Свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени работы

2.1. Краткие сведения из теории

Надежность – свойствo объекта (изделия, конструкции) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах в условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать:

– безотказность;

– долговечность;

– ремонтопригодность;

– сохраняемость

или определенные сочетания этих свойств.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Показатели безотказности:

– вероятность безотказной работы P(t);

– параметр потока отказов ω(t) – число отказов за единицу времени;

– средняя наработка на отказ .

P(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает (вероятность того, что время безотказной работы t0 объекта больше некоторого заданного времени).

где N(0) – число исправных объектов в начале испытания; N(ti) – число объектов, не отказавших ни разу за время ti.

сходится по вероятности к P(t).

где Δni – число объектов, отказавших за время Δt; N – число объектов в начале испытания.

В сложном объекте (РЭС) результирующий поток отказов равен сумме отказов отдельных элементов:

Основным типом потока отказов РЭА в условиях эксплуатации является простейший, т.е. поток, удовлетворяющий условиям ординарности, стационарности, отсутствия последствия. При этом функция плотности и распределения вероятности описывается экспоненциальным законом:

f(t) = ωe–ωt;

P(t) = e–ωt;

ω(t) = ω = const,

где T0 – среднее число часов работы между двумя соседними отказами (наработка на отказ).

если использовались N однотипных объектов.

Для простейшего потока

Ремонтопригодность – свойство объекта (РЭС), заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Показатели ремонтопригодности:

– средняя продолжительность текущего ремонта Tт.р;

– интенсивность ремонта (восстановления) μр;

– средняя продолжительность технического обслуживания

как математическое ожидание времени восстановления работоспособности:

где n – количество отказов (ремонтов).

Долговечность – свойство объектов (РЭС) сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. В отличие от безотказности предполагает возможные перерывы в эксплуатации, не связанные с отказами.

Показатели долговечности:

– средний срок службы ;

– гамма – процентный срок службы γсл, %;

– ресурс.

Математическое ожидание срока службы от начала эксплуатации до наступления предельного состояния:

где γсл, % – календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект РЭС не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью γ, выраженная в процентах.

Если рассматриваются ремонтируемые объекты,  – промежуток времени до среднего (капитального) ремонта.

Ресурс – наработка объекта от начала эксплуатации (или возобновления после среднего или капитального ремонта) до наступления предельного состояния).

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

Параметры сохраняемости:

– срок сохраняемости:

– гамма – процентный срок сохраняемости – срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах.

Комплексные показатели надежности в отличие от частных характеризуют одновременно несколько свойств, составляющих надежность.

Комплексными показателями надежности являются:

– коэффициент надежности;

– коэффициент оперативной готовности;

– коэффициент технического использования;

– коэффициент сохранения эффективности.

Коэффициент готовности Kг – вероятность того, что объект (РЭС) окажется работоспособным (а не на ремонте) в любой произвольный момент. Если после отказа сразу предусматривается восстановление, то

Коэффициент оперативной готовности Kог – вероятность того, что в любой произвольный момент времени объект (РЭС) окажется в работоспособном состоянии и в течение времени t не будет отказа

Kог = Kг∙P(t).

Коэффициент технического использования

где T0Σ – суммарная наработка всех объектов; TPΣ – суммарное время простоев из-за плановых и не плановых ремонтов; TOΣ – суммарное время простоев из-за планового и не планового технического обслуживания.

Коэффициент сохранения эффективности

В сложных технических объектах применяется комплексный подход к повышению и (или) поддержанию надежности.

В современных РЭС рост количества комплектующих элементов опережает рост их безотказности, что приводит к уменьшению среднего времени безотказной работы и к увеличению времени вынужденного простоя аппаратуры.

Проблема – как из элементов с малым P(t) собрать «надежную» РЭС.

Пути:

– резервирование;

– «повышать», улучшить ремонтопригодность;

– другие варианты

Безотказность ↔ размен ↔ ремонтоспособность

На рис. 2.1 показана линия уровня соответствующая значению коэффициента готовности 0,99. В каждой любой точке этой линии уровня коэффициент готовности равен 0,99 при соответствующих значениях средней наработки на отказ (ось ординат) и среднего времени текущего ремонта (ось абсцисс). Если, например, уменьшилась средняя наработка на отказ от 3000 до 2500 ч (ухудшилась безотказность), то для обеспечения коэффициента готовности равный 0,99 можно уменьшить значение среднего времени текущего ремонта от 2,00 до 1,75 ч.

Рис. 2.1. Коэффициент готовности

Свойства надежности

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

Долговечность
– свойство объекта непрерывно сохранять
работоспособное состояние до наступления
предельного состояния при установленной
системе технического обслуживания и
ремонта.

Кроме того все ЭМС
и её составные части делятся на
ремонтируемые и неремонтируемые.
Ремонтируемым называется тот объект,
исправность и работоспособность которого
в случае возникновения отказа или
повреждения подлежит восстановлению.
Объект, у которого исправность и
работоспособность не подлежат
восстановлению называют неремонтируемым.

Ремонтопригодность
– свойство объекта, заключающееся к
приспособленности к предупреждению и
обнаружению причин возникновения
отказов (повреждений), к поддержанию и
восстановлению работоспособного
состояния путём проведения технического
обслуживания и ремонтов.

В
процессе эксплуатации ЭМ может
транспортироваться, а также храниться
иногда в течении длительного времени.

Сохраняемость
– свойство объекта сохранять значения
показателей безотказности, долговечности
и ремонтопригодности в течение и после
хранения и (или) транспортировки.

Показатель надежности

– количественная
характеристика одного или нескольких
свойств, составляющих надёжность
объекта.

Восстанавливаемый
объект –
для которого в рассматриваемой ситуации
проведение восстановления работоспособного
состояния предусмотрено в нормативно
технической и (или) конструкторской
документации. (Пример:
коллекторно-щеточный узел, подшипниковый
узел, пускорегулирующая аппаратура).
Невосстанавливаемый
объект не
подлежит восстановлению в рассматриваемой
ситуации. Следует отметить, что в
зависимости от ситуации даже один и тот
же объект может быть отнесён к тому или
иному виду. (Пример:
обмотки ротора и статора ЭМ, щетки,
подшипники).

