Показатели безотказности невосстанавливаемых объектов

Исходя из удобства использования и наличия исходных данных, применяют три основные характеристики безотказности невосстанавливаемых объектов:

- вероятность безотказной работы;

- средняя наработка до отказа;

- интенсивность отказов.

А. Вероятность безотказной работы P(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет:

P(t) = P(T>t)

Соответственно, вероятность отказа: Q(t)=1 - P(t)

Рис. 2. Характер изменения вероятностей отказа и безотказной работы, в

зависимости от времени наработки объекта.

Количественно P(t) может быть оценена как отношение исправно работающих во времени t объектов к количеству объектов, за которыми ведется наблюдение:

,

Где n(t) – количество исправных объектов;

N - количество наблюдаемых объектов (выборка объектов).

На практике удобнее пользоваться вероятностью отказа:

,

где r(t) - количество неисправных объектов.

На практике используется ограниченный объем выборки, следовательно, мы должны вести речь о статистической вероятности безотказной работы:

Чем меньше N, тем больше разница между вероятностными и статистическими показателями, следовательно, необходима статистика.

Б. Средняя наработка до отказа: - математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.

В статистической форме: ,

где t_i – наработка i–го объекта до отказа.

В. Интенсивность отказов l(t) – условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.

l^*(t)- отношение числа отказавших объектов в единицу времени к числу объектов, остающихся работоспособными к данному моменту времени:

В статистической форме:

при Dt ®0, значение l^*(t) ®l(t).

Рис. 3. Движение невосстанавливаемых объектов в процессе эксплуатации.

Интенсивность отказов является наиболее употребительной характеристикой невосстанавливаемых объектов и наилучшим образом позволяет сравнивать надежность различных объектов в любой момент времени. Она позволяет легко проанализировать изменение надежности объекта по времени его наработки. Кривые изменения функции l (t) называются l-характеристиками. В настоящее время для многих готовых изделий l-характеристики представляются изготовителем наряду с другими техническими характеристиками и являются основой для расчета надежности, решения вопросов организации профилактики и ограничений сроков эксплуатации авиационной техники.

Наиболее распространенный вид кривой l (t), характерный для сложных объектов, состоящих из значительного числа элементов, показан на рис. 4.

l(t)

Рис. 4. Изменение l(t) – характеристики от времени наработки объекта.

По виду кривой весь период работы объекта может быть разбит на три участка:

I — начальный период эксплуатации, или период приработки, характерный повышенными значениями l вследствие того, что в этот период выявляются все недостатки производственного характера и имеет место значительное число отказов по этой причине.

Чтобы не допустить высокой интенсивности отказов в период эксплуатации объекта на самолете, применяют так называемые «тренировки» аппаратуры в течение времени t на специальных стендах в условиях завода-изготовителя или непосредственно в авиационной части, чтобы обеспечить выявление всех недостатков объекта до установки его на самолет. Главным образом это относится к радиоэлектронной аппаратуре и различным системам автоматики. Механические системы (агрегаты) желательно подвергать до начала эксплуатации приработке (обкатке) на определенных режимах в целях создания наилучших условий работы в основной период эксплуатации.

Продолжительность участка I различна для разных объектов и может составлять от нескольких часов до десятков часов, а значение X на этом участке может быть больше в 2…3 раза и более по сравнению с основным участком эксплуатации.

II — основной период эксплуатации, в течение которого l имеет минимальное значение и сохраняется примерно постоянной.

III — период, когда вследствие накопления необратимых изменений объекта после длительной эксплуатации, износа и старения элементов увеличивается интенсивность отказов и возникает вопрос о целесообразности дальнейшей эксплуатации объекта. Обычно началом периода III ограничивается технический ресурс объекта.

Удобство l-характеристик также состоит в том, что имея характеристики отдельных элементов, можно построить характеристику системы в целом.

1.2. Показатели безотказности восстанавливаемых объектов

При эксплуатации восстанавливаемых объектов производится их ремонт и продолжается эксплуатация. Объект может отказывать в процессе эксплуатации многократно, таким образом, мы имеем дело с потоком отказов. Основными показателями безотказности восстанавливаемых объектов являются:

- вероятность безотказной работы Р(t);

- наработка на отказ ;

- параметр потока отказов w(t).

А. Вероятность безотказной работы P(t) – вероятность того, что за время t произойдет k событий отказов:

Б. Средняя наработка на отказ - отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки (т.е. это среднее время между двумя смежными отказами восстанавливаемого объекта):

,

где t_i – суммарная наработка i-го объекта из N;

r_i – общее число отказов i-го объекта.

В. Параметр потока отказов w(t) – отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки:

В статистической форме: , и при Dt®0 .

w(t) – позволяет анализировать надежность восстанавливаемых объектов и решать вопросы их эксплуатации.

Рис. 5. Движение восстанавливаемых объектов в процессе эксплуатации.

