Характеристика РЕСІ як об`єкта теорії надійності Основні показники безвідмовності для невідновлювальних

Міністерство освіти Республіки Білорусь

Білоруський державний університет інформатики і

радіоелектроніки

кафедра РЕЗ

РЕФЕРАТ

на тему:

«Характеристика РЕСІ як об'єкта теорії надійності. Основні показники безвідмовності для невідновлювальних об'єктів »

МІНСЬК, 2008

Характеристика РЕСІ як об'єкта теорії надійності

При аналізі та оцінці надійності в радіоелектроніці, конкретні РЕСІ іменуються узагальненим поняттям «об'єкт».

Об'єкт - це предмет певного цільового призначення, що розглядається в періоди проектування, виробництва, експлуатації, вивчення, дослідження та випробувань на надійність. Об'єктами можуть бути як системи, так і окремі РЕСІ та їх елементи.

При розрахунках і аналізі надійності широко використовуються терміни «елемент» і «система». Під елементом розуміється частина складного об'єкта, яка має самостійну характеристику надійності, використовувану при розрахунках і виконує певну функцію приватну в інтересах складного об'єкта, який по відношенню до елементу являє собою систему.

Кожен об'єкт характеризується рядом вихідних якісних параметрів, допустимі значення яких у процесі експлуатації обумовлені в нормативно-технічної (стандарти, технічні умови) та (або) конструкторської документації.

Відповідно до ГОСТ 27.002-89 надійність трактується як властивість об'єкта зберігати в часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції в заданих режимах і умовах застосування, технічного обслуговування, ремонту, зберігання і транспортування.

З позицій надійності об'єкт може бути у таких технічних станах:

• справний;

• несправне;

• працездатне;

• непрацездатний;

• граничне.

Справний стан. Стан об'єкта, при якому він відповідає всім вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації.

Несправний стан. Стан об'єкта, при якому він не відповідає хоча б одній з вимог нормативно-технічної і (або) конструкторської документації.

Працездатний стан. Стан об'єкта, при якому значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації.

Неробочий стан. Стан об'єкта, при якому значення хоча б одного параметра, що характеризує здатність виконувати задані функції, не відповідає вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації.

Граничний стан. Стан об'єкта, при якому його подальша експлуатація неприпустима чи недоцільна, або відновлення його працездатного стану неможливе або недоцільно.

Для складних об'єктів можлива наявність кількох працездатних станів, що відрізняються рівнем ефективності застосування об'єкта. Можливо також наявність кількох непрацездатних станів, при цьому з усього безлічі непрацездатних станів виділяють частково непрацездатні стану, за яких об'єкт здатний частково виконувати необхідні функції.

Поняття "справний стан" є більш «жорстким» по відношенню до обсягу вимог, що пред'являються до об'єкта, ніж поняття «працездатний стан» (малюнок 1). Справний об'єкт завжди працездатний. Працездатний об'єкт, на відміну від справного, задовольняє не всім вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації, а лише тим, які забезпечують його нормальне функціонування. При цьому він може не задовольняти, наприклад, вимогами, які належать до його зовнішнього вигляду. Працездатний об'єкт може бути несправним, проте, його пошкодження при цьому не настільки істотні, щоб вони могли перешкоджати функціонуванню об'єкту.

Малюнок 1 - Співвідношення понять «справний стан», «працездатний стан».

Перехід об'єкта з одного вищого технічного стану у нижчестоящих зазвичай відбувається внаслідок подій: пошкоджень або відмов. Сукупність фактичних станів об'єкта і виникаючих подій, які сприяють переходу в новий стан, охоплює так званий життєвий цикл об'єкта, який протікає в часі і має певні закономірності, що вивчаються в теорії надійності.

Пошкодження - подія, що полягає у порушенні справного стану об'єкта при збереженні працездатного стану.

Відмова - це подія, що полягає у порушенні працездатного стану об'єкта.

Перехід об'єкта з справного стану в несправний не пов'язаний з відмовою

Як правило, теорія надійності розглядає об'єкт з точки зору ймовірності виникнення відмови, тому необхідно дати класифікацію відмов.

