Отказы элементов систем являются основными предметами исследования при анализе причинных связей. Как показано во внутреннем кольце (рис. 4.1.2), расположенном вокруг «отказа элементов», отказы могут возникать в результате:
1) первичных отказов;
2) вторичных отказов;
3) ошибочных команд (инициированные отказы).
Отказы всех этих категорий могут иметь различные причины, приведенные в наружном кольце. Когда точный вид отказов определен и данные по ним получены, а конечное событие является критическим, то они рассматриваются как исходные отказы .
Первичный отказ элемента определяют как нерабочее состояние этого элемента, причиной которого является он сам, и необходимо выполнить ремонтные работы для возвращения элемента в рабочее состояние. Первичные отказы происходят при входных воздействиях, значение которых находится в пределах, лежащих в расчетном диапазоне, а отказы объясняются естественным старением элементов. Разрыв резервуара вследствие старения (усталости) материала служит примером первичного отказа.
Вторичный отказ - такой же, как первичный, за исключением того, что сам элемент не является причиной отказа. Вторичные отказы объясняются воздействием предыдущих или текущих избыточных напряжений на элементы.
Амплитуда, частота, продолжительность действия этих напряжений могут выходить за пределы допусков или иметь обратную полярность и вызываются различными источниками энергии: термической, механической, электрической, химической, магнитной, радиоактивной и т.п. Эти напряжения вызываются соседними элементами или окружающей средой, например - метеорологическими (ливень, ветровая нагрузка), геологическими условиями (оползни, просадка грунтов), а также воздействием со стороны других технических систем.
Примером вторичных отказов служит «срабатывание предохранителя от повышенного электрического тока», «повреждение емкостей для хранения при землетрясении». Следует отметить, что устранение источников повышенных напряжений не гарантирует возвращение элемента в рабочее состояние, так как предыдущая перегрузка могла вызвать необратимое повреждение в элементе, требующее в этом случае ремонта.
Инициированные отказы (ошибочные команды). Люди, например операторы и обслуживающий технический персонал, также являются возможными источниками вторичных отказов, если их действия приводят к выходу элементов из строя. Ошибочные команды представляются в виде элемента, находящегося в нерабочем состоянии из-за неправильного сигнала управления или помех (при этом лишь иногда требуется ремонт для возвращения данного элемента в рабочее состояние). Самопроизвольные сигналы управления или помехи часто не оставляют последствий (повреждений), и в нормальных последующих режимах элементы работают в соответствии с заданными требованиями. Типичными примерами ошибочных команд являются: «напряжение приложено самопроизвольно к обмотке реле», «переключатель случайно не разомкнулся из-за помех», «помехи на входе контрольного прибора в системе безопасности вызвали ложный сигнал на остановку», «оператор не нажал на аварийную кнопку» (ошибочная команда от аварийной кнопки).
Множественный отказ (отказы общего характера) есть событие, при котором несколько элементов выходят из строя по одной и той же причине. К числу таких причин могут быть отнесены следующие:
Конструкторские недоработки оборудования (дефекты, не выявленные на стадии проектирования и приводящие к отказам вследствие взаимной зависимости между электрическими и механическими подсистемами или элементами избыточной системы);
Ошибки эксплуатации и технического обслуживания (неправильная регулировка или калибровка, небрежность оператора, неправильное обращение и т. п.);
Воздействие окружающей среды (влага, пыль, грязь, температура, вибрация, а также экстремальные режимы нормальной эксплуатации);
Внешние катастрофические воздействия (естественные внешние явления, такие как наводнение, землетрясение, пожар, ураган);
Общий изготовитель (резервируемое оборудование или его компоненты, поставляемые одним и тем же изготовителем, могут иметь общие конструктивные или производственные дефекты. Например, производственные дефекты могут быть вызваны неправильным выбором материала, ошибками в системах монтажа, некачественной пайкой и т. п.);
Общий внешний источник питания (общий источник питания для основного и резервного оборудования, резервируемых подсистем и элементов);
Неправильное функционирование (неверно выбранный комплекс измерительных приборов или неудовлетворительно спланированные меры защиты).
Известен целый ряд примеров множественных отказов: так, некоторые параллельно соединенные пружинные реле выходили из строя одновременно и их отказы были вызваны общей причиной; вследствие неправильного расцепления муфт при техническом обслуживании два клапана оказались установлены в неправильное положение; из-за разрушения паропровода имели место сразу несколько отказов коммутационного щита. В некоторых случаях общая причина вызывает не полный отказ резервированной системы (одновременный отказ нескольких узлов, т.е. предельный случай), а менее серьезное общее понижение надежности, что приводит к повышению вероятности совместного отказа узлов систем. Такое явление наблюдается в случае исключительно неблагоприятных окружающих условий, когда ухудшение характеристик приводит к отказу резервного узла. Наличие общих неблагоприятных внешних условий приводит к тому, что отказ второго узла зависит от отказа первого и спарен с ним.
