Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экономика arrow Управление качеством
Посмотреть оригинал

Характеристика показателей надежности изделий

Номенклатура единичных показателей надежности в стандарте (2.33) представлена 18-ю характеристиками. Ниже рассматриваются наиболее распространенные показатели надежности, прежде всего нормируемые, в стандартах на массовую продукцию.

Показатели надежности являются вероятностными характеристиками, основаны на статистике и на математической теории вероятностей.

Показатели безотказности. Ниже рассмотрены три характеристики: вероятность безотказной работы, средняя наработка на отказ, интенсивность отказов.

Вероятность безотказной работы — это вероятность того, что в пределах заданной продолжительности работы изделия не возникнет отказа.

Например, испытывается п изделий, и к какому-то моменту времени t вышло из строя (отказало) т изделий. Вероятность безотказной работы (Р) до момента t определяется следующим образом:

где Р — безразмерный коэффициент меньше единицы.

Пример. Пусть на испытание в течение определенного времени было поставлено 100 источников света. За время испытания четыре экземпляра вышли из строя. Вероятность безотказной работы определится следующим образом:

Надежность любого технического устройства зависит не только от надежности используемых в нем элементов, но и от их количества. Это проявление общей закономерности: чем сложнее система (биологическая, социальная, техническая), тем уязвимее она становится.

Вероятность безотказной работы технической системы, состоящей из п элементов (Рп), согласно теории вероятности, равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных элементов (Рг):

Поэтому надежность сложных систем получается низкой. Например, если система состоит из десяти элементов с вероятностью безотказной работы 0,9 (как в подшипниках качения), то общая вероятность получается 0,910 = 0,35.

В 50—60-е годы XX в., например, телевизоры собирались из отдельных элементов — радиоламп, полупроводниковых приборов, резисторов, конденсаторов и пр. Таких элементов насчитывалось до 10000. В последующие годы электронную аппаратуру стали собирать из микросхем, затем из больших интегральных схем. Общее число элементов сократилось на несколько порядков. В результате вероятность безотказной работы продукции значительно увеличилась, к тому же аппаратура стала легкой и компактной.

Надежность системы зависит от способов соединения элементов. Надежность системы из последовательно соединенных элементов характеризуется тем, что утрата работоспособности любого элемента приводит к отказу всей системы, надежность такой системы всегда меньше самого ненадежного элемента.

Например, соединены последовательно три элемента, один из которых имеет значение Р, равное 0,5, другие два — по 0,9. Общая безотказность такого изделия в соответствии с (4.1) равна 0,40.

На этапах проектирования и конструирования часто прибегают к такому эффективному способу повышения надежности, как резервирование системы. Он состоит в том, что в систему включают резервные элементы, способные (в случае отказа основного элемента) выполнить его функции.

Средняя наработка на отказ — отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т.п.), так и целочисленной величиной (например, число циклов включения / выключения прибора до наступления отказа).

В большинстве случаев средняя наработка на отказ (Тс) — это среднее значение наработки изделия, приходящееся на один отказ.

где m — среднее число отказов за время работы (t).

Например, при испытании некоторого числа радиоприборов (число устанавливается в стандарте) в течение 1000 часов было зарегистрировано пять отказов, и суммарное время исправной работы по всем экземплярам составило 10000 часов. Тогда наработка на отказ будет

г 10000 0ЛЛ равна: Т= —-— = 2000 часов.

В ГОСТе на электробритвы установлена значение Тс: для приборов с толщиной ножей не более 0,06 мм — 200 часов, с толщиной более 0,06 мм — 300 часов.

В ранее действовавшем ГОСТе на велосипеды наработка на отказ для дорожных велосипедов была определена не ниже 2850 км пробега.

Интенсивность отказов (X(t)) — условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.

На рисунке 4.1 показана кривая жизни изделия (на примере электронной аппаратуры — ЭА), которая иллюстрирует зависимость интенсивности происходящих в нем отказов X(t) от времени t для большинства промышленных изделий.

Она характеризуется тремя явно выраженными периодами: приработки I, нормальной эксплуатации II, износа III.

Кривая жизни изделия

Рис. 4.1. Кривая жизни изделия

Гарантийный срок эксплуатации машин и приборов назначается с учетом сроков приработки технических изделий.

Приработочные отказы наблюдаются в первый период (0 — эксплуатации аппаратуры. Они возникают, когда часть элементов, входящих в состав изделия, являются либо бракованными, либо имеют низкий уровень надежности. Они могут быть также следствием некачественного выполнения сборочных операций и ошибок в монтаже.

В зависимости от назначения аппаратуры период приработки может продолжаться от нескольких до сотен часов. Как видно из рисунка, участок «кривой жизни» ЭА, соответствующий периоду приработки I, представляет собой монотонно убывающую функцию X(t), крутизна которой и протяженность во времени тем меньше, чем совершеннее конструкция, выше качество ее изготовления и более тщательно соблюдены режимы приработки

Внезапные отказы наблюдаются во второй период — t2) эксплуатации ЭА.

Они возникают неожиданно вследствие действия ряда случайных факторов, и предупредить их приближение практически не представляется возможным.

Физический смысл внезапных отказов может быть объяснен тем, что при быстром количественном изменении (обычно резком увеличении) какого-либо параметра в компонентах изделия происходят качественные изменения, в результате которых они утрачивают полностью или частично свои свойства, необходимые для нормального функционирования аппаратуры.

Период нормальной эксплуатации ЭА характеризуется тем, что интенсивность ее отказов в интервале времени (t, —12) минимальна и имеет почти постоянное значение ^min ~ const.

Величина ^min тем меньше, а интервал — t2) тем больше, чем совершеннее конструкция изделия, выше качество ее изготовления и более тщательно соблюдены режимы эксплуатации. Период нормальной эксплуатации аппаратуры общетехнического назначения может продолжаться десятки тысяч часов. Он может даже превышать время морального старения аппаратуры.

Продолжительность периода II ограничивается для аппаратуры износом и естественным старением ее элементов. Это происходит в точке t2 (по истечении времени f, — t2).

Отказы в результате износа и отказы, вызванные старением материалов, наблюдаются в третий период (t, —12) эксплуатации аппаратуры. Они в большинстве случаев являются закономерным следствием постепенного износа и естественного старения используемых в аппаратуре материалов и элементов. Зависят они главным образом от продолжительности эксплуатации и «возраста» изделия.

Завершается период износа III (а вместе с ним прекращается и эксплуатация аппаратуры), когда интенсивность отказов приблизится к максимально допустимой для данной конструкции. Это происходит в точке t3 (по истечении времени t2 — t3).

Показатели долговечности. Наиболее распространенными показателями долговечности являются средний срок службы (срок службы) и средний ресурс (ресурс).

Срок службы — календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Измеряется в годах, сезонах и месяцах.

Срок службы изделий часто определяется социологическим методом и на основе статистических данных. Приведем пример по меховой одежде, срок службы которой определяется износоустойчивостью меха. По данным опросов и статистических данных, самым долговечным является мех выдры. Шуба из этого меха прослужит около 20 сезонов, из речного бобра — 18, из морского котика 15—17 сезонов. Срок службы норковых изделий — десять лет, шуб из куницы, каракуля и голубого песца — семь, нутрии и лисицы — пять. Менее долговечен мех белки и сурка (всего четыре сезона), а также кролика (два сезона).

Ресурс — суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Этот показатель выражается в часах работы (источники света), дальности пробега (км) (транспортные средства), числах циклов нагружения (включение и переключение выключателей, открывание и закрывание дверцы холодильной камеры).

Долговечность определяется сроками физического и морального износа. Если на ранних стадиях производства физический срок службы большинства товаров был ниже срока морального износа, то сейчас, в период бурного промышленного производства, соотношение сроков морального и физического износа стало обратным — срок морального износа стал меньше физического. Чем более стремителен прогресс техники, тем резче расхождение между обоими видами износа. При современном состоянии техники, с одной стороны, имеется возможность выпускать многие виды изделий с очень высоким физическим сроком, с другой стороны, происходит ускорение морального износа и, как следствие, очень быстрое обновление ассортимента выпускаемой продукции.

Таким образом, повышение физических сроков службы не должно быть самоцелью. Требование высокой долговечности должно быть согласовано со сроками морального износа: необходимо стремиться к оптимальной долговечности. Изготовители товаров длительного пользования обычно указывают в эксплуатационных документах средний срок службы. Например, для большинства видов бытовой мебели установлен срок 15—20 лет, бытовых часов — не менее десяти лет. Судя по значению приведенных сроков, изготовители прежде всего руководствовались сроками морального износа.

Как отмечают специалисты по качеству бытовой техники, производители по всему миру искусственно сокращают срок службы своего товара, чтобы стимулировать покупку новых моделей.

Существует перечень товаров длительного пользования, по которым согласно ст. 5 закона «О защите прав потребителей» (1.3) (далее — Закон защите прав потребителей) изготовитель обязан устанавливать срок службы, поскольку по истечении определенного периода они могут представлять опасность для жизни, здоровья потребителя, причинять вред его имуществу или окружающей среде. Перечень таких товаров утверждается Правительством РФ. Постановление Правительства РФ от 16.06.1997 № 720 «Об утверждении перечня товаров длительного пользования, в том числе комплектующих (деталей, узлов, агрегатов), которые по истечении определенного периода могут представлять опасность для жизни, здоровья потребителя.

Долговечность изделия определяется долговечностью его составных частей. Например, срок службы обуви зависит от соотношения долговечности его низа и верха. Для достижения оптимальной долговечности обуви необходимо стремиться к равноизнашиваемости ее составных частей — равнопрочности.

До 2000-х годов проблема равнопрочности обуви была достаточно острой, поскольку применяемые для ее низа микропористые резины изнашивались значительнее быстрее, чем материал верха — натуральная кожа. В конце XX в., когда для низа обуви стали использоваться износо- стойкиематериалы типа полиуретана, проблема равнопрочности потеряла остроту.

Неравнопрочность имеет место в конструкции чулочно-носочных изделий, поскольку носочная и пяточная части изнашиваются гораздо быстрее, чем другие части. Для достижения равнопрочности уязвимые части усиливают полиамидными волокнами.

Показатели ремонтопригодности. Вероятность восстановления — вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданное значение.

Гамма-процентное время восстановления — время, в течение которого восстановление работоспособности объекта будет осуществлено с вероятностью у, выраженной в процентах

Средняя трудоемкость восстановления — математическое ожидание трудоемкости восстановления объекта после отказа.

Показатели сохраняемости. Средний срок сохраняемости — математическое ожидание срока сохраняемости.

Гамма-процентный срок сохраняемости — срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.

Рассмотрев характеристики надежности, приведем примеры нормирования ее показателей по разным группам продукции в стандартах с шифром 4 СП КП.

В ГОСТе на прогулочные суда (приложение 3) нормируются следующие показатели надежности: средний срок службы (долговечность), среднее время восстановления (ремонтопригодность), средняя наработка до отказа (безотказность).

В ГОСТ 4.3980 на велосипеды нормируются следующие показатели надежности: установленная безотказная наработка (безотказность), средняя наработка на отказ (безотказность), установленный срок службы (долговечность).

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы