Concetti di base e definizioni della teoria dell'affidabilità. Concetti di base e definizioni della teoria dell'affidabilità Nozioni di base della teoria dell'affidabilità

Un termine come “Rifiuto” richiede una considerazione speciale. Questo è un concetto chiave nella teoria dell’affidabilità. Il passaggio da uno stato utile a uno stato difettoso ma funzionale avviene a causa di danni. La transizione di un oggetto allo stato non operativo avviene attraverso un guasto. Il fallimento è un evento consistente in malfunzionamento oggetto. È stato il verificarsi di guasti durante il funzionamento delle apparecchiature a stimolare l'emergere e lo sviluppo della teoria dell'affidabilità. Pertanto, il fallimento è giustamente considerato un concetto chiave nella teoria dell'affidabilità. E non è un caso che la proprietà principale che costituisce l'affidabilità sia il funzionamento senza guasti. In pratica, l'attività principale delle persone che effettuano la manutenzione delle apparecchiature è eliminare i guasti e ripristinare lo stato operativo degli oggetti. E, naturalmente, il personale addetto alla manutenzione è sempre interessato a conoscere le previsioni in termini di insorgenza di guasti; è interessante conoscere il tempo di attività previsto. Ciò consente di valutare l'efficacia dei sistemi tecnici nello svolgimento dei loro compiti inerenti e di calcolare il numero necessario di pezzi di ricambio per sostituire quelli guasti. L'esecuzione della manutenzione e la determinazione della frequenza della manutenzione preventiva si basano anche sulla presa in considerazione dei possibili guasti. In breve, partendo da un concetto come “fallimento”, è stata sviluppata una teoria dell’affidabilità.

Per distinguere i fallimenti, questi vengono classificati. Esistono classificazioni matematiche (probabilistiche) dei guasti e classificazioni ingegneristiche (fisiche).

Per ragioni di accadimento, i guasti possono essere strutturali, produttivi, operativi e di degrado.

Fallimento costruttivo nasce a causa di imperfezione o violazione delle norme e dei regolamenti stabiliti di progettazione e costruzione. È ovvio che la perfezione della progettazione di oggetti tecnici dipende in gran parte dal fattore umano, vale a dire dal talento dei progettisti e degli sviluppatori. Sono progettati per garantire l'assenza di “anelli deboli” nella progettazione delle apparecchiature in fase di sviluppo.

Fallimento della produzione si verifica a causa di imperfezioni o violazioni del processo di produzione o riparazione stabilito. Un buon design può essere rovinato da quella che comunemente viene chiamata bassa “cultura della produzione”.

Fallimento operativo si verifica a causa di una violazione delle regole stabilite e delle condizioni operative. Qualsiasi apparecchiatura dispone di una serie di documentazione operativa sviluppata tenendo conto delle raccomandazioni della teoria dell'affidabilità. Compito del personale operativo è quello di seguire scrupolosamente le istruzioni operative. In caso contrario, potrebbe verificarsi un guasto operativo. Spesso tali guasti si verificano a causa della mancata esecuzione o della scarsa qualità delle misure di manutenzione che prevengono i guasti.

Fallimento degradativoè causato dai processi naturali di invecchiamento, usura, corrosione e fatica, soggetto al rispetto di tutte le norme e regolamenti stabiliti per la progettazione, la produzione e il funzionamento. Ogni pezzo di equipaggiamento ha una risorsa limitata molto specifica. Naturalmente, la dimensione di questa risorsa dipende dalla perfezione del design e dalla “cultura della produzione”, ma è sempre finita. L'invecchiamento è caratteristico non solo degli esseri viventi, ma anche degli oggetti tecnici.

In base alla natura della loro manifestazione, i fallimenti possono anche essere suddivisi in casuali e sistematici. Guasti casuali possono essere causati da sovraccarichi, difetti nei materiali e nella lavorazione, errori del personale e malfunzionamenti. Molto spesso compaiono in condizioni operative sfavorevoli.

I guasti sistematici si verificano per ragioni che causano un graduale accumulo di danni (tempo, temperatura, radiazioni). Espresso come usura, invecchiamento, corrosione, incollatura, perdite, ecc.

I fallimenti non vanno confusi con i difetti. Un difetto è ogni singola non conformità di un oggetto ai requisiti stabiliti dalla documentazione normativa. Questo termine si applica a tutti i tipi di prodotti industriali e non industriali.

Il fallimento completo porta alla completa perdita di prestazioni. Un guasto parziale comporta una perdita parziale di prestazioni.

Classificazione matematica dei guasti:

Fallimenti graduali- si sviluppano nel tempo e sono associati all'invecchiamento, all'usura, alla resistenza alla fatica e ad altri fattori che modificano le proprietà del materiale.

Fallimenti improvvisi– la probabilità del loro verificarsi non è influenzata dal tempo del lavoro precedente.

Fallimenti congiunti– guasti degli elementi dell'oggetto che possono apparire contemporaneamente nella quantità di due o più.

Guasti incompatibili– guasti di cui non possono verificarsi due contemporaneamente.

Fallimenti indipendenti– le probabilità del loro verificarsi non dipendono l’una dall’altra.

Fallimenti dipendenti– La probabilità che si verifichi un guasto è correlata alla probabilità di un altro.

Classificazione dei guasti tecnici:

1. Individuando:

– prima di eseguire funzioni;

– durante lo svolgimento delle funzioni.

2. Secondo le conseguenze:

- senza conseguenze;

– porta alla mancata esecuzione delle funzioni;

– provoca incidenti.

3. Per ragioni:

– errori di progettazione e produzione;

– errori del personale operativo;

– ragioni esterne o casuali.

4. Per metodo di eliminazione:

– ripristino dell'operatività nel luogo di intervento;

– riparazioni parziali nei servizi di riparazione;

– riparazioni importanti;

– cancellazione di un oggetto.

Oltre al concetto di “guasto”, nella teoria dell’affidabilità applicata e nella pratica, possono essere utilizzati altri concetti legati al guasto di un oggetto:

Rottura– danni a un oggetto che può essere riparato dall’equipaggio o dai servizi di riparazione, senza causare perdite di vite umane.

Incidente– un evento associato ad un'interruzione del funzionamento di un oggetto a causa della sua distruzione o danneggiamento.

Incidente- tale danno ad un oggetto in cui il suo restauro è impraticabile secondo criteri economici (ma non comporta la perdita della vita).

Catastrofe– distruzione completa di un oggetto, che di solito porta alla morte di persone.

Come è noto, prima che emergessero i fondamenti teorici dell'affidabilità, l'affidabilità degli oggetti tecnici veniva solitamente discussa in termini qualitativi. Suonava più o meno così: "questo oggetto è affidabile, ma quello è inaffidabile". In effetti, se un oggetto si trovasse in uno stato non funzionante più spesso che in uno stato funzionante, difficilmente potrebbe essere definito affidabile. Ma con lo sviluppo della tecnologia, iniziarono a sorgere domande naturali: cosa dovremmo aspettarci durante il periodo di funzionamento previsto della tecnologia; qual è la prognosi per il mantenimento della condizione lavorativa; quale risorsa assegnare a un oggetto tecnico; quanti pezzi di ricambio sono necessari per il periodo di funzionamento previsto; Come aumentare l'affidabilità di un sistema tecnico se la base degli elementi non è sufficientemente affidabile? Questi e altri problemi portarono allo sviluppo della teoria dell’affidabilità. E la teoria dell'affidabilità degli oggetti tecnici è impensabile senza caratteristiche quantitative e, di conseguenza, metodi per il loro calcolo.

Lo studio dell'affidabilità delle apparecchiature è iniziato considerando gli oggetti tecnici non riparabili, cioè gli oggetti funzionanti fino al primo guasto, che in determinate condizioni operative è anche l'ultimo. Quando parliamo di restauro intendiamo il ripristino delle condizioni funzionali di un oggetto tecnico. Va notato che la proprietà di recuperabilità dipende non tanto dalla progettazione di un oggetto tecnico, ma dalle condizioni del suo funzionamento. Quindi, ad esempio, un missile guasto nelle condizioni di una nave è un oggetto non riparabile, ma nelle condizioni di una base militare o di un impianto di produzione è certamente un oggetto riparabile.

È ovvio che i sistemi d’arma complessi sono sistemi recuperabili. Le attività del personale consistono in gran parte nel mantenimento della propria condizione lavorativa. Allo stesso tempo, è chiaro che il ripristino della funzionalità dei sistemi complessi viene effettuato, di norma, sostituendo i dispositivi elementari non riparabili. A questo scopo è disponibile presso le sedi operative un set di ricambi. Pertanto, la conoscenza delle caratteristiche di affidabilità degli oggetti non riparabili e la capacità di valutarle nella pratica è sicuramente importante per il personale che utilizza l'apparecchiatura. Va sottolineato che lo sviluppo dei fondamenti della teoria dell'affidabilità è iniziato con lo studio delle caratteristiche degli elementi non recuperabili, questi “mattoni” da cui viene costruita la “costruzione” di qualsiasi sistema tecnico.

4.1. Concetti base della teoria dell'affidabilità

Osservazioni preliminari.