Таблиця 1 - Класифікація відмов

Поступові (ізносние) відмови виникають в результаті поступового протікання того чи іншого процесу пошкодження, прогресивно погіршує вихідні параметри об'єкту.

Раптові відмови виникають в результаті поєднання несприятливих факторів і випадкових зовнішніх впливів, що перевищують можливості об'єкта до їх сприйняття. Раптові відмови характеризуються стрибкоподібним характером переходу об'єкта з працездатно в недієздатний стан.

Складний відмову включає особливості двох попередніх відмов.

До повних відмов відносяться відмови, після яких використання об'єкта за призначенням неможливо (для відновлюваних об'єктів-неможливо до проведення відновлення).

Часткові відмови - відмови, після виникнення яких об'єкт може бути використаний за призначенням, але з меншою ефективністю або коли поза допустимих меж знаходяться значення не всіх, а одного або декількох вихідних параметрів.

Незалежний відмова - відмова, не обумовлений іншими відмовами або ушкодженнями об'єкта.

Залежний відмова - відмова, обумовлений іншими відмовами або ушкодженнями об'єкта.

Стійкі відмови - відмови, які можна усунути тільки шляхом відновлення (ремонту).

Відмови, які усуваються без операцій відновлення шляхом регулювання або саморегулювання, відносяться до самоусувається.

Збій - самоусувається відмову або одноразовий відмову, усуває незначним втручанням оператора.

Перемежовується відмову - багаторазово виникає самоусуваються відмова одного і того ж характеру.

Явна відмова - відмова, що виявляється візуально чи штатними методами і засобами контролю і діагностування при підготовці об'єкту до застосування або в процесі його застосування за призначенням.

Прихований відмова - відмова, не виявляється візуально чи штатними методами і засобами контролю і діагностування, але виявляється при проведенні технічного обслуговування або спеціальними методами діагностики.

Більшість параметричних відмов відносяться до категорії прихованих.

Конструктивний відмова - відмова, що виник через причину, пов'язану з недосконалістю чи порушенням встановлених правил і (або) норм проектування і конструювання.

Виробничий відмова - відмова, що виник через причину, пов'язану з недосконалістю чи порушенням встановленого процесу виготовлення чи ремонту, що здійснюється на ремонтному підприємстві.

Експлуатаційний відмова - відмова, що виник через причину, пов'язану з порушенням встановлених правил і (або) умов експлуатації.

Деградаційний відмова - відмова, обумовлене природним процесом старіння, зношування, корозії і втоми при дотриманні усіх встановлених правил і (або) норм проектування, виготовлення і експлуатації.

Штучні відмови викликаються навмисно, наприклад, з дослідницькими цілями, з метою необхідності припинення функціонування і т.п.

Відмови, що відбуваються без навмисної організації їх настання в результаті спрямованих дій людини (або автоматичних пристроїв), відносять до категорії природних відмов.

Для правильної оцінки відмови вводять поняття критерію відмови.

Критерій відмови - ознака чи сукупність ознак непрацездатного стану об'єкта, встановлених у нормативно-технічної і (або) конструкторської документації.

Типові критерії відмов:

• припинення виконання об'єктом заданих функцій (відмова функціонування); зниження якості функціонування по одному або декільком з вихідних параметрів (продуктивність, потужність, точність та інших) за межі допустимого рівня;

• спотворення інформації на виході об'єктів, що мають у своєму складі ЕОМ або інші пристрої дискретної техніки з-за збоїв;

• зовнішні прояви, пов'язані з настанням або передумовами настання непрацездатного стану (шум, вібрації, перегрів та ін.)

У ГОСТ 15467-79 введено ще одне поняття, що відображає стан об'єкту - дефект. Дефектом називається кожне окреме невідповідність об'єкта встановленим нормам або вимогам. Дефект відображає стан відмінний від відмови. Відповідно до визначення відмови, як події, що полягає в порушенні працездатності, передбачається, що до появи відмови об'єкт був працездатний. Відмова може бути наслідком розвитку неліквідованих ушкоджень або наявності дефектів: подряпин; потертості ізоляції; невеликих деформацій.

