Основным источником информации о надежности РЭО и СА на всех этапах жизненного цикла являются сведения об отказах, поэтому анализ отказов имеет исключительно важное значение для системы управления надежностью. В процессе анализа отказы классифицируют, определяют причины их возникновения, раскрывают механизм отказов и разрабатывают технические и организационные мероприятия по их предотвращению.

Классификация отказов на этапе разработки и производства приборов имеет своей целью определение факторов, которые играют доминирующую роль в выявлении причин отказов. Такими факторами могут быть конструктивные недоработки, дефекты материалов, нарушения технологического режима и установленных процедур контроля и испытаний. Причины отказов могут быть организационными и техническими. Для устранения организационных причин необходимо уточнить процедуры контроля и самоконтроля операторов, процедуры испытаний, совершенствовать технологический процесс. Для устранения технических причин следует изучить механизмы отказов с целью выработки технических мероприятий по исключению их действия.

Особое внимание при анализе отказов уделяется систематическим, или повторяющимся, отказам. Они возникают под воздействием неслучайного сочетания неблагоприятных факторов, и поэтому причины, их вызывающие, должны быть выявлены и устранены.

Методика анализа отказов предусматривает ряд последовательных действий, направленных на выявление причин и механизмов отказов. Согласно этой методике, прежде всего, проводится тщательный анализ условий возникновения отказа, при этом детально изучаются рабочие режимы.

Основные виды отказов классифицируют по:

Характеру изменения параметров объекта - постепенный, внезапный;

Связи с отказами других объектов - независимый, зависимый;

Стадии возникновения причины отказа - конструкционный, производственный, эксплуатационный, деградационный;

Устойчивости неработоспособности - самоустраняющийся, перемежающийся,

Способу обнаружения - явный, скрытый.

При постепенном отказе изменение параметра происходит без резкого скачка. Например, качество поддерживающей жидкости гирокомпаса с течением времени постепенно снижается. Такие отказы вызываются износом и старением элементов изделия, особенно изоляции токоведущих частей и подвижных электрических и механических соединений. Старение изоляции, т. е. необратимое изменение ее структурного и химического состава, происходит под действием различных эксплуатационных факторов: температуры, влажности, вибрации, электродинамических сил и др. Износ элементов подвижных электрических контактов электрических машин (коллекторов, контактных колец и щеток) вызывается механическим трением, биением рабочих поверхностей, нагревом в контакте и искрением.

Постепенное изменение электрических параметров полупроводниковых приборов и интегральных микросхем обусловлено неравномерным распределением примесей в полупроводниковом кристалле, применением структур с резко отличающимися физическими характеристиками. Возможность изменения параметров и пределы этих изменений учитываются критериями отказа. Предельные изменения параметров приборов учитываются при конструировании аппаратуры, чтобы исключить чувствительность ее выходных характеристик к этим изменениям.

В качестве примеров постепенных отказов можно привести отказы приборов, происходящие в результате возрастания обратных токов р-п-переходов за счет токов утечек, уменьшения коэффициента усиления транзисторов, возрастания прямого падения напряжения диодов, изменения уровня нуля или единицы цифровых интегральных микросхем и порогового напряжения МДП-приборов.

Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. Так, перегорание предохранителя в цепи питания силового трансформатора в усилителе эхолота приводит к мгновенному выходу из строя линии приема сигналов. Такие отказы происходят в основном в результате короткого замыкания или обрыва электрической цепи (жил кабеля и приводов, резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов, ИМС и др.). К общим причинам внезапных отказов РЭО и СА относятся конструкционные недостатки, низкое качество изготовления, неправильные действия судового обслуживающего персонала.

Причинами внезапных отказов могут быть как естественные постепенные изменения физической структуры прибора, которые при определенных условиях приобретают лавинообразный характер, приводящий к отказу, так и условия функционирования прибора в аппаратуре. При использовании прибора в электрическом режиме в его структуре в результате локальных флуктуаций плотности тока и перегревов могут возникать микроповреждения, которые, накапливаясь, при очередной неконтролируемой кратковременной перегрузке приводят к внезапному отказу. Характерными примерами внезапных отказов являются обрывы в структуре прибора и короткие замыкания (КЗ), возникающие в результате пробоя диэлектрических изолирующих слоев или проплавления p-n-переходов, вызываемых перегрузками. За коротким замыканием, как правило, следует обрыв, так как в местах пробоя резко возрастает плотность тока, происходит значительный разогрев образовавшейся проводящей перемычки и ее перегорание.

Деление отказов на внезапные и постепенные носит достаточно условный характер и определяется, в основном, возможностями контроля параметров объекта. Отказ классифицируется как внезапный, если ему не предшествует направленное изменение какого-либо из наблюдаемых эксплуатационных параметров, и, значит, практически невозможно прогнозировать время возникновения такого отказа. Постепенному отказу предшествует закономерное изменение эксплуатационного параметра, что позволяет прогнозировать время возникновения отказа.

Для ряда элементов постепенные отказы составляют значительную часть всех отказов.

Вероятность появления постепенных и внезапных отказов некоторых радиоэлементов представлена в табл. 3.1.

По взаимосвязи между элементами отказы принято разделять на независимые и зависимые. Если отказ определенного элемента прибора не обусловлен повреждением или отказами других элементов, его называют независимым. Например, в гирокомпасе отказ системы ускоренного приведения гиросферы в меридиан не может быть обусловлен выходом из строя системы охлаждения, так как эти системы работают независимо друг от друга.

Отказ узла пройденного расстояния в лаге может быть связан с неисправностью в узле скорости. Так как эти узлы между собой сопрягаются, то этот отказ является зависимым. Выход из строя блока питания (при отсутствии защиты от КЗ) из-за короткого замыкания в потребителе электроэнергии также может служить примером зависимого отказа.

Отказы электронных приборов, возникающие в результате процессов, происходящих в их внутренней структуре, называют независимыми. Однако весьма часты случаи, когда повреждения приборов связаны с выходом из строя предохранителей цепей защиты от перегрузок и пассивных ограничительных элементов.

Отказы приборов по указанным причинам также называют зависимыми.

При рассмотрении причин выхода из строя полупроводниковых приборов и интегральных микросхем в аппаратуре необходимо установить степень зависимости отказа приборов от отказов других элементов. Это очень важно при выборе мер по устранению последующих отказов.

По характеру устранения различают самоустраняющиеся (сбой) и перемежающиеся отказы. В судовых условиях при кратковременном выключении судовой сети может нарушиться работоспособность любого судового электрорадионавигационного прибора (ЭРНП) и средства связи. Однако при подаче питания отказ может самоустраниться. Это пример сбоя, т. е. однократно возникающего и самоустраняющегося отказа или отказа, устраняемого оператором. Если несколько сбоев одного и того же характера следуют друг за другом, происходит перемежающийся отказ прибора. Простейшим примером таких отказов служат сбои, появляющиеся в приборах из-за наличия в объеме герметичного корпуса токопроводящих частиц, способных создавать кратковременные замыкания между внутренними выводами и отдельными токопроводящими дорожками.

Самоустраняющиеся отказы могут возникать вследствие кратковременного воздействия на некоторый элемент (или элементы) устройства или системы внешних помех, а также в результате кратковременного изменения параметров элементов (кратковременное нарушение контактов, подвижных связей и т. п.).

Самоустраняющийся отказ ЭВМ сопровождается искажением информации при операциях передачи, хранения и обработки, поэтому, если не устранить последствия такого отказа, задача может оказаться неправильно решенной из-за искажения данных, промежуточных результатов или непосредственно программ. При самоустраняющемся отказе РЭО и СА, построенных на базе микропроцессоров и ЭВМ, необходимо восстанавливать достоверность информации, например, путем повторного пуска программы или ее части; в этом случае ремонт или регулировка аппаратуры, как правило, не требуется.