L'elenco si basa su GOST 27.002-89 "Affidabilità nella tecnologia. Concetti di base. Termini e definizioni", che formula i termini e le definizioni utilizzati nella scienza e nella tecnologia nel campo dell'affidabilità. Tuttavia, non tutti i termini sono coperti dal GOST specificato, pertanto in alcuni paragrafi vengono introdotti termini aggiuntivi contrassegnati con un asterisco (*).

Oggetto, elemento, sistema

Nella teoria dell'affidabilità vengono utilizzati i concetti di oggetto, elemento e sistema.

Un oggetto- un prodotto tecnico per uno scopo specifico, considerato durante i periodi di progettazione, produzione, test e funzionamento.

Possono essere oggetti diversi sistemi e loro elementi, in particolare: strutture, impianti, prodotti tecnici, dispositivi, macchine, apparecchi, strumenti e loro parti, assiemi e singole parti.

Un elemento di sistema è un oggetto che rappresenta una parte separata del sistema. Il concetto stesso di elemento è condizionale e relativo, poiché qualsiasi elemento, a sua volta, può sempre essere considerato come un insieme di altri elementi.

I concetti sistema ed elemento si esprimono l'uno attraverso l'altro, poiché uno di essi dovrebbe essere accettato come quello iniziale, postulato. Questi concetti sono relativi: un oggetto considerato un sistema in uno studio può essere considerato un elemento se si studia un oggetto su scala più ampia. Inoltre, la stessa divisione del sistema in elementi dipende dalla natura della considerazione (elementi funzionali, strutturali, circuitali o operativi), dall'accuratezza richiesta della ricerca, dal livello delle nostre idee, dall'oggetto nel suo insieme .

Umano L'operatore rappresenta anche uno degli anelli del sistema uomo-macchina.

Un sistema è un oggetto che è una raccolta di elementi interconnessi da determinate relazioni e che interagiscono in modo tale da garantire che il sistema svolga una funzione abbastanza complessa.

Un segno di sistematicità è la struttura del sistema, l'interconnessione delle sue parti costitutive, la subordinazione dell'organizzazione dell'intero sistema a un obiettivo specifico. I sistemi operano nello spazio e nel tempo.

Stato dell'oggetto

Facilità di manutenzione- lo stato dell'oggetto in cui soddisfa tutti i requisiti stabiliti dalla documentazione normativa e tecnica (NTD).

Malfunzionamento- lo stato dell'oggetto in cui non soddisfa almeno uno dei requisiti stabiliti dalla documentazione normativa e tecnica.

Prestazione- lo stato di un oggetto in cui è in grado di svolgere funzioni specificate, mantenendo i valori dei parametri principali entro i limiti stabiliti dalla documentazione normativa e tecnica.

I parametri principali caratterizzano il funzionamento della struttura nello svolgimento dei compiti assegnati e sono stabiliti nella documentazione normativa e tecnica.

Inoperabilità- lo stato di un oggetto in cui il valore di almeno un parametro specificato che caratterizza la capacità di eseguire funzioni specifiche non soddisfa i requisiti stabiliti dalla documentazione normativa e tecnica.

Il concetto di funzionalità è più ampio del concetto di prestazione. Un oggetto operativo, a differenza di uno riparabile, soddisfa solo i requisiti della documentazione tecnica e tecnica che ne garantiscono il normale funzionamento nello svolgimento dei compiti assegnati.

In generale, l'operabilità e l'inoperabilità possono essere complete o parziali. Un oggetto pienamente operativo garantisce, in determinate condizioni, la massima efficienza del suo utilizzo. L'efficienza dell'utilizzo di un oggetto parzialmente operativo nelle stesse condizioni è inferiore al massimo possibile, ma i valori dei suoi indicatori rientrano ancora nei limiti stabiliti per tale funzionamento, il che è considerato normale. Un oggetto parzialmente non operativo può funzionare, ma il livello di efficienza è inferiore al livello accettabile. Un oggetto completamente non funzionante non può essere utilizzato per lo scopo previsto.

I concetti di operabilità parziale e inoperabilità parziale si applicano principalmente a sistemi complessi, caratterizzati dalla possibilità di trovarsi in più stati. Questi stati differiscono nei livelli di efficienza del sistema. L'operabilità e l'inoperabilità di alcuni oggetti possono essere complete, ad es. possono avere solo due stati.

Un oggetto efficiente, a differenza di uno riparabile, deve soddisfare solo i requisiti della documentazione tecnica, il cui adempimento garantisce il normale utilizzo dell'oggetto per lo scopo previsto. Tuttavia, potrebbe non soddisfare, ad esempio, i requisiti estetici se il deterioramento dell'aspetto dell'oggetto non interferisce con il suo normale (effettivo) funzionamento.

È ovvio che un oggetto operativo può essere difettoso, ma le deviazioni dai requisiti della documentazione tecnica e tecnica non sono così significative da interrompere il normale funzionamento.

Stato limite - lo stato di un oggetto in cui il suo ulteriore utilizzo per lo scopo previsto deve essere interrotto a causa di una violazione irreparabile dei requisiti di sicurezza o di una deviazione irreparabile dei parametri specificati oltre i limiti stabiliti, di un aumento inaccettabile dei costi operativi o della necessità per riparazioni importanti.

I segni (criteri) di uno stato limite sono stabiliti dalla documentazione normativa e tecnica per un dato oggetto.

Un oggetto non ripristinabile raggiunge uno stato limite quando si verifica un guasto o quando viene raggiunto un valore massimo ammissibile prestabilito di durata utile o tempo di funzionamento totale, stabilito per ragioni di sicurezza operativa in connessione con una diminuzione irreversibile dell'efficienza d'uso al di sotto del livello consentito o in connessione con un aumento del tasso di guasto, che è naturale per oggetti di questo tipo dopo un determinato periodo di funzionamento.

Per gli oggetti ripristinati, il passaggio allo stato limite è determinato dall'arrivo di un momento in cui ulteriori operazioni sono impossibili o impraticabili per i seguenti motivi:

Diventa impossibile mantenerne la sicurezza, l'affidabilità o l'efficacia al livello minimo accettabile;

A causa dell'usura e (o) dell'invecchiamento, l'oggetto ha raggiunto uno stato in cui le riparazioni richiedono costi inaccettabilmente elevati o non forniscono il necessario grado di ripristino della funzionalità o delle risorse.

Per alcuni oggetti in corso di restauro, è considerato stato limite quello in cui il necessario ripristino della funzionalità può essere raggiunto solo attraverso una revisione importante.

La controllabilità del regime* è la proprietà di un oggetto di mantenere una modalità normale attraverso il controllo al fine di mantenere o ripristinare la modalità normale del suo funzionamento.

Transizione di un oggetto a stati diversi

Danno- un evento consistente in una violazione della funzionalità di un oggetto pur mantenendo la sua funzionalità.

Rifiuto- un evento consistente in un malfunzionamento di un oggetto.

Il criterio di fallimento è una caratteristica distintiva o un insieme di caratteristiche in base al quale viene stabilito il fatto del fallimento.

I segni (criteri) di guasti sono stabiliti dalla documentazione normativa e tecnica per un determinato oggetto.

Il ripristino è il processo di rilevamento ed eliminazione dei guasti (danni) al fine di ripristinarne la funzionalità (riparabilità).

Oggetto recuperabile- un oggetto il cui funzionamento in caso di guasto è soggetto a ripristino alle condizioni considerate.

Oggetto non recuperabile- un oggetto le cui prestazioni in caso di guasto non possono essere ripristinate nelle condizioni considerate.

Quando si analizza l'affidabilità, soprattutto quando si scelgono gli indicatori dell'affidabilità di un oggetto, la decisione da prendere in caso di guasto dell'oggetto è di notevole importanza. Se, nella situazione in esame, ripristinare l'operatività di un dato oggetto in caso di guasto per qualche motivo è considerato poco pratico o impraticabile (ad esempio, a causa dell'impossibilità di interrompere la funzione eseguita), allora tale oggetto in questa situazione è irrecuperabile. Pertanto, uno stesso oggetto, a seconda delle caratteristiche o delle fasi operative, può considerarsi recuperabile o irrecuperabile. Ad esempio, l'equipaggiamento di un satellite meteorologico durante la fase di stoccaggio è classificato come recuperabile, ma durante il volo nello spazio non è recuperabile. Inoltre, anche lo stesso oggetto può essere classificato nell'uno o nell'altro tipo a seconda della sua destinazione: un computer utilizzato per calcoli non operativi è un oggetto recuperabile, poiché in caso di guasto qualsiasi operazione può essere ripetuta, e lo stesso computer che controlla un processo tecnologico complesso in chimica, è un oggetto non recuperabile, poiché il guasto o il malfunzionamento portano a conseguenze irreparabili.

L'incidente* è un evento consistente nel passaggio di un oggetto da un livello di prestazione o relativo livello di funzionamento ad un altro, significativamente inferiore, con una notevole interruzione del funzionamento dell'oggetto. Un incidente può portare alla distruzione parziale o totale di un oggetto, creando condizioni pericolose per le persone e per l'ambiente.

Caratteristiche temporali di un oggetto

Tempo di operatività- durata o volume di lavoro dell'oggetto. L'oggetto può funzionare in modo continuo o intermittente. Nel secondo caso viene preso in considerazione il tempo di funzionamento totale. Il tempo di funzionamento può essere misurato in unità di tempo, cicli, unità di output e altre unità. Durante il funzionamento si distingue tra tempo di funzionamento giornaliero, mensile, tempo di funzionamento fino al primo guasto, tempo di funzionamento tra guasti, tempo di funzionamento specificato, ecc.