Для каждой общей причины необходимо определить все вызываемые ею исходные события. При этом определяют сферу действия каждой общей причины, а также место расположения элементов и время происшествия.
Некоторые общие причины имеют лишь ограниченную сферу действия. Например, утечка жидкости может ограничиваться одним помещением, и электрические установки, их элементы в других помещениях не будут повреждены вследствие утечек, если только эти помещения не сообщаются друг с другом.
Отказ считают по сравнению с другим более критичным, если его предпочтительнее рассматривать в первую очередь при разработке вопросов надежности и безопасности. При сравнительной оценке критичности отказов учитывают последствия отказа, вероятность возникновения, возможность обнаружения, локализации и т. д.
Указанные выше свойства технических объектов и промышленная безопасность – взаимосвязаны. Так, при неудовлетворительной надежности объекта вряд ли следует ожидать хороших показателей его безопасности.
В то же время перечисленные свойства имеют свои самостоятельные функции. Если при анализе надежности изучается способность объекта выполнять заданные функции (при определенных условиях эксплуатации) в установленных пределах, то при оценке промышленной безопасности выявляют причинно-следственные связи возникновения и развития аварий и других нарушений с всесторонним анализом последствий этих нарушений.
Момент наступления отказа всегда случаен, а причины разнообразны по своей физической природе. Различают внезапные и постепенные отказы. Если вас интересует автоматическая парковка , рекомендуем посетить сайт 3390017.ru.
Внезапный отказ . Отказ, характеризующийся скачкообразным изменением одного или нескольких параметров состояния машины, называется внезапным. Он вызывается обычно неожиданным изменением внешних условий или воздействий. Чаще всего это перегрузки вследствие попадания посторонних предметов в рабочие органы машины, наезды, рывки при неправильном управлении и т. д. Внезапный отказ может возникнуть с одинаковой вероятностью независимо от длительности предыдущей работы машины, т. е. ее срока службы.
Постепенный отказ . Отказ, характеризующийся постепенным изменением одного или нескольких параметров состояния машины, называется постепенным. Причиной могут быть различные процессы, протекающие в ее деталях (изнашивание, коррозия, накопление усталостных повреждений и т. д.). Вероятность возникнове ния постепенного отказа повышается о увеличением длительности предыдущей работы машины.
В результате неожиданных внешних воздействий или постепенных процессов в соединениях и деталях возникают дефекты, т. е. несоответствие изделия требованиям, установленным нормативно-технической документацией.
Дефекты в соединениях деталей. Классификацию дефектов можно показать в виде схемы (рис. 2).
Потеря жесткости. В соединениях и связях ослабляются резьбовые и заклепочные соединения, в результате чего наступает потеря жесткости. При техническом обслуживании необходимо проверять крепежные детали остукиванием и своевременно подтягивать с усилием, определенным техническими требованиями.
Нарушение контакта. Этот дефект возникает вследствие уменьшения площади прилегания поверхностей у соединяемых деталей. В результате происходит потеря герметичности соединений, увеличиваются ударные нагрузки, что ускоряет процесс изнашивания.
Нарушение посадки деталей. Это наиболее распространенный дефект в соединениях, возникающий из-за увеличения зазора или уменьшения натяга.
Нарушение размерных цепей. Этот дефект характеризуется изменением соосности, перпендикулярности, параллельности и т. д., вследствие чего происходит нагрев деталей, повышение нагрузки, изменение геометрической формы, разрушение деталей.
Дефекты деталей . Классификацию дефектов можно показать в виде схемы (рис. 3).
Изнашивание. Процесс разрушения и удаления материала с поверхности твердого тела при трении деталей в подвижных соединениях называют изнашиванием. Различают изнашивание механическое, коррозионно-механическое и при заедании.
Механическое изнашивание происходит в результате механических воздействий. Оно наиболее распространено, причем возможны следующие разновидности:
- абразивное - в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии;
- эрозионное - при воздействии потока жидкости или газа;
- гидроабразивное (газоабразивное) - в результате действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (газе);
- усталостное - в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя;
- кавитационное - гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости.
