Найважливішою технічною характеристикою якості є надежность.Надежностькак властивість виробів оцінюється імовірнісними характеристиками, заснованими на статистичній обробці експериментальних даних. Однак ймовірні методи визначення; показників надійності дозволяють з упевненістю і досить добре оцінювати надійність роботи машин та інших технічних виробів.
У міру технічного прогресу спостерігається ускладнення технічних виробів. Основне протиріччя в розвитку сучасної техніки полягає в тому, що якщо не вживати необхідних заходів щодо підвищення надійності, то чим складніше, швидше і точніше робота техніки, тим менше вона надійна. Звідси випливає, що рішення проблеми надійності є не тільки важливою технічною, а й великою економічною завданням.
Складність отримання кількісної оцінки надійності досліджуваного вироби полягає в тому, що це властивість виробів зазвичай направлено в їхнє майбутнє існування, тобто воно «розгорнуто в часі» майбутньої експлуатації, умови якої різноманітні і малопередбачувані. Інакше кажучи, характеристики надійності носять по відношенню до кожного конкретного виробу імовірнісний, прогнозний характер.
Основні терміни та визначення характеристик надійності
Основні поняття, терміни та їх визначення, що характеризують надійність техніки та, зокрема, виробів машинобудування, видані і ГОСТ 27.002-89.
Надійність - властивість вироби зберігати в установлених межах часу значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції в заданих режимах і умовах застосування, технічного обслуговування, ремонтів, зберігання, транспортування та інших дій.
Характеристики надійності висловлюють якісну сторону таких об'єктів, як:
виріб - одиниця промислової продукції, кількість якої може обчислюватись в штуках (екземплярах), до виробів допускається відносити завершені та незавершені предмети виробництва, в тому числі заготовки (ГОСТ 15895-77);
елемент - складова частина виробу;
система - сукупність спільно діючих елементів, призначена для самостійного виконання заданих функцій.
Поняття «елемент» і «система» можуть взаємно трансформуватися в залежності від поставленого завдання. Наприклад, верстат з точки зору надійності можна розглядати як систему, що складається з окремих елементів - вузлів, механізмів, деталей і т.д. але верстат, встановлений в автоматичній лінії, на яку задані вимоги по надійності, розглядається вже як її елемент.
Надійність виробу - це комплексне властивість, яке в залежності від призначення і умов експлуатації може включати: безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, збереженість, стійкість роботи, режимну керованість, живучість і т.п. Однак найчастіше при оцінці якості технічних виробів визначають значення таких одиничних показників властивостей, як безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збереженість.
Залежно від виду виробу, його призначення та умов експлуатації надійність може оцінюватися тільки частиною складових властивостей надійності (див. ГОСТ 27.003-90). Якщо, наприклад, виріб невідновлювальне, то для нього до складу властивостей надійності не входить ремонтопридатність.
Безвідмовність - властивість виробу безупинно зберігати працездатність протягом заданого часу або напрацювання в певних умовах експлуатації.
Працездатний стан - стан виробу, при якому воно здатне виконувати задані функції, зберігаючи при цьому допустимі значення всіх основних параметрів, встановлених нормативно-технічною документацією (НТД) і (або) проектно-конструкторської документації.
Справний стан - стан, при якому виріб відповідає всім вимогам нормативно-технічної і (або) проектно-конструкторської документації.
Довговічність - властивість виробу зберігати в часі працездатність, з необхідними перервами для технічного обслуговування і ремонту, до його граничного стану, обумовленого технічною документацією.
Довговічність обумовлена настанням таких подій, какповрежденіе або відмову.
Пошкодження - подія, що полягає в порушенні справності виробу.
Несправний стан - стан, при якому виріб не задовольняє хоча б одному з вимог нормативно-технічної і (або) проектно-конструкторської документації.
Несправне виріб може бути працездатним. Наприклад, зниження щільності електроліту в акумуляторних батареях, пошкодження облицювання автомобіля означають несправний стан, але такий автомобіль працездатний. Непрацездатний виріб є одночасно і несправним.
Відмова - подія, в результаті якого відбувається повна або часткова втрата працездатності вироби.
Відмови класифікують за різними ознаками, а саме: з причин виникнення, за характером виникнення і за характером прояву.