Se l'oggetto viene utilizzato con diverse modalità di carico, ad esempio il tempo di funzionamento in modalità luce può essere separato e preso in considerazione separatamente dal tempo di funzionamento con carico nominale.

Risorsa tecnica- tempo di funzionamento di un oggetto dall'inizio del suo funzionamento fino al raggiungimento dello stato limite.

Di solito viene indicato a quale risorsa tecnica si intende: fino al mezzo, capitale, dal capitale al mezzo più vicino, ecc. Se non sono contenute istruzioni specifiche, la risorsa si intende dall'inizio del funzionamento fino al raggiungimento dello stato limite dopo tutte le riparazioni (medie e importanti), ovvero fino alla cancellazione a causa delle condizioni tecniche.

Tutta la vita- durata temporale del funzionamento dell'impianto dal suo inizio o ripresa dopo interventi di maggiore o media entità fino all'inizio dello stato limite.

Per funzionamento dell'oggetto si intende la fase della sua esistenza a disposizione del consumatore, soggetto all'uso dell'oggetto per lo scopo previsto, che può alternarsi con lo stoccaggio, il trasporto, la manutenzione e la riparazione, se effettuata da il consumatore.

Data di scadenza- durata del calendario di conservazione e (o) trasporto di un oggetto in condizioni specificate, durante e dopo le quali i valori degli indicatori stabiliti (compresi gli indicatori di affidabilità) vengono mantenuti entro limiti specificati.

Definizione di affidabilità

Il funzionamento di qualsiasi sistema tecnico può essere caratterizzato dalla sua efficienza (Fig. 4.1.1), intesa come un insieme di proprietà che determinano la capacità del sistema di eseguire determinati compiti durante la sua creazione.

Riso. 4.1.1. Proprietà fondamentali dei sistemi tecnici

Secondo GOST 27.002-89 per affidabilità si intende la proprietà di un oggetto di mantenere nel tempo, entro limiti stabiliti, i valori di tutti i parametri che caratterizzano la capacità di svolgere le funzioni richieste in determinate modalità e condizioni d'uso, manutenzione, riparazione, stoccaggio e trasporto.

Così:

1. Affidabilità- la proprietà di un oggetto di mantenere nel tempo la capacità di svolgere le funzioni richieste. Ad esempio: per un motore elettrico - per fornire la coppia richiesta sull'albero e la velocità; per il sistema di alimentazione - per fornire ai ricevitori di potenza l'energia della qualità richiesta.

2. Le funzioni richieste devono essere eseguite con valori dei parametri entro i limiti stabiliti. Ad esempio: per un motore elettrico - per fornire la coppia e la velocità richieste quando la temperatura del motore non supera un certo limite, l'assenza di una fonte di esplosione, incendio, ecc.

3. La capacità di eseguire le funzioni richieste deve essere mantenuta nelle modalità specificate (ad esempio, nel funzionamento intermittente); in condizioni specificate (ad esempio polvere, vibrazioni, ecc.).

4. L'oggetto deve avere la proprietà di mantenere la capacità di svolgere le funzioni richieste nelle varie fasi della sua vita: durante il funzionamento operativo, la manutenzione, la riparazione, lo stoccaggio e il trasporto.

Affidabilità- un indicatore importante della qualità di un oggetto. Non può essere contrapposto o confuso con altri indicatori di qualità. Ad esempio, l'informazione sulla qualità di un impianto di depurazione sarà chiaramente insufficiente se si saprà solo che ha una certa produttività e un certo coefficiente di depurazione, ma non si sa con quale costanza queste caratteristiche vengano mantenute durante il suo funzionamento. È inoltre inutile sapere che l'impianto conservi stabilmente le sue caratteristiche intrinseche, ma i valori di tali caratteristiche sono sconosciuti. Ecco perché la definizione di affidabilità include l'esecuzione di funzioni specificate e la conservazione di questa proprietà quando l'oggetto viene utilizzato per lo scopo previsto.

A seconda dello scopo dell'oggetto, può includere affidabilità, durata, manutenibilità e conservazione in varie combinazioni. Ad esempio, per un oggetto non recuperabile non destinato all'archiviazione, l'affidabilità è determinata dal suo funzionamento senza guasti quando utilizzato per lo scopo previsto. Le informazioni sul funzionamento senza guasti di un prodotto ripristinato che è stato immagazzinato e trasportato per un lungo periodo non ne determinano completamente l'affidabilità (è necessario conoscere sia la manutenibilità che la conservabilità). In alcuni casi diventa molto importante la capacità di un prodotto di mantenere l’operatività fino all’insorgere di uno stato limite (dismissione, trasferimento per riparazioni medie o importanti), ovvero sono necessarie informazioni non solo sull'affidabilità dell'oggetto, ma anche sulla sua durabilità.

Una caratteristica tecnica che quantifica una o più proprietà che costituiscono l'affidabilità di un oggetto è chiamata indicatore di affidabilità. Caratterizza quantitativamente la misura in cui un dato oggetto o un dato gruppo di oggetti ha determinate proprietà che determinano l'affidabilità. L'indicatore di affidabilità può avere una dimensione (ad esempio, il tempo medio di ripristino) o non averla (ad esempio, la probabilità di funzionamento senza guasti).

L'affidabilità nel caso generale è una proprietà complessa che include concetti come affidabilità, durabilità, manutenibilità e conservabilità. Per oggetti specifici e le loro condizioni operative, queste proprietà possono avere un'importanza relativa diversa.

L'affidabilità è la proprietà di un oggetto di rimanere continuamente operativo per un certo tempo di funzionamento o per qualche tempo.

La manutenibilità è la proprietà di un oggetto di essere adattato per prevenire e rilevare guasti e danni, per ripristinare l'operatività e la funzionalità durante il processo di manutenzione e riparazione.

La durabilità è la proprietà di un oggetto di rimanere operativo fino al verificarsi di uno stato limite con la necessaria interruzione per manutenzioni e riparazioni.

La conservabilità è la proprietà di un oggetto di mantenere continuamente uno stato utile e operativo durante (e dopo) lo stoccaggio e (o) il trasporto.

Per gli indicatori di affidabilità vengono utilizzate due forme di rappresentazione: probabilistica e statistica. La forma probabilistica è solitamente più conveniente per i calcoli analitici di affidabilità a priori, mentre la forma statistica è più conveniente per studi sperimentali sull'affidabilità dei sistemi tecnici. Inoltre, risulta che alcuni indicatori sono meglio interpretati in termini probabilistici, mentre altri sono meglio interpretati in termini statistici.

Indicatori di affidabilità e manutenibilità

Run-to-fallimento- la probabilità che, entro un dato tempo di funzionamento, non si verifichi un guasto dell'oggetto (a condizione che sia operativo nel momento iniziale).

Per le modalità di stoccaggio e trasporto può essere utilizzato il termine definito in modo simile “probabilità che si verifichi un guasto”.

Il tempo medio al guasto è l'aspettativa matematica del tempo di funzionamento casuale di un oggetto prima del primo guasto.

Il tempo medio tra i guasti è l'aspettativa matematica del tempo di funzionamento casuale di un oggetto tra i guasti.

Tipicamente questo indicatore si riferisce ad un processo operativo stazionario. In linea di principio, il tempo medio tra i guasti di oggetti costituiti da elementi che invecchiano nel tempo dipende dal numero dei guasti precedenti. Tuttavia, all'aumentare del numero di guasti (cioè con un aumento della durata di funzionamento), questo valore tende a rimanere costante o, come si suol dire, al suo valore stazionario.

Il tempo medio tra i guasti è il rapporto tra il tempo di funzionamento di un oggetto ripristinato in un determinato periodo di tempo e l'aspettativa matematica del numero di guasti durante questo tempo di funzionamento.

Questo termine può essere brevemente chiamato tempo medio al guasto e tempo medio tra guasti quando entrambi gli indicatori coincidono. Affinché quest'ultimo coincida, è necessario che dopo ogni guasto l'oggetto venga riportato allo stato originale.

Tempo di funzionamento specificato- tempo di funzionamento durante il quale un oggetto deve funzionare senza interrompere le sue funzioni.

Tempi di inattività medi- aspettativa matematica del tempo casuale di permanenza forzata e non regolamentata di un oggetto in uno stato di inoperabilità.

Tempo medio di recupero- aspettativa matematica della durata casuale del ripristino dell'operatività (riparazione stessa).

La probabilità di recupero è la probabilità che la durata effettiva del ripristino dell'operatività dell'oggetto non superi quella specificata.

Indicatore di efficienza tecnica del funzionamento- una misura della qualità del funzionamento effettivo di un oggetto o della fattibilità dell'utilizzo di un oggetto per eseguire funzioni specifiche.

Questo indicatore è quantificato come l'aspettativa matematica dell'effetto di output di un oggetto, vale a dire a seconda dello scopo del sistema, assume un'espressione specifica. Spesso l'indicatore di prestazione è definito come la probabilità totale che un oggetto completi un'attività, tenendo conto di una possibile diminuzione della qualità del suo lavoro dovuta al verificarsi di guasti parziali.