Коррозионно-механическое изнашивание происходит в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Разновидности коррозионно-механического изнашивания:
- окислительное, при котором основное влияние на изнашивание оказывает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой;
- фреттинг-коррозия - изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях.
Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия появившихся неров-ностей на сопряженную поверхность.
Износ - результат изнашивания.
Отложения и наносы. Как дефекты, они возникают в результате осаждения на поверхности деталей продуктов загрязнения масла, топлива и воды, в виде лаков, нагара, смол, накипи и т. д. Наносы вызывают изменение режимов теплообмена, формы и размеров деталей, что ухудшает работоспособность соединений и сборочных единиц.
Меры предупреждения - тщательная фильтрация материалов перед заправкой, предварительный отстой топлива, удаление отложений при техническом обслуживании, восстановление герметичности полостей механизма.
Деформации и разрушения. Эти дефекты происходят при длительном воздействии на детали крутящих моментов, динамических нагрузок и высоких температур, что приводит к скручиванию, изгибу, короблению, смятию, пластическим деформацияем усталостным разрушениям, изломам и трещинам.
Изменение свойств материала деталей. Этот процесс происходит под действием температур (при этом изменяется поверхностная твердость), циклических нагрузок (теряется упругость пружин, рессор), химических превращений (сульфатация пластин аккумуляторов, затвердение резиновых деталей) и т. д.
Коррозия свободных поверхностей. Самопроизвольное и необратимое разрушение материалов вследствие физико-химического взаимодействия со средой носит название коррозии. Основные меры предупреждения - нанесение защитных покрытий (хромирование, никелирование), окраска поверхностей, применение ингибиторов.
Для защиты наружных поверхностей машин наносят отработанное масло с ингибитором ИМ (5…7%). Цилиндры и воздушную систему двигателей консервируют с использованием ингибитора ИП. Систему охлаждения консервируют ингибитором ИВ, растворив 1% в мягкой воде при температуре 50…60 °С. Эту воду заливают в систему на 5 мин и сливают.
Допускаемые и предельные размеры деталей. В результате изнашивания подвижного соединения, например типа «вал-втулка», размер отверстия увеличивается, а вала уменьшается. Характер изнашивания обычно протекает по кривой, показанной на рисунке 4. Первый участок кривой характеризует период приработки (ускоренное изменение размера детали, т. е. изнашивание), второй - период нормальной работы, третий - период аварийного износа.
Предельный размер. Износ в точке перехода прямолинейного участка изнашивания в криволинейный - зону аварийного износа - называют предельным И пр, т. е. таким, при котором дальнейшая эксплуатация детали невозможна или нецелесообразна из-за недопустимого снижения экономических или технологических показателей. Размер детали при таком износе считается предельным, по нему определяют предельное состояние детали. Наработка до предельного состояния соответствует полному ресурсу Т п.
Предельный размер детали устанавливают на основе экономического, качественного и технического критериев.
Экономический критерий определяется предельным снижением экономических показателей - потерей мощности, снижением производительности, увеличением расхода топлива, смазки и т. д.
При использовании качественного критерия учитывают отклонение качества выполнения сельскохозяйственных операций от агротехнических требований (глубина заделки семян, процент дробления зерна и т. д.).
Технический критерий характеризуется резким ускорением изнашивания, которое может привести к аварии.
Во время ремонта возможность повторного использования бывшей в эксплуатации детали определяется по допустимому размеру.
Допускаемый размер устанавливают из условия, чтобы остаточный ресурс детали был не меньше межремонтного Т м. Его определяют на основе допускаемого износа И д. Для нахождения Ия необходимо отложить от точки с на кривой (см. рис. 4) значение межремонтного ресурса Т м. Точка в соответствует допускаемому износу И д. Деталь во время ремонта выбраковывают, если ее размер больше (для отверстия) или меньше (для вала) допускаемого.
Управление техническим состоянием машины. В процессе эксплуатации происходит ухудшение технико-экономических показателей машины. Для поддержания их в установленных пределах необходимо управлять техническим состоянием машины, т. е. измерять параметры, сравнивать их с допускаемыми или предельными, определять остаточный ресурс, назначать вид и объем ремонтно-обслуживающих воздействий и выполнять эти работы.
Операции ТО и ремонта могут быть плановыми, строго регламентированными или же выполняться по заявкам без ограничений какими-либо сроками.
Установлены три стратегии ТО и ремонта: по потребности (после отказа); регламентированная (в зависимости от наработки); по состоянию (с периодическим контролем - диагностированием). Две последние стратегии носят планово-предупредительный характер.
