Для каких объектов свойства безотказности и долговечности совпадают
Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
Чтобы четко уяснить понятие надежности необходимо иметь в виду следующие три основные момента.
Что понимается под «объектом» (было рассмотрено выше).
К параметрам, характеризующим способность выполнять требуемые функции, относятся кинематические и динамические характеристики, показатели производительности, скорости, грузоподъемности, экономичности, точности и т. п.
Требование к объекту выполнять необходимые функции распространяется только при соблюдении заданных режимов и условий применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Например, если двигатель изготовлен для северных районов, а эксплуатируется в южных, где он будет перегреваться, то нельзя считать, что этот двигатель низкой надежности. Также нельзя считать, что машина низкой надежности, если не проводят технические обслуживания и ремонты, соответствующие технической документации.
Актуальность надежности возрастает в связи со сложностью современных машин и важностью функций, которые они выполняют. Современные технические средства состоят из множества взаимодействующих механизмов. Отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы без резервирования приводит к нарушению работы всей системы.
Недостаточная надежность машин и оборудования приводит к огромным затратам на ремонт и простою в работе, иногда к авариям, связанным с большими экономическими потерями и с человеческими жертвами.
Надежность – сложное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания четырех свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Для каждого объекта характерны все или часть свойств надежности. Так, для объектов, подлежащих длительному хранению, важно свойство сохраняемости. Рассмотрим эти четыре свойства.
1. Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работо способное состояние в течение некоторого времени или наработки.
Это свойство особенно важно для объектов, отказ которых опасен для жизни людей. Отказ рулевого управления или тормозов автомобиля может иметь тяжелые последствия, поэтому для таких объектов безотказность -наиболее важная составная часть надежности.
Первостепенное значение безотказность имеет для объектов, отказ которых вызывает перерыв в работе большого комплекса машин или остановку автоматизированного производства.
2. Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное со стояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Долговечность и безотказность – не взаимоисключающие, а дополняющие друг друга и связанные между собой показатели. Различие же заключается в следующем. Безотказность характеризует свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Долговечность же характеризует продолжительность работоспособного состояния объекта по суммарной наработке, прерываемой периодами на техническое обслуживание, устранения отказов и ремонтов.
В зависимости от характера производства и вида объекта на первый план при оценке его надежности может выдвигаться безотказность или долговечность. Например, для дереворежущего станка общего назначения или трелевочного трактора отсутствие отказов в течение смены скорее желательное, чем необходимое условие, поскольку после непродолжительного ремонта они вновь поступают в работу. Для сложной и высокопроизводительной автоматической линии, работа которой в значительной степени определяет технико-экономические показатели всего предприятия, свойство безотказности выдвигается на первый план.
Как видно из приведенных определений, свойство безотказности определяется, в основном, совершенством конструкции машины и качеством ее изготовления. Свойство долговечности же определяется еще и качеством ремонта, регулярностью и тщательностью технического обслуживания.
Все объекты делятся на ремонтируемые и неремонтируемые.
Ремонтируемым называется объект, для которого проведение ремонтов предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Очевидно, что для перемонтируемых объектов понятия «безотказность» и «долговечность» совпадают. Машины и оборудование лесного комплекса относятся к категории ремонтируемых, следовательно, для них важную роль играют такие свойства, как ремонтопригодность и сохраняемость.
3. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
С усложнением систем все труднее становится находить причины отказов и отказавшие элементы. Так, в сложных электрогидравлических системах поиск причин отказов может занимать более 50% общего времени восстановления работоспособности. Поэтому облегчение поиска отказавших элементов закладывается в конструкцию новых сложных систем. Возможность быстрого обнаружения и устранения отказа, легкий доступ ко всем узлам определяют малые затраты времени на ремонт. Таким образом, важность ремонтопригодности определяется простоями, связанными с обнаружением отказов и проведением ремонта, что в свою очередь ведет к недовыпуску продукции и значительным убыткам.
4. Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и (или) транспортирования, т.е. здесь речь идет о сохраняемости значений показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности. Сохраняемость характеризует способность объекта противостоять отрицательному влиянию условий хранения и транспортирования (дождь, снег, пыль).
Продолжительность хранения и транспортировки иногда не оказывает заметного влияния на поведение объекта во время нахождения в этих режимах, но при последующей работе их свойства могут быть значительно ниже, чем аналогичные свойства объектов, не находящихся на хранении и не подлежащих транспортировке. Например, после продолжительного хранения аккумуляторных батарей их наработка до отказа существенно снижается. Сохраняемость данных объектов обычно характеризуется таким сроком хранения в определенных условиях, в течение которого снижение средней наработки до отказа, обусловленное хранением, находится в допустимых пределах.
Вследствие воздействия внешней среды на незащищенные составные части машин во время хранения, сокращаются сроки их службы, увеличиваются затраты на ремонт.
Коррозионное поражение во время хранения – это, например, одна из главных причин выбраковки втулочно-роликовых цепей (23% – передающие звенья, транспортеры). Кроме того, эксплуатационные испытания вту-лочно-роликовых цепей показали, что условия хранения оказывают влияние на их износ.
При хранении в сыром неотапливаемом помещении резиновых манжет в течение 3, 4 и 5 лет их ресурс, соответственно, снижается до 70, 30 и 3% по сравнению с новыми манжетами. Более 40% клиновых ремней выбраковывают из-за расслоения и трещин, возникающих вследствие неправильного хранения.
Ресурс резинотехнических изделий снижается и при хранении в сухих отапливаемых помещениях, так как естественный процесс старения можно только замедлить, но предотвратить полностью нельзя.
Ресурс клиновых ремней уменьшается вследствие снижения механической прочности, модуля упругости и прочности связи между элементами конструкции клиновых ремней. Физико-механические свойства клиновых ремней минимально снижаются при их хранении в сухих отапливаемых помещениях при температуре 18-23°С и относительной влажности воздуха 55- 70%.
Свойство сохраняемости имеет особое значение для нового поколения машин и оборудования лесного комплекса, имеющего в своем составе системы программного управления, микропроцессорную технику, следящие системы, сложные пневматические и гидравлические устройства, для которых должны выполняться особые условия и правила хранения и транспортировки.
Источник
Часть 1
Введение
Надежность является лишь одним, хотя и важнейшим, из свойств любого технического изделия, определяющих его качество. Но сама надежность, в свою очередь, также характеризуется рядом различных свойств. Основными из них в настоящее время принято считать:
безотказность;
долговечность;
ремонтопригодность;
сохраняемость.
До сравнительно недавнего времени как в нашей, так и в зарубежной печати надежность изделия нередко отождест
влялась с его безотказностью. Конечно, для многих изделий, как мы увидим дальше, безотказность является основным, важнейшим требованием, определяющим их надежность. Однако для других изделий не меньшее значение при оценке их надежности могут иметь долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Поэтому рассмотрим каждое из этих свойств несколько подробнее.
Безотказность
Под безотказностью, в соответствии с установленной терминологией, принято понимать свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. Иными словами, это способность изделия не иметь отказов в течение требуемого времени при эксплуатации его в заданных условиях. Применительно к трубопроводной арматуре время безотказности запорных устройств порой доходит до нескольких десятилетий.
Иногда говорят, что в технике нет свойства безотказности, так как любое изделие когда-нибудь неизбежно откажет. Но ведь в приведенном определении безотказности и не выдвигается требования, чтобы отказов в изделии не было никогда, в нем говорится лишь о способности изделия проработать без отказов в течение некоторого времени (наработки), требуемого условиями эксплуатации. А такие условия в ряде случаев бывают и крайне необходимы, и вполне выполнимы.