За ознакою стадії походження дефекти можна розділити на три групи:

1. Дефекти (помилки) проектування. Сюди можна віднести:

• недостатню віброзащіщенность РЕСІ;

• наявність підвищених напруг на ЕРЕ;

• неправильний вибір матеріалів;

• неправильне визначення передбачуваного рівня експлуатаційних навантажень.

2. Дефекти виготовлення (виробничі). До них можна віднести:

• дефекти ЕРЕ;

• дефекти механічної обробки;

• дефекти пайки;

• дефекти термообробки;

• дефекти збірки.

3. Дефекти експлуатації. Сюди можна віднести:

• порушення умов застосування;

• неправильне технічне обслуговування та ремонт;

• наявність перевантажень і непередбачених навантажень;

• застосування неякісних експлуатаційних матеріалів.

З огляду на все вищесказане можна дати більш узагальнену характеристику надійності.

Надійність - складне узагальнене властивість, що у залежності від призначення об'єкта та умов його застосування може включати в себе безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, збереженість чи певні поєднання цих приватних властивостей, які охоплюються поняттям «надійність».

Безвідмовність - властивість об'єкта безупинно зберігати працездатний стан протягом деякого часу або напрацювання.

Під напрацюванням розуміється тривалість або обсяг роботи об'єкта. Розмірність напрацювання визначається видом об'єкта та особливостями його застосування, наприклад, напрацювання двигуна вимірюється в мотогодинах, автомобіля - у кілометрах пробігу, верстата-автомата - кількістю оброблених деталей, реле - кількістю циклів спрацьовування і т. п. Напрацювання може визначатися до відмови, між відмовами , до настання граничного стану або до деякого фіксованого моменту часу.

Довговічність - властивість об'єкта зберігати працездатний стан до настання граничного стану при встановленій системі технічного обслуговування і ремонту.

Основна відмінність понять «безвідмовність» і «довговічність» полягає в тому, що поняття «безвідмовність» передбачає як би самостійну роботу об'єкта без будь-якого втручання ззовні для підтримки його працездатності. Поняття «довговічність» передбачає розгляд працездатності об'єкта за весь період його експлуатації і враховує, що тривала робота об'єкта (особливо складного) неможлива без проведення заходів з підтримки і відновлення його працездатності, утрачиваемой в процесі експлуатації.

Ремонтопридатність - властивість об'єкта, що полягає в його пристосованості до підтримання та відновлення працездатного стану шляхом технічного обслуговування і ремонту. Ремонтопридатність об'єкта характеризується оперативної тривалістю (трудомісткістю) операцій виявлення відмови, пошуку його причин і усунення причин і наслідків відмови.

Збереженість - властивість об'єкта зберігати в заданих межах значення параметрів, що характеризують здатність об'єкта виконувати необхідні функції, протягом і після зберігання та (або) транспортування. Це властивість особливо важливо для об'єктів, для яких передбачена сезонна експлуатація або які застосовують за призначенням в аварійних або особливих. Номенклатура і класифікація показників надійності. Характеристика основних показників надійності та їх статистичне визначення.

Номенклатура і класифікація показників надійності

Характеристика основних показників надійності та їх статистичне визначення

Показник надійності - кількісна характеристика однієї або кількох властивостей, які складають надійність об'єкта.

Ці показники дозволяють проводити розрахунково-аналітичну оцінку кількісних характеристик окремих властивостей при виборі різних схемних і конструктивних варіантів об'єктів при їх розробці, випробуваннях і в умовах експлуатації.

Під номенклатурою показників надійності розуміють склад показників, необхідний і достатній для характеристики об'єкта або рішення поставленої задачі. Повний склад номенклатури показників надійності, з якої вибираються показники для конкретного об'єкта і розв'язуваної задачі, встановлений ГОСТ 27.002-89.

Показники надійності прийнято класифікувати за такими ознаками:

1. За властивостями надійності розрізняють:

• показники безвідмовності;

• показники довговічності;

• показники ремонтопридатності;

• показники зберігання.

2. За кількістю властивостей надійності, характеризуються показником, розрізняють:

• одиничні показники (характеризують одне з властивостей надійності);

• комплексні показники (характеризують одночасно кілька властивостей надійності, наприклад, безвідмовність і ремонтопридатність).

3. За кількістю характеризуються об'єктів розрізняють:

• групові показники;

• індивідуальні показники;

• змішані показники.

