При оценке качества строительных материалов должны в полной мере учитываться их свойства. Согласно существует система показателей качества, в которую входят: показатели назначения, надежности и долговечности, эргономические показатели и т.д.

Показатели назначения. Эти показатели характеризуют полезный эффект от использования продукции по назначению и определяют область ее применения. В общем виде к показателям целевого назначения относят прочностные (прочность на сжатие и растяжение, жесткость, трещиностойкость, ударную прочность, сейсмостойкость), а также теплофизические показатели и стойкость к внешним воздействиям (морозостойкость, влагостойкость, стойкость к воздействию солнечной радиации, термостойкость, огнестойкость, теплопроводность, водонепроницаемость, показатели звукоизоляции, светопропускания и др.).

Необходимая для оценки качества номенклатура показателей назначения регламентируется системой стандартов предусматривает следующие показатели назначения для каменных стеновых материалов: пределы прочности при сжатии и изгибе, водопоглощение, отпускную влажность, морозостойкость, линейную усадку. Учитывая, что материалы предназначены для работы в ограждающей стеновой конструкции и должны обладать большим термическим сопротивлением, в стандарт включен один из важнейших показателей - теплопроводность стенового материала

При оценке уровня качества продукции показатели назначения часто применяют совместно с показателями других видов. Наиболее тесно к показателям назначения примыкают показатели надежности и долговечности.

Также к этой группе относятся показатели конструктивности характеризуют степень технического совершенства и прогрессивность материала, изделия или конструкции. Для строительных изделий показателями конструктивности служат геометрическая форма и размеры, нормируемые допуски. Применительно к материалам в качестве показателей конструктивности используют характеристики состава и структуры. Например, для цемента используют характеристику по содержанию основных минералов клинкера; бетонные смеси характеризуют видом и соотношением исходных материалов и т. д.

Показатели надежности и долговечности. Эти показатели характеризуют свойства надежности и долговечности материалов, изделий или строительных объектов. Применительно к процессу изготовления продукции заслуживает внимания - также надежность технологического оборудования, используемого при производстве изделий и технологии в целом.

Показатели надежности характеризуют степень выполнения продукцией своих функций в течение заданного срока службы в определенных условиях внешней среды с сохранением своих свойств при условии соблюдения правил эксплуатации. Свойство надежности закладывается на стадии разработки продукции, обеспечивается на стадии ее производства и поддерживается на стадии эксплуатации.

Проблема надежности строительных конструкций и систем становится все более важной в связи с повышением этажности сооружений, увеличением числа сборных элементов и количества стыков, стремлением выполнить конструкции как можно более легкими и тонким.

Надежность - сложное свойство изделия, которое в общем случае складывается из частных свойств: долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказностью называют свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. В основном безотказность рассматривают применительно к режиму работы объекта, но иногда приходится оценивать безотказность при его хранении и транспортировании) К показателям безотказности относят вероятность безотказной работы, среднюю наработку до отказа, наработку до отказа, интенсивность отказов и др.

Наработка до отказа - это продолжительность или объем работы объекта от начала его эксплуатации до возникновения первого отказа. Ее измеряют в единицах времени (при непрерывном режиме работы изделия) либо в циклах, когда изделие работает с интервалами. Наработку до отказа используют для характеристики безотказности единичного изделия. Для оценки безотказности группы (партии) изделий следует применять показатели, отражающие изменение свойств продукции с учетом их статистической изменчивости. Такими показателями являются средняя наработка до отказа, гамма-процентная наработка до отказа и интенсивность отказов и др.

Средняя наработка до отказа отражает математическое ожидание наработки до первого отказа. Гамма-процентная наработка до отказа характеризует наработку, в течение которой отказ объекта не возникает с вероятностью у, выраженной в процентах. Для количественного выражения безотказности неремонтируемых изделий используют показатель интенсивности отказов. Интенсивность отказов представляет собой вероятность отказа невосстанавливаемого изделия в единицу времени. В простейшем случае интенсивность отказов обратно пропорциональна наработке на отказ.

Вероятность безотказной работы характеризует вероятность того, что в пределах заданной наработки отказа объекта не возникнет. К моменту времени i, считая от начала эксплуатации объекта, вероятность его безотказной работы определяют по формуле P(t)= 1-F(t), где F(t) - функция распределения наработки до отказа, и выражают некоторым числом от нуля до единицы либо в процентах

Под долговечностью подразумевается свойство объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт. Предельное состояние определяется разрушением объекта, требованиями безопасности или экономическими соображениями.

Для оценки долговечности строительных изделий применяют показатели, позволяющие прогнозировать срок службы изделий. В первую очередь это срок, характеризующий календарную продолжительность эксплуатации изделия до перехода в предельное состояние. Различают также назначенный срок службы, отражающий календарную продолжительность эксплуатации изделия, при достижении которой применение его по назначению должно быть прекращено, и средний срок службы, т. е. математическое ожидание срока службы.

Ремонтопригодность - свойство изделия, характеризующее его приспособленность к восстановлению работоспособного состояния в результате предупреждения, выявления и устранения отказов. Показателями ремонтопригодности служат среднее время восстановления работоспособного состояния, выражающее математическое ожидание времени восстановления, а также вероятность восстановления, т.е. вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданного. Ремонтопригодность относится только к восстанавливаемым изделиям, системам и элементам.

Сохраняемость характеризует свойства объекта сохранять заданные значения безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного технической документацией. Сохраняемость количественно оценивают временем хранения и транспортирования до возникновения неисправности. Можно выражать сохраняемость и снижением показателя надежности при последующей эксплуатации изделия.

Строительная практика показывает, что изделия могут утратить надежность не только в период эксплуатации, но и при хранении или транспортировке. Поэтому сохраняемость часто представляют в виде двух составляющих: одна из них проявляется в период хранения, а другая - во время применения объекта после хранения.

Показатели технологичности. В данную группу входят показатели, характеризующие эффективность конструкторско-технологических решений, которые должны быть направлены на достижение высокой производительности труда при минимальных затратах материалов, топлива и энергии на изготовление и ремонт продукции

Технологичность продукции характеризуется степенью использования типовых технологических процессов, наиболее рациональных исходных материалов и изделий централизованного производства, наилучшие обеспечением потребителя запасными частями и материалами, что приводит к увеличению производительности труда при изготовлении продукции и к снижению затрат на производство и эксплуатацию продукции. К основным показателям технологичности промышленной продукции относят коэффициент сборности (блочности) изделия и коэффициент использования рациональных материалов, а также удельные показатели трудоемкости производства, материало- и энергоемкости продукции.

Коэффициент сборности (блочности) изделия характеризует простоту монтажа изделия и представляет собой долю конструктивных элементов, входящих в специфицируемые блоки, в общем числе элементов всего изделия) Применительно к строительным изделиям (системам) коэффициент сборности выражает долю сборных элементов в общем числе составных частей изделия (системы):

где N сб - число сборных элементов в изделии; N - общее число элементов.

Чем больше значение коэффициента сборности, тем выше технологичность продукции.

Коэффициент использования рациональных материалов определяют в тех случаях, когда в конструкции изделия целесообразно по технико-экономическим соображениям использовать те или иные эффективные материалы (алюминиевые сплавы, полимерные строительные материалы и т.д.). Коэффициент использования материала:

(2.2)

где М и - общая масса изделия; М эм - суммарная масса эффективного материала в изделии.

Для легких эффективных материалов вследствие их малой плотности коэффициент использования будет иметь заниженное значение, поэтому для таких материалов в выражение надо вводить не массы, а объемы. С повышением коэффициента использования рациональных материалов уровень качества продукции возрастает.