Переход
из одного состояния в другое называется
событием.

Событие,
заключающееся в нарушении исправного
состояния ЭМС или её частей вследствие
различных воздействий и в переходе её
в неисправное состояние, называют
повреждением.

Событие,
заключающееся в нарушении работоспособности
ЭМ, называют отказом.
Как следует из определения под отказом
нужно понимать не только полную потерю
работоспособности но и её ухудшение
вследствие изменения значений параметров.

Классификация отказов эмс

Отказы
разделяются:

1. По объёму:

Полный
отказ –
отказ, при котором функционирование
изделия невозможно.

Частичный
отказ –
отказ вследствие выхода за допустимые
пределы одного или нескольких параметров,
причём функционирование изделия частично
возможно в зависимости от допустимости
изменения его соответствующей функции.

Катастрофический
отказ –
неожиданный полный отказ (пробой
изоляции, КЗ, разрушение вала и т.д.

Деградирующий
отказ –
постепенный частичный отказ.

1. По характеру
   изменения параметров до момента
   возникновения отказа – на внезапные
   и постепенные.

Внезапным
называется отказ, характеризующийся
скачкообразным изменением одного или
нескольких параметров.

Постепенным
называют отказ, характеризующийся
постепенным изменением одного или
нескольких заданных параметров.

1. По взаимосвязи
   между собой – на зависимые и независимые

Зависимым
называют
отказ элемента объекта, обусловленный
отказом другого элемента (отказ обмотки
при разрегулировании токового реле).

Независимымназывают отказ элемента объекта, не
обусловленной отказами других элементов
(отказ подшипника при повышенном искрении
коллектора машины постоянного тока).

1. По характеру
   времени нарушения работоспособности
   – на сбои и перемежающиеся.

Сбоем
называют самоустраняющийся отказ,
приводящий к кратковременному нарушению
работоспособности.

Перемежающимся
отказом
называют многократно возникающий сбой
одного того же характера. Перемежающийся
отказ – отказ в результате многократно
возникающих, чаще всего зависящих от
нагрузки изменений параметров; в
большинстве случаев такой отказ
соответствует постепенному.

1. По наличию внешних
   признаков на явные и неявные.

Явный
– это отказ, который обнаруживается
сразу после его появления без применений
измерительных приборов.

Неявный
(скрытый) –
это отказ, который не имеет внешних
признаков проявления и может быть
обнаружен только с помощью соответствующих
измерений.

Рис.1. Идеальная
кривая изменения частоты отказов.

I
– приработка; II
– постоянная интенсивность отказов(случайные
отказы);

III
– отказы в результате старения.

1. По времени
   проявления делятся на:

Приработочный
отказ –
отказ, обусловленный недостаточным
качеством изделия, проявляется в
начальной фазе – фазе приработки,
характеризующийся снижением интенсивности
отказов.

Случайный
отказ –
отказ в фазе нормальной эксплуатации
в результате статического взаимодействия
большого числа не зависящих друг от
друга факторов. Эта фаза характеризуется
постоянством интенсивности отказов.

Отказ
в результате старения
– отказ в конце периода эксплуатации
в результате усталости, износа, старения
материала и т.п. В этой фазе интенсивность
отказов увеличивается.

Систематический
отказ –
отказ в результате известной взаимосвязи
влияющих факторов к определённому
моменту времени, интенсивность отказов
при этом изменяется.

1. По причинам
   возникновения – на конструкционный,
   производственный и эксплуатационный.

Конструкционным
называют отказ,
возникающий в результате нарушения
установленных правил или норм
конструирования объекта.

Производственным
называют отказ,
возникший в результате нарушения
процесса изготовления или ремонта
объекта.

Эксплуатационным
называют отказ,
возникший в результате нарушения
установленных правил или условий
эксплуатации объекта.

Соседние файлы в папке Полный курс ЛЕКЦИЙ

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Под надежностью понимается свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания безопасности, ремонтопригодности и сохраняемости (рисунок 1).

Рисунок 1 – Надёжность оборудования

Для абсолютного большинства круглогодично применяемых технических устройств при оценке их надежности наиболее важными являются три свойства: безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

• Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени..
• Долговечность — свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
• Ремонтопригодность   —   свойство   изделия,   заключающееся   в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

В то же время техника сезонного применения (уборочные сельскохозяйственные машины, некоторые коммунальные машины, речные суда замерзающих рек и т.д.), а также машины и оборудование для ликвидации критических ситуаций (противопожарное и спасательное оборудование), имеющие по своему назначению длительный период нахождения в режиме ожидания работы, должны оцениваться с учетом сохраняемости, т.е. показателями всех четырех свойств.

• Сохраняемость — свойство изделия сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность изделия выполнять требуемые функции, в течение и после хранения или транспортирования.
• Ресурс (технический) — наработка изделия до достижения им предельного состояния, оговоренного в технической документации. Ресурс может выражаться в годах, часах, километрах, гектарах, числе включений. Различают ресурс: полный — за весь срок службы до конца эксплуатации; доремонтный — от начала эксплуатации до капитального ремонта восстанавливаемого изделия; использованный — от начала эксплуатации или от предыдущего капитального ремонта изделия до рассматриваемого момента времени; остаточный — от рассматриваемого момента времени до отказа невосстанавливаемого изделия или его капитального ремонта, межремонтный.
• Наработка — продолжительность функционирования изделия или объем выполняемой им работы за некоторый промежуток времени. Измеряется в циклах, единицах времени, объема, длины пробега и т.п. Различают суточную наработку, месячную наработку, наработку до первого отказа.
• Наработка на отказ — критерий надежности, являющийся статической величиной, среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами. Если наработка измеряется в единицах времени, то под наработкой на отказ понимается среднее время безотказной работы.

Есть наконец, целый ряд изделий (например, резинотехнические), оценивающийся главным образом сохраняемостью и долговечностью.

Перечисленные свойства надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость) имеют свои количественные показатели.

