Работоспособность и неработоспособность технических объектов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Работоспособность

2. Отказ, критерии отказа

3. Безотказность

4. Наработка

5. Предельное состояние

Заключение

Введение

Теория надежности изучает процессы возникновения отказов технических объектов и способы борьбы с отказами. Техническими объектами могут быть изделия, системы и их элементы, в частности сооружения, установки, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали.

Различают два основных состояния объектов: работоспособное и неработоспособное. Согласно ГОСТ 13377-75 состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно технической документацией, называют работоспособным.

Состояние объекта, при котором значения хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным нормативно-технической документации, называют неработоспособным.

1. Работоспособность

Работоспособность - состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Неверно отождествлять работоспособность и исправность потому, что исправность - это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям технической документации.

Вторым важнейшим элементом, входящим в понятие надежности, является время. Это - естественно, так как физическая сущность надежности состоит в том, что изделие должно сохранять свои технические характеристики во времени.

Сравним для примера две технические системы:

Очевидно, что система 1 более надежна, чем система 2, так как при одинаковых значениях времени t всегда справедливо соотношение:

P1 (t) > P2 (t).

Если же рассматривать произвольные промежутки времени для каждой системы, то можно прийти к ложному выводу (см. рисунок).

Третьим элементом в определении надежности являются условия эксплуатации. Для технических систем, работающих в разных условиях, время до появления первого отказа может оказаться различным.

В термин «надежность» интуитивно вкладывается широкий смысл, включающий большой диапазон качеств без конкретного выделения их свойств и количественной оценки. Однако при определении надежности какого-либо конкретного объекта или технической системы, возникает необходимость раскрыть те свойства и понятия, которые включает в себя комплексный показатель «надежность». Например, для оборудования электростанций к числу таких понятий относятся - безотказность, ремонтопригодность, долговечность, в определенной степени зависящие от его качества, живучести и безопасности.

Устойчивый отказ нарушения работоспособности объекта может быть ликвидирован только посредством ремонта (для восстанавливаемого объекта). Сбой - самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременной потере работоспособности (не требуется ремонта аппаратуры). Перемежающийся отказ - многократно возникающий сбой одного и того же характера.

2. Отказ

Отказ (повреждение) - это нарушение работоспособности объекта, т.е. система или элемент перестает выполнять целиком или частично свои функции. Приведенное определение отказа является качественным. Обычно возникает вопрос, что является критерием отказа?

Отказом называется событие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня работоспособности или функционирования на другой, более низкий, или в полностью неработоспособное состояние. Понятие отказа в теории надежности является одним из основных.

По характеру исполнения и функционирования (в зависимости от ремонтопригодности) элементы (объекты) могут быть восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Если при возникновении отказа работоспособность объекта может быть восстановлена путем проведения ремонтов и технического обслуживания, то такой объект является восстанавливаемым. Если же при отказе объект либо не подлежит, либо не поддается восстановлению, то он является невосстанавливаемым. Невосстанавливаемые объекты работают только до первого отказа.

Электроэнергетические объекты в целом следует считать восстанавливаемыми.

Отказы классифицируются по ряду признаков:

1) по степени нарушения работоспособности: полные и частичные;

2) по характеру процессов проявления: внезапные и постепенные;

3) по связи с другими отказами: зависимые и независимые;

4) по времени существования: устойчивые и неустойчивые (сбои).

Частичный отказ переводит объект в состояние частичной работоспособности; полный отказ приводит объект к неработоспособному состоянию (для восстановления функционирования объекта требуется ремонт).

Если отказ какого-либо элемента в системе не является причиной отказа других элементов, то такой отказ является независимым. Если при отказе элемента изменилась вероятность появления отказов других элементов, то такие отказы являются зависимыми.

Внезапные отказы проявляются в результате резкого изменения основных параметров системы или элемента. При постепенных отказах наблюдается плавное изменение параметров в результате старения или износа элементов.