2. Изменение надежности авиационной техники в процессе эксплуатации

Весь процесс эксплуатации АТ можно разделить на два периода:

1. Собственно эксплуатация, когда в элементах конструкции накапливаются необратимые изменения.

2. Проявление накопленных изменений в виде отказа.

Мгновенных отказов не бывает, отказ «накапливается » постепенно:

(в начале появляется трещина, которая, по достижении критических размеров, приводит к разрыву и разрушению элемента конструкции, которое и кажется мгновенным).

Надежность АТ определяется энергетическим подходом:

- энергия внутренних источников;

- энергия окружающей среды (включая человека);

- потенциальная энергия материалов.

Различные виды энергий, действуя на АТ, вызывают физико-химические явления в образцах АТ, связанные с появлением повреждений. В свою очередь, они приводят к изменению определяющих параметров деталей, агрегатов, систем ВС в целом, что может привести к отказу.

Климатические условия существенно влияют на состояние ВС, а, следовательно, на его надежность. К атмосферным явлениям, снижающим характеристики надежности в процессе эксплуатации, относятся:

- влажность;

- t_нв;

- засоренность атмосферы (естественная и искусственная);

- солнечная радиация.

Рассмотрим более подробно изменение надежности объекта АТ в процессе эксплуатации в зависимости от трех основных групп эксплуатационных факторов – условия применения, качество эксплуатации и условия эксплуатации по блок-схеме, представленной на рис. 6, а также мероприятия ИАС, направленные на повышение или обеспечение высокой надежности объектов АТ в процессе ее эксплуатации по блок-схеме, представленной на рис 7:

Рис. 6. Изменение надежности объекта АТ в процессе эксплуатации в зависимости от трех основных групп эксплуатационных факторов.

3. Пути повышения надежности авиационной техники

Надежность как свойство АТ закладывается на этапах разработки требований, проектирования, изготовления и испытания. В условиях эксплуатации надежность поддерживается за счет комплекса плановых и внеплановых профилактических работ на АТ. Таким образом, на каждом из осноных этапов жизненного цикла АТ закладываются и поддерживаются факторы, определяющие надежность.

Основные этапы жизненного цикла АТ:

I этап- проектирование;

II этап- изготовление;

III этап- эксплуатация.

Рассмотрим основные факторы, определяющие надежность АТ на каждом из них:

- на первом этапе:

а) выбор схемы и принципа действия агрегатов АТ;

б) выбор условий нагружения и конструктивных материалов;

в) методика применяемых расчетов на статическую и динамическую прочность;

г) учет всех факторов, воздействующих на конструкцию ВС в эксплуатации.

- на втором этапе:

а) совершенство технологических процессов и технологической дисциплины;

б) обеспечение взаимозаменяемости элементов конструкции;

в) совершенствование методов контроля качества выпускаемых объектов;

г) испытания элементов и систем ВС.

- на третьем этапе:

а) совершенствование организации ТО и Р (внедрение научных методов);

б) сбор, учет и анализ отказов АТ, обобщение опыта ее эксплуатации;

в) укрепление взаимосвязи с производством, научными и учебными заведениями;

г) совершенствование методики обучения и повышение квалификации летного и ИТС;

д) улучшение технологий и качества выполнения регламентных работ;

е) внедрение средств объективного контроля и прогнозирования состояния АТ;

ж) повышение эффективности профилактических мероприятий по предупреждению отказов.

На этапе проектирования различают два метода повышения надежности АТ:

1. Схемный метод:

-совершенствование старых методов и разработка принципиально новых схем технических устройств;

- создание более простых схем;

- разработка схем технических устройств с ограниченным последействием отказов;

- создание схем технических устройств с расширением дополнительных характеристик;

- резервирование элементов и систем.

2. Конструктивный метод:

- разработка высоконадежных элементов;

- использование облегченных режимов работы АТ;

- создание конструкций с высокой степенью технологичности и ремонтопригодности;

- использование новых, более качественных материалов.

Рассмотрим более подробно один из способов повышения надежности АТ– резервирование элементов и систем.

Резервирование – способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций.

Различают два принципа резервирования:

Структурное - резервирование с применением резервного элемента структуры объекта.

Функциональное – резервирование с применением нескольких независимых систем, не имеющих общих агрегатов, но выполняющих одну и ту же функцию.

Различают следующую классификацию структурного резервирования:

А) По объему резервирования:

- общее – при котором резервируется объект в целом;

- раздельное – при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы.

Б) По нагрузке на резервный элемент:

- нагруженный резерв – который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в режиме основного элемента;

– ненагруженный резерв – который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения ими функции основного элемента;

облегченный резерв – который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной элемент.

В) По способу включения резерва:

- постоянное резервирование – при котором используется нагруженный резерв и при отказе любого элемента в резервируемой группе выполнение объектом требуемых функций обеспечивается оставшимися элементами без переключений;

- резервирование замещением – при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента.

Анализ принципиальных схем различных объектов показывает, что существует несколько наиболее характерных структурных схем с однотипными соединениями элементов: