Лекции по надежности

Оглавление

1. НАДЕЖНОСТЬ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ...................................................... 2

2. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ.......................................................................................................... 4

2.1. Основные показатели безотказности объектов........................................................................... 4

2.1.1. Вероятность безотказной работы.......................................................................................... 4

2.1.2. Средняя наработка до отказа................................................................................................. 5

2.1.3. Интенсивность отказов.......................................................................................................... 6

2.1.4. Средняя наработка на отказ................................................................................................... 8

2.1.5. Параметр потока отказов....................................................................................................... 8

2.2. Основные показатели долговечности.......................................................................................... 9

2.2.1. Средний срок службы (математическое ожидание срока службы)................................... 9

2.2.2. Средний ресурс (математическое ожидание ресурса)........................................................ 9

2.3. Основные показатели ремонтопригодности............................................................................... 9

2.3.1. Среднее время восстановления........................................................................................... 10

2.3.2. Интенсивность восстановления.......................................................................................... 10

2.4. Комплексные показатели надежности....................................................................................... 10

2.4.1. Коэффициент готовности.................................................................................................... 10

2.4.2. Коэффициент оперативной готовности............................................................................. 11

2.4.3. Коэффициент технического использования...................................................................... 12

3. ОСНОВНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, НАИБОЛЕЕ ЧАСТО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАСЧЕТАХ НАДЕЖНОСТИ........................................................................................................................................ 12

3.1. Распределение Вейбулла............................................................................................................. 12

3.2. Экспоненциальное распределение............................................................................................. 13

3.3. Распределение Рэлея.................................................................................................................... 15

3.4. Нормальное распределение (распределение Гаусса)................................................................ 16

3.5. Примеры использования законов распределения в расчетах надежности.............................. 17

3.5.1. Определение показателей надежности при экспоненциальном законе распределения 17

3.5.2. Определение показателей надежности при распределении Рэлея.................................. 18

3.5.3. Определение показателей схемы при распределении Гаусса.......................................... 18

3.5.4. Пример определения показателей надежности неремонтируемого объекта по опытным данным............................................................................................................................................................ 19

4. НАДЕЖНОСТЬ НЕВОССТАНАВЛИВАЕМОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ОСНОВНОМ СОЕДИНЕНИИ ЭЛЕМЕНТОВ.................................................................................................................................................... 21

4.1. Определение вероятности безотказной работы и средней наработки до отказа................... 21

4.2. Пример расчета надежности системы, собранной по основной схеме.................................. 23

5. ПОРЯДОК РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НАДЕЖНОСТИ............................................................................. 24

5.1. Исходные положения................................................................................................................... 24

5.2. Методы расчета надежности....................................................................................................... 24

6. НАДЕЖНОСТЬ НЕВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ РЕЗЕРВИРОВАННЫХ СИСТЕМ.................. 26

6.1. Общее резервирование с постоянно включенным резервом и с целой кратностью............. 27

6.2. Надежность системы с нагруженным дублированием............................................................. 29

6.3. Общее резервирование замещением........................................................................................... 30

6.4. Надежность системы при раздельном резервировании и с целой кратностью по всем элементам................................................................................................................................................................ 34

6.5. Смешанное резервирование неремонтируемых систем........................................................... 35

7. НАДЕЖНОСТЬ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ СИСТЕМ................................................................. 37

7.1. Надежность восстанавливаемой одноэлементной системы..................................................... 37

7.2. Надежность нерезервированной системы с последовательно включенными восстанавливаемыми элементами........................................................................................................................................... 41

7.3. Надежность восстанавливаемой дублированной системы...................................................... 41

7.4. Надежность восстанавливаемой системы при различных способах резервирования элементов 46

8. АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ........ 46

8.1. Документация для сбора первичной информации................................................................... 46

8.2. Планирование испытаний и обработка экспериментальных данных.................................... 46

8.3. Интервальная оценка показателей надежности........................................................................ 49

1. Надежность: основные понятия и определения

2. Показатели надежности

2.1. Основные показатели безотказности объектов

2.1.1. Вероятность безотказной работы

2.1.2. Средняя наработка до отказа

2.1.3. Интенсивность отказов

2.1.4. Средняя наработка на отказ

2.1.5. Параметр потока отказов

2.2. Основные показатели долговечности

2.2.1. Средний срок службы (математическое ожидание срока службы)

2.2.2. Средний ресурс (математическое ожидание ресурса)

2.3. Основные показатели ремонтопригодности

2.3.1. Среднее время восстановления

2.3.2. Интенсивность восстановления

2.4. Комплексные показатели надежности

2.4.1. Коэффициент готовности

2.4.2. Коэффициент оперативной готовности

2.4.3. Коэффициент технического использования

3. Основные математические модели, наиболее часто используемые в расчетах надежности

3.1. Распределение Вейбулла

3.2. Экспоненциальное распределение

3.3. Распределение Рэлея

3.4. Нормальное распределение (распределение Гаусса)

3.5. Примеры использования законов распределения в расчетах надежности

3.5.1. Определение показателей надежности при экспоненциальном законе распределения

3.5.2. Определение показателей надежности при распределении Рэлея

3.5.3. Определение показателей схемы при распределении Гаусса

3.5.4. Пример определения показателей надежности неремонтируемого объекта по опытным данным

4. Надежность невосстанавливаемой системы при основном соединении элементов

4.1. Определение вероятности безотказной работы и средней наработки до отказа

4.2. Пример расчета надежности системы, собранной по основной схеме

5. Порядок решения задач надежности

5.1. Исходные положения

5.2. Методы расчета надежности

6. Надежность невосстанавливаемых резервированных систем

6.1. Общее резервирование с постоянно включенным резервом и с целой кратностью

6.2. Надежность системы с нагруженным дублированием

6.3. Общее резервирование замещением

6.4. Надежность системы при раздельном резервировании и с целой кратностью по всем элементам

6.5. Смешанное резервирование неремонтируемых систем

7. Надежность восстанавливаемых систем

7.1. Надежность восстанавливаемой одноэлементной системы

7.2. Надежность нерезервированной системы с последовательно включенными восстанавливаемыми элементами

7.3. Надежность восстанавливаемой дублированной системы

7.4. Надежность восстанавливаемой системы при различных способах резервирования элементов

8. Анализ показателей надежности по экспериментальным данным

8.1. Документация для сбора первичной информации

8.2. Планирование испытаний и обработка экспериментальных данных

8.3. Интервальная оценка показателей надежности

1. НАДЕЖНОСТЬ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

При анализе и оценке надежности, в том числе и в электроэнергетике, конкретные технические устройства именуются обобщенным понятием " объект". Объект - это предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый в периоды проектирования, производства, эксплуатации, изучения, исследования и испытаний на надежность. Объектами могут быть системы и их элементы, в частности технические изделия, устройства, аппараты, приборы, их составные части, отдельные детали и т.д.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 " Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения" надежность трактуется как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Как видно из определения, надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его пребывания может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенное сочетание этих свойств.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Указанные важнейшие свойства надежности характеризуют определенные технические состояния объекта. Различают пять основных видов технического состояния объектов.

Исправное состояние. Состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неисправное состояние. Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неработоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Предельное состояние. Состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Переход объекта (изделия) из одного вышестоящего технического состояния в нижестоящее обычно происходит вследствие событий: повреждений или отказов. Совокупность фактических состояний объекта, к примеру, электроустановки, и возникающих событий, способствующих переходу в новое состояние, охватывает так называемый жизненный цикл объекта, который протекает во времени и имеет определенные закономерности, изучаемые в теории надежности.

Согласно ГОСТ 27.002-89 отказ - это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Переход объекта из исправного состояния в неисправное не связан с отказом.

В ГОСТ 15467-79 введено еще одно понятие, отражающее состояние объекта - дефект. Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта установленным нормам или требованиям. Дефект отражает состояние отличное от отказа. В соответствии с определением отказа, как события, заключающегося в нарушении работоспособности, предполагается, что до появления отказа объект был работоспособен. Отказ может быть следствием развития не устраненных повреждений или наличия дефектов: царапин; потертости изоляции; небольших деформаций.

В теории надежности, как правило, предполагается внезапный отказ, который характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. На практике приходится анализировать и другие отказы, к примеру, ресурсный отказ, в результате которого объект приобретает предельное состояние, или эксплуатационный отказ, возникающий по причине, связанной с нарушением установленных правил или условий эксплуатации.

При расчетах и анализе надежности широко используются термины " элемент" и " система". Под элементом понимается часть сложного объекта, которая имеет самостоятельную характеристику надежности, используемую при расчетах и выполняющую определенную частную функцию в интересах сложного объекта, который по отношению к элементу представляет собой систему.

Например, изолятор в гирлянде изоляторов выполняет роль элемента, а гирлянда изоляторов - это система. На трансформаторной подстанции выключатели, отделители, разъединители, силовые трансформаторы и т.п. являются элементами, а сама подстанция является системой. Из приведенных примеров видно, что в зависимости от уровня решаемой задачи и степени объединения анализируемых аппаратов и устройств определенный объект может в одном случае быть системой, а в другом - элементом. Так при анализе надежности трансформатора его можно " разложить" на множество элементов: обмотки высокого и низшего напряжения, высоковольтные и низковольтные вводы, магнитопровод, бак трансформатора и т.д. С другой стороны, для трансформаторной подстанции трансформатор удобнее представить как элемент, у которого есть свои характеристики надежности, нормативно-техническая документация, требования к эксплуатации.