Оценка надежности (безотказности) технических систем

В общем случае под технической системой понимают объект, выполняющий за­данные функции, который может быть расчленен на элементы, каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элементами. Элементы могут иметь разнообразные выходные параметры, которые с пози­ции надежности можно разбить на три группы:

X₁ — параметры, изменение которых с выходом за установлен­ные уровни показателей приводит к потере работоспособности эле­мента и системы;

Х₂ — параметры, участвующие в формировании выходных па­раметров всей системы, по которым трудно судить об отказе эле­мента;

Х₃ — параметры, влияющие на работоспособность других эле­ментов аналогично изменению внешних условий работы системы.

Рассмотрим (на примере автомобильного двигателя) взаимодействие возможных типов выходных параметров двух элементов системы, которую можно представить структурной схемой (рис. 1).

В представленной на рис. 1 схеме для элемента № 1 — сис­темы питания X₁ — это пропускная способность топливного жик­лера (если жиклер забит и топливо не поступает, то система пита­ния отказывает и отказывает двигатель), Х₂ — это повышенный расход топлива при износе топливного жиклера, что приводит к ухудшению топливной экономичности автомобиля,

Х₃ — богатая горючая смесь при износе жиклера приводит к перегреву двигате­ля и затрудняет работу системы охлаждения.

Рис. 1 Схема взаимодействия выходных параметров элементов   системы

В свою очередь плохая работа системы охлаждения приводит к перегреву двигателя и об­разованию паровых пробок в системе питания — это Х₃ для эле­мента № 2, плохая работа термостата затягивает прогрев двигате­ля, что приводит к снижению топливной экономичности автомо­биля — это Х₂, обрыв ремня приводит к отказу системы охлаждения и отказу автомобиля — это X₁ для элемента № 2.

В реальных сложных системах элементы могут иметь или все три типа выходных параметров, или меньше (один или два). Во многом это зависит от степени расчленения системы на элементы. В рассмотренном примере система питания и система охлаждения двигателя сами явля­ются сложными системами, состоящими и большого числа деталей.

При анализе надежности сложной системы ее элементы полезно разделять на группы по роли влияния на безотказность системы:

1.Элементы, отказ которых практически не влияет на рабо­тоспособность (например, повреждение обивки салона, коррозия крыла автомобиля). Отказ таких элементов обычно рассматрива­ют изолированно от системы.

3.Элементы, работоспособность которых за рассматриваемый промежуток времени или наработки практически не меняется (для автомобиля, направляемого на уборку урожая, учитывать измене­ние состояния картера коробки передач не имеет смысла).

4.Элементы, восстановление работоспособности которых не тре­бует значительных затрат времени и, практически, не снижает по­казателей эффективности работы.

5.Элементы, отказы которых приводят к отказу автомобиля и регламентируют его надежность.

В тех случаях, когда функционирование технической системы связано с выполнением разнообразных задач в неодинаковых ус­ловиях эксплуатации, выделение элементов в указанные группы может быть проблематично (отказ стеклоочистителя в сухую хо­рошую погоду не приводит к отказу автомобиля, а в дождь и сля­коть — приводит к его отказу).

В зависимости от характера влияния на надежность сложной системы, ее элементы можно считать включенными последователь­но (по аналогии с включением лампочек в гирлянде) или парал­лельно. При этом реальную конструктивную схему системы можно представить структурной схемой безотказности. Рассмотрим структурную схему подшипникового узла, состоящего из следующих элементов: 1 — вал, 2 — подшипник, 3 — корпус под­шипника, 4 — винты крепления крышки подшипника (4 шт.), 5 — крышка подшипника. Если отказ элемента приводит к отказу си­стемы, то можно считать, что элемент включен последовательно. Если при отказе элемента система продолжает функционировать, то элемент включен параллельно. В соответствии с этим структур­ная схема подшипникового узла будет иметь вид

Рис.2 Структурная схема подшипникового узла с позиции его безотказности 1– вал; 2 – подшипник; 3 – корпус подшипника; 4 – винты крепления крышки подшипника; 5 – крышка подшипника