Надежность функционирования систем сервиса

Современный период технического развития производства и систем сервиса характеризуется массовым применением сложных систем технических устройств и комплексов (объектов сервиса), технические характеристики которых высоки. Начальные характеристики объектов систем сервиса показывают его потенциальные технические возможности, которые могут быть реализованы в процессе эксплуатации полностью или только частично. Объект сервиса (устройство) должен наряду с хорошими начальными техническими характеристиками обладать способностью сохранить эти характеристики в течение всего срока эксплуатации.

Понятия и определения надежности функционирования систем сервиса

В соответствии с ГОСТ 27.002—2015 «Надежность в технике. Термины и определения» под надежностью понимается свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Для характеристики состояния объекта сервиса существуют следующие понятия:

Исправность — состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Неисправность — состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному требованию, установленному нормативно-технической документацией.

Работоспособность — состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Предельным называется состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо (например, по условиям выполнения требований безопасности) или нецелесообразно (выход заданных параметров за установленные пределы), либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Под событиями, при которых происходит переход объекта из одного состояния в другое, рассматривают отказ и повреждение.

Отказом называется событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

В отличие от отказа повреждение — это событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении его работоспособного состояния (например, повреждение покраски и т. п.).

Различные объекты могут быть восстанавливаемыми и ^восстанавливаемыми, если в рассматриваемой ситуации проведение восстановления их работоспособного состояния предусмотрено или не предусмотрено в нормативно-технической документации.

Объекты, для которых в документации предусмотрено или не предусмотрено проведение ремонтов, называются соответственно ремонтируемыми или перемонтируемыми.

Надежность является сложным свойством и характеризуется: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки (отработанные часы, количество прогонов и т. п.).

Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта (ТОиР).

Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения ТОиР.

Сохраняемость — свойство объекта сохранять значения показателей его качества в заданных пределах в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Для конкретных объектов и условий их эксплуатации перечисленные свойства надежности имеют различную относительную значимость. Например, для таких неремонтируемых объектов, как подшипники качения, пружины и т. д. основным свойством является безотказность, а для машин или сборочных единиц важными являются безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

Проектирование, производство и эксплуатация систем сервиса осуществляется в соответствии с техническими заданиями и нормативнотехнической документацией. Несмотря на это, в процессе эксплуатации наблюдаются отказы системы. Появление отказов объясняется тем, что система работает в сложных условиях, при этом различные процессы и факторы изменяют во времени значения функциональных параметров. Кроме того, имеют место разброс физических и прочностных свойств материалов, нестабильность и не идентичность технологического процесса, непостоянство внешних воздействий и нагрузок.

Кроме указанных процессов на работоспособность системы воздействует много различных случайных факторов, которые заранее предусмотреть невозможно, например, падение приборов, заливка их водой при мытье стеллажей и т. п.

В теории надежности систем сервиса используют понятия «объект» и «элемент». Различие между ними состоит в том, что при определении надежности элемент считают неделимым, а объект или систему представляют в виде совокупности отдельных частей, надежность каждой из которых определяют отдельно.

Объект сервиса — изделие определенного целевого назначения, рассматривающийся в периоды проектирования, производства, эксплуатации, исследования и испытаний на надежность.

Под элементом понимают объект, представляющий собой простейшую часть системы, надежность которого изучается как единое целое, независимо от его структуры и устройства составных частей (например, резистор, микросхема и т. п.). Надежность объекта определяется в зависимости от структуры входящих в нее элементов (например, телевизор, магнитофон, и т. п.). Такой элемент, как электродвигатель, можно считать и элементом, и системой. Двигатель можно считать элементом, если при определении надежности рассматривать его как единое целое, не расчленяя на составляющие части (статор, ротор, обмотки), каждая из которых обладает собственным значением надежности. В противном случае электродвигатель — это система.

Многоцелевое назначение систем сервиса приводит к необходимости подразделения надежности на виды с учетом причин, формирующих надежностные свойства объектов. Различают:

• • функциональную надежность, связанную с выполнением отдельных функций, возлагаемых на объект или систему;
• • эксплуатационную надежность, обусловленную качеством эксплуатации и проведения ТОиР.

Классификация отказов осуществляется по разным признакам, которые представлены на рис. 2.1.

Отказы подразделяются на полные или частичные. Например, для понижающего трансформатора выход из строя обмотки высокого напряжения приводит к утрате полной работоспособности (отсутствие напряжения на всех обмотках низкого напряжения), а выход из строя одной из обмоток низкого напряжения приводит к частичной потери работоспособности.

По причинам возникновения отказов в данном месте различают:

• • отказы из-за конструктивных дефектов;
• • отказы из-за технологических дефектов;
• • отказы из-за эксплуатационных дефектов;
• • отказы из-за постепенного старения (износа).

Рис. 2.1. Классификация видов отказов электронной аппаратуры

Отказы вследствие конструктивных дефектов возникают как следствие несовершенства конструкции из-за «ошибок» в конструировании (недоучет пиковых нагрузок, применение материалов с низким качеством, схемные помехи и т. п.). Отказы этой группы сказываются на всех экземплярах изделий или систем.

Отказы из-за технологических дефектов возникают как следствие нарушения принятой технологии изготовления изделий и их комплектующих. Отказы этой группы характерны для отдельных партий изделий.

Отказы из-за эксплуатационных дефектов возникают по причине несоответствия требуемых условий эксплуатации, правил обслуживания, предусмотренных нормативной документацией. Отказы этой группы характерны для отдельных изделий.

Отказы из-за постепенного старения (износа) возникают вследствие накопления необратимых изменений в материалах, приводящих к нарушению прочности (механической, электрической), к нарушению взаимодействия составных частей (износ подвижных соединений деталей приводит к увеличению зазоров).

По временному аспекту и степени предсказуемости отказы подразделяются на внезапные и постепенные.

Если в качестве обобщенного параметра, характеризующего работоспособность системы, можно выбрать вектор «Y» (например, напряжение, давление, сила тока и т. п.), то внезапные и постепенные отказы определяются скоростью изменения обобщенного параметра, как показано на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Внезапные и постепенные отказы системы:

t₀ — время начала развития отказа; — время достижения предельного состояния системы по y_min; t₂ — время достижения предельного состояния системы по у_тах

Отказы по схемным причинам 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 характеризуется тем, что время наступления отказа не зависит от времени предшествующей эксплуатации и состояния объекта. Момент отказа наступает случайно и внезапно. Примеры: обрыв фазы электрической сети, механический разрыв электрического кабеля внешними предметами и т. д.

Отказы с постепенной схемой возникновения происходят за счет постепенного накопления повреждений в материалах вследствие физико-химических изменений. Примеры: отказы вследствие снижения значения 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. Примерами такой схемы возникновения отказов могут служить отказы трансформаторов вследствие межвитковых замыканий в обмотках, пробой изоляции кабеля вследствие коррозионного разрушения оболочки и т. д.

Отказы с комбинированными схемами возникновения характерны для ситуаций, когда одновременно действует несколько причинных схем. Примером могут служить отказы электродвигателя в результате короткого замыкания по причинам снижения сопротивления изоляции обмоток и перегрева, вследствие перегрузки.

По характеру устранения с течением времени различают устойчивые (окончательные) и самоустраняющиеся отказы.

Процесс возникновения отказов различных объектов имеет многопричинный случайный характер, и поэтому при количественной оценке надежности используют методы теории вероятностей, теории случайных процессов и математической статистики.

Далее рассматривается надежность объекта систем сервиса — бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Но все положения, законы и формулы верны для системы сервиса в целом.