Возьмем любое техническое изделие или систему, нарушение работоспособности которых может быть связано с опасностью для жизни человека. Решились ли бы мы отправить человека в космический полет, если бы не были уверены в безотказности космического корабля, в том, что за все требуемое время полета в нем не произойдет ни одного отказа?
Все более широкая номенклатура различной аппаратуры применяется в медицине. Существует, например, аппаратура, предназначенная для поддержания деятельности сердца больного во время операции. Нужно ли говорить, что требование безотказности такой аппаратуры является абсолютно необходимым, что если в ней в течение времени, требуемого для операции, произойдет хотя бы кратковременное нарушение работоспособности, это может стоить человеку жизни.
Однако требование безотказной работы в течение заданного времени важно не только для изделий, связанных с безопасностью человека. Оно может иметь большое значение и для многих видов промышленного и сельскохозяйственного оборудования.
Известно, что многие сельскохозяйственные машины работают всего несколько месяцев, а иногда и несколько недель в году. Так, зерноуборочные комбайны работают в среднем всего 20—30 дней в году. Если в эти дни в комбайне произойдет тот или иной отказ и машина станет на ремонт, это может сорвать своевременную уборку урожая и привести к большим потерям хлеба. Поэтому, естественно, что для комбайна очень важное значение имеет безотказность в работе в течение уборки. После же окончания уборки можно спокойно проверить состояние каждого комбайна и, если нужно, произвести необходимый ремонт.
Следовательно, для многих машин, аппаратов, приборов безотказность является основным требованием, определяющим их надежность. И все же, как мы уже говорили, отождествлять безотказность и надежность нельзя. Действительно, если комбайн используется лишь во время уборки урожая, самолет—только в часы полета, то большинство машин и механизмов работает круглый год. В течение всего года работает оборудование заводов, фабрик, парк автомобилей, железнодорожный транспорт и т. д. Поэтому совершенно понятно, что для такого оборудования, машин, механизмов очень важное значение имеет не только безотказность в работе в течение какого-то ограниченного времени, но и сохранение их работоспособности (конечно, при условии своевременного проведения необходимых ремонтов) в течение возможно более длительного времени.
Ведь даже когда мы говорим, что важнейшим требованием, обусловливающим надежность комбайна, является безотказность, мы, конечно, не имеем в виду, что, проработав без отказов в течение всей уборки, комбайн затем будет списан в лом. Каждому понятно, что использовать такой комбайн было бы экономически невыгодно. Нужно, чтобы после осмотра и ремонта комбайна по окончании уборки он мог быть использован и на следующий сезон и, чем больше лет он проработает, тем будет выгоднее для государства.
Возьмем еще более простой пример из нашего быта. Конечно, каждому из нас хотелось бы, чтобы отказы в нашем телевизоре происходили возможно реже и нам реже приходилось бы вызывать для его ремонта техника из ателье. Но этого мало, нам хотелось бы также, чтобы наш телевизор при условии своевременного проведения ремонта мог сохранять свою работоспособность, т. е. обеспечивать хорошее качество изображения, звука и т. д., не год, не два, а в течение по крайней мере нескольких лет.
Значит, надежность многих технических изделий обусловливается не только их безотказностью, но и их долговечностью.
Долговечность
Долговечность — это свойство изделия сохранять работоспособность оборудования до предельного состояния, с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.
В зависимости от назначения изделий на первый план при оценке их надежности в одном случае может выдвигаться безотказность, в другом—долговечность. Возьмем для примера металлорежущий станок. Конечно, нужно стремиться к тому, чтобы отказы в нем происходили возможно реже, чтобы, скажем, всю смену он работал безотказно. Но это скорее является желательным, чем абсолютно необходимым требованием. Ведь отказы станка ни с какими катастрофическими последствиями не связаны. Если конструкция станка хорошо продумана, устранение каждого отказа должно занимать немного времени, и поэтому вынужденные перерывы в его работе будут очень непродолжительными. Конечно, все же любой отказ связан с какими-то дополнительными расходахми, с теми или иными потерями. Однако требование полной безотказности станка в течение длительного времени может вести к такому увеличению его стоимости, что его окупаемость растянется на многие годы, иногда превышая срок его морального и физического износа.