Причинами виникнення відмов можуть бути:
конструктивні помилки і недоліки, наприклад: недостатня міцність окремих елементів або конструкції; невдала компонування вузлів; НЕ технологічність конструкції, що відноситься до виконання заготовок механічній і термічній обробці, збирання та розбирання; недостатня захищеність конструкції від попадання вологи, пилу, від розігріву; призначення матеріалу, який відповідає умовам роботи окремих деталей; незручність обслуговування та ін .;
виробничі недоліки в виготовленні - приховані дефекти (раковини, пухкості, дрібні тріщини, сторонні включення, неоднорідність матеріалу); некондиційні матеріли; порушення технології виготовлення і збірки і ін .;
неправильна експлуатація та технічне обслуговування - невиконання експлуатаційних інструкцій, недотримання правил технічного обслуговування через низьку кваліфікацію обслуговуючого персоналу; несправності допоміжних механізмів і т.д .;
зовнішні фактори - підвищена або низька температура, підвищена вологість, підвищена пли знижений атмосферний тиск, забрудненість повітря і ін .;
неякісний ремонт - невідповідність матеріалу, технології виготовлення (методів, режимів, точності і якості обробки) і збірки початковими умовами виготовлення, поганий контроль за проведенням ремонту.
За характером виникнення відмови можуть бути:
- раптовими, які заздалегідь передбачити буває не можна;
- поступовими, коли умови, що призводять до відмови, накопичуються поступово (знос, перегрів, втомні явища, старіння, деформації);
- періодичними, що повторюються через деякі проміжки часу, у міру накопичення умов, що призводять до відмови; після відновлення нормальних умов (температура, тиск і ін.) система як би самовідновлюється і продовжує функціонувати.
Прояви відмов можуть бути явними, прихованими, незалежними і залежними. Незалежним відмовою є такий, що не викликаний відмовою інших елементів системи. Відмова будь-якого елементу системи, що вийшов в результаті відмови інших елементів її, є залежним. Відмова може бути також випадковим або явно закономірним. У теорії надійності відмова зазвичай розглядається як подія незалежне, випадкове.
Залежно від складності усунення розрізняють відмови: усуваються в порядку технічного обслуговування і усуваються при середньому або капітальному ремонті. Залежно від місця усунення розрізняють відмови, не усуваються і експлуатаційних умовах і усуваються в стаціонарних умовах. Так як довговічність характеризує тривалість роботи виробів з сумарною напрацювання, переривається періодами для відновлення його працездатності в планових і непланових ремонтах і технічному обслуговуванні, то основним мірилом довговічності є напрацювання і, зокрема, технічний ресурс.
Напрацювання - тривалість (вимірюється, наприклад, в годиннику або циклах) або обсяг роботи виробу (вимірюваний, наприклад, в тоннах, кілометрах, кубометрах і т.п. одиницях).
Ресурс - сумарне напрацювання виробу від початку його експлуатації або її відновлення після ремонту до переходу в граничний стан.
Граничний стан - стан виробу, при якому його подальша експлуатація (застосування) неприпустима за вимогами безпеки або недоцільна з економічних причин, або коли відновлення його працездатного стану неможливе чи недоцільне через непереборного зниження ефективності. Граничний стан настає в результаті вичерпання ресурсу або в аварійній ситуації.
Термін служби - календарна тривалість експлуатації виробів або її відновлення після ремонту від початку його застосування до настання граничного стані.
Непрацездатний стан - стан виробу, при якому воно не здатне нормально виконувати хоча б одну із заданих функцій.
Переклад вироби з несправного або непрацездатного стану в справний або працездатне відбувається в результаті відновлення.
Відновлення - процес виявлення і усунення відмови (пошкодження) вироби. З метою відновлення його працездатності (усунення несправності).
За здатністю до відновлення вироби підрозділяються на:
відновлювані та невідновлювані.
Відновлюване виріб - виріб, працездатність якого в разі виникнення відмови підлягає відновленню в ситуації, що розглядається.
Невідновлювальне виріб - виріб, працездатність якого в разі виникнення відмови не підлягає відновленню в ситуації, що розглядається.
Основним способом відновлення працездатності є ремонт. Залежно від того, передбачені чи ні операції ремонту. вироби підрозділяються на ремонтовані і не ремонтуються.
Ремонтується виріб - це виріб, ремонт якою можливий і передбачений нормативно-технічної та (або) проектно-конструкторської документаціями.
Неремонтіруемих виріб - виріб, ремонт якого неможливий або непередбачений нормативно-технічної, проектно-конструкторської або експлуатаційно-ремонтної документаціями.