Так безотказность характеризуется шестью показателями, в том числе таким важным, как вероятность безотказной работы. Этот показатель широко применяется в народном хозяйстве для оценки самых различных видов технических средств: электронной аппаратуры, теплообменные аппараты систем воздушного отопления, летательных аппаратов, деталей, узлов и агрегатов, транспортных средств, нагревательных элементов. Расчет этих показателей проводят на основе государственных стандартов.

• Отказ — одно из основных понятий надежности, заключающееся в нарушении работоспособности изделия (один или несколько параметров изделия выходят за допускаемые пределы).
• Интенсивность отказа — условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяется при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.
• Вероятность безотказной работы — возможность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.

Долговечность также характеризуется шестью показателями, представляющие различные виды ресурса и срока службы. С точки зрения безопасности наибольший интерес представляет гамма-процентный ресурс — наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью g, выраженной в процентах. Так для объектов металлургического оборудования (машины для подъема и перемещения жидких металлов, насосы и устройства для перекачивания вредных жидкостей и газов) назначают    g = 95 %.

Ремонтопригодность характеризуется двумя показателями: вероятностью и средним временем восстановления работоспособного состояния.

Ряд авторов подразделяют надежность на идеальную, базовую и эксплуатационную. Идеальная надежность — это максимально возможная надежность, достигаемая путем создания совершенной конструкции объекта при абсолютном учете всех условий изготовления и эксплуатации. Базовая надежность — надежность, фактически достигаемая при конструировании, изготовлении и монтаже объекта. Эксплуатационная надежность — действительная надежность объекта в процессе его эксплуатации, обусловленная как качеством проектирования, конструирования, изготовления и монтажа объекта, так и условиями его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Основные положения надежности будут неясны без определения такого важного понятия, как резервирование.

Резервирование — это применение дополнительных средств или возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

Одной из наиболее распространенных разновидностей резервирования является дублирование — резервирование с кратностью резерва один к одному. В связи с тем, что резервирование требует значительных материальных затрат, его применяют лишь для наиболее ответственных элементов, узлов или агрегатов, отказ которых угрожает безопасности людей или влечет тяжелые экономические последствия. Так пассажирские и грузопассажирские лифты подвешиваются на несколько канатов, самолеты снабжены несколькими двигателями, имеют дублированную электропроводку, в автомобилях применяется двойная и даже тройная система тормозов. Большое распространение получило и прочностное резервирование, основанное на концепции коэффициента запаса. Считается, что понятие прочности имеет самое непосредственное отношение не только к надежности, но и к безопасности. Более того, считается, что инженерные расчеты конструкций на безопасность почти исключительно строятся на использовании коэффициента запаса прочности. Значения этого коэффициента зависят от конкретных условий. Для сосудов, работающих под давлением, он составляет от 1,5 до 3,25, а для лифтовых канатов — от 8 до 25.

При рассмотрении производственного процесса во взаимосвязи его основных элементов необходимо использовать понятие надежности в более широком смысле. При этом надежность системы в целом будет отличаться от совокупности надежности ее элементов за счет влияния различных связей.

В теории надежности доказано, что надежность устройства, состоящего из отдельных элементов, соединенных (в надежностном смысле) последовательно, равна произведению значений вероятностей безотказной работы каждого элемента.

Связь надежности и безопасности совершенно очевидна: чем надежнее система, тем она безопаснее. Более того, вероятность несчастного случая можно трактовать как «надежность системы».

В то же время безопасность и надежность являются родственными, но не тождественными понятиями. Они дополняют одно другое. Так с точки зрения потребителя оборудование может быть надежным или не надежным, а по технике безопасности — безопасным или опасным. При этом оборудование бывает безопасным и надежным (приемлемо во всех отношениях), опасным и не надежным (безоговорочно отвергается), безопасным и не надежным (чаще всего отвергается потребителем), опасным и надежным (отвергается по техники безопасности, но может быть приемлемо для потребителя, если степень опасности не слишком велика).

Требования безопасности часто выступают в качестве ограничений на ресурс и срок службы оборудования или устройства. Это происходит, когда требуемый уровень безопасности нарушается до достижения предельного состояния вследствие физического или морального старения. Ограничения из-за требований безопасности играют особенно важную роль при оценке индивидуального   остаточного   ресурса,   под   которым   понимается продолжительность эксплуатации от данного момента времени до достижения предельного состояния. В качестве меры ресурса может быть выбран любой параметр, характеризующийся продолжительностью эксплуатации объекта. Для летательных аппаратов мерой ресурса служит налет в часах, для транспортных средств — пробег в километрах, для прокатных станов — масса прокатного метала в тоннах и т.д.

Наиболее универсальной единицей с точки зрения общей методологии и теории надежности является единица времени. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Во — первых, время эксплуатации технического объекта включает и перерывы, в течение которых суммарная наработка не нарастает, а свойства материалов могут изменяться. Во — вторых, применение экономико-матеатических моделей для обоснования назначенного ресурса возможно лишь с использованием назначенного срока службы (срок службы определяется как календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или его возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние и измеряется в единицах календарного времени). В — третьих, исчисление ресурса в единицах времени позволяет ставить задачи прогнозирования в наиболее общей форме.

Начальный импульс к созданию численных методов оценки надежности был дан в связи с развитием авиационной промышленности и низким уровнем безопасности полетов на начальных этапах. Значительное число авиационных катастроф при постоянно возрастающей интенсивности воздушных ресурсов обусловило необходимость выработки критериев надежности для самолетов и требований к уровню безопасности. В частности, был проведен сравнительный анализ одного из многочисленных самолетов с точки зрения успешного завершения полетов.

Показательной с точки зрения безопасности является хронология развития теории и техники надежности. В 40-х годах основные усилия для повышения надежности были сконцентрированы на всестороннем улучшении качества, причем превалирующее значение имел экономический фактор. Для увеличения долговечности  узлов  и  агрегатов  различных  видов  оборудования разрабатывались улучшенные конструкции, прочные материалы, совершенные измерительные инструменты. В частности, электротехническое отделение фирмы «General Motors» (США) увеличило активный ресурс приводных двигателей локомотивов с 400 тыс. до 1,6 млн. км за счет использования улучшенной изоляции и применения усовершенствованных конических и сферических роликовых подшипников, а также проведения испытаний при высокой температуре. Был достигнут прогресс в разработке ремонтопригодных конструкций и в обеспечении предприятий оборудованием, инструментом и документацией для выполнения профилактических работ и операций по техническому обслуживанию.