Наиболее эффективно проведение ремонтно-обслуживающих воздействий по состоянию, с периодическим или постоянным контролем. Эта стратегия позволяет получить наибольшую безотказность машин при наименьших издержках на их техническое обслуживание и ремонт.
Одним из основных понятий теории надежности является понятие отказа (изделия, объекта, элемента, системы).Как уже отмечалось выше, отказ - это потеря способности изделия выполнить требуемую функцию.
В соответствии с ГОСТ Р 53480-2009 даны определения видов отказов (п.1.1).
Основными причинами возникновения отказов являются:
Конструктивные дефекты;
Технологические дефекты;
Эксплуатационные дефекты;
Постепенное старение (износ).
Отказы вследствие конструктивных дефектов возникают как следствие несовершенства конструкции из-за «промахов» при конструировании. В этом случае наиболее распространенными являются недоучет «пиковых» нагрузок, применение материалов с низкими потребительскими свойствами, схемные «промахи» и др. Отказы этой группы сказываются на всех экземплярах изделия, объекта, системы.
Отказы из-за технологических дефектов возникают как следствие нарушения принятой технологии изготовления изделий (например, выход отдельных характеристик за установленные пределы). Отказы этой группы характерны для отдельных партий изделий, при изготовлении которых наблюдались нарушения технологии изготовления.
Отказы из-за эксплуатационных дефектов возникают по причине несоответствия требуемых условий эксплуатации, правил обслуживания действительным. Отказы этой группы характерны для отдельных экземпляров изделий.
Отказы из-за постепенного старения (износа) вследствие накопления необратимых изменений в материалах, приводящих к нарушению прочности (механической, электрической), взаимодействия частей объекта.
По типу отказы подразделяются на:
- отказы функционирования (выполнение основных функций изделием прекращается, например, поломка зубьев шестерни);
- отказы параметрические (некоторые параметры изделия изменяются в недопустимых пределах, например, потеря точности станка).
По своей природе отказы могут быть:
- случайные, обусловленные непредусмотренными перегрузками, дефектами материала, ошибками персонала или сбоями системы управления и т. п.;
- систематические , обусловленные закономерными и неизбежными явлениями, вызывающими постепенное накопление повреждений: усталость, износ, старение, коррозия и т. п.
Отказы элементов систем могут возникать в результате (рис. 1.1):
1) первичных отказов;
2) вторичных отказов;
3) ошибочных команд (инициированные отказы).
Рис. 1.2Классификация отказов
Отказы всех этих категорий могут иметь различные причины, приведенные в наружном кольце. Когда точный вид отказов определен и данные по ним получены, а конечное событие является критическим, то они рассматриваются как исходные отказы.
Первичный отказ элемента определяют как нерабочее состояние этого элемента, причиной которого является он сам, и необходимо выполнить ремонтные работы для возвращения элемента в рабочее состояние. Первичные отказы происходят при входных воздействиях, значение которых находится в пределах, лежащих в расчетном диапазоне, а отказы объясняются естественным старением элементов. Разрыв резервуара вследствие старения (усталости) материала служит примером первичного отказа.
Вторичный отказ - такой же, как первичный, за исключением того, что сам элемент не является причиной отказа. Вторичные отказы объясняются воздействием предыдущих или текущих избыточных напряжений на элементы. Амплитуда, частота, продолжительность действия этих напряжений могут выходить за пределы допусков или иметь обратную полярность и вызываются различными источниками энергии: термической, механической, электрической, химической, магнитной, радиоактивной и т.п. Эти напряжения вызываются соседними элементами или окружающей средой, например - метеорологическими (ливень, ветровая нагрузка), геологическими условиями (оползни, просадка грунтов), а также воздействием со стороны других технических систем.
Примером вторичных отказов служит «срабатывание предохранителя от повышенного электрического тока», «повреждение емкостей для хранения при землетрясении». Следует отметить, что устранение источников повышенных напряжений не гарантирует возвращение элемента в рабочее состояние, так как предыдущая перегрузка могла вызвать необратимое повреждение в элементе, требующее в этом случае ремонта.
Инициированные отказы (ошибочные команды). Люди, например, операторы и обслуживающий технический персонал, также являются возможными источниками вторичных отказов, если их действия приводят к выходу элементов из строя. Ошибочные команды представляются в виде элемента, находящегося в нерабочем состоянии из-за неправильного сигнала управления или помех (при этом лишь иногда требуется ремонт для возвращения данного элемента в рабочее состояние). Самопроизвольные сигналы управления или помехи часто не оставляют последствий (повреждений), и в нормальных последующих режимах элементы работают в соответствии с заданными требованиями. Типичными примерами ошибочных команд являются: «переключатель случайно не разомкнулся из-за помех», «помехи на входе контрольного прибора в системе безопасности вызвали ложный сигнал на остановку», «оператор не нажал на аварийную кнопку» (ошибочная команда от аварийной кнопки).
