt — число отказов за время t.

Математическое ожидание числа отказов за интервал време­

где MNtt,t, — число отказов за интервал t\, t%

Среднее количество отказов ремонтируемого изделия в еди­

эквивалентные ей) и a>(t) дают полное представление о безот­ казности. Однако во многих практически важных случаях пол­ ная функциональная характеристика не требуется, достаточно иметь числовые показатели: Р (/р) — вероятность безотказной работы за время tv\ Гср — средняя наработка до первого отказа; Й(7Р) — среднее значение числа отказов изделия за время на­ работки Тѵ, т. е. наработка изделия до предельного состояния,

ЙГр оговоренного в технических условиях; ----------- наработка на

отказ, т. е. среднее значение наработки ремонтируемого изделия

ние параметра потока отказов.

Предельное состояние изделия определяется физической не­ возможностью его дальнейшей эксплуатации или недопустимым снижением эффективности.

Для изделий, которые не могут ремонтироваться после от­ каза вследствие их конструктивных особенностей (например, элементы и отдельные функциональные узлы, применяемые в машинах, автоматических и радиотехнических устройствах), а также вследствие отсутствия доступа для ремонта (например, аппаратура искусственных спутников и других необслуживае­ мых объектов) или организационных возможностей ремонта, что определено условиями эксплуатации (изделия, эксплуатирую­ щиеся в территориально удаленных от ремонтных баз районах, при отсутствии запасных частей и квалифицированного обслу­ живающего персонала), отказ является предельным состоянием.

Некоторые элементы автоматических систем и машин в про­ цессе работы достигают периода старения, характеризующегося повышенной интенсивностью отказов. Если это приводит к су­ щественному снижению эффективности использования систем, то возникает необходимость в устранении из систем элементов, достигших определенного срока службы. Этот срок будет опре­ делять предельное состояние элементов, которое в данном слу­ чае является характеристикой, общей для всех изделий такого типа.

Длительность эксплуатации ремонтируемого изделия обу­ словлена целесообразностью его ремонта. При эксплуатации изделия может наступить такой момент, когда затраты на его ремонт будут очень большие и, кроме того, он будет сложен, поэтому экономически выгоднее заменить такое изделие новым. Иногда параметр потока отказов изделия значительно увеличи­ вается и производственный ремонт восстанавливает работоспо­ собность изделия не надолго. В обоих случаях имеет место предельное состояние изделия. Необходимо также отметить, что предельное состояние может быть обусловлено моральным уста­ реванием. Достижение предельного состояния изделия не обяза­ тельно означает необходимость замены данного изделия новым. Во многих случаях эффективность ремонтируемых изделий мо­ жет быть достигнута путем различного вида капитальных ремон­ тов. В таких случаях для конкретных изделий вводится понятие долговечность до первого капитального ремонта, до второго и т. д. или долговечность до списания.