Одновременно получило распространение составление и утверждение типовых    графиков    периодических    проверок,    карт    контроля высокопроизводительного станочного оборудования.

В 50-е годы большое значение стали придавать вопросам обеспечения безопасности, особенно в таких перспективных отраслях, как космонавтика и атомная энергетика. Этот период является началом использования многих широко распространенных в   настоящее время понятий по надежности элементов технических устройств, таких, как ожидаемая долговечность, соответствие   конструкции   заданным   требованиям,   прогнозирование показателей надежности.

В 60-е годы стала очевидной острая необходимость в новых методах обеспечения надежности и более широкое их применения. Центр внимания переместился от анализа поведения отдельных элементов различного типа (механических, электрических или гидравлических) на последствия, вызываемые отказом этих элементов в соответствующей системе. В течение первых лет эры космических полетов значительные усилия были затрачены на испытания систем и отдельных элементов. Для достижения высокой степени надежности получил развитие анализ блок-схем в качестве основных моделей. Однако с увеличением сложности блок-схем появилась необходимость в другом подходе, был предложен, а затем получил широкое распространение принцип анализа систем с помощью дерева отказов. Впервые он использовался в качестве программы для оценки надежности системы управления запуском ракет «МИНИТМЕН».

Впоследствии методика построения дерева отказов была усовершенствована и распространена на широкий круг различных технических систем. После катастрофических аварий на подземных комплексах запуска межконтинентальных баллистических ракет в США официально было введено в практику изучение безопасности систем как отдельной независимой деятельности. Министерство обороны США ввело требование по проведению анализа надежности на всех этапах разработки всех видов вооружения. Параллельно были разработаны требования по надежности, работоспособности и ремонтопригодности промышленных изделий.

В 70-е годы наиболее заметной была работа по оценке риска, связанного с эксплуатацией атомных электростанций, которая проводилась на основе анализа широкого спектра аварий. Ее основная направленность заключалась в оценке потенциальных последствий подобных аварий для населения в поисках путей обеспечения безопасности.

В последнее время проблема риска приобрела очень серьезное значение и до настоящего времени привлекает все возрастающее внимание специалистов самых различных областей знаний. Это понятие настолько присуще как безопасности, так и надежности, что термины «надежность», «опасность» и «риск» часто смешивают.

Среди технических причин несчастных случаев на производстве причины, связанные с недостаточной надежностью производственного оборудования, сооружений, устройств или их элементов, занимают особое место, поскольку чаще всего они проявляются внезапно и в связи с этим характеризуются высокими показателями тяжести травм.

Большое  количество  видов, используемых в промышленности, строительстве и на транспорте металлоемкого оборудования и конструкций является источником опасных производственных факторов вследствие существующей возможности аварийного выхода из строя отдельных деталей и узлов.

Основной целью анализа надежности и связанной с ней безопасности производственного оборудования и устройств является уменьшение отказов (в первую очередь травмоопасных) и связанных с ними человеческих жертв, экономических потерь и нарушений в окружающей среде.

В настоящее время существует довольно много методов анализа надежности и безопасности. Так наиболее простым и традиционным для надежности является метод структурных схем. При этом объект представляется в виде системы отдельных элементов, для которых возможно и целесообразно определить показатели надежности. Структурные схемы применяются для расчета вероятности отказов при условии, что в каждом элементе одновременно возможен только один отказ. Подобные ограничения вызвали появление других методов анализа.

• Метод предварительного анализа опасности определяет опасности для системы и выявляет элементы для определения видов отказов при анализе последствий, а также для построения дерева отказов. Он является первым и необходимым шагом при любом исследовании.
• Анализ последствий по видам отказов ориентирован главным образом на аппаратуру и рассматривает все виды отказов по каждому элементу. Недостатки заключаются в больших затратах времени и в том, что часто не учитывается сочетание отказов и человеческого фактора.
• Анализ критичности определяет и классифицирует элементы для усовершенствования систем, однако часто не учитывает отказы с общей причиной взаимодействия систем.
• Анализ с помощью дерева событий применяется для определения основных последовательностей и альтернативных результатов отказов, но не пригоден при параллельной     последовательности событий            и для детального изучения.
• Анализ опасностей и работоспособности представляет расширенный вид анализа последствий по видам отказов, который включает причины и последствия изменений основных переменных параметров производства.
• Анализ типа «причина-последствие» хорошо демонстрирует последовательные цепи событий, достаточно гибок и насыщен, но слишком громоздкий и трудоемкий.

Наиболее распространенным методом, получившим широкое применение в различных отраслях, является анализ с помощью дерева отказов. Данный анализ четко ориентирован на отыскание отказов и при этом выявляет такие аспекты системы, которые имеют важное значение для рассматриваемых отказов. Одновременно обеспечивается графический, наглядный материал. Наглядность дает специалисту возможность глубоко проникнуть в процесс работы системы и в тоже время позволяет сосредотачиваться на отдельных конкретных ее отказах.

Главное преимущество дерева отказов по сравнению с другими методами заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы. В тоже время построение дерева отказов является определенным видом искусства в науке, поскольку нет аналитиков, которые бы составили два идентичных дерева отказов.

Чтобы отыскать и наглядно представить причинную взаимосвязь с помощью дерева отказов, необходимо использовать элементарные блоки, подразделяющие и связывающие большое число событий.

Таким образом, применяемые в настоящее время методы анализа надежности и безопасности оборудования и устройств, хотя и имеют определенные недостатки, все же позволяют достаточно эффективно определять причины различного рода отказов даже у сравнительно сложных систем. Последнее особенно актуально в связи с большой значимостью проблемы   возникновения   опасностей,   обусловленных  недостаточной надежностью технических объектов.

Надёжность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. ^[1]

Интуитивно надёжность объектов связывают с недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в «узком» смысле — свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Иначе говоря, надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле — комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.

