Файл: Стандартизация и качество машин учеб. пособие.pdf

Чем больше объем выборки, тем меньше относительная ошибка в замене ц и о их опытными значениями х и s.

Методы математической статистики позволяют _также оценить

абсолютные и относительные ошибки в вычислении х, s, вычислить их допустимые пределы, определить по опытным данным закон рас­ пределения случайной величины и решить целый ряд других задач. Изложение этих методов дано в популярной форме в работах [6; 7].

§ 5. НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Показатели надежности, образующие вторую группу технико­ экономических показателей качества, являются важнейшими пока­ зателями качества изделий машиностроения. В отличие от всех дру­ гих показателей качества показатели надежности тесно связаны с фактором времени и характеризуют способность изделия выпол­ нять заданные функции в рассматриваемый момент или в пределах заданного отрезка времени.

С и с т е м о й в теории надежности называется совокупность действующих элементов, полностью обеспечивающая выполнение определенных практических задач. Системой является, например, автоматическая линия, станок, трактор, электронная вычислитель­ ная машина.

Под э л е м е н т о м понимается часть системы, не имеющая са­ мостоятельного эксплуатационного назначения, но выполняющая в ней определенные функции. Для практического использования его необходимо соединить с другими элементами в определенную си­ стему. К элементам относятся детали машин, крепежные изделия, режущий инструмент, радиолампы и т. д. В некоторых случаях для упрощения целесообразно рассматривать отдельные узлы, блоки и части сложных систем как элементы.

В процессе эксплуатации каждое изделие может находиться в различных состояниях: рабочем и законсервированном, состоянии работы и покоя, в работоспособном и неработоспособном, исправ­ ном и неисправном и т. д. Теория надежности рассматривает сле­ дующие состояния изделия.

И с п р а в н о с т ь — состояние изделия, при котором оно соот­ ветствует всем требованиям технической документации.

Н е и с п р а в н о с т ь — состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.-

Р а б о т о с п о с о б н о с т ь — состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, уста­ новленными требованиями технической документации.

Отличие между понятиями «исправность» и «работоспособность» состоит в том, что изделие может быть неисправно, но работоспособ­ но. Однако неработоспособное изделие никогда не может быть

38

исправным. Например, царапина на кузове автомобиля не нарушает его работоспособности, но свидетельствует о неисправном состоя­ нии. В то же время, если в автомобиле не работает тормозное устройство, то такое изделие неработоспособно и неисправно.

О т к а з — событие, заключающееся в нарушении работоспособ­ ности. Признаки (критерии) отказов рекомендуется оговаривать в технической документации на изделия данного типа. В изделиях отказы могут проявляться в виде поломок, потери точности, износа, заклинивания, сбоя, снижения к. п. д. и других отступлений от тре­ бований технической документации.

Все отказы подразделяются на два больших класса: постепенные и внезапные.

П о с т е п е н н ы м о т к а з о м называется выход параметров изделия за границы допуска, обусловленный постепенным ухудше­ нием этих параметров в процессе эксплуатации или хранения. По­ степенные отказы вызываются накоплением износовых, коррозион­ ных и других видов разрушений. Время наступления постепенного отказа можно прогнозировать. К числу постепенных отказов отно­ сятся отказы, характеризуемые потерей точности станка, снижением

изделия из строя, который не мог быть предсказан по изменению ве­ личины параметров во времени. Внезапные отказы обусловлены в основном дефектами конструкции, технологии, нарушением нормаль­ ных условий и режимов эксплуатации. К числу внезапных отказов могут относиться, например, отказы, обусловленные поломкой дета­ ли при случайной перегрузке, проколом шины автомобиля, перего­ ранием элемента электрической цепи.

Н а д е ж н о с т ь — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Под наработкой понимается продолжительность работы изделия

вединицах времени или объем выполненной им работы, измеряемый

вкилометрах, гектарах, циклах и других принятых единицах изме­ рения. Различают «наработку до первого отказа», «наработку между отказами», «суточную наработку» и другие виды нара­ ботки.

собность в течение заданной наработки без вынужденных переры­ вов. Это свойство особенно важно для неремонтируемых изделий и изделий, отказы которых приводят к большим экономическим по­ терям или угрожают безопасности человека: гидротурбины, косми­ ческие корабли, радио- и электролампы, строительные конструкции и другие изделия и элементы.