Технологичность продукции удобно характеризовать показателями трудо- и материалоемкости. Трудоемкость производства продукции определяется количеством времени, затраченного на изготовление единицы продукции, и выражается для промышленных изделий в нормо-часах. Удельная трудемкость определяется как отношение общей трудоемкости производства Т к основному параметру продукции В:

q т =T/B, (2.3)

Удельная материалоемкость - отношение массы или объема готовой продукции М к ее основному параметру В:

q м =M/B (2.4.)

При определении удельной трудоемкости и удельной материалоемкости за основной параметр принимают показатели назначения продукции (прочность, плотность и т.д.). Техническая политика на предприятии должна быть направлена на уменьшение удельной трудоемкости, материалоемкости и энергоемкости продукции; уровень качества при этом возрастает.

Эргономические показатели. Эргономические показатели качества используют при определении соответствия изделия требованиям эргономики. Эргономика изучает взаимодействие в системе «человек - среда - изделие». Показатели эти охватывают всю область факторов, влияющих на работающего человека и эксплуатируемое изделие. Например, при изучении рабочего места следует учитывать не только рабочую позу Человека и его движения, дыхание, мышление, но и размеры сиденья, параметры инструментов, средства передачи информации и т. д.

Эргономические показатели подразделяют на гигиенические, антропометрические, физиологические и психологические.

Уровень эргономических показателей определяется экспертами - эргономистами по разработанной специальной шкале оценок в баллах.

Гигиенические показатели характеризуют соответствие изделия санитарно-гигиеническим нормам и рекомендациям. Эти показатели используются для оценки соответствия изделия гигиеническим условиям жизнедеятельности и работоспособности человека при взаимодействии его с изделием. В группу гигиенических показателей входят освещенность, температурный режим, влажность и давление, напряженность магнитного и электрического поля, уровни запыленности, излучения, токсичности, шума и вибрации, перегрузки (ускорений).

Влияние гигиенических показателей определяют путем измерения и оценки интенсивности отдельных факторов и сравнения полученных данных с нормативными. Например, при оценке уровня вибрации необходимо сопоставлять существующий уровень вибрации технологического оборудования (виброплощадок, глубинных, поверхностных и навесных вибраторов) с предельно допустимым по нормам. Степень вредности вибрации оценивается по предельным значениям виброскорости и амплитуды колебаний в зависимости от частоты.

Антропометрические показатели характеризуют изделия, входящие в непосредственную связь с человеком элементы органов управления, производственную мебель, одежду и обувь. В группу антропометрических показателей входят, показатели соответствия конструкции изделия размерам и форме тела человека и его отдельных частей, входящих в контакт с изделием; показатель соответствия конструкции изделия распределению массы человека.

Физиологические и психофизиологические показатели характеризуют соответствие изделия физиологическим свойствам человека и особенностям функционирования его органов чувств. Сюда входят следующие показатели: соответствие конструкции изделия скоростным и силовым возможностям человека; соответствие размера, формы, яркости, контраста, цвета изделия и пространственного положения объекта наблюдения зрительным психофизиологическим возможностям человека; соответствие конструкции изделия, содержащего источник информации, слуховым психофизиологическим возможностям человека; соответствие изделия и его элементов относительным возможностям человека.

Психологические показатели характеризуют соответствие изделия психологическим особенностям человека» находящим отражение в инженерно-психологических требованиях, требованиях психологии труда и общей психологии. В группу психологических входят показатели соответствия изделия возможностям восприятия и переработки информации и соответствия изделия закрепленным и вновь формируемым навыкам человека (с учетом легкости и быстроты их формирования) при пользовании изделием.

При оценке качества продукции с использованием эргономических показателей необходимо в промышленных изделиях выделять элементы, влияющие на работоспособность, производительность и утомляемость человека.

Показатели стандартизации и унификации. Сюда относят показатели, характеризующие степень насыщенности изделия стандартизованными и унифицированными деталями При разработке новых изделий необходимо стремиться не только к сокращению количества оригинальных составных частей, но и к уменьшению числа стандартизованных и унифицированных деталей, так как при прочих равных условиях качество изделия тем выше, чем меньше оно содержит составных частей.. Для единообразия в подсчетах показателей стандартизации и унификации составные части изделия принято разделять на стандартизованные, унифицированные и оригинальные. Стандартизованными считаются части изделия, выпускаемые по государственным, республиканским или отраслевым стандартам. К унифицированным относятся части изделия, выпускаемые по стандартам предприятия, а также получаемые им в готовом виде как комплектующие составные части (из находящихся в серийном производстве). Оригинальными называются составные части, разработанные специально для данного изделия.

Важнейшими показателями стандартизации и унификации являются коэффициенты применяемости и коэффициенты повторяемости.

Коэффициент применяемости характеризует степень насыщенности изделия стандартизованными и унифицированными составными частями. Различают коэффициент применяемости по типоразмерам и коэффициент применяемости по составным частям изделия. Например, коэффициент применяемости по типоразмерам:

(2.5)

где N об - общее число типоразмеров составных частей изделия, N об =N ст +N у +N о ;

N ст , N у и N о - число типоразмеров стандартизированных, унифицированных и оригинальных составных частей.

Кроме того, можно определять коэффициенты применяемости только по стандартизированным или только по унифицированным составным частям. Чем больше значения коэффициентов применяемости, тем выше при прочих равных условиях уровень качества продукции.

Коэффициент повторяемости характеризует степень унификации составных частей в изделии и может быть выражен в двух видах - безразмерным числом или в %:

, (2.6)

где - число составных частей в изделии.

Степень применяемости стандартных составных частей может быть выражена и с помощью стоимостного коэффициента, равного отношению стоимости стандартизованных составных частей к стоимости изделия в целом. Стоимостной коэффициент может быть отнесен и к группе экономических показателей.

Экономические показатели отражают затраты на разработку, изготовление и эксплуатацию продукции, а также экономическую эффективность эксплуатации. С помощью экономических показателей оценивают ремонтопригодность продукции, ее технологичность, уровень стандартизации и унификации, патентную чистоту. Экономические показатели учитывают также при составлении интегральных показателей качества продукции.

Эстетические показатели качества изделий. Эстетические показатели характеризуют информационную выразительность, рациональность формы, целостность композиции, совершенство производственного исполнения и стабильность товарного вида изделия .

Показатели информационной выразительности характеризуют степень отражения в форме изделия сложившихся в обществе эстетических представлений и культурных норм, которые проявляются:

В своеобразии элементов формы, выделяющих данное изделие среди других аналогичных изделий (оригинальность формы);

В преемственности признаков формы, характеризующих устойчивость средств и приемов художественной выразительности, свойственных определяемому периоду времени (стилевое соответствие);

В признаках внешнего вида изделия, выявляющих временно установившиеся эстетические вкусы и предпочтения (соответствие моде).

Показатели рациональности формы характеризуют соответствие формы объективным условиям изготовления и эксплуатации изделия, а также адекватность отражения в ней функционально-конструктивной сущности изделия. Рациональность формы это:

Соответствие формы изделия его назначению, конструктивному решению, особенностям технологии изготовления и применяемым материалам (показатель функционально-конструктивной обусловленности);

Учтенность в форме изделия способов и особенностей действий человека с изделием (показатель эргономической обусловленности).

Показатели целостности композиции характеризуют гармоничность единства частей и целого изделия, органичность взаимосвязи элементов формы изделия и его согласованность с другими изделиями. Целостность композиции предопределяет эффективность использования технических и художественных средств при создании единого композиционного решения.

Показатели совершенства изготовления элементов формы и поверхностей характеризуются:

Чистотой выполнения поверхностей контуров (показатель чистоты контуров);

Тщательностью нанесения покрытий и отделки поверхностей (показатель тщательности покрытий и отделки);

Четкостью изображения фирменных знаков, указателей, надписей, рисунков, символов, информационных материалов и т.п. (показатель четкости исполнения знаков и сопроводительной документации).