Для количественной оценки надёжности используют так называемые единичные показатели надёжности (характеризуют только одно свойство надёжности) и комплексные показатели надёжности (характеризуют несколько свойств надёжности).

Основные определения

• Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.^[1]
• Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.^[1]
• Долговечность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния, то есть такого состояния, когда объект изымается из эксплуатации.
• Сохраняемость — свойство объекта сохранять работоспособность в течение всего периода хранения и транспортировки.
• Живучесть — свойство объекта сохранять работоспособность в экстремальных ситуациях.
• Достоверность
• Отказ — событие, заключающиеся в полной или частичной утрате работоспособности.
• Сбой — самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.^[2]
• Наработка — время или объём работы.^[3]
• Ресурс — наработка от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.
• Срок службы — календарная продолжительность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

Надёжность как наука

Надёжность как наука развивается в трёх направлениях:

1. Математическая теория надёжности занимается разработкой методов оценки надёжности и изучением закономерностей отказов.
2. Статистическая теория надёжности занимается сбором, хранением и обработкой статистических данных об отказах.
3. Физическая теория надёжности изучает физико-химические процессы, происходящие в объекте при различных воздействиях.

Теория надежности

Теория надежности является основой инженерной практики в области надежности технических изделий. Часто безотказность определяют как вероятность того, что изделие будет выполнять свои функции на определенном периоде времени при заданных условиях. Математически это можно записать следующим образом:

,

где — функция плотности времени наработки до отказа, а t – продолжительность периода времени функционирования изделия, в предположении, что изделие начинает работать в момент времени t=0. Теория надежности предполагает следующие четыре основных допущения:

• Отказ рассматривается как случайное событие. Причины отказов, соотношения между отказами (за исключением того, что вероятность отказа есть функция времени) задаются функцией распределения. Инженерный подход к надежности рассматривает вероятность безотказной работы как оценку на определенном статистическом доверительном уровне.
• Надежность системы тесно связана с понятием «заданная функция системы». В основном рассматривается режим работы без отказов. Однако, если в отдельных частях системы нет отказов, но система в целом не выполняет заданных функций, то это относится к техническим требованиям к системе, а не к показателям надежности.
• Надежность системы может рассматриваться на определенном отрезке времени. На практике это означает, что система имеет шанс (вероятность) функционировать это время без отказов. Характеристики (показатели) надежности гарантируют, что компоненты и материалы будут соответствовать требованиям на заданном отрезке времени. Поэтому иногда надежность в широком смысле слова означает свойство «гарантоспособности» [4]. В общем случае надежность относится к понятию «наработка», которое в зависимости от назначения системы и условий ее применения, определяет продолжительность или объем работы. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега в милях или километрах и т.п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков, выстрелов оружия и т.п.).
• Согласно определению, надежность рассматривается относительно заданных режимов и условий применения. Это ограничение необходимо, иначе невозможно создать систему, которая способна работать в любых условиях. Внешние условия функционирования системы должны быть известны на этапе проектирования. Например, Марсоход создавался совершенно для других условий эксплуатации, чем семейный автомобиль.

Программа обеспечения надежности

Для достижения необходимой надежности могут быть использованы различные методы и средства. Каждая система предполагает свой уровень допустимой надежности, так как последствия отказов различных систем могут значительно различаться. Так, надежность точилки для карандашей может превышать надежность пассажирского самолета, однако последствия и стоимость их отказов сложно сравнить.

Программа обеспечения надежности (ПОН) является документом, который определяет организационно-технические требования и мероприятия (задачи, методы, средства анализа и испытаний), направленные на обеспечение заданных требований к надежности, а также уточняет требования заказчика по определению и контролю надежности. Определение надежности (reliability assessment) заключается в определении численных значений показателей надежности изделия. Контроль надежности (reliability verification) состоит в проверке соответствия изделия заданным требованиям по надежности [ГОСТ 27.002-89]. Различают расчетный, расчетно-экспериментальный и экспериментальный методы определения и контроля надежности.

В расчетном методе определения надежности расчет надежности основан на использовании показателей надежности по справочным данным о надежности элементов, по данным о надежности изделий-аналогов и другой информации, имеющейся к моменту оценки надежности. Расчетно-экспериментальный метод определения надежности (Analytical-experimental reliability assessment) основан на процедуре определения показателей надежности элементов экспериментальным методом, а показателей надежности системы в целом – с использованием математической модели. Экспериментальный метод определения надежности (Experimental reliability assessment) основан на статистической обработке данных, получаемых при испытаниях или эксплуатации системы или ее составных частей и элементов.

ПОН разрабатывается на ранних стадиях проектирования и реализуется на всех этапах жизненного цикла изделия. В техническом плане основным объектом ПОН является оценивание и достижение готовности и стоимости эксплуатации (затраты на запасные части, техническое обслуживание и ремонт, транспортные услуги и т.п.). Зачастую требуется нахождение компромисса между высокой готовностью и затратами, или например, поиск максимального отношения «готовность/стоимость». В ПОН рассматриваются порядок и условия проведения испытаний на надежность, критерии их завершения и принятия решений по результатам испытаний.

Нормирование надежности

Для любой системы одной из первых инженерных задач надежности является адекватное нормирование показателей надежности, например в терминах требуемой готовности. Нормирование надежности — это установление в проектной или иной документации количественных и качественных требований к надежности. Требования по надежности относятся как к самой системе и ее составным частям, так и к планам испытаний, к точности и достоверности исходных данных, формулированию критериев отказов, повреждений и предельных состояний, к методам контроля надежности на всех этапах жизненного цикла изделия. Например, требования по ремонтопригодности могут включать в себя показатели стоимости и времени восстановления. Оценивание эффективности процессов технического обслуживания и ремонта является частью процесса FRACAS (failure reporting, analysis and corrective action system – система отчетов об отказах, анализа и коррекции действий).

Прогнозирование и повышение надежности

Прогнозирование надежности (reliability prediction) включает в себя разработку соответствующих расчетных моделей для каждого показателя надежности системы и оценивание входных параметров этой модели в виде параметров надежности компонентов этой систем для решения конечной задачи – оценки выходных параметров надежности системы. Разработка расчетных моделей является частью общего процесса идентификации объекта, который включает в себя получение и анализ информации о критериях качества функционирования, отказов и предельных состояниях, структуре объекта, составе и взаимодействии элементов. Параметры модели надежности компонентов учитывают их уровни нагруженности, возможные режимы эксплуатации.