29

Д о л г о в е ч н о с т ь — свойство изделия сохранять работоспо­ собность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

Предельное состояние определяется физической невозможно­ стью дальнейшей эксплуатации изделия либо недопустимым сниже­ нием эффективности, либо требованиями безопасности и оговари­ вается в технической документации.

Долговечность — свойство наиболее важное для машин, прибо­ ров и оборудования общепромышленного применения, которые в большинстве случаев относятся к категории ремонтируемых. От та­ ких машин требуется, чтобы они обеспечивали выполнение своих функций в течение сравнительно продолжительного времени. При этом не исключается возможность простоя оборудования для прове­ дения технического обслуживания или ремонта. К числу таких из­ делий относятся тракторы, автомобили, станки, электродвигатели и многие другие.

Р е м о н т о п р и г о д н о с т ь — свойство изделия, заключаю­ щееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения техниче­ ского обслуживания и ремонтов. Под устранением отказов подразу­ мевается восстановление работоспособности. Это свойство преду­ сматривает, что ремонтируемые изделия должны иметь такие кон­ структивные решения, которые позволяли бы быстро обнаруживать отказы н производить восстановление или замену отказавших эле­ ментов. Так, электронно-вычислительные машины с целью повыше­ ния их ремонтоспособности стали конструировать в виде отдельных блоков. В результате отпала необходимость отыскания отказа от­ дельного элемента (лампы, сопротивления или конденсатора), что являлось очень трудоемкой операцией. В современных машинах предусмотрено такое конструктивное исполнение, при котором быст­ ро отыскивается и легко заменяется блок, если в нем отказал один из элементов. Поиск неисправного блока автоматизирован, машина сама сигнализирует о месте отказа.

Ремонтопригодность является одним из основных свойств для

ные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного в технической документации. Этим свойством должно гарантироваться, что изделие как в про­ цессе, так и после определенного времени хранения будет работо­ способно. Это требование особенно важно для тех видов продукции, для которых предусматривается, например, сезонная эксплуатация (большинство сельскохозяйственных машин) или которые вступают в эксплуатацию в особых условиях (противопожарная техника, средства сигнализации, оборонная техника и т. д.).

Из сказанного не следует, что изделия можно классифицировать по тем свойствам надежности, которым они должны удовлетворять. Для большинства изделий одинаково важными бывают несколько

40

свойств, например, долговечность и ремонтопригодность, безотказ­ ность, сохраняемость и ремонтопригодность.

Показатели надежности и методы их оценки. Все показатели надежности носят случайный характер и поэтому для их определе­ ния необходимо использовать методы теории вероятностей, матема­ тической статистики и теории случайных функций.

Надежность изделий и технических систем характеризуется це­ лым рядом показателей, которые могут быть как единичными, ха­ рактеризующими количественно одно из четырех свойств надежно­

основную роль в обеспечении работоспособности системы. Можно говорить, например, о показателях, характеризующих надежность автоматизированной системы управления производством (АСУП), о показателях надежности единой системы технологической под­ готовки производства (ЕСТПП), а также о показателях надежности машины и даже детали. Немаловажную роль в обеспечении надеж­ ности систем играют организационные факторы, выполнение кото­ рых целиком зависит от целенаправленной деятельности админист­ ративно-хозяйственного аппарата и технических служб, а также от деятельности человека-оператора. В дальнейшем изложении мы не будем специально делать подразделения показателей на показа­ тели надежности изделий и систем. Во всех случаях, говоря о пока­ зателях надежности изделий, будем считать, что они распростра­ няются на показатели надежности технических систем.

Показатели надежности могут выражаться в единицах нарабо­ ток, в календарной продолжительности эксплуатации, в вероятно­ стях или в виде отдельных коэффициентов (безразмерных или отно­ сительных) .

Прежде чем характеризовать показатели надежности и давать примеры их расчета, необходимо остановиться на основных законах распределения случайных величин, которым подчиняются наработ­ ки, сроки службы и другие временные параметры. Нормальному закону могут подчиняться наработки изделий, у которых причиной

-где ц — математическое ожидание случайной величины; о — ее среднее квадратическое отклонение;

t — наработка.

График функции имеет вид, представленный на рис. 3, где в ка* честве переменной х откладывают время 1

41