Статистический анализ

Результаты анализа надежности многочисленных объектов АТС и ЭНС свидетельствуют, что в процессе длительной и интенсивной эксплуатации почти все показатели надежности существенно изменяются и, более того, - ухудшаются. Оказывается, что по мере воздействия эксплуатационных факторов в объектах АТС и ЭНС зарождаются, развиваются и накапливаются повреждения, которые, в свою очередь, являются причинами зарождения и развития отказов. Объекты АТС и ЭНС как бы «стареют».

В противовес этому негативному процессу должен быть поставлен позитивный процесс своевременного и качественного выполнения ремонтно-профилактических работ, работ по уходу, грамотной эксплуатации.

Понятно, что выбрать рациональную периодичность и рациональный объем ремонтно-профилактических работ можно только на основе систематического сбора и глубокого анализа данных по результатам диагностирования. Для этого в инженерной практике широко используются различные модели изменения надежности.

Несмотря на разнообразие надежностных моделей, их условно можно разграничить на две группы: модели возникновения отказов (как правило, охватывают короткие этапы эксплуатации); модели изменения надежности (как правило, охватывают длительные этапы эксплуатации).

Модель возникновения отказа чаще всего представляет собой математическую или графическую зависимость между контролируемым параметром (характеризующим работоспособность объекта) и наработкой (календарным сроком). Наибольшее распространение получили параметрические модели возникновения отказа. Пример такой модели представлен на рис.129.

Модель изменения надежности чаще всего представляет собой математическую или графическую зависимость между обобщенным показателем надежности (обычно это: вероятность безотказной работы, вероятность отказа, интенсивность отказов) и наработкой (календарным сроком). Примеры вероятностной модели изменения надежностии лямбда-характеристик представлены на рис.130, 131.

Все эти модели могут относиться ко всему парку однотипных объектов АТС и ЭНС (парковые модели), или к конкретному объекту (индивидуальные модели). Парковые модели изменения надежности используются, преимущественно, для управления надежностью в условиях стратегии технической эксплуатации и ремонта (СТЭР) «по ресурсу». Индивидуальные модели изменения надежности используются, преимущественно, для управления надежностью в условиях СТЭР «по уровню надежности». Модели возникновения отказа используются, преимущественно, для управления надежностью в условиях СТЭР «по техническому состоянию».

Параметрическая модель отказа. В параметрической модели устанавливается зависимость параметров от наработки. Влияние эксплуатационных факторов на работоспособность объектов АТС и ЭНС имеет случайный характер, поэтому случайными являются характер, глубина и направленность физико-химических процессов в этих объектах. В этой связи по разному изменяются и параметры, характеризующие работоспособность объекта. На рис.129 представлен пример с возможными вариантами изменения контролируемых функциональных параметров по наработке υ_i(t).

Анализ данных на рис.129 позволяет заключить:

1. Из трех контролируемых параметров к отказам критичны лишь параметры υ₁(t) и υ₂(t). Параметр υ₃(t) не критичен к отказам, поэтому его контроль в эксплуатации не целесообразен (в модели этот параметр избыточен).

2. Параметр υ₂(t) изменяется постепенно вплоть до отказа объекта. Такой характер изменения приводит к постепенному зарождению и развитию отказа. Отказы объекта из-за недопустимого изменения υ₂(t) происходят при очень большой наработке.

3. Параметр υ₁(t) непосредственно перед отказом объекта имеет характерный «всплеск». Такой характер его изменения приводит к практически внезапному отказу. Отказы из-за недопустимого изменения υ₁(t) происходят при малой наработке объекта.

4. Значения параметров υ₁(t) и υ₂(t) непосредственно перед отказом объекта позволяют установить их предельные уровни, превышение которых недопустимо.

5. Моменты наработки, когда контролируемые параметры υ₁(t) и υ₂(t) пересекают допустимые уровни, позволяют установить периодичность контроля и профилактических работ на рассматриваемом объекте (это моменты наработки накануне t₁ и t₂).

υ_i(t) υ₁(t) υ₂(t)

υ_доп

υ₃(t)

t

0 t₁ t₂

Рис. 129. Параметрическая модель отказа

Если параметрическая модель корректна (построена на большом объеме экспериментальных данных) и полностью количественно определена (установлены численные значения υ_доп, t₁ и t₂), то она позволяет установить обоснованную программу технического обслуживания рассматриваемого объекта (объем, периодичность и даже технологию контрольно-поверочных и ремонтно-профилактических работ). Такая модель может быть положена в основу управления техническим обслуживанием объекта.

Вероятностная модель изменения надежности. Рассмотренная модель отказов имеет ряд недостатков, главный из которых - невозможность непосредственного учета изменения надежности, так как наблюдения производятся не за показателем надежности, а за функциональными параметрами, которые, в лучшем случае, лишь косвенно характеризуют надежность.

Этого недостатка лишена вероятностная модель изменения надежности, вариант которой изображен на рисунке 130. В модели учитываются как внезапные, так и постепенные (износовые) отказы. В изображенном варианте принято, что внезапные отказы (кривая Р_в(t)) имеют экспоненциальное распределение, а постепенные отказы (кривая Р_п(t))имеют нормальное распределение.

P(t)

Р_ид. = 1.0

P_доп

P_п(t)

P_в(t)

t

Рис. 130. Вероятностная модель изменения надежности объекта при эксплуатации

Лямбда-характеристики объектов. Лямбда-характеристика λ(t) устанавливает зависимость между интенсивностью отказов объекта и его наработкой. Такую характеристику можно и необходимо понимать как модель изменения надежности (безотказности) в процессе эксплуатации или хранения объекта. Эту модель целесообразно использовать для определения или своевременного корректирования программы технического обслуживания объекта.

Исходя из характера протекания функции λ(t), выделяют ситуации (А…Е), отмеченные на рис.131. На этом же рисунке для каждого случая указана распространенность случая применительно к объектам АТС и ЭНС. Из рисунка видно, что во всех лямбда-характеристиках (за исключением случаев В и Г) имеется выраженный участок наработки, в пределах которого величина λ(t) минимальна и, кроме того, постоянна. Этот участок принято называть периодом нормальной эксплуатации. Обычно именно в пределах периода нормальной эксплуатации назначается технический ресурс объектов АТС и ЭНС.

Кроме того, для некоторых типов лямбда-характеристик (А, Д, Е) наблюдается «всплеск» значений λ(t) в начале и (или) в конце наработки t. Это объясняется повышенным числом отказов из-за неприработанности деталей на новых объектах и высоким износом деталей на старых объектах. Приработочный и износовый участки наработки t стараются исключить из пределов назначенного и (или) межремонтного ресурса объекта.

Необходимо отметить, что сборные, комплексные изделия, АТС и ЭНС имеют классический «корытообразный» тип лямбда-характеристики (на рис.131 - это вариант Е).

λ(t) А (68 %) λ(t) Б (14 %)

t t

λ(t) В (7 %) λ(t) Г (5 % )

t t

λ(t) Д (2 %) λ(t) Е (4 %)

t t

Рис. 131. Разновидности лямбда-характеристик