Tasso di mantenimento dell'efficienza- un indicatore che caratterizza l'influenza del grado di affidabilità sul valore massimo possibile di questo indicatore (ovvero il corrispondente stato di piena operatività di tutti gli elementi dell'oggetto).

Fattore di disponibilità non stazionario- la probabilità che un oggetto sarà operativo in un dato momento, conteggiata dall'inizio del lavoro (o da un altro momento rigorosamente definito), per il quale è noto lo stato iniziale di questo oggetto.

Fattore di disponibilità medio- il valore del fattore di disponibilità non stazionario mediato su un dato intervallo temporale.

Fattore di disponibilità stazionario(fattore di disponibilità) - la probabilità che l'oggetto ripristinato sarà operativo in un momento selezionato arbitrariamente nel processo operativo costante. (Il fattore di disponibilità può anche essere definito come il rapporto tra il tempo durante il quale l'oggetto è in condizioni di lavoro e la durata totale del periodo in esame. Si presuppone che si stia considerando un processo di funzionamento stazionario, il modello matematico di che è un processo casuale stazionario.Il fattore di disponibilità è il valore limite al quale sia il fattore di disponibilità non stazionario che quello medio tendono ad aumentare all'aumentare dell'intervallo di tempo considerato.

Vengono spesso utilizzati indicatori che caratterizzano un oggetto semplice: i cosiddetti coefficienti di inattività del tipo corrispondente. Ad ogni fattore di disponibilità può essere associato un determinato fattore di inattività, numericamente pari alla somma del corrispondente fattore di disponibilità a uno. Nelle definizioni pertinenti, la prestazione dovrebbe essere sostituita dall'inoperabilità.

Il coefficiente di prontezza operativa non stazionaria è la probabilità che un oggetto, essendo in modalità standby, sarà operativo in un dato momento, conteggiato dall'inizio del lavoro (o da un altro momento strettamente definito), e da questo momento sarà lavorare senza fallire per un dato tempo.

Rapporto medio di prontezza operativa- il valore del coefficiente di prontezza operativa non stazionaria mediato su un dato intervallo.

Rapporto di prontezza operativa stazionaria(coefficiente di prontezza operativa) - la probabilità che un elemento ripristinato sarà operativo in un momento arbitrario e da questo momento funzionerà senza guasti per un dato intervallo di tempo. Si presuppone che si consideri un processo di funzionamento stazionario, al quale corrisponde come modello matematico un processo casuale stazionario.

Tasso di utilizzo tecnico- il rapporto tra il tempo di funzionamento medio di un oggetto in unità di tempo per un certo periodo di funzionamento e la somma dei valori medi del tempo di funzionamento, dei tempi di fermo dovuti alla manutenzione e dei tempi di riparazione per lo stesso periodo di funzionamento.

Tasso di fallimento- densità di probabilità condizionata di guasto di un oggetto non riparabile, determinata per il momento temporale considerato, a condizione che il guasto non si sia verificato prima di tale momento. Il parametro del flusso di guasto è la densità di probabilità del verificarsi di un guasto di un oggetto ripristinato, determinata per il momento considerato. Il parametro del flusso di guasti può essere definito come il rapporto tra il numero di guasti di un oggetto in un certo intervallo di tempo e la durata di questo intervallo con un flusso di guasti ordinario.

Intensità del recupero- densità di probabilità condizionata del ripristino dell'operatività dell'oggetto, determinata per il momento considerato, a condizione che il restauro non sia stato completato fino a quel momento.

Indicatori di durabilità e conservazione

Risorsa percentuale gamma- tempo di funzionamento durante il quale l'oggetto non raggiunge lo stato limite con una data probabilità 1-?.

Risorsa media- aspettativa matematica della risorsa.

Risorsa assegnata- il tempo di funzionamento totale di un oggetto, al raggiungimento del quale il funzionamento deve essere interrotto, indipendentemente dal suo stato.

Vita media di riparazione- risorsa media tra le principali riparazioni adiacenti della struttura.

Vita media prima della cancellazione- la risorsa media di un oggetto dall'inizio dell'operazione fino alla sua disattivazione.

La risorsa media prima della revisione importante è la risorsa media dall'inizio dell'attività della struttura fino alla sua prima revisione importante.

Vita percentuale gamma- vita utile durante la quale l'oggetto non raggiunge lo stato limite con probabilità 1-?.

Vita utile media- aspettativa matematica della vita utile.

Durata media tra una revisione e l'altra- durata media tra le riparazioni importanti adiacenti della struttura.

Vita utile media prima della revisione importante- durata media dall'inizio dell'attività dell'impianto fino alla prima revisione importante.

Vita utile media prima dello smantellamento- durata media dall'inizio del funzionamento dell'oggetto fino alla sua disattivazione.

Durata di conservazione percentuale gamma- la durata della conservazione durante la quale l'oggetto conserva gli indicatori stabiliti con una determinata probabilità di 1-?.

Durata media- aspettativa matematica della durata di conservazione.

Tipi di affidabilità

Lo scopo polivalente di apparecchiature e sistemi porta alla necessità di studiare alcuni aspetti dell'affidabilità, tenendo conto delle ragioni che costituiscono le proprietà di affidabilità degli oggetti. Ciò porta alla necessità di dividere l’affidabilità in tipologie.

Ci sono:

Affidabilità dell'hardware dovuta alle condizioni dei dispositivi; a sua volta può essere suddivisa in affidabilità strutturale, circuitale, produttiva e tecnologica;

Affidabilità funzionale associata all'esecuzione di una determinata funzione (o insieme di funzioni) assegnata a un oggetto o sistema;

Affidabilità operativa grazie alla qualità di utilizzo e manutenzione;

Affidabilità del software dovuta alla qualità del software (programmi, algoritmi di azione, istruzioni, ecc.);

L'affidabilità del sistema “uomo-macchina”, in funzione della qualità del servizio dell'oggetto da parte dell'operatore umano.

Caratteristiche del fallimento

Uno dei concetti base della teoria dell'affidabilità è il concetto di fallimento (oggetto, elemento, sistema). Il guasto di un oggetto è un evento in cui un oggetto cessa completamente o parzialmente di eseguire funzioni specificate. Con una perdita completa di prestazioni si verifica un guasto completo, con un guasto parziale si verifica un guasto parziale. I concetti di guasti completi e parziali devono essere formulati chiaramente ogni volta prima dell'analisi dell'affidabilità, poiché la valutazione quantitativa dell'affidabilità dipende da questo.

In base alle ragioni del verificarsi di guasti in una determinata posizione, si distinguono:

guasti dovuti a difetti di progettazione;

guasti dovuti a difetti tecnologici;

guasti dovuti a difetti operativi;

guasti dovuti al progressivo invecchiamento (usura).

I guasti dovuti a difetti di progettazione sorgono come conseguenza di imperfezioni di progettazione dovute a “mancate” durante la progettazione. In questo caso, i più comuni sono la sottovalutazione dei carichi "di punta", l'uso di materiali con basse proprietà di consumo, i "mancati errori" del circuito, ecc. I guasti di questo gruppo influenzano tutte le copie del prodotto, oggetto, sistema.

I guasti dovuti a difetti tecnologici sorgono come conseguenza di una violazione della tecnologia accettata per la fabbricazione dei prodotti (ad esempio, la deviazione delle caratteristiche individuali oltre i limiti stabiliti). I guasti in questo gruppo sono tipici dei singoli lotti di prodotti, durante la fabbricazione dei quali sono state osservate violazioni della tecnologia di produzione.

I guasti dovuti a difetti di funzionamento sorgono a causa del mancato rispetto delle condizioni operative richieste e delle regole di manutenzione con quelle effettive. I guasti in questo gruppo sono tipici delle singole unità di prodotto.

Guasti dovuti all'invecchiamento graduale (usura) dovuto all'accumulo di cambiamenti irreversibili nei materiali che portano all'interruzione della resistenza (meccanica, elettrica) e all'interazione delle parti dell'oggetto.

I guasti basati su modelli causali di insorgenza sono suddivisi nei seguenti gruppi:

guasti con un modello di occorrenza istantaneo;

fallimenti con un modello di insorgenza graduale;

fallimenti con un modello di rilassamento;

guasti con modelli di occorrenza combinati.

I guasti con un modello di occorrenza istantanea sono caratterizzati dal fatto che il momento del guasto non dipende dal tempo dell'operazione precedente e dallo stato dell'oggetto; il momento del guasto si verifica in modo casuale, improvviso. Esempi di implementazione di tale schema possono essere guasti del prodotto sotto l'influenza di carichi di punta nella rete elettrica, distruzione meccanica dovuta a influenze esterne estranee, ecc.

I guasti con un andamento graduale si verificano a causa del graduale accumulo di danni dovuti a cambiamenti fisico-chimici nei materiali. In questo caso, i valori di alcuni parametri “decisivi” vanno oltre i limiti consentiti e l'oggetto (sistema) non è in grado di svolgere le funzioni specificate. Esempi di implementazione di uno schema di insorgenza graduale possono essere guasti dovuti a una diminuzione della resistenza di isolamento, all'erosione elettrica dei contatti, ecc.

I guasti con un modello di occorrenza di rilassamento sono caratterizzati da un iniziale graduale accumulo di danni, che crea le condizioni per un cambiamento improvviso (brusco) nello stato dell'oggetto, dopo di che si verifica uno stato di guasto. Esempi di implementazione di uno schema di rilassamento per il verificarsi di guasti possono essere la rottura dell'isolamento del cavo dovuta alla distruzione della corrosione dell'armatura.