У объектов, функционирующих не постоянно во времени, отказы могут быть следующих видов:

· отказ срабатывания, заключающийся в невыполнении объектом требуемого срабатывания;

· ложное срабатывание, заключающееся в срабатывании при отсутствии требования;

· излишнее срабатывание, заключающееся в срабатывании при требовании срабатывания других элементов.

Примерами таких объектов могут быть различные системы релейной защиты, противоаварийной автоматики, в определенной мере выключатели и т. п.

Причинами отказов оборудования являются повреждения и неисправности.

Поврежденияв энергетике - это разрушение оборудования, поломка деталей, нарушение целостности электрических и магнитных цепей, порча изоляции.

Неисправности - это разрегулировка механизмов без разрушения и порчи объекта, ошибки при сборке и обслуживании, недосмотр персонала.

Отказы характеризуются случайностью момента их возникновения, поэтому их можно трактовать как случайные события. Следовательно, основным математическим аппаратом для изучения отказов является теория вероятностей и ее положения.

Отказы можно классифицировать по различным признакам.

1. По характеру устранения можно различать окончательные (устойчивые) и перемежающиеся (то возникающие, то исчезающие) отказы. Перемежающиеся отказы являются следствием обратимых случайных изменений режимов работы и параметров объекта. При возвращении режима работы в допустимые пределы объект сам, обычно без вмешательства человека, возвращается в работоспособное состояние. Например совершенно исправный триггер может перестать реагировать на управляющий сигнал из-за случайного резкого уменьшения напряжения питания. Когда напряжение питания опять станет равным номинальному значению, триггер будет продолжать исправно работать (конечно если в результате колебаний не произошел окончательный отказ).

Целесообразно различать два показателя надежности: для окончательных отказов и для перемежающихся отказов.

2. По связи с другими отказами можно различать отказы первичные, т.е. возникшие по любым причинам, кроме действия другого отказа. Например, из-за пробоя конденсатора может сгореть сопротивление. При вычислении показателей надежности обычно учитываются лишь первичные отказы.

Отказы являются случайными событиями, которые могут быть независимыми или зависимыми. Отказы являются зависимыми, если при появлении одного из них изменяется вероятность появления второго отказа. Для независимых отказов вероятность появления одного из них не зависит от того, произошли другие отказы или нет. Таким образом, различие между вторичным и зависимым отказами состоит в том, что после появления отказа (первичного) вторичный отказ другого элемента наступает неизбежно, а для зависимого отказа лишь изменяется вероятность его появления.

3. По легкости обнаружения отказы могут быть очевидными (явными) или скрытыми (неявными).

4. Для каждого определенного типа объектов отказы можно различать по внешним проявлениям. Например, различные отказы конденсаторов можно разбить на две группы: типа обрыв и типа замыкание.

5. По характеру возникновения можно различать отказы внезапные, состоящие в резком практически мгновенном изменении характеристик объектов, и отказы постепенные, происходящие за счет медленного, постепенного ухудшения качества объектов.Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (поломки трещины, обрывы, пробои изоляции и т.п.), из-за чего эти отказы называют грубыми. Для внезапных отказов отсутствуют видимые признаки их приближения, т.е. перед отказом обычно не удается обнаружить количественные изменения характеристик объекта.

Постепенные отказы (параметрические, плавные) связаны с износом деталей, старения материалов и разрегулированием устройств. Параметры объекта могут достигнуть критических значений, при которых его состояние считается неудовлетворительным, т.е. происходит отказ.

Внезапный отказ объекта также является следствием накопления необратимых изменений материалов. Иначе говоря, возникновение внезапного отказа также является следствием случайного процесса изменения какого-то параметра объекта, обычно связанный с его механическим повреждением.

Таким образом возникновению всякого отказа предшествует накопление тех или иных изменений внутри объекта.

Для объектов разного назначения и устройства применяются различные показатели надежности. Можно выделить четыре группы объектов, различающиеся показателями и методами оценки надежности:

1) неремонтируемые объекты, применяемые до первого отказа;

2) ремонтируемые объекты, восстановление которых в процессе применения невозможно (невосстанавливаемые объекты);

3) ремонтируемые восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых недопустимы перерывы в работе;

4) Ремонтируемые восстанавливаемые в процессе применения объекта, для которых допустимы кратковременные перерывы в работе.