Показатели стабильности товарного вида таковы: устойчивость к повреждениям элементов внешнего вида изделия; сохраняемость цвета и др.

Оценку значений эстетических показателей качества изделий осуществляют экспертным методом комиссией, состоящей из квалифицированных специалистов в области художественного конструирования и дизайна. Экспертная комиссия оценивает выбранные эстетические показатели в баллах и определяет коэффициент весомости каждого показателя. На основе полученных значений единичных показателей и коэффициентов их весомости вычисляют обобщенный показатель эстетичности по формуле:

где К i - оценка единичного i -ro показателя эстетичности в баллах;

m i - коэффициент весомости i -го показателя,

п - число учитываемых единичных эстетических показателей.

Пример

Пусть на основе выполненного эстетико-конструкторского анализа эксперты определили оценки и коэффициенты весомости единичных показателей эстетичности. Требуется найти обобщенный показатель эстетичности изделия. Исходные данные и результаты расчетов приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Исходные данные для расчета

№ п/п	Единичный показатель	Оценка	Коэффициент весомости m i	m i ×K i
	Оригинальность	1,0	0,05	0,05
	Стилевое соответствие	0,8	0,02	0,016
	Соответствие моде	0,5	0,03	0,015
	Функционально-конструктивная обусловленность	1,0	0,25	0,25
	Эргономическая обусловленность	0,5	0,18	0,09
	Колорит и декоративность	1,0	0,04	0,04
	Чистота выполнения контуров	0,9	0,10	0,09
	Тщательность покрытия и отделки	1,0	0,12	0,12
	Четкость исполнения фирменных знаков и сопроводительной документации	0,7	0,08	0,056
	Устойчивость к повреждениям	0,8	0,13	0,104

Найдем показатель эстетичности по формуле (2.7)

Полученный результат свидетельствует о том, что эстетический уровень качества оцениваемого изделия не отвечает современным требованиям.

Патентно-правовые показатели. Патентно-правовые показатели - это в первую очередь показатели патентной защиты и патентной чистоты. Для расчета значений патентно-правовых показателей в зависимости от сложности изделия все его составные части делятся на группы с учетом их весомости.

Используют два показателя патентной защиты изделия: патентная защита в стране и за рубежом.

Показатель патентной защиты изделия внутри страны рассчитывается так:

(2.8)

где - количество групп значимости;

Коэффициент весомости составных частей изделия, защищенных патентами или авторскими свидетельствами страны;

Количество составных частей изделия, защищенных патентами или авторскими свидетельствами страны;

Общее количество составных частей изделия.

Показатель патентной защиты отечественного изделия патентами за рубежом определяется по формуле:

(2.9)

где - коэффициент, зависящий от количества стан, в которых получены патенты для экспорта изделий;

Коэффициент весомости составных частей изделия, защищенных зарубежными патентами;

Количество составных частей изделия, защищенных патентами за рубежом.

Общий показатель патентной защиты изделия , представляет собой сумму

(2.10)

Показатель патентной чистоты выражает правовую возможность реализации изделия как внутри страны, так и за рубежом. Показатель упрощенно рассчитывают по формуле:

(2.11)

где - количество составных частей изделия (по группам значимости), попадающих под действие патентов данной страны.

С учетом разделения составных частей изделия на особо важные, основные и вспомогательные показатель патентной защиты определяют по формуле:

(2.12)

где - индивидуальный коэффициент весомости особо важных составных частей;

Количество особо важных составных частей в изделии;

Коэффициент весомости частей, защищенных патентами России или в станах предполагаемого экспорта; -ой группе;

Количество составных частей изделия в группе, подпадающих под действие патентов, выданных в стране предполагаемой реализации;

Число групп значимости.

Экологические показатели. Актуальной проблемой сегодня стало опасное для людей воздействие на природу в процессе их жизнедеятельности. Материальными носителями опасных и вредных факторов для природы и человека становятся различные объекты, используемые в трудовых процессах. К таким объектам относятся: средства труда (машины, оборудование и другие технические изделия); предметы и продукты труда; технологии, природно-климатические условия и т.д.

Экологические показатели характеризуют уровень вредного воздействия на окружающую среду в процессе эксплуатации изделия. При обосновании необходимости учета экологических показателей для оценки качества изделия проводится анализ его работы с целью выявления возможных вредных химических, механических, световых, звуковых, биологических, радиационных и других воздействий на окружающую природную среду. При выявлении таких воздействий на природу соответствующие экологические показатели включают в номенклатуру показателей, принимаемых в перечень для оценки уровня качества изделия.

Экологические показатели техники можно разделить на три основные группы:

показатели, связанные с использованием материальных ресурсов природы,

показатели, связанные с использованием природных энергетических ресурсов;

показатели, связанные с загрязнением окружающей среды.

К первой группе показателей можно отнести: ресурсоемкость изготовления продукции, показатели потребления невосполнимых материальных ресурсов при эксплуатации, при ремонтах и утилизации продукции после ее физического износа.

Ко второй группе можно отнести показатели расходования природных энергоносителей на всех стадиях и этапах жизненного цикла изделий.

Третья группа показателей включает параметры различных видов загрязнений окружающей среды и ущерба от этих загрязнений на различных стадиях жизненного цикла изделий - от производства и эксплуатации до ликвидации отработавших изделий.

При определении экологических показателей качества новой техники находят относительные значения фактических значений, например, концентрации вредных веществ или уровней вредных (механических, физических и других) воздействий на природную среду к их предельно допустимым значениям. При этом должны соблюдаться следующие условия:

(2.14)

где С 1 , С 2 , С 3 - концентрации соответствующих вредных веществ;

ПДК 1 , ПДК 2 , ПДК n - предельно допустимые концентрации соответствующих вредных веществ.

При оценке уровня качества технических изделий с учетом экологических показателей исходят из требований и конкретных норм по охране окружающей природной среды.

Промышленное изделие, эксплуатация которого приводит к нарушению установленных экологических требований и норм по охране природы, не может быть отнесено к продукции, превосходящей мировой уровень или соответствующей ему, независимо от того, соответствуют ли другие показатели качества такой оценке.

Показатели безопасности. Данная группа показателей качества продукции характеризует безопасность обслуживающего персонала, пассажиров - для транспортных средств, а также окружающих людей в процессе эксплуатации, хранения и утилизация технических изделий.

Безопасность - это такое состояние условий труда, при котором с определенной вероятностью исключена опасность, т.е. возможность повреждения (травмы, увечья) или ухудшения (профессиональные заболевания) здоровья человека.

В качестве показателей безопасности могут быть приняты:

Вероятность безопасной работы человека в течение определенного времени;

Коэффициент безопасности;

Качественным показателем безопасности может быть наличие средств индивидуальной защиты человека, ремней безопасности и т.п.

Оценку уровня качества изделия производят с учетом показателей безопасности и их норм.

При оценке безопасности первоначально определяют Х ст - степень вредности (опасности) неблагоприятного фактора и (или) тяжести работ с техническим изделием. Степень вредности Х ст оценивают в баллах в соответствии с нормами.

Однако многие вредные и опасные факторы воздействуют на человека при его работе не всегда. В этом случае установленные показатели степени вредности факторов, корректируются по формуле:

где Х ст - степень вредности (опасности) фактора,

Т - отношение времени действия данного фактора к продолжительности рабочей смены.

Если время действия какого-либо отрицательного фактора составляет более 90% продолжительности рабочей смены, то его Т= 1.

В ряде случаев степень безопасности технических изделий оценивают по коэффициентам безопасности К б.

Коэффициент безопасности K б определяется отношением количества показателей (требований) безопасности N б соответствующих нормативно-технической документации по безопасности труда с оцениваемым изделием, к общему количеству номенклатуры показа­телей безопасности N о относящихся к данному изделию:

Если коэффициент безопасности меньше единицы, то необходимо осуществить управленческие и технические мероприятия по приведению изделия в нормативно безопасное состояние.