I guasti con schemi di occorrenza combinati sono tipici di situazioni in cui diversi schemi causali operano simultaneamente. Un esempio che implementa questo schema è un guasto del motore a seguito di un cortocircuito dovuto alla diminuzione della resistenza di isolamento degli avvolgimenti e al surriscaldamento.

Quando si analizza l'affidabilità, è necessario identificare le cause predominanti dei guasti e solo successivamente, se necessario, tenere conto dell'influenza di altre cause.

In base all’aspetto temporale e al grado di prevedibilità, i guasti si dividono in improvvisi e graduali.

In base alla natura dell'eliminazione nel tempo, viene fatta una distinzione tra fallimenti stabili (finali) e autoeliminanti (a breve termine). Un fallimento a breve termine è chiamato incidente. Un segno caratteristico di un guasto è che il ripristino dell'operatività dopo che si è verificato non richiede la riparazione dell'hardware. Un esempio potrebbe essere un'interferenza a breve termine durante la ricezione di un segnale, difetti di programma, ecc.

Ai fini dell'analisi e della ricerca sull'affidabilità, i modelli di guasto causale possono essere rappresentati sotto forma di modelli statistici che, a causa del verificarsi probabilistico del danno, sono descritti da leggi probabilistiche.

Tipi di guasti e relazioni causali

I guasti degli elementi del sistema sono i principali argomenti di studio quando si analizzano le relazioni causali.

Come mostrato nell’anello interno (Fig. 4.1.2), situato attorno al “guasto dell’elemento”, i guasti possono verificarsi a causa di:

1) guasti primari;

2) guasti secondari;

3) comandi errati (guasti avviati).

I guasti in tutte queste categorie possono avere varie cause indicate nell'anello esterno. Quando viene determinata l'esatta modalità di guasto e ottenuti i dati, e l'evento finale è critico, allora vengono considerati guasti iniziali.

Il guasto primario di un elemento è definito come la condizione non operativa di quell'elemento, causata da esso stesso, e devono essere eseguiti lavori di riparazione per riportare l'elemento in uno stato operativo. I guasti primari si verificano sotto influenze di input il cui valore rientra nell'intervallo di progetto e i guasti sono spiegati dall'invecchiamento naturale degli elementi. La rottura di un serbatoio dovuta all'invecchiamento (fatica) del materiale è un esempio di cedimento primario.

Il guasto secondario è identico al guasto primario, tranne per il fatto che l'elemento stesso non è la causa del guasto. I cedimenti secondari sono spiegati dagli effetti dello stress eccessivo precedente o attuale sugli elementi. L'ampiezza, la frequenza e la durata di queste tensioni possono essere fuori dai limiti di tolleranza o avere polarità inversa e sono causate da diverse fonti di energia: termica, meccanica, elettrica, chimica, magnetica, radioattiva, ecc. Queste sollecitazioni sono causate da elementi vicini o dall'ambiente, ad esempio condizioni meteorologiche (piogge, vento), geologiche (frane, cedimento del suolo), nonché impatti di altri sistemi tecnici.

Riso. 4.1.2. Caratteristiche di cedimento degli elementi

Esempi di guasti secondari sono “l'intervento di un fusibile contro un aumento di corrente elettrica”, “danni ai contenitori di stoccaggio durante un terremoto”. Va notato che l'eliminazione delle fonti di aumento della tensione non garantisce il ritorno dell'elemento in condizioni di funzionamento, poiché un precedente sovraccarico potrebbe causare danni irreversibili all'elemento, richiedendo in questo caso la riparazione.

Errori attivati ​​(comandi errati). Anche le persone, come gli operatori e il personale di manutenzione, sono possibili fonti di guasti secondari se le loro azioni causano il guasto dei componenti. I comandi errati sono rappresentati da un elemento non operativo a causa di un segnale di controllo errato o di un'interferenza (con solo riparazioni occasionali necessarie per riportare l'elemento in uno stato operativo). I segnali di controllo spontanei o le interferenze spesso non lasciano conseguenze (danni) e nelle normali modalità successive gli elementi funzionano in conformità con i requisiti specificati. Esempi tipici di comandi errati sono: "la tensione è stata applicata spontaneamente all'avvolgimento del relè", "l'interruttore non si è aperto accidentalmente a causa di un'interferenza", "l'interferenza all'ingresso del dispositivo di controllo nel sistema di sicurezza ha causato un falso segnale di arresto", “l'operatore non ha premuto il pulsante di emergenza” (comando errato dal pulsante di emergenza).

Il guasto multiplo (guasto generale) è un evento in cui diversi elementi falliscono per lo stesso motivo. Tali motivi possono includere quanto segue:

Difetti di progettazione delle apparecchiature (difetti non identificati in fase di progettazione e che portano a guasti dovuti alla mutua dipendenza tra sottosistemi elettrici e meccanici o elementi di un sistema ridondante);

Errori di funzionamento e manutenzione (regolazione o calibrazione impropria, negligenza dell'operatore, manipolazione impropria, ecc.);

Esposizione all'ambiente (umidità, polvere, sporco, temperatura, vibrazioni, nonché condizioni estreme di normale funzionamento);

Impatti catastrofici esterni (fenomeni naturali esterni come inondazioni, terremoti, incendi, uragani);

Produttore comune (le apparecchiature o i componenti riservati forniti dallo stesso produttore possono presentare difetti di progettazione o fabbricazione comuni. Ad esempio, i difetti di fabbricazione possono essere causati da una selezione errata dei materiali, errori nei sistemi di installazione, saldature inadeguate, ecc.);

Alimentazione esterna comune (alimentazione comune per apparecchiature principali e di backup, sottosistemi ed elementi ridondanti);

Funzionamento errato (set di strumenti di misura selezionato in modo errato o misure di protezione mal pianificate).

Esistono numerosi esempi di guasti multipli: ad esempio, alcuni relè a molla collegati in parallelo si sono guastati simultaneamente e i loro guasti sono stati causati da una causa comune; a causa dell'errato disinnesto degli attacchi durante la manutenzione, due valvole sono state installate nella posizione sbagliata; A causa della distruzione della conduttura del vapore, si sono verificati contemporaneamente diversi guasti al quadro elettrico. In alcuni casi, una causa comune non provoca un guasto completo di un sistema ridondante (guasto simultaneo di più nodi, quindi un caso estremo), ma una diminuzione generale meno grave dell'affidabilità, che porta ad un aumento della probabilità di un guasto guasto congiunto dei nodi del sistema. Questo fenomeno si osserva in caso di condizioni ambientali estremamente sfavorevoli, quando il deterioramento delle prestazioni porta al guasto del nodo di backup. La presenza di condizioni esterne generali sfavorevoli porta al fatto che il fallimento del secondo nodo dipende dal fallimento del primo ed è accoppiato con esso.

Per ogni causa comune è necessario determinare tutti gli eventi scatenanti che provoca. Allo stesso tempo, viene determinata la portata di ciascuna causa comune, nonché la posizione degli elementi e il momento dell'incidente. Alcune cause generali hanno solo una portata limitata. Ad esempio, una perdita di liquido può essere limitata a una stanza e gli impianti e i componenti elettrici nelle altre stanze non verranno danneggiati a causa delle perdite, a meno che queste stanze non comunichino tra loro.

Un guasto è considerato più critico di un altro se è preferibile essere considerato per primo quando si sviluppano problemi di affidabilità e sicurezza. Quando si valuta comparativamente la criticità dei guasti, vengono prese in considerazione le conseguenze del guasto, la probabilità che si verifichi, la possibilità di rilevamento, localizzazione, ecc.

Le proprietà di cui sopra degli oggetti tecnici e della sicurezza industriale sono interconnesse. Pertanto, se l'affidabilità di un oggetto è insoddisfacente, difficilmente ci si possono aspettare buoni indicatori della sua sicurezza. Allo stesso tempo, le proprietà elencate hanno le proprie funzioni indipendenti. Se l'analisi dell'affidabilità esamina la capacità di un oggetto di eseguire funzioni specifiche (in determinate condizioni operative) entro limiti stabiliti, quando si valuta la sicurezza industriale, vengono identificate le relazioni di causa-effetto del verificarsi e dello sviluppo di incidenti e altre violazioni un’analisi completa delle conseguenze di tali violazioni.

Affidabilità- la proprietà di un oggetto di mantenere nel tempo, entro limiti stabiliti, i valori di tutti i parametri caratterizzanti la capacità di svolgere le funzioni richieste in determinate modalità e condizioni d'uso, manutenzione, conservazione e trasporto. Di seguito, per oggetto si intende (se non diversamente specificato) un oggetto con uno scopo specifico, considerato durante i periodi di progettazione, produzione, funzionamento, ricerca e test di affidabilità. Gli oggetti possono essere prodotti, sistemi e loro elementi, in particolare strutture, impianti, dispositivi, macchine, apparecchi, dispositivi e loro parti, gruppi e singole parti.

L'affidabilità è una proprietà complessa che, a seconda dello scopo dell'oggetto e delle condizioni del suo utilizzo, può includere affidabilità, durabilità, manutenibilità, conservabilità o determinate combinazioni di queste proprietà. Nella diagnostica tecnica, tra i componenti di affidabilità elencati, due proprietà, di regola, vengono alla ribalta: funzionamento senza guasti e manutenibilità dell'oggetto.

