Особенности обработки статистических данных о надежности элементов и систем

Собранная в результате наблюдений информация представляет совокупность ситуаций разнородных по характеру, причинам возникновения, влиянию на работоспособность оборудования и систем. Поэтому обработка результатов наблюдений в качестве первого этапа должна включать се качественный анализ (уточнение или отсеивание сомнительных данных, классификацию, объединение данных по однотипному оборудованию и т. п.).

В зависимости от целей анализа классификация информации может быть проведена по разным признакам: степени влияния отказа на работоспособность объекта или системы, месту, причинам, отношению к оцениваемым показателям надежности.

Например, по степени влияния на работоспособность могут быть выделены существенные и несущественные отказы, полные и частичные, повреждения, сбои.

Классификация отказов по причинам определяется тем, к какому этапу жизненного цикла изделия, объекта или системы относится ошибка или недоработка, ставшая причиной отказа (конструктивная, технологическая, производственная, эксплуатационная). При классификации выделяются отказы, учитываемые и не учитываемые при оценке того или иного ПН.

Если в задачу наблюдений входит оценка ПН, то результаты наблюдений, «очищенные» предварительным «инженерным» анализом, подлежат дальнейшей статистической обработке. Она сводится к оценке точечных и интервальных значений ПН или оценке параметров функции распределения случайных величии, определяющих показатели надежности, т. е. к традиционной задаче математической статистики.

Для этапа статистической обработки несущественно: какое из свойств исследуется (безотказность, долговечность, ремонтопригодность) и какими единицами измеряется наработка изделий (количеством часов, циклов работы, мерами объема и т. п.).

Наиболее важны здесь такие факторы, как тип оцениваемого ПН, объем априорных сведений о наблюдаемой случайной величине и характер статистического материала.

Приступая к статистической обработке информации о надежности, рекомендуется уделить особое внимание однородности выборки. С точки зрения методов математической статистики, независимо от того, какое из определяющих надежность свойств исследуется, все многообразие показателей сводится к показателям двух типов: типа наработки и типа вероятности.

При определении показателя типа наработки непосредственно наблюдаемыми величинами являются случайные интервалы: наработки между отказами; наработки до предельного состояния; время восстановления; время хранения.

При определении показателей типа вероятности непосредственно наблюдаемыми величинами являются случайные числа событий: число отказов; число восстановлений; число предельных состояний в общем количестве наблюдений.

С точки зрения объема априорных сведений, задачи статистической обработки сводятся к двум вариантам.

• 1. Вид функции распределения наблюдаемой случайной величины известен априори. В этом случае задача статистической обработки — получение оценок показателей надежности с учетом вида функции распределения и характера имеющегося статистического материала.
• 2. Вид функции распределения наблюдаемой случайной величины неизвестен или известен предположительно. Процесс статистической обработки в этом случае состоит из следующих этапов:
  • — построение вариационного ряда наблюденных значений;
  • — построение гистограммы распределения;
  • — выдвижение гипотезы о виде закона распределения;
  • — оценка точечных значений параметров функции распределения;
  • — проверка непротиворечивости результатов наблюдений принятой гипотезе;
  • — принятие решения о непротиворечивости выдвинутой гипотезы статистическим данным;
  • — оценка интервальных значений параметров функций распределения и ПН (при положительных результатах предыдущего этапа).

В случае отрицательного результата процедуры проверки гипотезы процесс статистической обработки повторяется, начиная с этапа выдвижения гипотезы, о другом виде функции распределения.

Одной из особенностей информации в энергетике является то, что результаты наблюдений представляют собой, как правило, многократно усеченные выборки, т.с. содержат кроме наработок до отказа и безотказные наработки (от начала наблюдений или от последнего восстановления до прекращения наблюдения). Характер статистического материала определяется в основном следующими факторами: моментом начала и прекращения наблюдений; порядком ремонта (замены) отказавшего элемента; порядком контроля функционирования объекта или системы в условиях эксплуатации.

В зависимости от назначения объекта и конкретных условий его эксплуатации перечисленные факторы могут реализовываться в различных вариантах. В частности, контроль функционирования может быть непрерывным, периодическим, перед началом и (или) по окончании выполнения некоторого задания (объема работы).

Предусматриваются либо восстановления (замена) отказавших элементов непосредственно после отказов, либо эксплуатация без восстановления их до прекращения наблюдений. Может быть организовано одновременное начало наблюдений для всей совокупности объектов, начало и прекращение наблюдений для отдельных элементов (экземпляров) в разное время. Наблюдения могут быть организованы до отказа всех элементов, части элементов, либо до истечения фиксированного времени (наработки). Однако в результате наблюдений (испытаний) получаются лишь три типа реализаций.

• 1. Полные реализации — наработки до отказа (между отказами или до предельного состояния) или отрезки времени от начала до окончания восстановления.
• 2. Неполные реализации — безотказные наработки как результат прекращения наблюдений до наступления отказа (цензурированные).
• 3. Условные реализации — наработки на момент контроля, при котором обнаружен отказ (получаются в условиях, когда нет непрерывного контроля функционирования и момент отказа неизвестен).

Результаты наблюдений могут быть представлены графически схемой процесса испытаний и диаграммой реализаций (рис. 8.2).

Диаграмма реализаций наглядно и однозначно отражает специфику полученного статистического материала и позволяет выбрать адекватные его характеру правила обработки для получения точечных и интервальных оценок параметров функций распределения и показателей надежности.

Вопросы организации наблюдений, инженерной и статистической обработки информации при оценках показателей надежности универсальны. Они одинаково применимы к объектам разных отраслей промышленности, в том числе и энергетики, составным частям и элементам оборудования, приборам и комтектующим изделиям. Основные специфические особенности — четкое определение объекта исследования и формулировка критериев отказов (критического, существенного, несущественного, полного, частичного и т. п.). При этом в энергетике, определяя объект исследования и формулируя критерий отказа, необходимо учитывать и отражать наличие или влияние человека-оператора.

Рис. 8.2. Графическая иы/остра ция результатов наблюдения: а — схема процесса наблюдении; б — диаграмма реализаций: х — момент отказа при полной реализации;

• - момент окончания наблюдений при неполной реализации