Групові показники - показники, які можуть бути визначені і встановлені тільки для сукупності об'єктів; рівень надійності окремого екземпляра об'єкту вони не регламентують.

Індивідуальні показники - показники, що встановлюють норму надійності для кожного екземпляра об'єкту з розглянутої сукупності (або одиничного об'єкта).

Змішані показники можуть виступати як групові або індивідуальні.

4. За джерела інформації для оцінки рівня показника розрізняють:

• розрахункові показники;

• експериментальні показники;

• експлуатаційні показники;

• екстрапольовані показники;

Екстрапольований показник надійності - показник надійності, точкова або інтервальна оцінка якого визначається на підставі результатів розрахунків, випробувань і (або) експлуатаційних даних шляхом екстраполювання на іншу тривалість експлуатації та інші умови експлуатації.

5. За розмірності показника розрізняють показники, що виражаються:

• напрацюванням;

• терміном служби;

• безрозмірні (в тому числі, ймовірності подій).

На стадіях експериментальної відпрацювання, випробувань і експлуатації, як правило, роль показників надійності виконують статистичні оцінки відповідних імовірнісних характеристик. У цілях однаковості всі показники надійності, відповідно до ГОСТ 27.002-89, визначаються як імовірнісні характеристики. У даному посібнику відмова об'єкта розглядається як випадкова подія, тобто задана структура об'єкта та умови його експлуатації не визначають точно момент та місце виникнення відмови.

Основні показники безвідмовності для невідновлювальних об'єктів

Імовірність безвідмовної роботи - це ймовірність того, що в межах завдань напрацювання відмова об'єкта не виникає. На практиці цей показник визначається статистичної оцінкою:

(1)

де N _o - кількість однотипних об'єктів, поставлених на випробування (що знаходяться під контролем); під час випробувань відмовив об'єкт не відновлюється і не замінюється справним;

n (t) - число відмовили об'єктів за час t.

З визначення ймовірності безвідмовної роботи видно, що ця характеристика є функцією часу, причому вона є спадною функцією і може приймати значення від 1 до 0.

Графік ймовірності безвідмовної роботи об'єкта зображений на малюнку 2

Рисунок 2 - Графік ймовірності безвідмовної роботи об'єкта.

Як видно з графіка, функція P (t) характеризує зміну надійності в часі і є досить наочної оцінкою

Іноді практично доцільно користуватися не імовірністю безвідмовної роботи, а ймовірністю відмови Q (t). Оскільки працездатність і відмова є станами несумісними і протилежними, то їх ймовірності пов'язані залежністю:

P (t) + Q (t) = 1. (2.1.2)

Відповідно до законів теорії ймовірності ймовірність безвідмовної роботи можна визначити за формулою:

, (3)

де f (t) - щільність ймовірності (згідно закону розподілу).

Таким чином, знаючи густину ймовірності f (t), легко знайти шукану величину P (t).

Зв'язок між P (t), Q (t) і f (t) можна інтерпретувати як показано на малюнку 3.

Малюнок 3 - Графічна інтерпретація ймовірності безвідмовної роботи та ймовірності відмови.

Відзначимо, що не завжди в якості напрацювання виступає час (в годинах, роках). Наприклад, для оцінки ймовірності безвідмовної роботи комутаційних апаратів з великою кількістю перемикань в якості змінної величини напрацювання доцільно брати кількість циклів "включити" - "вимкнути". При оцінці надійності ковзних контактів зручніше в якості напрацювання брати кількість проходів струмоприймача з цього контакту, а при оцінці надійності рухомих об'єктів напрацювання доцільно брати в кілометрах пробігу. Суть математичних виразів оцінки P (t), Q (t), f (t) при цьому залишається незмінною.

Середній напрацюванням до відмови називається математичне сподівання напрацювання об'єкта до першої відмови T1.

(4)

Таким чином, середнє напрацювання до відмови дорівнює площі, утвореної кривою ймовірності безвідмовної роботи P (t) і осями координат.

Статистична оцінка для середнього наробітку до відмови визначається за формулою

(5)

де N _o - число працездатних однотипних невідновлювальних об'єктів при t = 0 (на початку випробування);

t _j - напрацювання до відмови j-го об'єкта.