Прогнозирование надежности является одной из наиболее общепринятых форм анализа надежности (reliability analysis). Прогнозирование надежности используется для оценивания проектных возможностей системы, сравнения альтернативных проектных решений, определения областей потенциальных отказов и контроля процессов повышения надежности.

Прогнозирование надежности играет большую роль в инженерной практике, в том числе и при планировании мероприятий по повышению показателей надежности. Повышение надежности может быть осуществлено как при проектировании, так и при производстве объекта, а также непосредственно при его эксплуатации. Основными методами повышения надежности являются резервирование, уменьшение интенсивности отказов элементов, уменьшение среднего времени восстановления, мероприятия по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта.

Прогнозирование надежности позволяет также обосновать объем и номенклатуру запасных элементов.

Существуют справочники и стандарты (например, MIL-HDBK-217, Bellcore/Telcordia для электронных изделий, NSWC для механических устройств), которые позволяют сформировать данные об интенсивности отказов или средней наработки между отказами (MTBF), которые используются в качестве входных параметров математической модели надежности системы. Для создания математической модели надежности технических систем наиболее часто используются программные средства, реализующие такие технологии, как анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО), структурные схемы надежности (ССН) или деревья неисправностей. Прогнозирование надежности позволяет также обосновать объем и номенклатуру запасных элементов.

Параметры системной надежности

При анализе параметров системной надежности учитывается структура системы, состав и взаимодействие входящих в нее элементов, возможность перестройки структуры и алгоритмов ее функционирования при отказах отдельных элементов.

Наиболее часто в инженерной практике рассматривают последовательное, параллельное, смешанной (последовательно- параллельное и параллельно-последовательное) соединение элементов, а также схемы типа «K из N», мостиковые соединения.

По возможности восстановления и обслуживания системы подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые, обслуживаемы е и необслуживаемые. По режиму применения (функционирования) – на системы непрерывного, многократного (циклического) и однократного применения.

В основном в качестве параметра надежности используется среднее время до отказа (MTTF), которое может быть определено через интенсивность отказов или через число отказов на заданном отрезке времени. Интенсивность отказов математически определяется как условная плотность вероятности возникновения отказа изделия при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не произошел. При увеличении интенсивности отказов, среднее время до отказа уменьшается, надежность изделия падает. Обычно среднее время до отказа измеряется в часах, но также может выражаться в таких единицах как циклы и мили.

В других случаях надежность может выражаться через вероятность выполнения задачи. Например, надежность полетов гражданской авиации может быть безразмерной, или иметь размерность в процентах, как это делается в практике системной безопасности. В отдельных случаях успешным результатом системы может являться единоразовое срабатывание. Это актуально для систем, которые рассчитаны на срабатывание всего 1 раз: например, подушки безопасности в автомобиле. В этом случае задается вероятность срабатывания или, как, например, для ракет, вероятность попадания в цель. Для таких систем мерой надежности является вероятность срабатывания. Для восстанавливаемых систем может задаваться такой параметр, как среднее время восстановления (ремонта) и время проверки (тестирования).Часто параметры надежности задаются в виде соответствующих статистических доверительных интервалов.

Моделирование надежности

Моделирование надежности – это процесс прогнозирования или исследования надежности компонент или системы до ее ввода в эксплуатацию. Наиболее часто для моделирования надежности систем используются методы анализа деревьев неисправностей и структурных схем надежности. Входные параметры для моделирования надежности систем могут быть получены из разных источников, то есть из справочников, отчетов об испытаниях и эксплуатации и т.п. В любом случае, данные должны быть использованы с большой осторожностью, так как прогнозы верны только тогда, когда данные получены при тех же условиях, при которых компоненты будут применяться в системе.

Часть данных о прогнозировании может быть получена по результатам исследований двух основных видов:

• анализа физики отказов, при котором исследуются механизмы возникновения отказов, например, механизм усталостного разрушения или деградации от химической коррозии;
• анализа результатов стресс-испытаний, эмпирического метода, при котором подсчитывается число компонентов системы, отказавших при разных уровнях внешнего воздействия.

Для систем, в которых точно можно определить время отказа (что не дано для систем с плавающими параметрами), может быть определена эмпирическая функция распределения времени отказа Это делается чаще всего при проведении испытаний с повышенным уровнем стресса (ускоренные испытания). Эти испытания делятся на две основные категории:

• определение распределения отказов ранней стадии эксплуатации при наблюдении снижающейся интенсивности отказов, что является первой частью ванно-образной кривой интенсивности отказов. Здесь обычно используют умеренный уровень нагрузок. Они прикладываются на ограниченном отрезке времени, который называют временем цензурирования. Именно поэтому здесь определяется только часть функции распределения.
• безотказовые наблюдения (нулевые эксперименты), которые дают возможность получить лишь ограниченную информацию о распределении отказов. В этом случае испытания проводятся на коротком отрезке времени на малой по объему выборке, что позволяет получить только верхнюю границу оценки интенсивности отказов. Во всяком случае, это удобно для заказчика.

Для исследования средней части распределения, которая чаще всего определяется свойствами материалов, необходимо применять повышенные нагрузки на достаточно малом отрезке времени. В таких видах ускоренных испытаний применяются несколько степеней нагрузки. Часто эмпирическое распределение этих отказов параметризируется законом Вейбулла или лог-нормальным распределением.

Общей практикой моделирования «ранней» интенсивности отказов является использование экспоненциального распределения. Это менее сложная модель для распределения времени отказа, содержащая только один параметр – постоянную интенсивность отказов. В этом случае для в качестве критерия согласия может быть использован критерий хи-квадрат для оценки постоянства интенсивности отказов. По сравнению с уменьшающейся интенсивностью отказов это довольно пессимистическая модель и требует проведения анализа чувствительности.