Affidabilità- la proprietà di un oggetto di mantenere continuamente l'operatività per un certo tempo o tempo di funzionamento.

Manutenibilità- proprietà di un oggetto, che consiste nella sua adattabilità al mantenimento e al ripristino dello stato operativo mediante manutenzione e riparazione.

Per determinare l'affidabilità e i suoi componenti, è necessario sapere condizione tecnica un oggetto è uno stato caratterizzato in un determinato momento, in determinate condizioni ambientali, dai valori dei parametri stabiliti dalla documentazione tecnica dell'oggetto. I fattori sotto l'influenza dei quali cambiano le condizioni tecniche di un oggetto includono quanto segue:

· influenza delle condizioni climatiche;

· invecchiamento dei materiali degli oggetti nel tempo;

· operazioni di regolazione e aggiustamento durante la produzione o la riparazione;

· sostituzione di elementi, nodi o blocchi guasti di un oggetto.

I cambiamenti nelle condizioni tecniche di un oggetto sono giudicati dai valori dei parametri diagnostici (monitorati) che consentono di determinare questo stato dell'oggetto senza smontarlo. La teoria dell'affidabilità considera quanto segue tipi di condizioni tecniche: riparabile, difettoso, funzionante, inoperante e limitante.

Condizioni di lavoro(utilizzabilità) - lo stato di un oggetto in cui soddisfa tutti i requisiti della documentazione tecnica.

Condizione difettosa(malfunzionamento) - una condizione di un oggetto in cui non soddisfa almeno uno dei requisiti della documentazione tecnica (esempi: danni alla verniciatura, valori dei parametri che superano i limiti di tolleranza, violazione dei segni di normale funzionamento dell'oggetto oggetto, ecc.).

Stato operativo(operabilità) - lo stato di un oggetto in cui i valori di tutti i parametri che caratterizzano la capacità di eseguire funzioni specificate sono conformi ai requisiti della documentazione tecnica. Lo stato operativo è caratterizzato da una serie di determinati segni, come trovare i valori dei parametri specificati dell'oggetto entro le tolleranze stabilite per questi parametri, una serie di segni qualitativi che ne determinano il normale funzionamento. A differenza di un oggetto riparabile, un oggetto funzionale deve soddisfare solo i requisiti della documentazione tecnica, il cui adempimento ne garantisce il normale utilizzo per lo scopo previsto. Un oggetto riparabile può essere difettoso, ad esempio non soddisfare i requisiti estetici, se il deterioramento dell'aspetto dell'oggetto non ne impedisce l'uso previsto.

Stato non operativo(inoperabilità) - uno stato di un oggetto in cui il valore di almeno un parametro che caratterizza la capacità di eseguire funzioni specificate non soddisfa i requisiti della documentazione tecnica.

Stato limite- lo stato dell'oggetto in cui il suo ulteriore funzionamento è inaccettabile o impraticabile, o il ripristino delle sue condizioni di funzionamento è impossibile o impraticabile.

La transizione di un oggetto da uno stato all'altro avviene a causa del verificarsi di difetti in esso. Difetto- si tratta di ogni singola non conformità di un oggetto ai requisiti stabiliti. A seconda delle conseguenze, i difetti si dividono in danni e guasti.

Danno- un evento consistente in una violazione dello stato d'uso di un oggetto pur mantenendo lo stato d'uso. I danni includono deviazioni nell'aspetto dell'oggetto dai requisiti della documentazione tecnica, violazioni degli organi di commutazione, impostazione e regolazione, nonché alcuni danni meccanici che non impediscono all'oggetto di essere utilizzato per lo scopo previsto, ma creano disagi per personale operativo e porta al futuro guasto dell'oggetto.

Il danno è, ad esempio, una violazione del rivestimento di vernice, che causa la transizione di un oggetto da uno stato utile a uno stato difettoso pur mantenendo la sua funzionalità.

Rifiuto- un evento consistente in una violazione dello stato operativo di un oggetto. I segni di un guasto sono cambiamenti inaccettabili nei segni dello stato operativo dell'oggetto (valori dei parametri che superano i limiti di tolleranza, violazione dei segni del normale funzionamento). Per un oggetto non riparabile, il verificarsi di un guasto porta alla fine alla sua transizione ad uno stato limite e alla smantellamento. Per un oggetto riparato, le conseguenze di un guasto vengono eliminate mediante restauro e riparazione.

Per tipologia, i guasti sono suddivisi in:

· fallimenti funzionamento, in cui cessa lo svolgimento delle funzioni di base da parte dell'oggetto;

· fallimenti parametrico, in cui i parametri dell'oggetto cambiano entro limiti inaccettabili (ad esempio, perdita di precisione nella misurazione della tensione con un voltmetro).

Per loro natura, i guasti possono essere:

· casuale causati da sovraccarichi imprevisti, difetti dei materiali, errori del personale, guasti del sistema di controllo, ecc.;

· sistematico, causati da fenomeni naturali che provocano un progressivo accumulo di danni: stanchezza, invecchiamento, ecc.

Le caratteristiche principali della classificazione dei guasti sono:

· natura dell'evento;

· causa dell'evento; conseguenze dei fallimenti;

· ulteriore utilizzo dell'oggetto;

· facilità di rilevamento;

· momento in cui si è verificato.

Di natura dell'evento i guasti possono essere improvvisi, graduali e intermittenti. Improvviso il fallimento è un fallimento manifestato in un brusco cambiamento (istantaneo) nelle caratteristiche di un oggetto. Graduale guasto - guasto che si verifica a seguito di un lento e graduale deterioramento delle caratteristiche di un oggetto dovuto all'usura e all'invecchiamento dei materiali. I guasti improvvisi di solito si manifestano sotto forma di danni meccanici agli elementi (guasti, guasti all'isolamento, rotture, ecc.) E non sono accompagnati da segni visibili preliminari del loro approccio. Il guasto improvviso è caratterizzato dall'indipendenza del momento in cui si è verificato dal momento dell'operazione precedente. Intermittente chiamato errore autocorrettivo (apparire/scomparire, ad esempio, guasto del computer).

Di causa dell'accadimento i fallimenti possono essere strutturali, produttivi e operativi. Strutturale il fallimento si verifica a causa di carenze e cattiva progettazione dell'oggetto. Industriale il fallimento è associato a errori nella fabbricazione di un oggetto dovuti a imperfezione o violazione della tecnologia. Operativo il guasto è causato da una violazione delle regole di funzionamento dell'impianto.

Basato su ulteriore utilizzo dell'oggetto i guasti possono essere completi o parziali. Pieno il guasto esclude la possibilità che l'oggetto funzioni finché non viene eliminato. Ogni volta parziale l'oggetto guasto può essere parzialmente utilizzato.

Basato su facilità di rilevamento i fallimenti possono essere evidenti (espliciti) e nascosti (impliciti).

Di momento dell'accadimento i fallimenti sono suddivisi in correre dentro guasti che si verificano durante il periodo iniziale di funzionamento durante l'uso normale, usura guasti causati da processi irreversibili di usura delle parti, invecchiamento dei materiali, ecc.

Fermare- trasferire un oggetto da uno stato funzionante a uno stato non funzionante.

Arresto intenzionale- arresto programmato ed effettuato dal personale di manutenzione.

Recupero- un evento consistente nel passaggio da uno stato inoperativo ad uno operativo.

Inclusione- trasferire un oggetto da uno stato non operativo a uno operativo.

Invecchiamento- un processo di cambiamento graduale delle proprietà fisiche e chimiche di un oggetto, causato dall'azione di fattori indipendenti dalla modalità operativa dell'oggetto.

Indossare- il processo di cambiamento graduale delle proprietà fisiche e chimiche di un oggetto, causato dall'azione di fattori dipendenti dalla modalità operativa dell'oggetto.

Servizio- un insieme di misure adottate per preservare o ripristinare la funzionalità di un oggetto.

Riparazione- un insieme di misure adottate per ripristinare la funzionalità di un oggetto.

Arresti operativi- modifiche allo schema o alla modalità di funzionamento dell'impianto eseguite dal personale di manutenzione.

Il diagramma della transizione di un oggetto da uno stato all'altro è mostrato in Fig. 2.1.

Una serie di proprietà importanti di un oggetto sono caratterizzate da parametri di uscita chiamati parametri di soglia (ad esempio, il carico massimo al quale il prodotto rimane operativo, la temperatura massima consentita, l'ampiezza minima del segnale percepibile, ecc.). Sotto uscita soglia si riferisce ai valori limite dei parametri esterni ai quali è ancora soddisfatto l'uno o l'altro segno specificato del corretto funzionamento dell'oggetto.

I requisiti per i parametri di output, di norma, sono specificati nelle specifiche tecniche (TOR). Le quantità che caratterizzano questi requisiti sono chiamate requisiti tecnici (TT). Si accontentano modificando i parametri controllati X.