Відзначимо, що як і у випадку з визначенням P (t) середнє напрацювання до відмови може оцінюватися не тільки в годинах (роках), але і в циклах, кілометрах пробігу та іншими аргументами.

Інтенсивність відмов - це умовна щільність ймовірності виникнення відмови об'єкта, обумовлена ​​за умови, що до розглянутого моменту часу відмова не настав. З імовірнісного визначення випливає, що

(6)

Статистична оцінка інтенсивності відмов має вигляд:

(7)

де n (Δt _i) - число відмов однотипних об'єктів на інтервалі Δt _i, для якого визначається інтенсивність відмов;

N _{СР i} - число працездатних об'єктів в середині інтервалу Δt _i (див. малюнок 4).

(8)

Малюнок 4 Схема для визначення N _{порівн:}

N _i - число працездатних об'єктів на початку інтервалу Δ t _i;

N _{i +1} - число працездатних об'єктів наприкінці інтервалу Δ t _i.

Якщо при статистичній оцінці інтенсивності відмов час експерименту розбити на досить велику кількість однакових інтервалів Δ t за тривалий термін, то результатом обробки дослідних даних буде графік, зображений на рисунку 5.

Малюнок 5 - Крива життя об'єкту:

------ (Дослідні дані);

--- (Лінеаризована усереднена крива);

I - інтервал підробітки; II - інтервал нормальної експлуатації;

III - інтервал старіння.

Як показують численні дані аналізу надійності більшості об'єктів лінеаризовані узагальнена залежність λ (t) являє собою складну криву з трьома характерними інтервалами (I, II, III). На інтервалі II (t ₂ - t ₁₎ λ = const. Цей інтервал може становити більше 10 років, він пов'язаний з нормальною експлуатацією об'єктів. Інтервал I (t ₁ - 0) часто називають періодом підробітки елементів. Він може збільшуватися або зменшуватися залежно від рівня організації відбракування елементів на заводі-виробнику, де елементи з внутрішніми дефектами своєчасно вилучаються з партії продукції, що випускається. Величина інтенсивності відмов на цьому інтервалі багато в чому залежить від якості складання схем складних пристроїв, дотримання вимог монтажу і т.п. Включення під навантаження зібраних схем призводить до швидкого «випалюванню» дефектних елементів і після закінчення деякого часу t ₁ у схемі залишаються тільки справні елементи, і їх експлуатація пов'язана з λ = const. На інтервалі III (t> t ₂₎ з причин, обумовленим природними процесами старіння, зношування, корозії і т.д., інтенсивність відмов різко зростає, збільшується число деградаційних відмов. Для того, щоб забезпечити λ = const необхідно замінити неремонтіруемие елементи на справні нові або працездатні, які відпрацювали час t «t _2. Інтервал X = const відповідає експоненційної моделі розподілу ймовірності безвідмовної роботи. Тут же відзначимо, що при λ = const значно спрощується розрахунок надійності та λ найбільш часто використовується як вихідний показник надійності елемента.

Гамма-процентна наробіток до відмови - напрацювання протягом якої відмову в об'єкті не виникне з імовірністю γ, вираженою у відсотках, інакше це мінімальна наробіток до відмови яку будуть мати гамма відсотків об'єктів даного виду. Зазвичай γ = 100%.

(9)

ЛІТЕРАТУРА

1. Глудкін О.П. Методи та пристрої випробування РЕЗ і ЕВС. - М.: Вищ. школа., 2001 - 335 з

2. Випробування радіоелектронної, електронно-обчислювальної апаратури та випробувальне обладнання / під ред. А. І. Коробова М.: Радіо і зв'язок, 2002 - 272 с.

3. Мліцкій В.Д., Бегларія В.Х., Дубицький Л.Г. Випробування апаратури і засоби вимірювань на вплив зовнішніх чинників. М.: Машинобудування, 2003 - 567 з 2003

4. Національна система сертифікації Республіки Білорусь. Мн.: Держстандарт, 2007

5. Федоров В., Сергєєв М., Кондрашин А. Контроль і випробування в проектуванні і виробництві радіоелектронних засобів - Техносфера, 2005. - 504с.