По степени обнаружения различают отказы:

Явные - обнаруживаются визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к использованию или в процессе его применения по назначению;

Скрытые - не обнаруживаются визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляются при техническом обслуживании или с помощью специальных методов диагностирования.

При возникновении отказа или повреждения следует выявить признаки (критерии) нарушения работоспособности объекта, выяснить причину их появления, определить характер и последствия.

Конструкционные отказы происходят в результате несовершенства или нарушения установленных правил и (или) норм конструирования объекта. Причинами, вызывающими такие отказы, могут быть неправильная оценка возможностей приборов при их выборе для изготовления аппаратуры, ошибки при ее конструировании. В результате приборы могут подвергаться перегрузкам и преждевременно выходить из строя.

Производственные отказы возникают вследствие несовершенства или нарушения установленного процесса изготовления или ремонта объекта, который выполняется на ремонтном предприятии.

При производстве радиоэлектронной аппаратуры приборы могут повреждаться в процессе входного контроля из-за неправильного выбора режимов измерений и испытаний, при установке в аппаратуру вследствие нарушения технологических режимов сборки.

Эксплуатационные отказы связаны с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации объекта. Приведем пример эксплуатационного отказа. Правила включения гирокомпаса требуют, чтобы перед пуском все выключатели находились в положении «Выключено». Если оператор, нарушив это требование, оставит выключатель затухания в положении «Без затухания», что соответствует состоянию «Включено», то гирокомпас в меридиан не придет, несмотря на то, что все операции пуска будут выполнены строго в соответствии с правилами. В результате неправильных действий оператора произойдет отказ, который следует квалифицировать как эксплуатационный.

Деградационный отказ обусловлен естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации.

Ресурсный отказ возникает тогда, когда объект достигает предельного состояния.

Критерий отказа - это признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленного в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации (например, контрольные амперметры показывают ненормальные токи в цепи питания моторов гирокомпаса). Кроме того, к критериям отказов относятся качественные признаки, указывающие на нарушение нормальной работы объекта: конкретные изменения в приборе, связанные с возникновением отказа (например, обрыв провода, деформация детали, обгорание контактов и т. п.).

Причина отказа - это явления, процессы, события и состояния, приведшие к возникновению отказа объекта. Причинами отказов могут быть нарушения правил и норм, допущенные при конструировании, производстве и технической эксплуатации, а также естественные процессы изнашивания и старения.

Последствия отказа - явления, процессы, события и состояния, обусловленные возникновением отказа объекта. Например, последствием отказа волновода в РЛС является выход из строя радиолокатора.

Классификация отказов имеет большое значение в практике эксплуатации РЭО и СА, так как позволяет определять причины отказа и устранять их.

Рассмотренные выше термины отражены в Государственных стандартах и нормативно-технической документации и являются обязательными при классификации отказов.

В процессе эксплуатации представляется возможным обнаружить и устранить ряд повреждений, которые могли бы привести к отказам, называемым предотвращаемыми. К ним относятся в основном постепенные отказы, при которых удается контролировать предшествующее им изменение характеристик РЭО.

Некоторые повреждения объекта не могут быть обнаружены и в конечном счете могут привести к непредотвращаемым отказам. К ним относятся внезапные отказы, статистические закономерности возникновения которых неизвестны.

Следует иметь в виду, что не все постепенные отказы можно предотвратить, так как часто весьма трудно определить медленные изменения параметров различных элементов РЭО и СА. Не все внезапные отказы относятся к непредотвращаемым, так как появление некоторых внезапных отказов может быть предсказано на основе изучения статистических закономерностей их возникновения во времени. Деление отказов на предотвращаемые и непредотвращаемые является условным, используется при оценке эффективности профилактических работ. Совершенствование методов контроля радиоаппаратуры приводит к тому, что все большая часть изменений параметров аппаратуры может быть обнаружена и предупреждена.