Durante il processo di progettazione, interessano solo i valori dei parametri controllati X, che appartengono al set D, formato dall'intersezione di insiemi DX E D G :

Le espressioni (2.1)…(2.2) significano che l'insieme Dè costituito da tutti questi vettori X = (X 1 , X 2 ,…,xn), per cui i sistemi di diseguaglianze sono simultaneamente soddisfatti

Un mucchio di D chiamato intervallo di variazione consentito parametri controllati X. Qualsiasi vettore X, appartenenti alla regione valida D, definisce efficiente(nel senso di soddisfare i requisiti tecnici) una variante del dispositivo progettato. In altre parole, viene chiamata la relazione tra parametri di output e requisiti tecnici condizioni operative.

Per la sua struttura, l'area consentita D può rivelarsi un insieme convesso o non convesso, che, a sua volta, può essere una regione semplicemente connessa o molte volte connessa.

Zona valida D si dice multiconnesso se è costituito da più parti separate (convesse o non convesse) che non sono interconnesse. Altrimenti zona valida D si dice semplicemente connesso. Nella fig. 2.2 mostra esempi di connessione semplice D e moltiplicarsi connessi D 1 e D 2 aree.

Per una regione semplicemente connessa:

Per una regione connessa multipla composta da due parti D1 E D2

Esempio 2.1. Specifiche tecniche per lo sviluppo di uno schema elettrico di un amplificatore elettronico. Guadagno K 0 alle medie frequenze deve essere almeno 10 4 ; impedenza di ingresso R ingresso a frequenze medie - non inferiore a 1 MOhm; impedenza di uscita R fuori - non più di 200 Ohm; frequenza limite superiore F almeno 100 kHz; deriva termica nulla U dr - non più di 50 µV/deg; l'amplificatore deve funzionare normalmente nell'intervallo di temperature compreso tra -50 o +60 o C; tensioni di alimentazione +5 e -5 V; le deviazioni massime di tensione degli alimentatori non devono essere superiori a ±0,5%; l'amplificatore viene utilizzato in un'installazione fissa.

In questo caso, i parametri di uscita sono guadagno, resistenza di ingresso e uscita, frequenza di taglio, deriva termica, ad es. Y= .

I parametri esterni includono la temperatura ambiente e le tensioni di alimentazione.

I parametri interni non sono menzionati nelle specifiche tecniche; il loro elenco e significato vengono rivelati dopo aver sintetizzato la struttura del circuito. I parametri interni includono i parametri di resistori, condensatori, transistor (parametri degli elementi del circuito).

Indichiamo il vettore dei requisiti tecnici con TT, ad es. TA = (10 4, 1 MOhm, 200 Ohm, 100 kHz, 50 µV/grado).

Nell’esempio considerato, le condizioni di prestazione assumono la forma delle seguenti disuguaglianze: K 0 ≥ 10 4 , R ingresso ≥ 1 MOhm, R uscita ≤ 0,2 kOhm, F a ≥ 100 kHz, U dr ≤ 50 µV/grado.

Affidabilitàè la proprietà dei prodotti di eseguire funzioni specifiche, mantenere le loro caratteristiche prestazionali entro limiti specificati in determinate modalità e condizioni operative per il periodo di tempo richiesto o il tempo di funzionamento richiesto.

Da questa definizione segue che l'affidabilità è una proprietà interna di un prodotto, una realtà oggettiva insita in ogni dato campione di prodotto. Pertanto, non solo un sistema in cui si verificano danni meccanici o elettrici che portano all'inoperabilità dei dispositivi, è considerato inaffidabile, ma anche quello in cui i parametri superano i valori massimi consentiti.

Il compito della teoria dell'affidabilità comprende la risoluzione di due problemi fondamentali: valutare l'affidabilità dei prodotti fabbricati e valutare l'affidabilità dei prodotti nella fase di progettazione.

L'affidabilità dei prodotti fabbricati viene valutata come risultato dei loro test, ad es. per un dato numero di test e per l'intervallo di tempo durante il quale sono stati eseguiti, viene determinata l'affidabilità del prodotto. E valutare l'affidabilità di un dispositivo a semiconduttore nella fase di produzione richiede una conoscenza a priori dei tipi più probabili di guasti e dei processi fisici che ne sono alla base.

I modelli matematici utilizzati per quantificare l'affidabilità dipendono dal tipo di affidabilità. La teoria moderna ne identifica tre

tipo di affidabilità:

1. Affidabilità “istantanea”, ad esempio l'affidabilità del fusibile

fusibili.

2. Affidabilità con normale durata operativa, ad esempio l'affidabilità della tecnologia informatica. Quando si valuta la normale affidabilità operativa, uno dei principali indicatori quantitativi è il tempo di funzionamento medio tra i guasti. L'intervallo consigliato in pratica va da 100 a 2000 ore.

3. Affidabilità operativa a lunghissimo termine, come l'affidabilità dei veicoli spaziali. Se i requisiti di durata utile dei dispositivi superano i 10 anni, vengono classificati come dispositivi con un'affidabilità operativa estremamente lunga.

Per caratterizzare un dispositivo specifico, utilizzare i concetti in buone condizioni e funzionante.

Facilità di manutenzione - Questo è lo stato del dispositivo in cui soddisfa tutti i requisiti della documentazione normativa e di progettazione.

Prestazione -È lo stato del dispositivo in cui è in grado di eseguire funzioni specificate con i parametri stabiliti dalla documentazione normativa, tecnica o di progettazione.

Per una descrizione più completa dell'affidabilità, un concetto come durabilità.

Durabilità - questa è la proprietà dei prodotti di mantenere la propria funzionalità (con eventuali interruzioni per manutenzione o riparazione) fino al raggiungimento dello stato limite specificato nella documentazione tecnica (guasto, riduzione di potenza, ecc.). Questa proprietà copre le caratteristiche delle risorse del dispositivo e integra in modo significativo il concetto di funzionamento senza guasti.

Affidabilità - Questa è la proprietà di un dispositivo di mantenere continuamente uno stato operativo per un certo tempo o per una certa durata di funzionamento. In relazione ai dispositivi a semiconduttore e ai microcircuiti, l'affidabilità è intesa come la loro capacità di mantenere continuamente i valori originali dei parametri quando utilizzati nella rettifica, amplificazione, commutazione e altre modalità determinate dai circuiti e dalle condizioni operative.

Conservabilità - Questa è la proprietà del dispositivo di mantenere i valori degli indicatori di affidabilità e durabilità durante e dopo lo stoccaggio o il trasporto.

Le caratteristiche del dispositivo associate al suo funzionamento sono tempo di operatività, che rappresenta la durata o il volume di funzionamento del prodotto. Il tempo di funzionamento è misurato in ore o cicli di funzionamento periodico continuo o totale del dispositivo in modalità elettrica. Il tempo di funzionamento del dispositivo, misurato in ore dall'inizio del funzionamento fino all'inizio dello stato limite specificato nella documentazione tecnica, è chiamato risorsa tecnica.

Tutta la vita - questa è la durata calendariale di funzionamento del prodotto dall'inizio dell'operazione fino all'inizio dello stato limite specificato nella documentazione tecnica.

Manutenibilità - questa è una proprietà di un prodotto, espressa nella sua adattabilità alla manutenzione e alla riparazione, ovvero alla prevenzione, individuazione ed eliminazione di malfunzionamenti e guasti.

Un concetto fondamentale nella teoria dell'affidabilità è la definizione rifiuto come un evento consistente nella perdita totale o parziale delle prestazioni di un prodotto, vale a dire in caso di malfunzionamento del prodotto.

Il guasto può verificarsi non solo a causa di danni meccanici o elettrici agli elementi del prodotto (rottura, cortocircuito), ma anche a causa di una violazione della regolazione, a causa del superamento dei parametri degli elementi rispetto ai valori massimi consentiti, ecc. Inoltre, i guasti del sistema possono essere causati dalla progettazione delle parti, dalla loro fabbricazione o dal funzionamento.

Nella teoria dell'affidabilità esiste un'ampia classificazione dei guasti secondo vari criteri.

Classificazione dei guasti

1. In base alla natura dell'esordio, i fallimenti si dividono in improvvisi e graduali.

Improvviso(catastrofico) è un guasto che si verifica a seguito di bruschi cambiamenti in uno o più parametri fondamentali del sistema associati a difetti interni degli elementi, violazione delle condizioni operative, errori del personale di manutenzione e altri effetti avversi.

Graduale(parametrico) è un guasto che si verifica a seguito di cambiamenti graduali nei parametri specificati del dispositivo, in primo luogo, a causa del degrado delle proprietà fisiche e chimiche del materiale sotto l'influenza di fattori operativi e dell'invecchiamento naturale e, in secondo luogo, a causa all'usura degli elementi del sistema a causa della deriva dei parametri operativi e del loro superamento dei valori massimi consentiti.

2. In base alla relazione tra loro, si distinguono i fallimenti indipendenti e quelli dipendenti.

Indipendente sono chiamati guasti, il cui verificarsi non modifica la probabilità del verificarsi di altri guasti, ad esempio guasti di dispositivi che si verificano a seguito di processi che si verificano nella loro struttura interna.

Dipendente sono chiamati guasti, il cui verificarsi modifica (aumenta) la probabilità del verificarsi di altri guasti. Ad esempio, il guasto dei fusibili del circuito di protezione da sovraccarico e degli elementi limitatori passivi porta a danni ai dispositivi.

3. In base ai segni di manifestazione, si distinguono i fallimenti evidenti e quelli nascosti. Esplicito rilevato durante l'ispezione esterna o l'accensione

attrezzatura.