Что уровень безопасности У б изделия количественно оценивается как отношение коэффициентов безопасности оцениваемого и базового образцов:

Однако более точная оценка уровня безопасности изделия может быть осуществлена дифференциальным или комплексным методом с учетом всех единичных показателей безопасности и их значимости.

4. Объект должен обладать свойством сохранять способность выполнять требуемые функции в различные фазы его жизни: при рабочей эксплуатации, техническом обслуживании, ремонте, хранении и транспортировке.

Надёжность - важный показатель качества объекта. Его нельзя ни противопоставлять, ни смешивать с другими показателями качества. Явно недостаточной, например, будет информация о качестве установки очистки, если известно только то, что она обладает определенной производительностью и некоторым коэффициентом очистки, но неизвестно, насколько устойчиво сохраняются эти характеристики при ее работе. Бесполезна также информация о том, что установка устойчиво сохраняет присущие ей характеристики, но неизвестны значения этих характеристик. Вот почему в определение понятия надёжности входит выполнение заданных функций и сохранение этого свойства при использовании объекта по назначению.

Надёжность является комплексным свойством, включающим в себя в зависимости от назначения объекта или условий его эксплуатации ряд простых свойств:

безотказность;

долговечность;

ремонтопригодность;

сохраняемость.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени.

Наработка – продолжительность или объем работы объекта, измеряемая в любых неубывающих величинах (единица времени, число циклов нагружения, километры пробега и т. п.).

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.

В зависимости от объекта надёжность может определяться всеми перечисленными свойствами или частью их. Например, надёжность колеса зубчатой передачи, подшипников определяется их долговечностью, а станка – долговечностью, безотказностью и ремонтопригодностью.

2.1.4 Основные показатели надёжности

Показатель надёжности количественно характеризует, в какой степени данному объекту присущи определенные свойства, обусловливающие надёжность. Одни показатели надёжности (например, технический ресурс, срок службы) могут иметь размерность, ряд других (например, вероятность безотказной работы, коэффициент готовности) являются безразмерными.

Рассмотрим показатели составляющей надёжности - долговечность.

Технический ресурс – наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до наступления предельного состояния. Строго говоря, технический ресурс может быть регламентирован следующим образом: до среднего, капитального, от капитального до ближайшего среднего ремонта и т. п. Если регламентация отсутствует, то имеется в виду ресурс от начала эксплуатации до достижения предельного состояния после всех видов ремонтов.

Для невосстанавливаемых объектов понятия технического ресурса и наработки до отказа совпадают.

Назначенный ресурс – суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации (в том числе, хранение, ремонт и т. п.) от ее начала до наступления предельного состояния.

На рис.2.2 приведена графическая интерпретация перечисленных показателей, при этом:

t 0 = 0 – начало эксплуатации;

t 1 , t 5 – моменты отключения по технологическим причинам;

t 2 , t 4 , t 6 , t 8 – моменты включения объекта;

t 3 , t 7 – моменты вывода объекта в ремонт, соответственно, средний и капитальный;

t 9 – момент прекращения эксплуатации;

t 10 – момент отказа объекта.

Технический ресурс (наработка до отказа)

ТР = t 1 + (t 3 – t 2 ) + (t 5 – t 4 ) + (t 7 – t 6 ) + (t 10 – t 8 ).

Назначенный ресурс

ТН = t 1 + (t 3 –t 2 ) + (t 5 – t 4 ) + (t 7 –t 6 ) + (t 9 –t 8 ).

Срок службы объекта ТС = t 10 .

Для большинства объектов электромеханики в качестве критерия долговечности чаще всего используется технический ресурс.

2.2 Количественные показатели безотказности и математические модели надёжности

2.2.1 Статистические и вероятностные формы представления показателей безотказности невосстанавливаемых объектов

Наиболее важные показатели надёжности невосстанавливаемых объектов – показатели безотказности , к которым относятся:

вероятность безотказной работы;

плотность распределения отказов;

интенсивность отказов;

средняя наработка до отказа.

Показатели надёжности представляются в двух формах (определениях):

Статистическая (выборочные оценки);

Вероятностная.

Статистические определения (выборочные оценки) показателей получаются по результатам испытаний на надёжность.

Допустим, что в ходе испытаний какого-то числа однотипных объектов получено конечное число интересующего нас параметра – наработки до отказа. Полученные числа представляют собой выборку некоего объема из общей «генеральной совокупности», имеющей неограниченный объем данных о наработке до отказа объекта.

Количественные показатели, определённые для «генеральной совокупности», являются истинными (вероятностными) показателями, поскольку объективно характеризуют случайную величину – наработку до отказа.

Показатели, определённые для выборки, и, позволяющие сделать какие-то выводы о случайной величине, являются выборочными (статистическими) оценками. Очевидно, что при достаточно большом числе испытаний (большой выборке) оценки приближаются к вероятностным показателям.

Вероятностная форма представления показателей удобна при аналитических расчетах, а статистическая - при экспериментальном исследовании надежности.

В дальнейшем для обозначения статистических оценок будем использовать знак ^ сверху.

В дальнейших рассуждениях будем исходить из того, что испытания проходят N одинаковых объектов. Условия испытаний одинаковы, а испытания каждого из объектов проводятся до его отказа. Введем следующие обозначения:

Случайная величина наработки объекта до отказа;

N(t)- число объектов, работоспособных к моменту наработки t;

n(t) - число объектов, отказавших к моменту наработки t;

- число объектов, отказавших в интервале наработки ;

t - длительность интервала наработки.

Вероятность безотказной работы (ВБР)

и вероятность отказа (ВО)

Статистическое определение ВБР (эмпирическая функция надёжности) определяется по формуле:

(1)

т.е. ВБР есть отношение числа объектов(N (t )) , безотказно проработавших до момента наработки t , к числу объектов, исправных к началу испытаний (t=0), т.е. к общему числу объектов N . ВБР можно рассматривать как показатель доли работоспособных объектов к моменту наработки t .

Поскольку N(t)= N- n(t), то ВБР можно определить как

(2)

где
- вероятность отказа (ВО).

В статистическом определении ВО представляет эмпирическую функцию распределения отказов.

Так как события, заключающиеся в наступлении или ненаступлении отказа к моменту наработки t , являются противоположными, то

Нетрудно убедиться, что ВБР является убывающей, а ВО - возрастающей функцией наработки. Справедливы следующие утверждения:

1. В момент начала испытаний при t =0 число работоспособных объектов равно общему их числу N(t)=N(0)=N , а число объектов отказавших равно n(t)=n(0)=0. Поэтому
, а
;

2. При наработке t   все объекты, поставленные на испытания, откажут, т.е. N( )=0 , а n( )=N .

Поэтому,
, а
.

При большом числе элементов (изделий) N 0 статистическая оценка
практически совпадает с вероятностью безотказной работы P(t) , а
- с .

Вероятностное определение ВБР описывается формулой

т.е. ВБР есть вероятность того, что случайная величина наработки до отказа T окажется больше некоторой заданной наработки t .Надёжность электроэнергетических сетей и систем Реферат >> Математика

... технический университет Кафедра электромеханики факультет авиационного приборостроения Задание по дисциплине «Надёжность электроэнергетических систем» ... техническим риском клиентов (стимулирование создания резервных систем энергоснабжения и систем раннего...

Автоматизация и диспетчеризация систем электроснабжения

Дипломная работа >> Коммуникации и связь

Внешнего уровня; - обеспечение надёжного электроснабжения посредством автоматического измерения (контроля) технических параметров электроэнергии... энергоснабжения; интеграция охранных, пожарных систем , систем контроля доступа и CCTV; интеграция инженерного оборудования...