Соотношение между количеством предотвращаемых и непредо-твращаемых отказов различных типов радиоаппаратуры оценивается коэффициентом характера отказов:

где - количество предотвращаемых и непредотвра-щаемых отказов в данном типе радиоаппаратуры.

На значение коэффициента характера отказов любого типа аппаратуры большое влияние оказывают конструкционные, технологические и эксплуатационные факторы: свойства материалов и технология изготовления элементов, физические и химические воздействия на аппаратуру при эксплуатации, длительность эксплуатации и т. д.

Коэффициент характера отказов A(t) может быть определен для конкретных типов радиооборудования на основании статистических данных по отказам. Ниже приведены значения коэффициента характера отказов (в %) некоторых элементов радиоаппаратуры:

В процессе эксплуатации значительное количество отказов радиооборудования можно предотвратить путем своевременного выявления неисправностей и их устранения (настройка, регулировка и т. д.). Количество предотвращаемых отказов зависит от качества выполнения работ. Кроме того, совершенствование методов и средств контроля способствует тому, что большая часть изменений параметров ТС может быть обнаружена, а значит, и предупреждена.

Анализ отказов аппаратуры показывает, что примерно 40 - 45% всех отказов происходит из-за ошибок, допущенных при конструировании, 20% - из-за ошибок в процессе производства, 30% - в результате неправильной эксплуатации, 5 -10% - вследствие естественного износа и старения.

Причины отказов интегральных схем. В настоящее время уделяется большое внимание контролю качества электронного оборудования, однако, несмотря на это, в процессе эксплуатации часто происходят отказы отдельных компонентов или целых систем.

Выход из строя компонента может произойти по целому ряду причин, в частности из-за перегрузок по току или напряжению, чрезмерного нагревания, воздействия агрессивных химических веществ или повышенной влажности, а также некоторых условий производства и эксплуатации оборудования. Так, на начальном этапе эксплуатации отказы являются результатом производственных дефектов, ошибок проектирования или неправильного использования компонентов, а также применения дефектных компонентов, которые не были выявлены на этапе входного контроля. Большинство отказов в активный период эксплуатации происходит из-за высокой температуры и влажности, перегрузок по току и напряжению, вибрации, тепловых и механических воздействий, в дальнейшем - в результате старения компонентов. Причинами отказов, возникающих в процессе эксплуатации, могут служить коррозия, электрическая утечка, пробой изоляции, перемещение металлических ионов в направлении тока под воздействием электрического поля, а также разрушение материалов и проводников. Отказы механических компонентов, например, разъемов, происходят в результате износа контактов и увеличения их сопротивления.

Среди факторов, которые наиболее часто являются причиной выхода из строя электронного оборудования, можно выделить следующие:

Электрические перегрузки. Повреждения, вызванные электрическими перегрузками в процессе работы устройства, возникают под воздействием повышенного напряжения, тока или мощности. К таким повреждениям относятся:

Разрушение переходов и областей металлизации, а также обугливание и разрушение, связанные с перегревом отдельных областей кристаллов (в полупроводниковых устройствах);

Разрушение резистивного слоя или перегорание (плавление) провода в проволочных резисторах, появление разломов и изменение цвета корпуса (в резисторах);

Пробой диэлектрического материала и выделение тепла (в конденсаторах);

Плавление провода в обмотках, приводящее к короткому замыканию витков, чрезмерному выделению тепла в них, перегоранию или обугливанию компонента (в трансформаторах и катушках);

Электростатические разряды. Происходят из-за накопления заряда на выводах микросхем. При соприкосновении заряженного объекта с проводящей поверхностью возникает электрический разряд, приводящий к кратковременному потоку большого количества электронов в проводнике. Если при этом происходят необратимые изменения во внутренней структуре микросхемы, она выходит из строя.

К повреждениям, вызываемым электростатическими разрядами, относятся:

Разрыв тонких оксидных пленок в полупроводниковых устройствах как следствие пробоя диэлектрика;

Плавление проводников и областей металлизации из-за перегрева под воздействием высокого напряжения;

Ухудшение параметров или скрытые дефекты в структуре компонентов, которые не приводят к немедленному выходу устройства из строя, но делают работу системы неустойчивой и провоцируют эксплуатационные отказы в жестких условиях;

Наведение мощных электрических полей, приводящих к возникновению помех и сбоев в работе расположенных рядом электронных устройств.

Электромагнитные помехи и тепловой удар. Быстроменяющиеся электрические и магнитные поля способствуют появлению электромагнитных помех в проводниках. Наиболее часто источниками таких помех являются флуоресцентные лампы, промышленное и медицинское электронное оборудование, а также электробытовые приборы, использующие электродвигатели. К естественным источникам такого рода помех можно отнести грозовые разряды. Электромагнитные помехи в объекте становятся проблемой, когда имеется их источник, среда, передающая или ответвляющая помехи, и чувствительная к ним система. Электромагнитный сигнал от источника помех передается на чувствительное устройство благодаря явлениям проводимости и излучения. В первом случае помехи проникают в устройство через прямой проводящий тракт, во втором - через окружающую среду. Для того чтобы уменьшить электромеханические помехи, необходимо уже на стадии проектирования выбрать правильные схемотехнические решения и соответствующие им компоненты, правильную разводку печатных плат, специальные приемы заземления и экранирования.

Понятие отказа. Классификация отказов

Под отказом понимают полную или частичную потерю из­делием работо­способности вследствие ухода одного или несколь­ких параметров изделия за пределы установленных норм.

По своей физической природе отказ - событие случайное. Случайной ве­личиной, описывающей отказ, является наработка до отказа.

Под наработкой в общем случае понимают продолжитель­ность работы из­делия, выраженную в часах, циклах переключе­ния или других единицах исходя из вида и функ­ционального назначения изделия. К примеру, для интегральной микросхемы наработка выражается в часах, для переклю­ча­теля - в циклах переключения, для счетчика бета-излучения - в им­пульсах и т.д. При этом, в случае если изделие работает с перерывами, то в суммарную наработку включаются только пе­риоды работы (функционирования) изделия.

Под наработкой до отказа понимают наработку изделия от момента всту­пления в работу (эксплуатацию) до возникновения первого отказа.

Сегодня существуют различные схемы классифи­кации отказов. Одна из схем, широко используемая в теории и практике надежности РЭУ, представлена в табл.1.1.

Таблица 1.1

Классификация отказов РЭУ и их элементов

Внезапный отказ - это отказ, характеризующийся скачко­образным изме­нением значения одного или нескольких парамет­ров изделия.

Под постепенным (параметрическим) понимают отказ, воз­никающий в результате постепенного (обычно непрерывного и монотонного) изменения значений одного или нескольких пара­метров изделия.

Четкой границы между внезапным и постепенным отказами провести не удается. В литературе дано следующее определœение внезап­ного отказа: это отказ, наступление которого не должна быть пред­сказано предварительным контролем или диагностированием.

Сбой (временный отказ) - это самоустраняющийся отказ или одно­кратный отказ, устраняемый незначительным вмеша­тельством оператора.

Перемежающийся отказ - это многократно возникающий самоустра­няющийся отказ одного и того же характера.

Под явным понимают отказ, обнаруживаемый визуально или штат­ными методами и средствами диагностирования при под­готовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению.

Под скрытым (неявным) отказом понимают отказ, не обна­руживаемый визуально или штатными средствами и методами контроля и диагностирова­ния, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специ­альными методами диагно­стирования.

Независимым называют отказ, не обусловленный другими отказами.

Зависимым называют отказ, обусловленный другими от­казами.