Nascosto i guasti vengono rilevati utilizzando una strumentazione speciale.

4. In base all'entità dell'impatto sulle prestazioni dell'apparecchiatura si distingue tra guasti completi e parziali.

Pieno si riferisce a un tale guasto, fino alla cui eliminazione l'uso dell'attrezzatura per lo scopo previsto è impossibile.

Parziale chiamato guasto, finché non viene eliminato è possibile utilizzare almeno parzialmente l'apparecchiatura per lo scopo previsto.

5. In base alla loro durata si distinguono i seguenti guasti: stabili, guasti, intermittenti.

Sostenibile chiamato guasto che può essere eliminato solo tramite riparazione o regolazione dell'apparecchiatura.

Fallimento chiamato guasto autocorrettivo una tantum, la cui durata è breve rispetto alla durata di funzionamento dell'apparecchiatura fino al guasto successivo.

Intermittente Un fallimento è una serie di fallimenti rapidi che si verificano uno dopo l’altro. Ad esempio, potrebbero verificarsi malfunzionamenti nei dispositivi a causa della presenza di particelle conduttrici nel volume di un alloggiamento sigillato che possono creare cortocircuiti a breve termine tra terminali interni o singoli percorsi conduttivi.

Quando si stabilisce la fase del ciclo di vita del dispositivo in cui si è verificata la causa principale dei guasti, si distingue strutturale, produttivo ed operativo rifiuti.

Costruttivo i guasti si verificano a seguito di errori e violazioni delle regole e dei regolamenti di progettazione durante il periodo di sviluppo.

Sotto produzione Per guasti si intendono i guasti che derivano da imperfezioni nel processo di produzione dei dispositivi o da violazioni della tecnologia.

Se le capacità degli strumenti vengono valutate in modo errato al momento della scelta per la creazione di apparecchiature, sorgono problemi. operativo rifiuti. Di conseguenza, i dispositivi potrebbero essere soggetti a sovraccarichi hardware e guasti prematuri.

Il maggior numero di guasti al dispositivo si verifica durante il periodo di utilizzo dell'apparecchiatura da parte dei consumatori a causa di violazioni delle regole operative stabilite e di influenze ambientali avverse.

Nella teoria dell'affidabilità, viene fatta una distinzione tra l'affidabilità dei sistemi e degli elementi.

Sistemaè un insieme di oggetti operativi congiuntamente che garantiscono pienamente l'attuazione di determinati compiti pratici.

elementoè una parte di un sistema che non ha significato indipendente e svolge determinate funzioni al suo interno.

I concetti di “sistema” ed “elemento” sono relativi. Ad esempio, diversi componenti radio (resistori, condensatori) possono essere elementi di sistemi come un amplificatore, un ricevitore radio, ecc. A loro volta, questi sistemi possono essere considerati come elementi di un sistema più complesso: un sistema radar, che può anche essere un elemento, ad esempio, di un sistema di monitoraggio satellitare, ecc.

I sistemi possono essere ripristinabili o non recuperabili.

Recuperabile(consentendo riparazioni multiple) il sistema dopo un guasto viene riparato e continua a svolgere le sue funzioni (domestico, apparecchiature informatiche, apparecchiature audio e video, ecc.).

Non recuperabile in caso di guasto il sistema non è soggetto o non può essere ripristinato per ragioni economiche o tecniche (fusibili, equipaggiamenti per il combattimento dei missili balistici).

In base alla natura del servizio viene fatta una distinzione tra sistemi serviti e non serviti.

Servito i sistemi svolgono i loro compiti in presenza del personale di manutenzione e sono generalmente adattati per eliminare i guasti durante la manutenzione preventiva.

Senza manutenzione i sistemi svolgono le funzioni assegnate senza personale di manutenzione, ad esempio le apparecchiature installate sulla maggior parte degli oggetti spaziali non restituibili.

In base alla natura dell'influenza dei guasti degli elementi del sistema sui suoi parametri di output e, di conseguenza, sull'efficienza del sistema, può essere suddiviso in semplice e complesso.

Semplice Se uno o più elementi si guastano, i sistemi perdono completamente la loro funzionalità.

Complesso i sistemi hanno la capacità di continuare a funzionare con efficienza ridotta se gli elementi si guastano.

Nella teoria dell'affidabilità si distingue tra connessioni seriali, parallele e miste di elementi. Questi tipi di connessioni verranno discussi in dettaglio in una delle sezioni seguenti.

I termini di cui sopra utilizzati nella classificazione dei guasti si riflettono negli standard statali e nella documentazione normativa e tecnica e sono obbligatori.

Coefficienti di studente Appendice 1.

Appendice 2

FONDAMENTI DI TEORIA DELL'AFFIDABILITÀ

TERMINI E DEFINIZIONI FONDAMENTALI DELLA TEORIA DELL'AFFIDABILITÀ

Affidabilità– la proprietà di un oggetto di conservare nel tempo, entro limiti stabiliti, tutti i parametri che assicurano lo svolgimento delle funzioni richieste in determinate condizioni (condizioni d'uso, manutenzione, riparazione, conservazione e trasporto).

L'affidabilità è una delle proprietà che caratterizzano la qualità dei prodotti. Sotto qualità per prodotti si intende un insieme di proprietà dei prodotti che ne determinano l'idoneità a soddisfare determinati bisogni in conformità con il suo scopo.

Oggetti, considerato nella teoria dell'affidabilità:

Prodotto - unità di prodotto fabbricata da una determinata impresa, officina, ecc.;

elemento – componente condizionatamente indivisibile del sistema;

sistema - un insieme di elementi che agiscono congiuntamente progettati per eseguire in modo indipendente funzioni specifiche.

I prodotti sono suddivisi in non recuperabile, che non può essere ripristinato dal consumatore (lampade elettriche, ecc.) e ripristinato, che può essere ripristinato dal consumatore (auto, ecc.).

stati prodotti che ne caratterizzano l'affidabilità:

condizioni di lavoro - lo stato del prodotto in cui è in grado di svolgere le funzioni specificate;

condizioni di lavoro - lo stato del prodotto in cui soddisfa non solo i requisiti principali, ma anche tutti quelli ausiliari. Un prodotto funzionante deve essere funzionale.

stato limite – una condizione inutilizzabile del prodotto in cui il funzionamento o il ripristino del prodotto non è pratico.

Evento, caratterizzando l'affidabilità del prodotto:

rifiuto - un evento consistente nella perdita totale o parziale della prestazione.

Un guasto si verifica a causa della presenza di uno o più difetti nel prodotto. Sotto difetto resta compresa ogni singola non conformità del prodotto ai requisiti stabiliti. Va notato che la comparsa di difetti non sempre porta al fallimento del prodotto.

Criterio di rifiuto Questi sono i segni di uno stato inutilizzabile di un prodotto stabilito nella documentazione normativa, tecnica o di progettazione.

In conformità con la natura dello sviluppo e della manifestazione, i fallimenti sono suddivisi in improvviso(guasti da sovraccarico), graduale nello sviluppo e improvviso nella manifestazione(guasto per fatica, bruciatura della lampada) e graduale(usura, invecchiamento). I fallimenti graduali consistono in un graduale allontanamento dei parametri oltre i limiti di tolleranza.

Se è possibile un ulteriore utilizzo del prodotto, i fallimenti vengono suddivisi in pieno, escludendo la possibilità di funzionamento del prodotto fino alla loro eliminazione, e parziale dove il prodotto può essere utilizzato parzialmente, ad esempio a potenza inferiore alla piena potenza o a velocità ridotta.

In base al momento in cui si sono verificati, i guasti vengono suddivisi in correre dentro derivanti durante il primo periodo di funzionamento, il guasti durante il normale funzionamento(durante il periodo prima che si manifestino guasti dovuti all'usura) e così via usura.

Vengono chiamati guasti del prodotto che vengono eliminati spontaneamente, senza intervento esterno autoeliminante O intervallati(guasto del contatto elettrico) .

In base alle ragioni del loro verificarsi, i guasti si dividono in: strutturale causato da difetti di progettazione, tecnologico causato da una tecnologia di produzione imperfetta, e operativo causato da un funzionamento improprio.

Le ragioni dei fallimenti sono suddivise in casuale E sistematico.

Motivi casuali dei fallimenti – motivi il cui verificarsi non può essere previsto in anticipo. Una causa casuale di fallimento è solitamente una combinazione sfavorevole di fattori casuali.

Ragioni sistematiche – ragioni la cui insorgenza può essere prevista in anticipo (influenza della temperatura, attrito, sostanze chimiche aggressive, ecc.).

Proprietà dei prodotti che ne caratterizzano l'affidabilità.

Affidabilità - la proprietà di mantenere continuamente l'operatività per un dato tempo di funzionamento.

Durabilità – la proprietà di mantenere l'operatività allo stato limite con un sistema stabilito di manutenzione e riparazione. Per i prodotti non riparabili i concetti di durabilità e affidabilità coincidono.

Manutenibilità – proprietà di un prodotto, che consiste nella sua adattabilità alla prevenzione, rilevamento ed eliminazione di guasti e malfunzionamenti mediante manutenzione e riparazione.

Conservabilità – la proprietà di un prodotto di mantenere i valori di affidabilità, durabilità e manutenibilità durante lo stoccaggio e il trasporto.