Основы надежности и технические измерения

Шпаргалка >> Промышленность, производство

Собой сложные технические системы и комплексы. Важным свойством таких систем является надёжность . Надежность - свойство... в целом. Повышение надежности подверженных старению технических систем в процессе эксплуатации может быть обеспечено...

Теоретические основы формирования экологической компетентности будущего инженера

Реферат >> Педагогика

... : КурскГТУ, 1999. − 106 с. (6,3 п.л. / 3,5 п.л.). Рыжков, Ф.Н. Надёжность технических систем и управление риском [Текст]: учебное пособие... − 346 с. (21,4 п.л./15,7 п.л.). Акимов, В.А. Надёжность технических систем и техногенный риск [Текст]: учебное пособие...

Лекция № 3

Под надежностью понимается свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания безопасности, ремонтопригодности и сохраняемости (рисунок 1).

Рисунок 1 – Надёжность оборудования

Для абсолютного большинства круглогодично применяемых технических устройств при оценке их надежности наиболее важными являются три свойства: безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени..

Долговечность - свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

В то же время техника сезонного применения (уборочные сельскохозяйственные машины, некоторые коммунальные машины, речные суда замерзающих рек и т.д.), а также машины и оборудование для ликвидации критических ситуаций (противопожарное и спасательное оборудование), имеющие по своему назначению длительный период нахождения в режиме ожидания работы, должны оцениваться с учетом сохраняемости, т.е. показателями всех четырех свойств.

Сохраняемость - свойство изделия сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность изделия выполнять требуемые функции, в течение и после хранения или транспортирования.

Ресурс (технический) - наработка изделия до достижения им предельного состояния, оговоренного в технической документации. Ресурс может выражаться в годах, часах, километрах, гектарах, числе включений. Различают ресурс: полный - за весь срок службы до конца эксплуатации; доремонтный - от начала эксплуатации до капитального ремонта восстанавливаемого изделия; использованный - от начала эксплуатации или от предыдущего капитального ремонта изделия до рассматриваемого момента времени; остаточный - от рассматриваемого момента времени до отказа невосстанавливаемого изделия или его капитального ремонта, межремонтный.

Наработка - продолжительность функционирования изделия или объем выполняемой им работы за некоторый промежуток времени. Измеряется в циклах, единицах времени, объема, длины пробега и т.п. Различают суточную наработку, месячную наработку, наработку до первого отказа.

Наработка на отказ - критерий надежности, являющийся статической величиной, среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами. Если наработка измеряется в единицах времени, то под наработкой на отказ понимается среднее время безотказной работы.

Есть наконец, целый ряд изделий (например, резинотехнические), оценивающийся главным образом сохраняемостью и долговечностью.

Перечисленные свойства надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость) имеют свои количественные показатели.

Так безотказность характеризуется шестью показателями, в том числе таким важным, как вероятность безотказной работы . Этот показатель широко применяется в народном хозяйстве для оценки самых различных видов технических средств: электронной аппаратуры, летательных аппаратов, деталей, узлов и агрегатов, транспортных средств, нагревательных элементов. Расчет этих показателей проводят на основе государственных стандартов.

Отказ - одно из основных понятий надежности, заключающееся в нарушении работоспособности изделия (один или несколько параметров изделия выходят за допускаемые пределы).

Интенсивность отказа - условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяется при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.

Вероятность безотказной работы - возможность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.

Долговечность также характеризуется шестью показателями, представляющие различные виды ресурса и срока службы. С точки зрения безопасности наибольший интерес представляет гамма-процентный ресурс - наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью g, выраженной в процентах. Так для объектов металлургического оборудования (машины для подъема и перемещения жидких металлов, насосы и устройства для перекачивания вредных жидкостей и газов) назначают g = 95 %.

Ремонтопригодность характеризуется двумя показателями: вероятностью и средним временем восстановления работоспособного состояния.

Ряд авторов подразделяют надежность на идеальную, базовую и эксплуатационную. Идеальная надежность - это максимально возможная надежность, достигаемая путем создания совершенной конструкции объекта при абсолютном учете всех условий изготовления и эксплуатации. Базовая надежность - надежность, фактически достигаемая при конструировании, изготовлении и монтаже объекта. Эксплуатационная надежность - действительная надежность объекта в процессе его эксплуатации, обусловленная как качеством проектирования, конструирования, изготовления и монтажа объекта, так и условиями его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Основные положения надежности будут неясны без определения такого важного понятия, как резервирование. Резервирование - это применение дополнительных средств или возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

Одной из наиболее распространенных разновидностей резервирования является дублирование - резервирование с кратностью резерва один к одному. В связи с тем, что резервирование требует значительных материальных затрат, его применяют лишь для наиболее ответственных элементов, узлов или агрегатов, отказ которых угрожает безопасности людей или влечет тяжелые экономические последствия. Так пассажирские и грузопассажирские лифты подвешиваются на несколько канатов, самолеты снабжены несколькими двигателями, имеют дублированную электропроводку, в автомобилях применяется двойная и даже тройная система тормозов. Большое распространение получило и прочностное резервирование, основанное на концепции коэффициента запаса. Считается, что понятие прочности имеет самое непосредственное отношение не только к надежности, но и к безопасности. Более того, считается, что инженерные расчеты конструкций на безопасность почти исключительно строятся на использовании коэффициента запаса прочности. Значения этого коэффициента зависят от конкретных условий. Для сосудов, работающих под давлением, он составляет от 1,5 до 3,25, а для лифтовых канатов - от 8 до 25.

При рассмотрении производственного процесса во взаимосвязи его основных элементов необходимо использовать понятие надежности в более широком смысле. При этом надежность системы в целом будет отличаться от совокупности надежности ее элементов за счет влияния различных связей.

В теории надежности доказано, что надежность устройства, состоящего из отдельных элементов, соединенных (в надежностном смысле) последовательно, равна произведению значений вероятностей безотказной работы каждого элемента.

Связь надежности и безопасности совершенно очевидна: чем надежнее система, тем она безопаснее. Более того, вероятность несчастного случая можно трактовать как "надежность системы".

В то же время безопасность и надежность являются родственными, но не тождественными понятиями. Они дополняют одно другое. Так с точки зрения потребителя оборудование может быть надежным или не надежным, а по технике безопасности - безопасным или опасным. При этом оборудование бывает безопасным и надежным (приемлемо во всех отношениях), опасным и не надежным (безоговорочно отвергается), безопасным и не надежным (чаще всего отвергается потребителем), опасным и надежным (отвергается по техники безопасности, но может быть приемлемо для потребителя, если степень опасности не слишком велика).

Требования безопасности часто выступают в качестве ограничений на ресурс и срок службы оборудования или устройства. Это происходит, когда требуемый уровень безопасности нарушается до достижения предельного состояния вследствие физического или морального старения. Ограничения из-за требований безопасности играют особенно важную роль при оценке индивидуального остаточного ресурса, под которым понимается продолжительность эксплуатации от данного момента времени до достижения предельного состояния. В качестве меры ресурса может быть выбран любой параметр, характеризующийся продолжительностью эксплуатации объекта. Для летательных аппаратов мерой ресурса служит налет в часах, для транспортных средств - пробег в километрах, для прокатных станов - масса прокатного метала в тоннах и т.д.

Наиболее универсальной единицей с точки зрения общей методологии и теории надежности является единица времени. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Во - первых, время эксплуатации технического объекта включает и перерывы, в течение которых суммарная наработка не нарастает, а свойства материалов могут изменяться. Во - вторых, применение экономико-матеатических моделей для обоснования назначенного ресурса возможно лишь с использованием назначенного срока службы (срок службы определяется как календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или его возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние и измеряется в единицах календарного времени). В - третьих, исчисление ресурса в единицах времени позволяет ставить задачи прогнозирования в наиболее общей форме.