Под конструктивным понимают отказ, возникший по при­чинœе, связан­ной с несовершенством или нарушением установлен­ных правил и (или) норм проектирования.

Под производственным понимают отказ, связанный с несо­вершенством или нарушением установленного процесса изготов­ления или ремонта.

Подэксплуатационным понимают отказ, возникающий по причинœе, связанной с нарушением установленных правил или ус­ловий эксплуатации.

Под деградационным понимают отказ, обусловленный есте­ственными процессами старения, изнашивания, коррозии и уста­лости при соблюдении всœех установленных правил и норм проек­тирования, изготовления и эксплуа­тации.

Понятие отказа. Классификация отказов - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Понятие отказа. Классификация отказов" 2017, 2018.

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 эксплуатационных условиях;

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.

Главный источник информации о надежности на предприятии - это сбор сведений о функциональных отказах. Отказ - это состояние системы, при котором оборудование не может выполнять предназначенные функции и поддерживать заданный уровень производительности. Другими словами, это событие, проявляющееся в полной или частичной потере работоспособности оборудования или системы.

Отказы классифицируют по ряду признаков, и условия возникновения отказов. Затем разрабатывают мероприятия по их предупреждению и устранению.

Классификация, характеристики и причины отказов

По характеру изменения параметров объекта:

• Постепенный (параметрический) отказ - это отказ, возникающий в результате градационного, постепенного изменения одного или нескольких параметров без резкого скачка. Постепенный отказ может быть предупреждён и устранён путем планового технического обслуживания. Причины: старение материалов, коррозия, износ деталей и т.п.
• Внезапный (мгновенный) отказ. Характеризуется скачкообразным, внезапным изменением одного или нескольких параметров. Обычно проявляется в виде резких самопроизвольных повреждений (трещины, обрывы, пробои и т.п.) и не сопровождается видимыми признаками его приближения. Причины: внутренние дефекты, ошибки обслуживающего персонала, нарушения режима эксплуатации. Однако чаще всего причины возникновения определяются не сразу, какое-то время оставаясь неизвестными, и дифференцируются с помощью теории вероятности.

По связи с отказами других объектов:

• Независимым называют отказ, не обусловленный другими отказами. Причины могут быть любыми, кроме обусловленности другими отказами.
• Зависимым считается отказ, который обусловлен другими отказами. Причины — повреждения и отказы других элементов объекта или системы.

По причинам возникновения:

• Конструкционный отказ возникает как следствие несовершенства и дефектов конструкции. Причины: ошибки в разработке и проектировании объекта, занижение запасов прочности, нарушение норм ГОСТ и т.п.
• Производственный отказ обусловлен нарушением технологии производства или ошибками, связанными с ремонтом. Причины: несоблюдение норм документации, применение некачественных материалов и комплектующих, недостаточный уровень контроля качества производства и т.д.
• Эксплуатационный отказ появляется как следствие нарушения правил и/или условий эксплуатации оборудования и может проявляться как в начальный период, так и в последующее время. Причины: ошибки низкоквалифицированного обслуживающего персонала, игнорирование/нарушение правил технической документации, а также старение и износ оборудования по вышеуказанным причинам.
• Деградационный отказ характеризуется постепенным приближением объекта к предельному состоянию (физическому износу) под влиянием следующих причин: износа, старения и усталости при соблюдении эксплуатационных норм производства.

По характеру устранения:

• Самоустраняющийся отказ - это однократный сбой работы оборудования или системы, который может исчезнуть без вмешательства человека либо с незначительным вмешательством. Причины: кратковременные внешние помехи, кратковременное изменение параметров объекта.
• Перемежающийся отказ - это многократно возникающий отказ одного и того же характера. Причины: внешние помехи, выходящие за допустимые технические пределы и являющиеся обратимыми.
• Устойчивый отказ - отказ, который можно устранить только путем восстановления (ремонта).

По способу обнаружения:

• Явный (очевидный) отказ — отсутствие функций оборудования, которое визуально обнаруживается обслуживающим персоналом в нормальных условиях.;
• Скрытый отказ - вид отказа, который незаметен обслуживающему персоналу при нормальных условиях, если он возникает автономно.

По времени возникновения:

• Начальный (приработочный) отказ - отказ, который на первоначальном этапе эксплуатации объекта (изделия) и в основном являющийся скрытым. Причины: плохое качество материалов, нарушение технологий проектирования, сборки или производства; отсутствие контроля качества и т.д.
• Периода нормальной эксплуатации - отказы, происходящие между периодом приработки и периодом износа. Это самый длительный период, в котором свойства оборудования и изделий остаются неизменными. Причинами отказов на этом этапе могут быть высокие нагрузки, разрушение под механическим внешним воздействием и т.д.
• Износовый отказ - это отказ, вызванный необратимыми последствиями старения материалов, износа деталей. Причины - в самом определении термина.

По степени влияния на работоспособность:

• Полный отказ характеризуется потерей работоспособности оборудования или системы, при которой невозможно дальнейшая эксплуатация объекта.
• Частичный отказ характеризуется сохранением работоспособности оборудования, но со снижением эффективности и качества производства. Дальнейшая эксплуатация возможна, но с ограничениями нагрузки, производительности, скорости и т.д.

Причины этих отказов заключаются в непредусмотренных перегрузках, дефектах комплектующих и материалов, ошибках и низкой квалификации персонала, сбоях системы управления и др.

Чтобы подробнее узнать о методологии RCM и программном обеспечении RCM Navigator , а также о ключевых шагах его успешного внедрения, пишите нам: [email protected] или звоните по телефону: 8 800 555 30 53.

Виды отказов объектов

Основные понятия теории надежности

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.

В последние годы область применения теории надежности расширяется, ее методы распространяются также на формализованные алгоритмы целенаправленного применения технических объектов (программы для ПК, планы систем работ) и на действия пользователя ПК как звена системы управления.

Часто в целях общности речь будет идти о системах и единичных рабочих частях систем - элементах. Система предназначена для самостоятельного выполнения определенной практической задачи. Термин элемент применяется для составной части системы. Обычно элемент не предназначается для самостоятельного практического применения вне связи с другими элементами. Примеры элементов: процессор ПК. В принципе систему можно разбить на любое число элементов, необходимое для исследования (расчета) надежности. Однако деление системы на элементы нельзя считать произвольным. Каждый элемент должен обладать способностью выполнять в системе определенные функции. Иногда ставится условие, чтобы элемент был такой частью системы, которая может быть восстановлена только путем полной замены.

Различают два основных состояния объектов: работоспособное и неработоспособное . 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 значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным нормативно-технической документацией, называют неработоспособным.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности, т. е. в переходе в неработоспособное состояние.

Обычно неработоспособность – состояние, при котором нельзя начинать применение объекта (например, выпускать самолет в воздух). Однако возможны задачи, в которых неработоспособность – состояние, при котором объект не может продолжать выполнять свое назначение. Возможны и другие признаки неработоспособного состояния объекта (например, объект требует среднего или капитального ремонта, производительность объекта стала ниже критической и т. д.). Поэтому при оценке надежности необходимо заранее оговорить, какое состояние объекта считается неработоспособным.

Когда объект предназначен для выполнения нескольких функций, часто находят значения показателей надежности по каждой из функций.

Возможен и другой путь: оценивают свойство объекта выполнять все требуемые от него функции. Отказом считается невыполнение хотя бы одной из функций независимо от того, возникла ли случайная ситуация, в которой требуется выполнение этой функции, или нет.

Опишем еще одну постановку задачи оценки надежности, которая, к сожалению, довольно часто встречается в литературе. В этой задаче при оценке надежности учитывают случайную потребность в выполнении объектом отдельных функций.