Множественный отказ (отказы общего характера) есть событие, при котором несколько элементов выходят из строя по одной и той же причине. К числу таких причин могут быть отнесены следующие:
Конструкторские недоработки оборудования (дефекты, не выявленные на стадии проектирования и приводящие к отказам вследствие взаимной зависимости между электрическими и механическими подсистемами или элементами избыточной системы);
Ошибки эксплуатации и технического обслуживания (неправильная регулировка или калибровка, небрежность оператора, неправильное обращение и т. п.);
Воздействие окружающей среды (влага, пыль, грязь, температура, вибрация, а также экстремальные режимы нормальной эксплуатации);
Внешние катастрофические воздействия (естественные внешние явления, такие как наводнение, землетрясение, пожар, ураган);
Общий изготовитель (резервируемое оборудование или его компоненты, поставляемые одним и тем же изготовителем, могут иметь общие конструктивные или производственные дефекты. Например, производственные дефекты могут быть вызваны неправильным выбором материала, ошибками в системах монтажа, некачественной пайкой и т. п.);
Общий внешний источник питания (общий источник питания для основного и резервного оборудования, резервируемых подсистем и элементов);
Неправильное функционирование (неверно выбранный комплекс измерительных приборов или неудовлетворительно спланированные меры защиты).
Известен целый ряд примеров множественных отказов: так, некоторые параллельно соединенные пружинные реле выходили из строя одновременно и их отказы были вызваны общей причиной; вследствие неправильного расцепления муфт при техническом обслуживании два клапана оказались установлены в неправильное положение; из-за разрушения паропровода имели место сразу несколько отказов коммутационного щита. В некоторых случаях общая причина вызывает не полный отказ резервированной системы (одновременный отказ нескольких узлов, т.е. предельный случай), а менее серьезное общее понижение надежности, что приводит к повышению вероятности совместного отказа узлов систем. Такое явление наблюдается в случае исключительно неблагоприятных окружающих условий, когда ухудшение характеристик приводит к отказу резервного узла. Наличие общих неблагоприятных внешних условий приводит к тому, что отказ второго узла зависит от отказа первого и спарен с ним.
Для каждой общей причины необходимо определить все вызываемые ею исходные события. При этом определяют сферу действия каждой общей причины, а также место расположения элементов и время происшествия. Некоторые общие причины имеют лишь ограниченную сферу действия. Например, утечка жидкости может ограничиваться одним помещением, и электрические установки, их элементы в других помещениях не будут повреждены вследствие утечек, если только эти помещения не сообщаются друг с другом.
Отказ считают по сравнению с другим более критичным, если его предпочтительнее рассматривать в первую очередь при разработке вопросов надежности и безопасности. При сравнительной оценке критичности отказов учитывают последствия отказа, вероятность возникновения, возможность обнаружения, локализации и т. д.
Указанные выше свойства технических объектов и промышленная безопасность – взаимосвязаны. Так, при неудовлетворительной надежности объекта вряд ли следует ожидать хороших показателей его безопасности. В то же время перечисленные свойства имеют свои самостоятельные функции. Если при анализе надежности изучается способность объекта выполнять заданные функции (при определенных условиях эксплуатации) в установленных пределах, то при оценке промышленной безопасности выявляют причинно-следственные связи возникновения и развития аварий и других нарушений с всесторонним анализом последствий этих нарушений.
Отказы по причинным схемам возникновения подразделяются на следующие группы:
Отказы с мгновенной схемой возникновения;
Отказы с постепенной схемой возникновения;
Отказы с релаксационной схемой возникновения;
Отказы с комбинированными схемами возникновения.
Отказы с мгновенной схемой возникновения характеризуются тем, что время наступления отказа не зависит от времени предшествующей эксплуатации и состояния объекта, момент отказа наступает случайно, внезапно. Примерами реализации такой схемы могут служить отказы изделий под действием пиковых нагрузок в электрической сети, механическое разрушение посторонним внешним воздействием и т. п.
Отказы с постепенной схемой возникновения происходят за счет постепенного накопления вследствие физико-химических изменений в материалах повреждений. При этом значения некоторых «решающих» параметров выходят за допустимые границы, и объект (система) не способен выполнять заданные функции. Примерами реализации постепенной схемы возникновения могут служить отказы вследствие снижения сопротивления изоляции, электрической эрозии контактов и т. п.