Начальный импульс к созданию численных методов оценки надежности был дан в связи с развитием авиационной промышленности и низким уровнем безопасности полетов на начальных этапах. Значительное число авиационных катастроф при постоянно возрастающей интенсивности воздушных ресурсов обусловило необходимость выработки критериев надежности для самолетов и требований к уровню безопасности. В частности, был проведен сравнительный анализ одного из многочисленных самолетов с точки зрения успешного завершения полетов.

Показательной с точки зрения безопасности является хронология развития теории и техники надежности. В 40-х годах основные усилия для повышения надежности были сконцентрированы на всестороннем улучшении качества, причем превалирующее значение имел экономический фактор. Для увеличения долговечности узлов и агрегатов различных видов оборудования разрабатывались улучшенные конструкции, прочные материалы, совершенные измерительные инструменты. В частности, электротехническое отделение фирмы "General Motors" (США) увеличило активный ресурс приводных двигателей локомотивов с 400 тыс. до 1,6 млн. км за счет использования улучшенной изоляции и применения усовершенствованных конических и сферических роликовых подшипников, а также проведения испытаний при высокой температуре. Был достигнут прогресс в разработке ремонтопригодных конструкций и в обеспечении предприятий оборудованием, инструментом и документацией для выполнения профилактических работ и операций по техническому обслуживанию.

Одновременно получило распространение составление и утверждение типовых графиков периодических проверок, карт контроля высокопроизводительного станочного оборудования.

В 50-е годы большое значение стали придавать вопросам обеспечения безопасности, особенно в таких перспективных отраслях, как космонавтика и атомная энергетика. Этот период является началом использования многих широко распространенных в настоящее время понятий по надежности элементов технических устройств, таких, как ожидаемая долговечность, соответствие конструкции заданным требованиям, прогнозирование показателей надежности.

В 60-е годы стала очевидной острая необходимость в новых методах обеспечения надежности и более широкое их применения. Центр внимания переместился от анализа поведения отдельных элементов различного типа (механических, электрических или гидравлических) на последствия, вызываемые отказом этих элементов в соответствующей системе. В течение первых лет эры космических полетов значительные усилия были затрачены на испытания систем и отдельных элементов. Для достижения высокой степени надежности получил развитие анализ блок-схем в качестве основных моделей. Однако с увеличением сложности блок-схем появилась необходимость в другом подходе, был предложен, а затем получил широкое распространение принцип анализа систем с помощью дерева отказов. Впервые он использовался в качестве программы для оценки надежности системы управления запуском ракет "МИНИТМЕН".

Впоследствии методика построения дерева отказов была усовершенствована и распространена на широкий круг различных технических систем. После катастрофических аварий на подземных комплексах запуска межконтинентальных баллистических ракет в США официально было введено в практику изучение безопасности систем как отдельной независимой деятельности. Министерство обороны США ввело требование по проведению анализа надежности на всех этапах разработки всех видов вооружения. Параллельно были разработаны требования по надежности, работоспособности и ремонтопригодности промышленных изделий.

В 70-е годы наиболее заметной была работа по оценке риска, связанного с эксплуатацией атомных электростанций, которая проводилась на основе анализа широкого спектра аварий. Ее основная направленность заключалась в оценке потенциальных последствий подобных аварий для населения в поисках путей обеспечения безопасности.

В последнее время проблема риска приобрела очень серьезное значение и до настоящего времени привлекает все возрастающее внимание специалистов самых различных областей знаний. Это понятие настолько присуще как безопасности, так и надежности, что термины «надежность», «опасность» и «риск» часто смешивают.

Среди технических причин несчастных случаев на производстве причины, связанные с недостаточной надежностью производственного оборудования, сооружений, устройств или их элементов, занимают особое место, поскольку чаще всего они проявляются внезапно и в связи с этим характеризуются высокими показателями тяжести травм.

Большое количество видов, используемых в промышленности, строительстве и на транспорте металлоемкого оборудования и конструкций является источником опасных производственных факторов вследствие существующей возможности аварийного выхода из строя отдельных деталей и узлов.

Основной целью анализа надежности и связанной с ней безопасности производственного оборудования и устройств является уменьшение отказов (в первую очередь травмоопасных) и связанных с ними человеческих жертв, экономических потерь и нарушений в окружающей среде.

В настоящее время существует довольно много методов анализа надежности и безопасности. Так наиболее простым и традиционным для надежности является метод структурных схем. При этом объект представляется в виде системы отдельных элементов, для которых возможно и целесообразно определить показатели надежности. Структурные схемы применяются для расчета вероятности отказов при условии, что в каждом элементе одновременно возможен только один отказ. Подобные ограничения вызвали появление других методов анализа.

Метод предварительного анализа опасности определяет опасности для системы и выявляет элементы для определения видов отказов при анализе последствий, а также для построения дерева отказов. Он является первым и необходимым шагом при любом исследовании.

Анализ последствий по видам отказов ориентирован главным образом на аппаратуру и рассматривает все виды отказов по каждому элементу. Недостатки заключаются в больших затратах времени и в том, что часто не учитывается сочетание отказов и человеческого фактора.

Анализ критичности определяет и классифицирует элементы для усовершенствования систем, однако часто не учитывает отказы с общей причиной взаимодействия систем.

Анализ с помощью дерева событий применяется для определения основных последовательностей и альтернативных результатов отказов, но не пригоден при параллельной последовательности событий и для детального изучения.

Анализ опасностей и работоспособности представляет расширенный вид анализа последствий по видам отказов, который включает причины и последствия изменений основных переменных параметров производства.

Анализ типа «причина-последствие» хорошо демонстрирует последовательные цепи событий, достаточно гибок и насыщен, но слишком громоздкий и трудоемкий.

Наиболее распространенным методом, получившим широкое применение в различных отраслях, является анализ с помощью дерева отказов. Данный анализ четко ориентирован на отыскание отказов и при этом выявляет такие аспекты системы, которые имеют важное значение для рассматриваемых отказов. Одновременно обеспечивается графический, наглядный материал. Наглядность дает специалисту возможность глубоко проникнуть в процесс работы системы и в тоже время позволяет сосредотачиваться на отдельных конкретных ее отказах.

Главное преимущество дерева отказов по сравнению с другими методами заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы. В тоже время построение дерева отказов является определенным видом искусства в науке, поскольку нет аналитиков, которые бы составили два идентичных дерева отказов.

Чтобы отыскать и наглядно представить причинную взаимосвязь с помощью дерева отказов, необходимо использовать элементарные блоки, подразделяющие и связывающие большое число событий.

Таким образом, применяемые в настоящее время методы анализа надежности и безопасности оборудования и устройств, хотя и имеют определенные недостатки, все же позволяют достаточно эффективно определять причины различного рода отказов даже у сравнительно сложных систем. Последнее особенно актуально в связи с большой значимостью проблемы возникновения опасностей, обусловленных недостаточной надежностью технических объектов.

Основные понятия надежности. классификация отказов. Составляющие надежности

Термины и определения, используемые в теории надежности, регламентированы ГОСТ 27.002-89 "Надежность в технике. Термины и определения".