Пусть состоящая из п элементов система предназначена для выполнения нескольких k функций. Функционирование такой системы может быть представлено как процесс изменения вектора состояний Z (t ) в пространстве состояний [x (t), y (t )], где x i – состояние i -го элемента системы, (i =1, 2, …, n ; y j – переменная, характеризующая потребность в выполнении j -й функции, j =l, 2,..., k.

Обычно предполагается, что отдельные координаты вектора Z (t ) являются независимыми случайными функциями времени (наработки), принимающими одно из двух возможных значений:

Искомые показатели «надежности» находят как числовые характеристики некоторого функционала от случайного процесса Z (t ). Понятие функционала является обобщением понятия функции. Функционал Ф определен на процессе Z (t ), если каждой траектории z (t ) ставится в соответствие некоторое число T=Ф[z (t )]. В рассматриваемом случае найденные показатели «надежности» характеризуют не техническую систему, а ситуацию по удовлетворению случайного спроса. Поэтому слово «надежность» приведено в кавычках.

Приведенные выше соображения можно пояснить таким простейшим примером. Пусть необходимо везти груз ночью через лес, в котором могут быть грабители. Человек, охраняющий груз, вооружен пистолетом. Очевидно, что значение показателя надежности этого пистолета не должно зависеть от случайной потребности в нем, т. е. от того, нападут грабители или нет.

Виды отказов объектов

Отказы можно классифицировать по различным признакам.

1. По характеру устранения можно различать окончательные (устойчивые) и перемежающиеся (то возникающие, то исчезающие) отказы. Окончательные отказы являются следствием необратимых процессов в деталях и материалах. При окончательных отказах для восстановления работоспособности объекта необходимо производить его ремонт (регулировку). Пример окончательного отказа – отказ компьютера из-за выхода из строя оперативной памяти.

Перемежающиеся отказы в большинстве случаев являются следствием обратимых случайных изменений режимов работы и параметров объектов. При возвращении режима работы в допустимые пределы объект сам, обычно без вмешательства человека, возвращается в работоспособное состояние. Например, совершенно исправный элемент компьютера может перестать реагировать на управляющий сигнал из-за случайного резкого уменьшения напряжения питания. Когда напряжение питания опять станет равным номинальному значению, этот элемент будет продолжать исправно работать (конечно, если в результате колебаний напряжения не произошел окончательный отказ).

Обычно последствия возникновения перемежающихся отказов отличаются от последствий появления окончательных отказов. Например, если из-за низкого напряжения питания нет изображения в телевизоре, то это меньшая неприятность, чем окончательный отказ кинескопа. В ряде случаев перемежающиеся отказы дают более тяжелые последствия, чем окончательные. Перемежающиеся отказы особенно неприятны в информационных системах, где они известны под названием сбоев. Появление сбоя трудно обнаружить, так как после его исчезновения объект остается работоспособным.

Таким образом, перемежающиеся отказы существенно отличаются от окончательных причиной возникновения, внешними проявлениями и последствиями проявления. Поэтому иногда 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, и вторичные , т. е. возникшие в результате 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.

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 часто называют грубыми. Внезапные отказы получили свое название из-за того, что обычно 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, старением материалов и регулированием устройств. Параметры объекта могут достигать 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. Внезапным отказ кажется лишь потому, что не контролируется изменяющийся параметр, при критическом значении которого наступает отказ объекта, обычно связанный с его механическим повреждением.

Таким образом, возникновению всякого отказа предшествует накопление тех или иных изменений внутри объекта (при этом, конечно, не рассматриваются отказы, происшедшие из-за небрежности или неумения работников).

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

1) неремонтируемые объекты, применяемые да 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 объекты, для которых допустимы кратковременные перерывы в работе.

Классификация объектов по показателям и методам оценки надежности приведена на рис.1, где прямоугольниками выделены перечисленные выше группы объектов.

Рис. 1. Группы объектов, различающиеся показателями надежности.