Отказы с релаксационной схемой возникновения характеризуются первоначальным постепенным накоплением повреждений, которые создают условия для скачкообразного (резкого) изменения состояния объекта, после которого возникает отказное состояние. Примером реализации релаксационной схемы возникновения отказов может служить пробой изоляции кабеля вследствие коррозионного разрушения брони.
Отказы с комбинированными схемами возникновения характерны для ситуаций, когда одновременно действуют несколько причинных схем. Примером, реализующим эту схему, может служить отказ двигателя в результате короткого замыкания по причинам снижения сопротивления изоляции обмоток и перегрева.
При анализе надежности необходимо выявлять преобладающие причины отказов и лишь затем, если в этом есть необходимость, учитывать влияние остальных причин.
По временному аспекту и степени предсказуемости отказы подразделяются на внезапные и постепенные .
По характеру устранения с течением времени различают устойчивые (окончательные) и самоустраняющиеся (кратковременные) отказы. Кратковременный отказ называется сбоем. Характерный признак сбоя - то, что восстановление работоспособности после его возникновения не требует ремонта аппаратуры. Примером может служить кратковременно действующая помеха при приеме сигнала, дефекты программы и т. п.
Для анализа и исследования надежности причинные схемы отказов можно представить в виде статистических моделей, которые вследствие вероятностного возникновения повреждений описываются вероятностными законами.
Основные признаки классификации отказов представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 Основные признаки классификации отказов
|
характер возникновения: |
внезапный отказ – отказ, проявляющийся в резком (мгновенном) изменении характеристик объекта; |
|
|
постепенный отказ – отказ, происходящий в результате медленного, постепенного ухудшения качества объекта. |
||
|
Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (трещины – хрупкое разрушение, пробои изоляции, обрывы и т. п.) и не сопровождаются предварительными видимыми признаками их приближения. Внезапный отказ характеризуется независимостью момента наступления от времени предыдущей работы. Постепенные отказы - связаны с износом деталей и старением материалов. |
||
|
причина возникновения: |
конструкционный отказ, вызванный недостатками и неудачной конструкцией объекта; |
|
|
производственный отказ, связанный с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершенства или нарушения технологии; |
||
|
эксплуатационный отказ, вызванный нарушением правил эксплуатации. |
||
|
характер устранения: |
устойчивый отказ; |
|
|
перемежающийся отказ (возникающий/исчезающий). последствия отказа: легкий отказ (легкоустранимый); |
||
|
средний отказ (не вызывающий отказы смежных узлов – вторичные отказы); |
||
|
тяжелый отказ (вызывающий вторичные отказы или приводящий к угрозе жизни и здоровью человека). |
||
|
дальнейшее использование объекта: |
полные отказы, исключающие возможность работы объекта до их устранения; |
|
|
частичные отказы, при которых объект может частично использоваться. |
||
|
легкость обнаружения: |
очевидные (явные) отказы; |
|
|
скрытые (неявные) отказы. |
||
|
время возникновения: |
приработочные отказы, возникающие в начальный период эксплуатации; |
|
|
отказы при нормальной эксплуатации; |
||
|
износовые отказы, вызванные необратимыми процессами износа деталей, старения материалов и пр. |
||
Тема 12. Обеспечение надежности ЭВА.
Понятие надежности. Один из основных параметров ЭВМ - надежность - зависит как от надежности используемой элементной базы, так и от принятых схемотехнических и конструкторских решений. Учитывая значимость современной ВТ в человеческой деятельности, требования к ее надежности постоянно повышают. Это связано с тем, что от правильной работы ЭВМ зависят ход выполнения технологического процесса, достоверность получения результатов расчетов, надежность системы жизнеобеспечения в медицине, космического аппарата и т.д. Поэтому вопросам повышения надежности ЭВМ на всех этапах ее проектирования и производства уделяется самое большое внимание.
Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки. Надежность - это сложное комплексное понятие, с помощью которого оценивают такие важнейшие характеристики изделий, как работоспособность, долговечность, безотказность, ремонтопригодность, восстанавливаемость и др.
В любой момент времени ЭВМ может находиться в исправном или неисправном состоянии. Если ЭВМ в данный момент времени удовлетворяет всем требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение вычислительных процессов (точность, быстродействие и др.), так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих внешний вид и удобство эксплуатации, то такое состояние называют исправным состоянием . В соответствии с этим определением неисправное состояние - состояние ЭВМ, при котором она в данный момент времени не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, установленных в отношении как основных, так и второстепенных параметров. Не каждая неисправность приводит к невыполнению ЭВМ заданных функций . Например, образование вмятин или ржавчины на корпусе машины, выход из строя лампочек подсветки не могут препятствовать эксплуатации ЭВМ.
Работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации .
Отказ - событие, состоящее в полной или частичной утрате работоспособности системы. Так как не всякая неисправность приводит к отказу, то различают неисправности основные и второстепенные.
Только основные неисправности приводят к отказу. Второстепенные неисправности называют дефектами . По характеру изменения параметров до момента возникновения отказы делят на внезапные и постепенные .
Внезапные (катастрофические) отказы возникают в результате мгновенного изменения одного или нескольких параметров элементов, из которых построена ЭВМ (обрыв или короткое замыкание). Устранение внезапного отказа производят заменой отказавшего элемента (блока, устройства) исправным или его ремонтом.
Постепенные (параметрические) отказы возникают в результате постепенного изменения параметров элементов до тех пор, пока значение одного из параметров не выйдет за некоторые пределы, определяющие нормальную работу элементов - (старение элементов, воздействие окружающей среды, колебания температуры, влажности, давления, уровня радиации и т. п.), механические воздействия (вибрации, удары, перегрузки). Устранение постепенного отказа связано либо с заменой, ремонтом, регулировкой параметров отказавшего элемента, либо с компенсацией за счет изменения параметров других элементов.
По характеру устранения отказы делят на устойчивые и самоустраняющиеся . Для устранения устойчивых отказов оператор, обслуживающий ЭВМ, должен отрегулировать или заменить отказавший элемент. Самоустраняющиеся отказы исчезают без вмешательства оператора и проявляются в форме сбоя или перемежающего отказа . Сбой - однократно возникающий самоустраняющийся отказ. Если несколько сбоев следуют друг за другом, то имеет место перемежающийся отказ . Отказ типа сбоя особенно характерен для ЭВМ.
Появление сбоев обусловливается внешними и внутренними факторами. К внешним факторам относятся колебания напряжения питания, вибрации, температурные колебания. Специальными мерами (стабилизации питания , амортизация , термостатирование и др.) влияние этих факторов может быть значительно ослаблено. К внутренним факторам относятся флуктуационные колебания параметров элементов, несинхронность работы отдельных устройств, внутренние шумы и наводки. Если в ЭВМ возникает сразу несколько отказов, то по их взаимной связи различают независимые отказы (возникновение их не связано с предшествующими отказами) и зависимые (появление их вызвано отказом в предыдущий момент времени).
По внешним проявлениям отказы делят на явные и неявные. Явные отказы обнаруживаются при внешнем осмотре, а неявные отказы - специальными методами контроля.
Под отказом в технике понимают полную или частичную утрату работоспособности (исправности) системы или ее элементов, а также несоответствие рабочих параметров системы требованиям нормативных документов.
На сегодняшний день известны различные классификации отказов технических систем. Остановимся более подробно на основных из них.
1. По частоте различаютотказы:
Единичные;
Повторяющиеся многократно за определенный период наработки.
2. По последствиям отказы бывают:
Лёгкие, не вызывающие остановки объекта и устраняемые в удобное время;
Средние, вызывающие немедленную остановку объекта для ремонта;
Тяжелые, вызывающие не только остановку объекта, но и вторичные разрушения.
3. По сложности устранения отказы делят на:
Устраняемые с использованием операции технического обслуживания;
Устраняемые путём проведения текущего ремонта;
Устраняемые путём проведения капитального ремонта.
4. По способности к восстановлению работоспособности отказы могут быть устраняемыми:
В стационарных условиях.
Такое деление является условным и определяется возможностями организации ремонта
5. По внешним проявлениям отказы делят на:
Явные, на обнаружение которых тратится небольшое время, например, менее 10 минут;
Скрытые, на обнаружение которых требуется время свыше установленной нормы.
6. По взаимосвязям между отказами различают:
Первичные, происшедшие первоначально по любым причинам;
Вторичные (зависимые), вызванные другим отказом.
7. По условиям возникновения различают отказы, происшедшие:
При хранении, транспортировании, на холостом пробеге;
При выполнении объектом основных функций.
8. По уровню внешних воздействий отказы, возникают:
При нормальных условиях эксплуатации;
При ненормальных условиях эксплуатации.
9. По возможности прогнозирования :
Прогнозируемые, возникновение которых зависит от возраста объекта;
Прогнозируемые, обусловленные изменением параметра объекта;
Непрогнозируемые.
