Понятие «отказ» в теории надежности. Основные термины и определения теории надежности Примеры применения теории надежности

Отдельного рассмотрения требует такой термин, как «Отказ». Это ключевое понятие в теории надежности. Переход из исправного состояния в неисправное, но работоспособное состояние происходит из-за повреждений. Переход объекта в неработоспособное состояние осуществляется через отказ. Отказ есть событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Именно возникновение отказов в процессе функционирования техники стимулировало появление и развитие теории надежности. Поэтому отказ по праву считается ключевым понятием в теории надежности. И не случайно, что главным из свойств, составляющих надежность, является безотказность. На практике главная деятельность людей, обслуживающих технику, заключается в устранении отказов, в восстановлении работоспособного состояния объектов. Ну и, конечно, обслуживающему персоналу всегда интересно знать о прогнозе в смысле возникновения отказов, интересно знать ожидаемое время безотказной работы. Это позволяет оценивать эффективность технических систем при выполнении свойственных им задач, рассчитывать потребное количество запасных частей для замены отказавших. Проведение технического обслуживания, установление периодичности профилактических работ также базируется на учете возможных отказов. Короче говоря, отталкиваясь от такого понятия, как «отказ» была разработана теория надежности.

Для различения отказов их классифицируют. Различают классификацию отказов математическую (вероятностную) и классификацию инженерную (физическую).

По причинам возникновения отказы могут быть конструктивными, производственными, эксплуатационными и деградационными.

Конструктивный отказ возникает по причине несовершенства или нарушения установленных правил и норм проектирования и конструирования. Очевидно, что совершенство конструкции технических объектов во многом зависит и от человеческого фактора, а именно, от таланта конструкторов-разработчиков. Именно они призваны обеспечить отсутствие «слабых звеньев» в конструкции разрабатываемой техники.

Производственный отказ возникает по причине несовершенства или нарушения установленного процесса изготовления или ремонта. Можно хорошую конструкцию загубить тем, что принято называть низкой «культурой производства».

Эксплуатационный отказ возникает по причине, связанной с нарушением установленных правил и условий эксплуатации. Любой образец техники имеет комплект эксплуатационной документации, разработанной с учетом рекомендаций теории надежности. Задача обслуживающего персонала состоит в строгом выполнении инструкций по эксплуатации. Когда это не выполняется, может возникнуть эксплуатационный отказ. Нередко такие отказы возникают при невыполнении или низком качестве каких-либо мероприятий технического обслуживания, упреждающего отказы.

Деградационный отказ обусловливается естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и норм проектирования, изготовления и эксплуатации. Каждый образец техники имеет вполне определенный ограниченный ресурс. Конечно, размер этого ресурса зависит от совершенства конструкции и «культуры производства», но он всегда конечен. Старение характерно не только для живых существ, но и для технических объектов.

По характеру проявления отказы можно также разделить на случайные и систематические. Случайные отказы могут быть вызваны перегрузками, дефектами материалов и изготовления, ошибками персонала, сбоями. Чаще всего проявляются в неблагоприятных условиях эксплуатации.

Систематические отказы возникают по причинам, вызывающим постепенное накопление повреждений (время, температура, облучение). Выражаются в виде износа, старения, коррозии, залипания, утечки и т.д.

Отказы нельзя смешивать с дефектами. Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным нормативной документацией. Этот термин применяем ко всем видам промышленной и непромышленной продукции.

Полный отказ ведет к полной потере работоспособности. Частичный отказ ведет к частичной потере работоспособности.

Математическая классификация отказов:

Постепенные отказы - развиваются во времени и связаны со старением, износом, усталостной прочностью и другими факторами изменения свойств материала.

Внезапные отказы – на вероятность их появления не влияет время предыдущей работы.

Совместные отказы – отказы элементов объекта, могущие одновременно появиться в количестве двух и более.

Несовместные отказы – отказы, из которых никакие два не могут появиться вместе.

Независимые отказы – вероятности их появления не зависят друг от друга.

Зависимые отказы – вероятность появления одного отказа связана с вероятностью появления другого.