Классификация объектов по показателям и методам оценки надежности приведена на рис 1.

Рис. 1. Группы объектов, различающиеся показателями надежности

3. Безотказность

Безопасность - это свойство технического устройства, которое предполагает исключение возможности возникновения ситуаций, опасных для людей и окружающей среды.

При рассмотрении вопросов надежности функционирования сложных систем используется понятие - устойчивость в связи с отказами отдельных элементов системы.

В отдельных случаях может применяться понятие сохранности.

4. Наработка

Сремдняя нарабомтка на откамз (англ. Mean time before failure, MTBF) -- технический параметр, характеризующий надёжность восстанавливаемого прибора, устройства или технической системы.

Средняя продолжительность работы устройства между ремонтами, то есть показывает, какая наработка в среднем приходится на один отказ. Выражается обычно в часах.

Для программных продуктов обычно подразумевается срок до полного перезапуска программы или полной перезагрузки операционной системы.

Средняя наработка до отказа (англ. Mean time to failure, MTTF) -- эквивалентный параметр для неремонтопригодного устройства. Поскольку устройство неремонтируемое, то это просто среднее время, которое проработает устройство до того момента, как сломается.

Наработка -- продолжительность или объем работы объекта, измеряемая в часах, мото-часах, гектарах, километрах пробега, циклов включений и др.

Измеряется статистически, путём испытания множества приборов, или вычисляется методами теории надёжности.

Т = 1/m * Уti

где ti -- наработка i-го объекта между отказами; m -- число отказов.

5. Предельное состояние

работоспособность неработоспособность технический объект

Предельное состояние -- состояние конструкции (сооружения), при котором она перестаёт удовлетворять эксплуатационным требованиям, то есть либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение. Дальнейшая эксплуатация такой конструкции недопустима или нецелесообразна.

Предельные состояния сооружений по степени возможных последствий подразделяют следующим образом:

· первая группа -- состояния, при которых происходит исчерпание несущей способности (прочность, устойчивость или выносливость) сооружений при соответствующих комбинациях нагрузок, которые могут также сопровождаться разрушениями любого вида (вязкое, усталостное, хрупкое), превращением системы в механизм, образованием трещин, цепи пластических шарниров и др.

· вторая группа -- состояния, при которых нарушается нормальная эксплуатация сооружений или исчерпывается ресурс их долговечности вследствие появления недопустимых деформаций, колебаний и иных нарушений, требующих временной приостановки эксплуатации сооружения и выполнения его ремонта.

Выделяют также следующие группы предельных состояний:

· аварийное предельное состояние, соответствующее разрушению сооружений при аварийных воздействиях и ситуациях с катастрофическими последствиями;

· устанавливаемые в нормах или заданиях на проектирование другие предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию строительных объектов.

Заключение

Основными показателями технической эффективности любой системы являются производительность и надежность. Проблема надежности включает вопросы поддержания физического (технического) состояния аппаратных и программных средств и обеспечения их работоспособности. Моменты появления отказов и сбоев, время поиска и устранения неисправностей, моменты появления ошибок в программах и продолжительность их поиска зависят от очень многих факторов и поэтому непредсказуемы, т.е. случайны. Неисправность может случиться через год, а может - через час. Поэтому невозможно предсказать точное время таких событий, а можно только прогнозировать их с большей или меньшей вероятностью.

В непосредственной связи с понятием «надежность» находится понятие «эффективность». Эффективностью системы называется свойство выдавать некоторый полезный результат (эффект) при использовании ее по назначению.

Надежность и эффективность - взаимосвязанные понятия. Чем выше надежность, тем выше и эффективность системы, но до определенного уровня, так как дальнейшее повышение надежности сопряжено с существенными экономическими затратами.

Размещено на Allbest.ru