Надежность на этапе проектирования

Надежность на этапе проектирования является новой дисциплиной и относится к процессу разработки надежных изделий. Этот процесс включает в себя несколько инструментов и практических рекомендаций и описывает порядок их применения, которыми должна владеть организация для обеспечения высокой надежности и ремонтопригодности разрабатываемого продукта с целью достижения высоких показателей готовности, снижения затрат и максимального срока службы продукта. Как правило, первым шагом в этом направлении является нормирование показателей надежности. Надежность должна быть «спроектирована» в системе. При проектировании системы назначаются требования к надежности верхнего уровня, затем они разделяются на определенные подсистемы разработчиками, конструкторами и инженерами по надежности, работающими вместе. Проектирование надежности начинается с разработки модели. При этом используют структурные схемы надежности или деревья неисправностей, при помощи которых представляется взаимоотношение между различными частями (компонентами) системы.

Одной из наиболее важных технологий проектирования является введение избыточности или резервирование. Резервирование – это способ обеспечения надежности изделия за счет дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций (ГОСТ 27.002). Путем введения избыточности совместно с хорошо организованным мониторингом отказов, даже системы с низкой надежностью по одному каналу могут в целом обладать высоким уровнем надежности. Однако, введение избыточности на высоком уровне в сложной системе (например, на уровне двигателя самолета) очень сложно и дорого, что ограничивает такое резервирование. На более низком уровне системы резервирование реализуется быстро и просто, например, использование дополнительного соединения болтом.

Существует много методик анализа надежности, специфических для отдельных отраслей промышленности и приложений. Наиболее общие из них следующие.

• Анализ видов и последствий отказов (АВПО)
• Имитационное моделирование надежности
• Анализ опасностей (Hazard analysis)
• Анализ структурных схем надежности (RBD)
• Анализ деревьев неисправностей
• Ускоренные испытания
• Модели ускорения жизни
• Модели деградации
• Анализ роста надежности
• Вейбулл-анализ (анализ эмпирических данных испытаний и эксплуатации)
• Анализ смеси распределений
• Устранение критичных отказов
• Анализ ремонтопригодности, ориентированной на безотказность
• Анализ диагностики отказов
• Анализ ошибок человека-оператора

Инженерные исследования проводятся для определения оптимального баланса между надежностью и другими требованиями и ограничениями. Существенную помощь при инженерном анализе надежности могут оказать программные комплексы для расчета надежности.

Испытания на надежность

Испытания на надёжность проводятся для того, чтобы на более ранних этапах жизненного цикла изделия обнаружить потенциальные проблемы, обеспечить уверенность, что система будет отвечать заданным требованиям.

Испытания на надежность могут проводится на разных уровнях. Сложные системы могут испытываться на уровне компонент, устройств, подсистем и всей системы в целом. Например, испытания компонент на воздействие внешних факторов может выявить проблемы перед тем, как они будут обнаружены на более высоком уровне интеграции. Проведение испытаний на каждом уровне интеграции до испытания всей системы с одновременным развитием программы испытаний позволяет снизить риск неудачи такой программы. Расчет надежности производится на каждом уровне испытаний. При этом часто используются такие методы как анализ роста надежности и системы отчета и анализа отказов и корректирующих действий (FRACAS). Недостатками таких испытаний являются время и затраты. Заказчики могут пойти на некоторый риск и отказаться от испытаний на более низких уровнях.

Некоторые системы принципиально не могут подвергаться испытаниям, например, из-за чрезмерно большого числа различных тестов или жестких ограничений по времени и затратам. В таких случаях могут быть использованы ускоренные испытания, методы планирования экспериментов и моделирование.

Отметим, что сегодня все чаще и чаще применяются так называемые ускоренные испытания в динамически меняющейся среде для оценивания качества и надежности высококачественной и высоконадежной продукции, в том числе и структурно-сложных систем с учетом их старения, усталости, износа и деградации в ходе их эксплуатации. Для этого за последние двадцать лет в статистике ускоренных испытаний разработаны специальные модели ускорения жизни (см., например,Nelson (1990), Meeker and Escobar (1998), Singpurvalla (1995)), которые хорошо адаптированы для статистического анализа данных об отказах, наблюденных как при меняющихся во времени стрессах (нагрузках, ковариантах), так и при наличии деградационных процессов, которые также могут зависеть от этих стрессов.

Надежность и безопасность

Надежность в инженерной практике отличается от безопасности отношением к видам опасностей, с которыми она имеет дело. Надежность в технике главным образом связана с определением стоимостных показателей. Они относятся к тем опасностям в смысле надежности, которые могут перерасти в аварии с частичной потерей доходов для компании или заказчика. Это может произойти из-за потери по причине неготовности системы, неожиданно высоких затрат на запасные части и ремонт, перерывов в нормальной работе и т.п. Безопасность относится к тем случаям проявления опасности, которые могут привести к потенциально тяжелым авариям. Требования по безопасности функционально связаны с требованиями по надежности, но характеризуются более высокой ответственностью. Безопасность имеет дело с нежелательными опасными событиями для жизни людей и окружающей среды в том же смысле, что и надежность но не связана напрямую со стоимостными показателями и не относится к действиям по восстановлению после отказов и аварий. У безопасности другой уровень важности отказов в обществе и контроля со стороны государства. Безопасность часто контролируется государством (например, атомная промышленность, космос, оборона, железные дороги и нефтегазовый сектор).

Отказоустойчивость

Надежность может быть увеличена при использовании резервирования «2 из 2» на уровне компонент или системы, но это может привести к снижению безопасности за счет увеличения вероятности ложной тревоги (например, ложное срабатывание тормозной системы поезда). Отказоустойчивые мажоритарные системы (логика голосования «2 из 3») может увеличить как надежность, так и безопасность на системном уровне. Такие методы являются общей практикой в аэрокосмических системах, в которых требуется постоянная готовность и недопустимость опасных отказов

Оценка надежности техники при эксплуатации

После того, как система изготовлена, осуществляется мониторинг ее надежности, оцениваются и корректируются недоработки и недостатки. Мониторинг включает в себя электронное и визуальное наблюдение за критическими параметрами, выявленными на стадии проектирования при разработке дерева неисправностей. Для обеспечения заданной надежности системы данные постоянно анализируются, используя статистические методы, такие как Вейбулл-анализ и линейная регрессия. Данные о надежности и оценки параметров являются ключевыми входами для модели системной логистики.