Инженерная классификация отказов:

1. По выявлению:

– до выполнения функций;

– во время выполнения функций.

2. По последствиям:

– без последствий;

– приводит к невыполнению функций;

– приводит к происшествиям.

3. По причинам:

– конструктивно-производственные ошибки;

– ошибки оперативного персонала;

– внешние или случайные причины.

4. По способу устранения:

– восстановление работоспособности на месте эксплуатации;

– частичный ремонт в ремонтных службах;

– капитальный ремонт;

– списание объекта.

Кроме понятия «отказ» в прикладной теории надежности и на практике могут использоваться другие понятия, связанные с нарушением работоспособности объекта:

Поломка – повреждение объекта, которое может быть устранено силами экипажа или ремонтных служб, не влекущее гибели людей.

Происшествие – событие, связанное с нарушением функционирования объекта вследствие его разрушения или повреждения.

Авария – такое повреждение объекта, при котором его восстановление нецелесообразно по экономическим критериям (но не влечет гибели людей).

Катастрофа – полное разрушение объекта, обычно влекущее гибель людей.

Как известно, до появления теоретических основ надежности, о надежности технических объектов говорили обычно в качественном плане. Это звучало примерно так: «этот объект надежный, а тот ненадежный». Действительно, если объект чаще находился в нерабочем состоянии, чем в рабочем, его вряд ли можно было назвать надежным. Но по мере развития техники стали возникать естественные вопросы: чего нам ожидать на предполагаемом периоде работы техники; каков прогноз сохранения работоспособного состояния; какой назначать ресурс технического объекта; какое количество запасных частей необходимо иметь на планируемый период эксплуатации; как повысить надежность технической системы, если элементная база обладает недостаточной надежностью? Эти и другие задачи привели к разработке теории надежности. А теория надежности технических объектов немыслима без количественных характеристик и, соответственно, методов их расчета.

Исследование надежности техники началось с рассмотрения невосстанавливаемых технических объектов, то есть, объектов работающих до первого отказа, который в данных условиях эксплуатации является и последним. Когда мы говорим о восстановлении, то имеем в виду восстановление работоспособного состояния технического объекта. Следует заметить, что свойство восстанавливаемости зависит не столько от конструкции технического объекта, сколько от условий его эксплуатации. Так, например, вышедшая из строя ракета в условиях корабля является невосстанавливаемым объектом, а в условиях базы вооружения или в условиях завода - изготовителя, безусловно, является восстанавливаемой.

Очевидно, что сложные комплексы вооружения являются восстанавливаемыми системами. Деятельность личного состава во многом заключается в поддержании их работоспособного состояния. В то же время понятно, что восстановление работоспособности сложных систем производится, как правило, заменой невосстанавливаемых элементарных устройств. Для этого на объектах эксплуатации имеется комплект запасных частей. Поэтому знание характеристик надежности невосстанавливаемых объектов, умение их оценить на практике, безусловно, важно для персонала, эксплуатирующего технику. Следует подчеркнуть тот факт, что разработка основ теории надежности началась с изучения характеристик именно невосстанавливаемых элементов, этих «кирпичиков», из которых строится «здание» любой технической системы.

Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Под объектом здесь и далее понимается (если не оговорено специально) предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый в периоды проектирования, производства, эксплуатации, исследований и испытаний на надежность. Объектами могут быть изделия, системы и их элементы, в частности, сооружения, установки, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость или определенные сочетания этих свойств. В технической диагностике из перечисленных составляющих надежности на первый план выдвигаются, как правило, два свойства - безотказность и ремонтопригодность объекта.

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

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

Для определения надежности и ее составляющих необходимо знать техническое состояние объекта - это такое состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект. К факторам, под воздействием которых изменяется техническое состояние объекта, относятся следующие:

· действие климатических условий;

· старение материалов объекта с течением времени;

· операции регулировки и настройки в ходе изготовления или ремонта;

· замена отказавших элементов, узлов или блоков объекта.

Об изменении технического состояния объекта судят по значениям диагностических (контролируемых) параметров, позволяющих определить это состояние объекта без его разборки. В теории надежности рассматриваются следующие виды технического состояния : исправное, неисправное, работоспособное, неработоспособное и предельное .

Исправное состояние (исправность) - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям технической документации.

Неисправное состояние (неисправность) - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований технической документации (примеры: нарушение лакокрасочного покрытия, выход значений параметров за пределы допуска, нарушение признаков нормального функционирования объекта и т. д).

Работоспособное состояние (работоспособность) - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям технической документации. Работоспособное состояние характеризуется совокупностью определенных признаков, таких как нахождение значений заданных параметров объекта в пределах допусков, установленных для этих параметров, рядом качественных признаков, определяющих его нормальное функционирование. В отличие от исправного объекта работоспособный должен удовлетворять лишь тем требованиям технической документации, выполнение которых обеспечивает его нормальное применение по назначению. Работоспособный объект может быть неисправным - например, не удовлетворять эстетическим требованиям, если ухудшение внешнего вида объекта не препятствует его применению по назначению.

Неработоспособное состояние (неработоспособность) - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям технической документации.

Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Переход объекта из одного состояния в другое происходит вследствие возникновения в нем дефектов. Дефект - это каждое отдельное несоответствие объекта установленным требованиям. В зависимости от последствий дефекты подразделяются на повреждения и отказы.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния. К повреждениям относят отклонения во внешнем виде объекта от требований технической документации, нарушения в органах включения, настройки и регулировки, а также некоторые механические повреждения, не препятствующие применению объекта по назначению, но создающие неудобства обслуживающему персоналу и приводящие в будущем к отказу объекта.

Повреждением является, например, нарушение лакокрасочного покрытия, вызывающее переход объекта из исправного состояния в неисправное при сохранении его работоспособности.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Признаками возникновения отказа являются недопустимые изменения признаков работоспособного состояния объекта (выход значений параметров за пределы допуска, нарушение признаков нормального функционирования). Для неремонтируемого объекта возникновение отказа ведет в конечном итоге к его переходу в предельное состояние и снятию с эксплуатации. Для ремонтируемого объекта последствия отказа устраняются восстановлением и ремонтом.

По типу отказы подразделяются на:

· отказы функционирования , при которых прекращается выполнение объектом основных функций;

· отказы параметрические , при которых параметры объекта изменяются в недопустимых пределах (например, потеря точности измерения напряжения вольтметром).

По своей природе отказы могут быть:

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

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

Основными признаками классификации отказов являются:

· характер возникновения;

· причина возникновения; последствия отказов;

· дальнейшее использование объекта;

· легкость обнаружения;

· время возникновения.

По характеру возникновения отказы могут быть внезапные, постепенные и перемежающиеся. Внезапный отказ - это отказ, проявляющийся в резком (мгновенном) изменении характеристик объекта. Постепенный отказ - отказ, происходящий в результате медленного, постепенного ухудшения характеристик объекта из-за износа и старения материалов. Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (поломки, пробои изоляции, обрывы и т.п.) и не сопровождаются предварительными видимыми признаками их приближения. Внезапный отказ характеризуется независимостью момента наступления от времени предыдущей работы. Перемежающимся называется самоустраняющийся отказ (возникающий / исчезающий, например, сбой компьютера).

По причине возникновения отказы могут быть конструкционные, производственные и эксплуатационные. Конструкционный отказ появляется в результате недостатков и неудачной конструкции объекта. Производственный отказ связан с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершенства или нарушения технологии. Эксплуатационный отказ вызывается нарушением правил эксплуатации объекта.

По признаку дальнейшего использования объекта отказы могут быть полные и частичные. Полный отказ исключает возможность работы объекта до его устранения. При возникновении частичного отказа объект может частично использоваться.

По признаку легкости обнаружения отказы бывают очевидные (явные) и скрытые (неявные).

По времени возникновения отказы подразделяются на приработочные , возникающие в начальный период эксплуатации, отказы при нормальной эксплуатации, износовые отказы, вызванные необратимыми процессами износа деталей, старения материалов и т.п.

Отключение - перевод объекта из рабочего в нерабочее состояние.

Преднамеренное отключение - отключение, намеченное и выполненное обслуживающим персоналом.

Восстановление - событие, заключающееся в переходе из неработоспособного состояния в работоспособное.

Включение - перевод объекта из нерабочего состояния в работоспособное.

Старение - процесс постепенного изменения физико-химических свойств объекта, вызываемый действием факторов, независимых от режима работы объекта.

Износ - процесс постепенного изменения физико-химических свойств объекта, вызываемый действием зависящих от режима работы объекта факторов.

Обслуживание - совокупность мер, предпринимаемых для сохранения или восстановления исправности объекта.

Ремонт - совокупность мер, предпринимаемых для восстановления работоспособности объекта.

Оперативные отключения - изменения схемы или режима работы объекта, выполняемые обслуживающим персоналом.

Схема перехода объекта из одного состояния в другое представлена на рис. 2.1.

Ряд важных свойств объекта характеризуют выходные параметры, называемые пороговыми (например, максимальная нагрузка, при которой сохраняется работоспособность изделия, максимально допустимая температура, минимально различимая амплитуда сигнала и др.). Под пороговыми выходными данными подразумеваются граничные значения внешних параметров, при которых еще выполняется тот или иной оговоренный признак правильности функционирования объекта.

Требования к выходным параметрам, как правило, задаются в техническом задании (ТЗ). Величины, характеризующие эти требования, называются техническими требованиями (ТТ). Они удовлетворяются за счет изменения управляемых параметров Х .

В процессе проектирования представляют интерес только те значения управляемых параметров Х , которые принадлежат множеству D , образованному пересечением множеств D x и D g :

Выражения (2.1)…(2.2) означают, что множество D состоит из всех тех векторов x= (x 1 , x 2 ,…, x n), для которых одновременно выполняются системы неравенств

Множество D называется допустимой областью изменения управляемых параметров Х . Любой вектор х , принадлежащий допустимой области D, определяет работоспособный (в смысле удовлетворения техническим требованиям) вариант проектируемого устройства. Иными словами, соотношения между выходными параметрами и техническими требованиями называют условиями работоспособности .

По своей структуре допустимая область D можетоказаться выпуклым или невыпуклым множеством, которое, в свою очередь, может быть односвязной или многосвязной областью.

Допустимая область D называется многосвязной, если она состоит из нескольких отдельных частей (выпуклых или невыпуклых), которые не связаны между собой. В противном случае допустимая область D называется односвязной. На рис. 2.2 приведены примеры односвязной D и многосвязной D 1 и D 2 областей.

Для односвязной области:

Для многосвязной области , состоящей из двух частей D 1 и D 2

Пример 2.1 . Техническое задание на разработку принципиальной схемы электронного усилителя. Коэффициент усиления K 0 на средних частотах должен быть не менее 10 4 ; входное сопротивление R вх на средних частотах - не менее 1МОм; выходное сопротивление R вых - не более 200 Ом; верхняя граничная частота f в не менее 100 кГц; температурный дрейф нуля U др - не более 50 мкВ/град; усилитель должен нормально функционировать в диапазоне температур от -50 о до +60 о С; напряжения источников питания +5 и -5 В; предельные отклонения напряжения источников питания должны быть не более ±0,5%, усилитель эксплуатируется в стационарной установке.

В данном случае выходными параметрами являются коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления, граничная частота, температурный дрейф, т.е. Y = .

К внешним параметрам относятся температура окружающей среды и напряжения источников питания.

Внутренние параметры в техническом задании не упоминаются, их перечень и смысл выявляются после синтеза структуры схемы. К внутренним относятся параметры резисторов, конденсаторов, транзисторов (параметры элементов схемы).

Обозначим вектор технических требований через ТТ, т.е. ТТ = (10 4 , 1 МОм, 200 Ом, 100 кГц, 50 мкВ/град).

В рассмотренном примере условия работоспособности имеют вид следующих неравенств: K 0 ≥ 10 4 , R вх ≥ 1 МОм, R вых ≤ 0,2 кОм, f в ≥ 100 кГц, U др ≤ 50 мкВ/град.