10. По характеру изменения параметров системы:
Внезапный - отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значения одного или нескольких заданных параметров объекта;
Постепенный - отказ, характеризующийся постепенным изменением значения одного или нескольких заданных параметров объекта.
11. По виду систем и агрегатов объекта различают отказы несущей системы, рабочего оборудования, электрооборудования, пневмосистемы, системы управления и др.
12. По связи с другими отказами :
Независимый, не обусловленный отказом другого объекта;
Зависимый - отказ объекта, обусловленный отказом другого объекта.
13. По возможности последующего использования отказы делят на:
Полный, в результате которого происходит полная утрата работоспособности объекта;
Частичный, вызывающий соответственно частичную потерю работоспособности объекта.
14. По характеру устранения отказа:
Устойчивый;
Самоустраняющийся:
Перемежающийся многократно возникающий самоустраняющийся отказ объекта одного и того же характера.
15. По природе происхождения различают отказы:
Естественный;
Искусственный, вызываемый намеренно.
16. По времени возникновения различают отказы:
При испытаниях;
Периода приработки (приработанный);
Периода нормальной эксплуатации;
Последнего периода эксплуатации.
17.По скорости процессов разрушения различают отказы:
Быстро протекающих процессов;
Средне протекающих;
Медленно протекающих.
4. Классификация отказов инженерно-экологических систем. Характеристика инженерно-экологических систем с точки зрения надежности. Виды надежности ИЭС:технологическая и санитарно-гигиеническая.
Из 17 основных классификаций отказов технических систем применительно к оценке работы ИЭС основными являются следующие виды отказов:
1. По характеру изменения параметров системы:
- внезапные отказы , характеризующиеся скачкообразным изменением значений одного или нескольких основных параметров системы (устройства, узла и т. п.);
- постепенные отказы , характеризующиеся постепенным изменением значений одного или нескольких основных параметров системы.
Частным случаем постепенного отказа является параметрический отказ , который заключается в прекращении выполнении ИЭС заданной функции по эффективности своей работы.
Существует 3 периода функционирования технических систем и соответствующие им виды отказов:
Приработка, когда в основном проявляются конструктивные, технологические и производственные дефекты – приработочные отказы;
Нормальная эксплуатация, для которой характерны только внезапные отказы постоянной интенсивности;
Период интенсивного износа(старения) и постепенных (износовых) отказов, которые протекают в необслуживаемых конструкциях с возрастающей интенсивностью.
2. По скорости процессов разрушения:
Отказы быстро протекающих процессов;
- средне протекающих ;
- медленно протекающих .
3. По связи с другими отказами .
- зависимые , возникающих в результате отказов других элементов;
- независимые , возникающих независимо от отказов других элементов.
С точки зрения других классификационных признаков надежности ИЭС является:
В зависимости от процессов, которые сопутствуют выполнению необходимых функций, системой многоразового применения (с несколькими циклами применения), повторное использование которой возможно и может осуществляться после выполнения возложенных на нее функций за предыдущий цикл применения;
В зависимости по приспособленности к восстановлению работоспособности - системой восстанавливаемой , т.е. ее работоспособность, утраченная при отказе, может быть восстановлена в процессе эксплуатации;
В зависимости от длительности времени эксплуатации - обслуживаемой системой , т.е. для систем многоразового применения техническое обслуживание может проводиться как в периоды дежурства и подготовки к применению, так и в интервалах между циклами применения;
В зависимости от вида реализованного технического обслуживания – системой скомбинированным техническим обслуживанием , т.е. при наличии плановых ремонтно-профилактических работ обладают элементами со случайным периодом обслуживания (в соответствии с появлением отказов).
- технологической надежности - , характеризующей достижимый на заданный период эксплуатации уровень вероятности «физической» безотказности ИЭС (подсистем) в результате воздействия внутренних дефектов изготовления, внезапных внешних нагрузок или факторов постепенного износа;
- санитарно-гигиенической надежности - , характеризующей достижимый на заданный период эксплуатации уровень вероятности параметрической безотказности ИЭС (подсистем), обусловленный постепенным снижением эффективности ее работы (технологической или санитарно-гигиенической).
Из определений следует, что основным видом надежности выступает технологическая, поскольку определяет собственно работу системы. Ужесточающим условием к работоспособности системы.
При этом расчет каждого вида надежности может производиться как в совокупности друг с другом, так и по отдельности.
Санитарно-гигиеническая надежность выступает дополнительным.
Похожая информация.