Більшість виробів машинобудування відносяться до ремонтованих. До неремонтіруемих можуть бути віднесені, наприклад, підшипники, шпонки, шестерні, ремені, рукави високого тиску, манжети, ущільнення та інші вироби машинобудування.
Ремонтопридатність - властивість вироби, що полягає в його пристосованості до підтримання та відновлення працездатного стану шляхом виявлення і усунення дефекту і несправності технічним діагностуванням, обслуговуванням і ремонтом. Ця властивість обумовлена в основному компоновочним рішенням вироби.
Використовують такі показники ремонтопридатності. середній час відновлення, ймовірність відновлення, коефіцієнт ремонтопридатності і інші.
Час відновлення - основний показник ремонтопридатності, що характеризує календарну тривалість операції по відновленню працездатного стану вироби або тривалість профілактичних операцій з технічного обслуговування.
Збереженість - властивість виробів безупинно зберігати значення встановлених показників його якості в заданих межах протягом тривалого зберігання і транспортування.
Термін зберігання - календарна тривалість збе-вати і (або) транспортування вироби в заданих умовах, протягом і після яких зберігаються справність, а також значення показників безвідмовності, довговічності і ремонтопридатності в межах, встановлених нормативно-технічною документацією на даний об'єкт.
Безвідмовність як одна з найважливіших складових надійності характеризується закономірностями виникнення відмов, а ремонтопридатність - закономірностями їх попередження та усунення. Довговічність визначається інтенсивністю і тривалістю дії цих закономірностей, їх постійними змінами в допустимих межах протягом усього терміну служби.
Надійність постійно змінюється в процесі експлуатації технічного вироби ІПРІ цьому характеризує його стану. Схема зміни станів експлуатованого вироби приведена нижче (рисунок 1).
Малюнок 1 - Схема стану вироби
Для кількісної характеристики кожного з властивостей надійності вироби служать такі поодинокі показники, як напрацювання до відмови і на відмову, напрацювання між відмовами, ресурс, термін служби, термін зберігання, час відновлення. Значення цих величин отримують за даними випробувань або експлуатації.
Комплексні показники надійності, так само як коефіцієнт готовності, коефіцієнт технічного використання і коефіцієнт оперативної готовності, обчислюються за даними одиничних показників. Номенклатура показників надійності приведена в таблиці 1
За способом отримання чисельних значень розрізняють показники: розрахункові, експериментальні, які визначаються за даними випробувань; експлуатаційні, одержувані при експлуатації; екстрапольовані. знайдені на підставі розрахунків, випробувань і (або)
Таблиця 1 - Приблизна номенклатура показників надійності
експлуатаційних даних шляхом екстраполірованія на іншу тривалість експлуатації або інші умови експлуатації.
Характеристики надійності вироби відображають випадкові події, пов'язані з непередбачуваними відмовами при його експлуатації. Тому відповідні чисельні характеристики надійності мають вірогідну сутність, а це значить, що вони засновані на статистиці і на математичної теорії ймовірностей.
Вихідним поняттям теорії ймовірностей є подія, в результаті якого виріб змінює своє якісний стан. У теорії надійності такою подією вважається відмова.
Подія, обов'язково спостерігається в експерименті, називається достовірною, подія є неможливим, якщо воно не може відбутися в даному експерименті.
Будь-яка подія або є, або його немає. Станом А до події можна протиставити стан В після події. Стан А протилежно станом В і спостерігається тоді, коли немає події, переводить виріб зі стану А в стан В.
Імовірність події і, отже, стан А і В характеризується числом, яке тим більше, чим більш можливо ця подія - відмова. Якщо ймовірність події, що відбувається в експерименті, оцінити одиницею, а неможливість його оцінювати нульовий ймовірністю, то ймовірність іншої події до того, як воно стає реальністю, має значення менше одиниці. Зі сказаного випливає, що сума ймовірності (ймовірність позначає буквою Р) події А, тобто РА і ймовірності події В, тобто РВ як подій несумісних дорівнює одиниці або
За цілями використання показники надійності поділяють на нормовані і оціночні.
Нормованих значенням показника надійності є те значення, яке регламентовано (задано) нормативно-технічної і (або) проектно-конструкторської документаціями.
Оціночним є фактичне значення показника надійності дослідних зразків або серійної продукції, що отримується за результатами випробувань або експлуатації.
Отже, надійність будь-яких технічних виробів (в тому числі, і машин) кількісно може оцінюватися набором показників: безвідмовності функціонування (роботи), довговічності, ремонтопридатності і зберігання.