Коэффициенты Стьюдента Приложение 1.

Приложение 2

ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях (условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования).

Надежность является одним из свойств, характеризующих качество изделий. Под качеством изделий понимается совокупность свойств изделий, обусловливающих его пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с его назначением.

Объекты , рассматриваемые в теории надежности:

изделие – единица продукции, выпускаемая данным предприятием, цехом и т.д.;

элемент – условно неделимая составная часть системы;

система – совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.

Изделия делятся на невосстанавливаемые , которые не могут быть восстановлены потребителем (эл. лампы и т.д.)и восстанавливаемые, которые могут быть восстановлены потребителем (автомобиль и т.д.).

Состояния изделия, характеризующие его надежность:

работоспособное состояние – состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции;

исправное состояние – состояние изделия, при котором оно удовлетворяет не только основным, но и всем вспомогательным требованиям. Исправное изделие обязательно работоспособно.

предельное состояние – неработоспособное состояние изделия, при котором эксплуатация или восстановление изделия нецелесообразны.

Событие , характеризующее надежность изделия:

отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Отказ возникает в результате наличия в изделии одного или нескольких дефектов. Под дефектом понимается каждое отдельное несоответствие изделия установленным требованиям. Следует отметить, что появление дефектов не всегда приводит к отказу изделий.

Критерием отказа называют признаки неработоспособного состояния изделия, установленные в нормативно-технической или конструкторской документации.

В соответствии с характером развития и проявления отказы делят на внезапные (поломки от перегрузок), постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостные разрушения, перегорание ламп) и постепенные (износ, старение). Постепенные отказы заключаются в плавном выходе параметров за границы допуска.

По возможности дальнейшего использования изделия отказы делят на полные , исключающие возможность работы изделия до их устранения, и частичные , при которых изделие может частично использоваться, например, с неполной мощностью или на пониженной скорости.

По времени возникновения отказы делятся на приработочные , возникающие в первый период эксплуатации, на отказы при нормальной эксплуатации (в период до проявления износовых отказов) и на износовые.

Отказы изделия, которые устраняются самопроизвольно, без вмешательства извне, называются самоустраняющимися или перемежающимися (нарушение электрического контакта).

По причинам возникновения отказы делятся на конструкционные , вызванные недостатками конструкции, технологические , вызванные несовершенством технологии производства, и эксплуатационные , вызванные неправильной эксплуатацией.

Причины отказов делятся на случайные и систематические.

Случайные причины отказов – причины, возникновение которых нельзя предугадать заранее. Случайной причиной отказов обычно является неблагоприятное сочетание случайных факторов.

Систематические причины – причины, возникновение которых можно предугадать заранее (влияние температуры, трения, агрессивных химических веществ и т.д.).

Свойства изделий, характеризующие их надежность.

Безотказность – свойство непрерывно сохранять работоспособность в течение заданной наработки.

Долговечность – свойство сохранять работоспособность до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Для невосстанавливаемых изделий понятия долговечности и безотказности совпадают.

Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности во время хранения и транспортирования.

Надежность есть свойство изделий выполнять заданные функции, сохранять свои эксплуатационные характеристики в заданных пределах при заданных режимах и условиях работы в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Из этого определения следует, что надежность есть внутреннее свойство продукции, объективная реальность, присущая каждому данному образцу изделия. Таким образом, ненадежной считается не только та система, у которой наступает механическое или электрическое повреждение, приводящее к неработоспособности приборов, но также и та, у которой параметры выходят за предельно допустимые значения.

В задачу теории надежности входит решение двух принципиальных задач: оценка надежности выпускаемых изделий и оценка надежности изделий на стадии их проектирования.

Оценка надежности выпускаемых изделий осуществляется в результате их испытаний, т.е. для заданного числа испытаний и интервала времени, в течение которого они проводились, определяется надежность изделия. А оценка надежности полупроводникового прибора на стадии его производства требует априорного знания о наиболее вероятных типах отказов и о физических процессах, лежащих в их основе.

Математические модели, применяемые для количественных оценок надежности, зависят от типа надежности. Современная теория выделяет три

типа надежности:

1. Надежность «мгновенного действия», например надежность плавких

предохранителей.

2. Надежность при нормальной эксплуатационной долговечности, например надежность вычислительной техники. При оценке нормальной эксплуатационной надежности одним из основных количественных показателей является среднее время работы между отказами. Рекомендуемый на практике диапазон - от 100 до 2000 часов.

3. Чрезвычайно продолжительная эксплуатационная надежность, например надежность космических кораблей. Если требования к сроку службы устройств -- свыше 10 лет, то их относят к устройствам с чрезвычайно продолжительной эксплуатационной надежностью.

Для характеристики конкретного прибора пользуются понятиями исправного и работоспособного состояния.

Исправность - это состояние прибора, при котором он соответствует всем требованиям нормативной и конструкторской документации.

Работоспособность - это состояние прибора, при котором он способен выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической или конструкторской документацией.

Для более полного описания надежности вводят такое понятие, как долговечность.

Долговечность - это свойство изделий сохранять свою работо­способность (с возможными перерывами для технического обслуживания или ремонта) до наступления предельного состояния, оговоренного в технической документации (поломка, снижение мощности и т.д.). Данное свойство охватывает ресурсные характеристики прибора и существенно дополняет понятие безотказности.

Безотказность - это свойство прибора непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Применительно к полупроводниковым приборам и микросхемам под безотказностью понимается их способность непрерывно сохранять исходные значения параметров при использовании в выпрямительном, усилительном, переключательном и других режимах, обусловленных схемами и условиями эксплуатации.

Сохраняемость - это свойство прибора сохранять значения показателей безотказности и долговечности в течение и после хранения или транспортирования.

Характеристикой прибора, связанной с его эксплуатацией, является наработка, представляющая собой продолжительность или объем работы изделия. Наработка измеряется в часах или циклах непрерывной или суммарной периодической работы прибора в электрическом режиме. Наработка прибора, измеряемая в часах от начала эксплуатации до наступления предельного состояния, оговоренного в технической документации, называется техническим ресурсом.

Срок службы - это календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала эксплуатации до момента наступления предельного состояния, оговоренного в технической документации.

Ремонтопригодность - это свойство изделия, выражающееся в его приспособленности к проведению технического обслуживания и ремонта, т.е. к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов.

Фундаментальным понятием в теории надежности является определение отказа как события, заключающегося в полной или частичной утрате изделием его работоспособности, т.е. в нарушении работоспособности изделия.

Отказ может наступить не только в силу механических или электрических повреждений элементов изделия (обрыва, короткого замыкания), но и при нарушении регулировки, из-за ухода параметров элементов за предельно допустимые значения и т.д. Кроме того, отказы системы могут быть обусловлены конструкцией деталей, их изготовлением или эксплуатацией.

В теории надежности существует широкая классификация отказов по различным признакам.

Классификация отказов

1. По характеру наступления отказы делятся на внезапные и постепенные.

Внезапным (катастрофическим) называют отказ, возникший в результате скачкообразных изменений одного или нескольких основных параметров системы, связанных с внутренними дефектами элементов, нарушением рабочих режимов, ошибками обслуживающего персонала и другими неблагоприятными воздействиями.

Постепенным (параметрическим) называют отказ, возникший в результате плавных изменений заданных параметров прибора, во-первых, вследствие деградации физико-химических свойств материала под влиянием эксплуатационных факторов и естественного старения и, во-вторых, вследствие изнашивания элементов системы в результате дрейфа рабочих параметров и их выхода за предельно допустимые значения.

2. По взаимосвязи между собой различают независимые и зависимые отказы.

Независимыми называют отказы, появление которых не изменяет вероятности появления других отказов, например отказы приборов, возникшие в результате процессов, происходящих в их внутренней структуре.

Зависимыми называют отказы, появление которых изменяет (увеличивает) вероятность появления других отказов. Например, выход из строя предохранителей цепи защиты от перегрузок, пассивных ограничительных элементов приводит к повреждению приборов.

3. По признакам проявления различают явные и скрытые отказы. Явные обнаруживаются при внешнем осмотре или включении

аппаратуры.

Скрытые отказы обнаруживаются при применении специальных контрольно-измерительных приборов.

4. По степени влияния на работоспособность аппаратуры различают полные и частичные отказы.

Полным называют такой отказ, до устранения которого использование аппаратуры по назначению невозможно.

Частичным называют отказ, до устранения которого имеется возможность хотя бы частично использовать аппаратуру по назначению.

5. По времени существования различают следующие отказы: устойчивые, сбои, перемежающиеся.

Устойчивым называют отказ, который устраняется только в результате ремонта или регулировки аппаратуры.

Сбоем называют однократно возникающий самоустраняющийся отказ, продолжительность действия которого мала по сравнению с продолжительностью работы аппаратуры до следующего отказа.

Перемежающимся отказом называют ряд быстродействующих, происходящих друг за другом сбоев. Например, могут возникнуть сбои в приборах из-за наличия в объеме герметичного корпуса проводящих частиц, способных создать кратковременные замыкания между внутренними выводами или отдельными токопроводящими дорожками.

При установлении этапа жизненного цикла прибора, на котором возникла первопричина отказов, различают конструктивные, производственные и эксплуатационные отказы.

Конструктивные отказы происходят в результате ошибок и нарушений норм и правил конструирования в период разработки.

Под производственными отказами понимают отказы, возникающие в результате несовершенства процесса изготовления приборов или нарушения технологии.

При неправильной оценке возможностей приборов при их выборе для создания аппаратуры возникают эксплуатационные отказы. В результате этого приборы могут подвергаться перегрузкам в аппаратуре и преждевременно выходить из строя.

Наибольшее количество отказов приборов происходит в период использования аппаратуры потребителями из-за нарушений установленных правил эксплуатации и неблагоприятных воздействий окружающей среды.

В теории надежности различают надежность систем и элементов.

Системой называется совокупность совместно действующих объектов, полностью обеспечивающих выполнение определенных практических задач.

Элементом называется часть системы, не имеющая самостоятельного значения и выполняющая в ней определенные функции.

Понятия «система» и «элемент» имеют относительный характер. Так, например, различные радиодетали (резисторы, конденсаторы) могут быть элементами таких систем как усилитель, радиоприемник и т.д. В свою очередь, эти системы могут рассматриваться как элементы более сложной системы - радиолокационной, которая также может быть элементом, допустим, системы наблюдения за спутниками и т.д.

Системы могут быть восстанавливаемыми и невосстанавливаемыми.

Восстанавливаемая (допускающая многократный ремонт) система после отказа подвергается ремонту и продолжает выполнять свои функции (бытовая, вычислительная техника, аудио- и видеоаппаратура и т.п.).

Невосстанавливаемая система в случае возникновения отказа не подлежит либо не поддается восстановлению по экономическим или по техническим соображениям (плавкие предохранители, аппаратура баллистических ракет боевого назначения).

По характеру обслуживания различают обслуживаемые и необслуживаемые системы.

Обслуживаемые системы выполняют свои задачи при наличии обслуживающего персонала и обычно приспособлены к устранению отказов во время профилактических ремонтов.

Необслуживаемые системы выполняют возложенные на них функции без обслуживающего персонала, например аппаратура, устанавливаемая на большинстве невозвращаемых космических объектах.

По характеру влияния отказов элементов системы на ее выходные параметры и, следовательно, на эффективность системы можно разделить на простые и сложные.

Простые системы при отказе одного или нескольких элементов полностью теряют работоспособность.

Сложные системы обладают способностью при отказе элементов продолжать функционировать с пониженной эффективностью.

В теории надежности различают последовательное, параллельное и смешанное соединения элементов. Подробно эти виды соединений будут рассмотрены в одном из следующих разделов.

Приведенные выше термины, применяемые при классификации отказов, нашли свое отражение в государственных стандартах и нормативно-технической документации и являются обязательными.