Показатели ремонтопригодности и сохраняемости

Введение 

Надежностью называют 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 транспортировки. Расширение условий эксплуатации, повышение  ответственности выполняемых радиоэлектронными  средствами (РЭС) функций, их усложнение приводит к повышению требований к надежности изделий.

Надежность  является сложным свойством, и формируется  такими составляющими, как безотказность, долговечность, восстанавливаемость  и сохраняемость. Основным здесь  является свойство безотказности - способность  изделия непрерывно сохранять работоспособное  состояние в течение времени. Потому наиболее важным в обеспечении  надежности РЭС является повышение  их безотказности.

Особенностью  проблемы надежности является ее связь  со всеми этапами “жизненного  цикла” РЭС от зарождения идеи создания до списания: при расчете и проектировании изделия его надежность закладывается  в проект, при изготовлении надежность обеспечивается, при эксплуатации - реализуется. Поэтому проблема надежности - комплексная проблема и решать ее необходимо на всех этапах и разными  средствами. На этапе проектирования изделия определяется его структура, производится выбор или разработка элементной базы, поэтому здесь имеются  наибольшие возможности обеспечения  требуемого уровня надежности РЭС. Основным методом решения этой задачи являются расчеты надежности (в первую очередь - безотказности), в зависимости от структуры объекта и характеристик  его составляющих частей, с последующей  необходимой коррекцией проекта. Некоторые  способы расчета структурной  надежности рассматриваются в данном пособии .

 

 

 

 

1. Показатели  ремонтопригодности  и сохраняемости

 

Ремонтопригодность — это свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригодное изделие должно иметь соответствующую конструкцию, быть приспособленным к контролю работоспособности по всем основным параметрам, демонтажу отказавшего и монтажу работоспособного оборудования.

Основные  показатели ремонтопригодности

При количественном описании этого свойства, которое  присуще только восстанавливаемому объекту, время восстановления является случайной величиной, зависящей  от целого ряда факторов: характера  возникшего отказа; приспособленности  объекта к быстрому обнаружению  отказа; квалификации обслуживающего персонала; наличия технических  средств; быстроты замены отказавшего  элемента в объекте и др.

Время восстановления - это время, затраченное на обнаружение, поиск причины отказа и устранения последствий отказа. Опыт показывает, что в сложных РЭСИ 70-90% времени  восстановления приходится на поиск  отказавшего элемента.

Вероятность восстановления - вероятность того, что время восстановления объекта  не превысит заданное:

       (1)

 

где fв(t) - функция плотности вероятности (согласно закона распределения).

Графическая интерпретация вероятности восстановления приведена на рисунке 

 

Рисунок  - К определению вероятности восстановления

 

Среднее время восстановления - это математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа . Из определения следует, что:

 

    (2)

Статистически данный показатель определяется

       (3)

где n - число  восстановлений, равное числу отказов;

τi - время, затраченное на восстановление (обнаружение, поиск причины и устранение отказа).

Интенсивность восстановления - это отношение условной плотности вероятности восстановления работоспособного состояния объекта, определенной для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента восстановление не было завершено, к продолжительности  этого интервала. То есть:

                                                  (4)

Статистическая  оценка этого показателя находится  как

                                                    (5)

где n_B(Δt) - количество восстановлений однотипных объектов за интервал Δt;

N_н.ср - среднее количество объектов, находящихся в невосстановленном состоянии на интервале Δt.

В частном  случае, когда интенсивность восстановления постоянна, то есть μ(t)=μ=const, вероятность  восстановления за заданное время t подчиняется  экспоненциальному закону.

Этот частный  случай имеет наибольшее практическое значение, поскольку реальный закон  распределения времени восстановления большинства РЭСИ (поток восстановлений) близок к экспоненциальному. Используя  свойства этого распределения, запишем  очень важную зависимость:

       (6)

Гамма-процентное время восстановления - это время  в течение которого восстановление работоспособности объекта будет  осуществлено с вероятностью у, выраженной в процентах - время восстановления, достигаемое объектом с заданной вероятностью g , выраженной в процентах:

 

    (7)

 

Сохраняемость – это свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения или транспортирования. Основным показателем сохраняемости является средний срок сохраняемости.

Основные  показатели сохраняемости

Срок  сохраняемости - это календарная  продолжительность хранения или  транспортирования объекта, в течение  и после которой сохраняются значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в установленных пределах.

К показателям сохраняемости технических объектов относится гамма-процентный срок сохраняемости, т. е. срок сохраняемости, достигаемый с заданной вероятностью гаммы, выраженной в процентах. Сохраняемость материалов, продуктов и веществ в основном связана с изменением их физико-химических свойств.

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

 

  (8)

где f_сx(t) - функция плотности распределения случайной величины Tсx - срока сохраняемости объекта.

Средний срок сохраняемости - математическое ожидание срока сохраняемости:

( 9)

 

Назначенный срок хранения — срок хранения, по достижении которого хранение объекта должно быть прекращено независимо от его технического состояния.

 
          Сохраняемость объекта характеризуется его способностью противостоять отрицательному влиянию условий и продолжительности хранения и транспортирования на его безотказность, ремонтопригодность и долговечность. Сохраняемость представляют в виде двух составляющих, одна проявляется во время хранения, а другая - во время применения объекта после хранения или транспортирования. 
Очевидно, что продолжительное хранение и транспортирование в необходимых условиях для многих объектов может отрицательно влиять не только на их поведение во время хранения или транспортирования, но и при последующем применении объекта. Вторая составляющая сохраняемости имеет существенное значение. Следует различать Сохраняемость объекта до ввода в эксплуатацию и Сохраняемость объекта в период эксплуатации при перерывах в работе. Во втором случае срок сохраняемости входит в срок службы. 
В зависимости от особенностей и назначения объекта срок сохраняемости его до ввода в эксплуатацию может включать срок сохраняемости в упаковке или в законсервированном виде, срок монтажа и срок хранения на другом упакованном или законсервированном более сложном объекте.

 

2. Надежность  последовательной  системы  при  нормальном  распределении  нагрузки  по  подсистемам

 

Надежность - это способность канала управления или компонента выполнять нужную функцию в определенных условиях в течение установленного периода времени без отказов. (Вероятность отказа для определенных компонентов или каналов управления может вычисляться с помощью соответствующих методов). Надежность всегда уточняется для определенного значения времени. Вообще, надежность может выражаться при помощи формулы, приведенной на рисунке 1.

 

Рис. 1 Формула надежности 
Надежность комплексных систем

Системы строятся из компонентов. Если известна надежность компонентов, можно вычислить надежность системы  в целом следующим образом:

Последовательные  системы

Общая надежность Rtot последовательной системы, состоящей из N компонентов  одинаковой надежности Rc, вычисляется  как показано на рисунке 2.

 

 

 

 

Рис. 2 График надежности при  последовательном    соединении  компонентов 
 

Общая надежность меньше, чем  надежность наименее надежного компонента. С увеличением количества последовательно  соединенных компонентов общая  надежность цепи падает.

Для последовательного  соединения это выражение будет  иметь вид, при условии, что оценки качества подсистем P (i), i=1,n формируются в цепочке независимо друг  от друга,

где    n - число последовательных соединений.

R_s -оценка надежности системы качества,

E_i - событие, состоящее в том, что подсистема  имеет количественную оценку качества (на стадии создания, сопровождения, сертификации).   

 

Так,  последовательное соединение элементов подсистем характеризуется следующим графиком (рисунок 3) 

 

Рис. 3  

Из этого рисунка  видно, что при последовательном соединении однотипных элементов, характеризующихся  оценкой качества R=0,99), качество системы зависит как от числа таких подсистем, так и от их оценки качества. Отметим, что смысл оценки R=0,99 определяет ее как интегральную оценку надежности элементов, входящих в состав этой подсистемы.    

Как можно видеть, качество системы с последовательным соединением  можно увеличить за счет уменьшения числа последовательно соединенных  подсистем и за счет повышения  качества каждого из них. При этом интегральная оценка качества системы  возрастает незначительно.    

 Очевидно, что с увеличением  числа подсистем качество системы  уменьшается.

Последовательным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента приводит к отказу всей системы (рис. 4).

 

 

Определенная  аналогия здесь прослеживается с  цепью, составленной из проводящих элементов (исправный элемент пропускает ток, отказавший не пропускает): работоспособному состоянию ТС соответствует возможность  протекания тока от входа до выхода цепи .

            Примером последовательного соединения  элементов структурно - логической  схемы может быть технологическая  линия, в которой происходит  переработка сырья в готовый  продукт, или РЭС, в котором  последовательно осуществляется  преобразование входного сигнала.  Если же на некоторых участках  линии, или пути сигнала, предусмотрена  одновременная обработка на нескольких  единицах оборудования, то такие  элементы (единицы оборудования) могут  считаться соединенными параллельно.

           Однако не всегда структурная  схема надежности аналогична  конструктивной или электрической  схеме расположения элементов.  Например, подшипники на валу  редуктора работают конструктивно  параллельно друг с другом, однако  выход из строя любого из  них приводит к отказу системы.  Аналогично действие индуктивности  и емкости параллельного колебательного  контура в селективных каскадах  РЭС.                   Указанные элементы с точки  зрения надежности образуют последовательное  соединение.

          Кроме того, на структуру схемы  надежности может оказывать влияние  и вид возникающих отказов.  Например, в электрических системах  для повышения надежности в  ряде случаев применяют параллельное  или последовательное соединение  коммутирующих элементов (рис. 5). Отказ таких изделий может  происходить по двум причинам: обрыва (т.е. невозможности замыкания  цепи) и замыкания (т.е. невозможности  разрыва соединения). В случае  отказа типа “обрыв” схема  надежности соответствует электрической  схеме системы (при “обрыве”  любого коммутатора при последовательном  их соединении возникает отказ,  при параллельном - все функции  управления будет выполнять исправный  коммутатор). В случае отказа типа  “замыкание” 

схема надежности противоположна электрической (в параллельном включении утратится возможность  отключения тока, а в последовательном общего отказа не происходит).