Поэтому, если, скажем, для самолета на первое место выдвигается безотказность и уже затем учитывается долговечность, то для металлорежущего станка, как и для многих других видов оборудования, на первом плане стоит долговечность, а уще затем рассчитывается экономически обоснованная, требуемая условиями производства соответствующая безотказность.
В приведенном определении долговечности все было бы понятным, ёсли бы не слова «до предельного состояния». Может быть, можно было бы сказать проще: «Свойство изделия сохранять работоспособность до полного износа»?. Эта было бы проще, но менее точно.
Действительно, предположим, что речь идет об авиационном двигателе. Если его использовать до полного износа и отказ его произойдет в полете, это может привести к аварии. Поэтому авиационный двигатель должен эксплуатироваться не до полного износа, а до какого-то предельного состояния, устанавливаемого исходя из требований обеспечения безопасности полетов.
Каждое изделие, предназначенное для длительного использования, может ремонтироваться за весь срок своей службы много раз. Допустим, вышел из строя в автомобиле двигатель—можно сменить его. Сломалась рама—можно поставить новую. Можно, наконец, заменить и весь кузов. Но до каких пор стоит ремонтировать автомобиль? Очевидно, наступает такое его состояние, когда дальнейший ремонт становится уже экономически невыгодным, а связанные с ним расходы—неоправданными.
Следовательно, предельное состояние каждого изделия может определяться исходя либо из требований безопасности, либо из экономических или каких-либо других соображений.
Долговечность изделия зависит главным образом от долговечности его деталей. Определить долговечность любой детали сравнительно просто. Скажем, долговечность коленчатого вала автомобиля определяется числом часов работы или числом километров пробега с учетом времени работы вала после произведенных перешлифовок шеек; вал сдается в лом, когда дальнейшая перешлифовка становится невозможной.
Значительно труднее определить долговечность всего изделия в целом. Мы уже говорили, что любое изделие можно ремонтировать много раз, заменяя изношенные детали. Стремиться при всех условиях к максимальной долговечности технических изделий было бы неправильно. Необоснованно завышенные сроки службы оборудования, машин, приборов могут привести к техническому застою, затормозить темпы технического прогресса. Очевидно, для каждого вида изделий должны быть выбраны и обоснованы показатели не максимальной, а оптимальной долговечности. Если оптимальная долговечность изделия определяется исходя из экономических соображений, должны учитываться расходы как При производстве, так и при эксплуатации данного изделия. Это совершенно закономерно, ибо иногда небольшая экономия при изготовлении изделия ведет к значительному увеличению расходов при его эксплуатации, и, наоборот средства, затраченные в производстве на повышение срока службы изделия, во много раз окупаются при его эксплуатации.
Иногда, отождествляя надежность с безотказностью, говорят, что изделие может быть надежным, но недолговечным. После всего сказанного должно быть ясно, что такое выражение неточно. Правильнее говорить, что изделие может быть безотказным, но недолговечным, или наоборот.
Уточним еще раз различие между безотказностью и долговечностью. И та, и другая характеризуют свойство изделия сохранять свою работоспособность. И тем не менее различие между ними весьма существенно.
Безотказность свидетельствует о способности изделия сохранять работоспособность в течение какого-то заданного, ограниченного промежутка времени, без вынужденных перерывов.
Долговечность свидетельствует о способности изделия длительно сохранять работоспособность, но зато с перерывами для необходимых ремонтов.
Лишь для некоторых изделий понятия «безотказность» и «долговечность» могут оказаться тесно связанными.
Продолжение в следующей части.
Источник