1. Основные понятия

Надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени и в заданных пределах значения установленных эксплуатационных показателей.
Объект – техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.
Объектами могут быть различные системы и их элементы.
Элемент – простейшая составная часть изделия, в задачах надежности может состоять из многих деталей.
Система – совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.
Понятия элемента и системы трансформируются в зависимости от поставленной задачи. Например, станок, при установлении его собственной надежности рассматривается как система, состоящая из отдельных элементов – механизмов, деталей и т.п., а при изучении надежности технологической линии – как элемент.
Надежность объекта характеризуется следующими основными состояниями и событиями.
Исправность – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией (НТД).
Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров, установленных НТД.
Основные параметры характеризуют функционирование объекта при выполнении поставленных задач.
Понятие исправность шире, чем понятиеработоспособность . Работоспособный объект обязан удовлетворять лишь тем требования НТД, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. Таким образом, если объект неработоспособен, то это свидетельствует о его неисправности. С другой стороны, если объект неисправен, то это не означает, что он неработоспособен.
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его применение по назначению недопустимо или нецелесообразно.
Применение (использование) объекта по назначению прекращается в следующих случаях:

при неустранимом нарушении безопасности;

при неустранимом отклонении величин заданных параметров;

при недопустимом увеличении эксплуатационных расходов.

Для некоторых объектов предельное состояние является последним в его функционировании, т.е. объект снимается с эксплуатации, для других – определенной фазой в эксплуатационном графике, требующей проведения ремонтно-восстановительных работ.
В связи с этим, объекты могут быть:

невосстанавливаемые , для которых работоспособность в случае возникновения отказа, не подлежит восстановлению;

восстанавливаемые , работоспособность которых может быть восстановлена, в том числе и путем замены.

К числу невосстанавливаемых объектов можно отнести, например: подшипники качения, полупроводниковые изделия, зубчатые колеса и т.п. Объекты, состоящие из многих элементов, например, станок, автомобиль, электронная аппаратура, являются восстанавливаемыми, поскольку их отказы связаны с повреждениями одного или немногих элементов, которые могут быть заменены.
В ряде случаев один и тот же объект в зависимости от особенностей, этапов эксплуатации или назначения может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Критерий отказа – отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт возникновения отказа.

2. Классификация и характеристики отказов

По типу отказы подразделяются на:

отказы функционирования (выполнение основных функций объектом прекращается, например, поломка зубьев шестерни);

отказы параметрические (некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах, например, потеря точности станка).

По своей природе отказы могут быть:

случайные, обусловленные непредусмотренными перегрузками, дефектами материала, ошибками персонала или сбоями системы управления и т. п.;

систематические, обусловленные закономерными и неизбежными явлениями, вызывающими постепенное накопление повреждений: усталость, износ, старение, коррозия и т. п.

Основные признаки классификации отказов:

характер возникновения;

причина возникновения;

характер устранения;

последствия отказов;

дальнейшее использование объекта;

легкость обнаружения;

время возникновения.

Рассмотрим подробнее каждый из классификационных признаков:

Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (трещины – хрупкое разрушение, пробои изоляции, обрывы и т. п.) и не сопровождаются предварительными видимыми признаками их приближения. Внезапный отказ характеризуется независимостью момента наступления от времени предыдущей работы.
Постепенные отказы - связаны с износом деталей и старением материалов.

причина возникновения:	конструкционный отказ, вызванный недостатками и неудачной конструкцией объекта;
	производственный отказ, связанный с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершенства или нарушения технологии;
	эксплуатационный отказ, вызванный нарушением правил эксплуатации.
характер устранения:	устойчивый отказ;
	перемежающийся отказ (возникающий/исчезающий). последствия отказа: легкий отказ (легкоустранимый);
	средний отказ (не вызывающий отказы смежных узлов – вторичные отказы);
	тяжелый отказ (вызывающий вторичные отказы или приводящий к угрозе жизни и здоровью человека).
дальнейшее использование объекта:	полные отказы, исключающие возможность работы объекта до их устранения;
	частичные отказы, при которых объект может частично использоваться.
легкость обнаружения:	очевидные (явные) отказы;
	скрытые (неявные) отказы.
время возникновения:	приработочные отказы, возникающие в начальный период эксплуатации;
	отказы при нормальной эксплуатации;
	износовые отказы, вызванные необратимыми процессами износа деталей, старения материалов и пр.

3. Составляющие надежности

Надежность является комплексным свойством, включающим в себя в зависимости от назначения объекта или условий его эксплуатации ряд простых свойств:

безотказность;

долговечность;

ремонтопригодность;

сохраняемость.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени.
Наработка – продолжительность или объем работы объекта, измеряемая в любых неубывающих величинах (единица времени, число циклов нагружения, километры пробега и т. п.).
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.
В зависимости от объекта надежность может определяться всеми перечисленными свойствами или частью их. Например, надежность колеса зубчатой передачи, подшипников определяется их долговечностью, а станка – долговечностью, безотказностью и ремонтопригодностью.

4. Основные показатели надежности

Показатель надежности количественно характеризует, в какой степени данному объекту присущи определенные свойства, обусловливающие надежность.Одни показатели надежности (например, технический ресурс, срок службы) могут иметь размерность, ряд других (например, вероятность безотказной работы, коэффициент готовности) являются безразмерными.
Рассмотрим показатели составляющей надежности - долговечность.
Технический ресурс – наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до наступления предельного состояния. Строго говоря, технический ресурс может быть регламентирован следующим образом: до среднего, капитального, от капитального до ближайшего среднего ремонта и т. п. Если регламентация отсутствует, то имеется в виду ресурс от начала эксплуатации до достижения предельного состояния после всех видов ремонтов.
Для невосстанавливаемых объектов понятия технического ресурса и наработки до отказа совпадают.
Назначенный ресурс – суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния.
Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации (в том числе, хранение, ремонт и т. п.) от ее начала до наступления предельного состояния.
На рис. приведена графическая интерпретация перечисленных показателей, при этом:

t0 = 0 – начало эксплуатации;
t1, t5 – моменты отключения по технологическим причинам;
t2, t4, t6, t8 – моменты включения объекта;
t3, t7 – моменты вывода объекта в ремонт, соответственно, средний и капитальный;
t9 – момент прекращения эксплуатации;
t10 – момент отказа объекта.

Технический ресурс (наработка до отказа)Основные понятия теории прав... в готовый продукт. Понятие и классификация трансакционных издержек, способы... экономики, его составляющие К трансакционному... обусловливает_рационально обоснованный отказ 0Т права на... правителя менее надежным . В итоге...

Основные понятия социологии (1)

Шпаргалка >> Социология

Логистический анализ основных понятий , входящих в... Классификация вопросов анкеты Основные ... приведет к отказу участвовать в... составляющие ... Основное назначение метода: выявление наиболее существенных, сложных аспектов исследуемой проблемы, повышение надежности ...

Понятие и классификация судебных экспертиз. Органы судебной экспертизы и их функции

Лекция >> Государство и право

Техника, - обеспечивают надежность и достоверность экспертных... органические составляющие наркотиков неустойчивы... на основные и дополни­тельные. Основные следы... исследованию. Отказ от решения... оставались неизменными. 7.6.Понятие и классификация холодного оружия. ...

Основные понятия психологии (2)

Учебное пособие >> Психология

Решающему задачи надежности действий операторов... информационного подхода. Основное понятие когнитивной психологии... осуществляются классификация и конкретизация. Классификация - ... системы, составляющие индивидуально-природную... не способен отказаться от...

Лекция . ПОКАЗАТЕЛИ НАДЁЖНОСТИ

Важнейшей технической характеристикой качества является надежность. Надежность оценивается вероятностными характеристиками, основанными на статистиче­ской обработке экспериментальных данных.

Основные понятия, термины и их определения, характери­зующие надежность техники и, в частности, изделий машино­строения, даны в ГОСТ 27.002-89.

Надежность - свойство изделия сохранять в установленных пределах времени значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремон­тов, хранения, транспортировки и других действий.

Надежность изделия - это комплексное свойство, которое может вклю­чать: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость и т.п.

Безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять ра­ботоспособность в течение заданного времени или наработки в определенных условиях эксплуатации.

Работоспособное состояние - состояние изделия, при кото­ром оно способно выполнять заданные функции, сохраняя при этом допустимые значения всех основных параметров, установ­ленных нормативно-технической документацией (НТД) и (или) проектно-конструкторской документацией.

Долговечность - свойство изделия сохранять во времени ра­ботоспособность, с необходимыми перерывами для техничес­кого обслуживания и ремонта, до его предельного состояния, оговоренного технической документацией.

Долговечность обусловлена наступлением таких событий, как повреждение или отказ.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении ис­правности изделия.

Отказ - событие, в результате которого происходит полная или частичная утрата работоспособности изделия.

Исправное состояние - состояние, при котором изделие со­ответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документации.

Неисправное состояние - состояние, при котором изделие не удовлетворяет хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документации.

Неисправное изделие может быть работоспособным. Напри­мер, снижение плотности электролита в аккумуляторных батаре­ях, повреждение облицовки автомобиля означают неисправное состояние, но такой автомобиль работоспособен. Неработоспо­собное изделие является одновременно и неисправным.

Наработка - продолжительность (измеряемая, например, в часах или циклах) или объем работы изделия (измеряемый, например, в тоннах, километрах, кубометрах и т п. единицах).

Ресурс - суммарная наработка изделия от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Предельное состояние - состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация (применение) недопустима по требо­ваниям безопасности или нецелесообразна по экономическим причинам. Предельное состояние наступает в ре­зультате исчерпания ресурса или в аварийной ситуации.

Срок службы - календарная продолжительность эксплуата­ции изделий или ее возобновления после ремонта от начала его применения до наступления предельного состояния

Неработоспособное состояние - состояние изделия, при ко­тором оно не способно нормально выполнять хотя бы одну из заданных функций.

Перевод изделия из неисправного или неработоспособного состояния в исправное или работоспособное происходит в ре­зультате восстановления.

Восстановление - процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) изделия с целью восстановления его работоспо­собности (устранение неисправности).

Основным способом восстановления работоспособности яв­ляется ремонт.

Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению ра­ботоспособного состояния путем обнаружения и устранения дефекта и неисправности технической диагностикой, обслужи­ванием и ремонтом.

Сохраняемость - свойство изделий непрерывно сохранять зна­чения установленных показателей его качества в заданных пре­делах в течение длительного хранения и транспортирования

Срок сохраняемости - календарная продолжительность хра­нения и (или) транспортирования изделия в заданных услови­ях, в течение и после которых сохраняются исправность, а так­же значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в пределах, установленных нормативно-тех­нической документацией на данный объект.

Н

Рис. 1. Схема состояний издели

адежность постоянно изменяется в процессе эксплуатации технического изделия и при этом характеризует его состояния. Схема изменения состояний эксплуатируемого изделия приве­дена ниже (рис. 1).

Для количественной характеристики каждого из свойств надеж­ности изделия служат такие единичные показатели, как наработка до отказа и на отказ, наработка между отказами, ресурс, срок служ­бы, срок сохраняемости, время восстановления. Значения этих ве­личин получают по данным испытаний или эксплуатации.

Комплексные показатели надежности, так же как коэффи­циент готовности, коэффициент технического использования и коэффициент оперативной готовности, вычисляются поданным единичных показателей. Номенклатура показателей надежности приведена в табл. 1.

Таблица 1. Примерная номенклатура показателей надежности

Свойство надежности		Наименование показателя		Обозначение
Единичные показатели
Безотказност ь		Вероятность безотказной работы Средняя наработка до отказа Средняя наработка на отказ Средняя наработка между отказами Интенсивность отказов Поток отказов восстанавливаемого изделия Средняя частота отказов Вероятность отказов
Долговечность		Средний ресурс Гамма-процентный ресурс Назначенный ресурс Установленный ресурс Средний срок службы Гамма-процентный срок службы Назначенный срок службы Установленный срок службы
Ремонтопригод­ность		Среднее время восстановления Вероятность восстановления Коэффициент ремонтосложности
Сохраняемость		Средний срок сохраняемости Гамма-процентный срок сохраняемости Назначенный срок хранения Установленный срок сохраняемости
Обобщенные показатели
Совокупность свойств	Коэффициент готовности Коэффициент технического использования Коэффициент оперативной готовности

Показатели, характеризующие безотказность

Вероятность безотказной работы отдельного изделия оцени­вается как:

где Т - время от начала работы до отказа;

t - время, для которого определяется вероятность безотказ­ной работы.

Величина T может быть больше, меньше или равна t . Следо­вательно,

Вероятность безотказной работы - это статистический и от­носительный показатель сохранения работоспособности одно­типных изделий серийного производства, выражающий вероят­ность того, что в пределах заданной наработки отказ изделий не наступает. Для установления значения вероятности безотказной работы серийных изделий используют формулу для среднеста­тистического значения:

где N - число наблюдаемых изделий (или элементов);

N o - число отказавших изделий за время t ;

N р - число работоспособных изделий к концу времени t испытаний или эксплуатации.

Вероятность безотказной работы является одной из наиболее значимых характеристик надежности изделия, так как она охва­тывает все факторы, влияющие на надежность. Для вычисления вероятности безотказной работы используются данные, накап­ливаемые путем наблюдений за работой при эксплуатации или при специальных испытаниях. Чем больше изделий подвергает­ся наблюдениям или испытаниям на надежность, тем точнее определяется вероятность безотказной работы других однотип­ных изделий.

Так как безотказная работа и отказ - взаимно противопо­ложные события, то оценку вероятности отказа (Q (t )) опреде­ляют по формуле:

Расчет среднестатистического времени наработки до отказа (или среднего времени безотказной работы) по результатам на­блюдений определяют по формуле:

где N o - число элементов или изделий, подвергнутых наблюде­ниям или испытаниям;

T i - время безотказной работы i -го элемента (изделия).

Статистическую оценку среднего значения наработки на от­каз вычисляют как отношение суммарной наработки за рас­сматриваемый период испытаний или эксплуатации изделий к суммарному числу отказов этих изделий за тот же период вре­мени:

Статистическую оценку среднего значения наработки между отказами вычисляют как отношение суммарной наработки из­делия между отказами за рассматриваемый период испытаний или эксплуатации к числу отказов этого (их) объекта(ов) за тот же период:

где т - число отказов за время t .

Показатели долговечности

Статистическая оценка среднего ресурса такова:

где Т р i - ресурс i -го объекта;

N - число изделий, поставленных на испытания или в экс­плуатацию.

Гамма-процентный ресурс выражает наработку, в течение которой изделие с заданной вероятностью γ процентов не дос­тигает предельного состояния. Гамма-процентный ресурс явля­ется основным расчетным показателем, например для подшип­ников и других изделий. Существенное достоинство этого показателя в возможности его определения до завершения ис­пытаний всех образцов. В большинстве случаев для различных изделий используют критерий 90%-го ресурса.

Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достиже­нии которой применение изделия по назначению должно быть прекращено независимо от его технического состояния.

Под установленным ресурсом понимается технически обосно­ванная или заданная величина ресурса, обеспечиваемая конст­рукцией, технологией и условиями эксплуатации, в пределах которой изделие не должно достигать предельного состояния.

Статистическую оценку среднего срока службы определяют по формуле:

I

где Т сл i - срок службы i -го изделия.

Гамма-процентный срок службы представляет собой календарную продолжительность эксплуатации, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с вероятностью  , выраженной в процентах. Для его расчета используют соотно­шение

Назначенный срок службы - суммарная календарная продол­жительность эксплуатации, при достижении которой применение изделия по назначению должно быть прекращено независи­мо от его технического состояния.

Под установленным сроком службы понимают технико-экономически обоснованный срок службы, обеспечиваемый кон­струкцией, технологией и эксплуатацией, в пределах которого изделие не должно достигать предельного состояния.

Основной причиной снижения показателей дол­говечности изделия является износ его деталей.