Одним из наиболее общих методов для оценивания надежности техники при эксплуатации являются системы отчетов, анализа и коррекции действий (FRACAS). Систематический подход к оцениванию надежности, безопасности и логистики основан на отчетах об отказах и авариях, менеджменте, анализе корректирующих/предупреждающих действий.

Организация работ по надежности

Системы любой сложности разрабатываются организациями, такими как коммерческие компании или государственные учреждения. Организация работ по надежности (инжиниринг надежности) должна быть согласована со структурой компаний или учреждений. Для небольших компаний работы по надежности могут быть неформальными. С ростом сложности задач возникает необходимость формализации функций по обеспечению надежности. Так как надежность важна для заказчика, заказчик должен видеть некоторые аспекты организации этих работ.

Существует несколько типов организации работ по надежности. Менеджер проекта или главный инженер проекта может иметь в непосредственном подчинении одного или более инженеров по надежности. В более крупных организациях обычно образуется отдельное структурное подразделение, которое занимается анализом надежности, ремонтопригодности, качества, безопасности, человеческого фактора, логистикой. Так как работа по обеспечению надежности особенно важна на этапе проектирования, часто инженеры по надежности или соответствующие структуры интегрированы с проектными подразделениями.

В отдельных случаях компания создает независимую структуру, которая занимается организацией работ по надежности.

Обучение инженеров по надежности

Некоторые высшие учебные заведения подготавливают инженеров по надежности. Другой формой подготовки специалистов в области надежности могут быть аккредитованные при высших учебных заведениях или колледжах учебные программы или курсы. Инженер по надежности может иметь профессиональный диплом именно по надежности, но для большинства работодателей это не требуется. Проводятся многочисленные профессиональные конференции, реализуются отраслевые программы подготовки кадров по вопросам надежности. К международным организациям инженеров и ученых в области надежности относятся IEEE Reliability Society, American Society for Quality (ASQ) и Society of Reliability Engineers (SRE).

См. также

• Прочность
• Показатели надёжности
• Расчёт надёжности

Литература

• Вентцель Е.С. Теория вероятностей. -М.:1969.
• Надежность технических систем/ Под ред. И.А.Ушакова. –М.:1985.
• Надежность и эффективность в технике: Справочник. В 10 т. –М.: Машиностроение, 1990.
• Рябинин И. А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. СПб.: Издательство Санкт-Петербургского университета, 2007 г., 278 с.
• Рябинин И. А. «История возникновения, становления и развития логико-вероятностного анализа в мире» в сборнике «Моделирование и Анализ Безопасности и Риска в Сложных Системах: Труды Международной научной школы МА БР — 2011»
• Рябинин И. А., Струков А.В. — «Кратко аннотированный список публикаций зарубежный периодический изданий по вопросам оценивания надежности структурно-сложных систем» в сборнике «Моделирование и Анализ Безопасности и Риска в Сложных Системах: Труды Международной научной школы МА БР — 2011».
• Струков А.В. «Анализ международных и российских стандартов в области надежности, риска и безопасности».
• A.Avizienis, J.-C. Laprie and B. Randell «Fundamental Concepts of Dependability». Research Report No 1145, LAAS-CNRS, April 2001
• Nelson W. Accelerated Testing: Statistical Models, Test Plans, and Data Analysis.- New York: J.Wiley and Sons,(1990).
• Meeker W.Q., Escobar, L.A. Statistical Methods for Reliability Data.- New York: J.Wiley and Sons,(1998).
• Singpurvalla N. Survival in Dynamic Environments. «Statistical Science», (1995), v.1, 10, p.86-103.
• Bagdonavicius V.B., Nikulin, M.S. Accelerated Life Models: Modeling and Statistical Analysis.- Boca Raton: Chapman&Hall/CRC, 2002.
• Антонов А.В., Никулин М.С. Статистические модели в теории надежности. М.: Абрис: 2012.

Ссылки

• Струков А.В. «Анализ международных и российских стандартов в области надежности, риска и безопасности».

Примечания

Настоящий стандарт устанавливает основные понятия, термины и определения понятий в области надежности.

Настоящий стандарт распространяется на технические объекты (далее — объекты).

Термины, устанавливаемые настоящим стандартом, обязательны для применения во всех видах документации и литературы, входящих в сферу действия стандартизации или использующих результаты этой деятельности.

Настоящий стандарт должен применяться совместно с ГОСТ 18322.

1. Стандартизованные термины с определениями приведены в табл. 1.

2. Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина не допускается.

2.1. Для отдельных стандартизованных терминов в табл. 1 приведены в качестве справочных краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.

2.2. Приведенные определения можно при необходимости изменять, вводя в них производные признаки, раскрывая значение используемых в них терминов, указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в данном стандарте.

2.3. В случаях, когда в термине содержатся все необходимые и достаточные признаки понятия, определение не приведено и в графе «Определение» поставлен прочерк.

2.4. В табл. 1 в качестве справочных приведены эквиваленты стандартизованных терминов на английском языке.

3. Алфавитные указатели содержащихся в стандарте терминов на русском языке и их английских эквивалентов приведены в табл. 2-3^[1].

4. Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма — светлым.

5. В приложении даны пояснения к терминам, приведенным в настоящем стандарте.

Термин	Определение
1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ[править]
1.1. Надежность Reliability, dependability	Свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Примечание. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств
1.2. Безотказность Reliability, failure-free operation	Свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки
1.3. Долговечность Durability, longevity	Свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта
1.4. Ремонтопригодность Maintainability	Свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта
1.5. Сохраняемость Storability	Свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования
2. СОСТОЯНИЕ[править]
2.1. Исправное состояние Исправность Good state	Состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
2.2. Неисправное состояние Неисправность Fault, faulty state	Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
2.3. Работоспособное состояние Работоспособность Up state	Состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
2.4. Неработоспособное состояние Неработоспособность Down state	Состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Примечание. Для сложных объектов возможно деление их неработоспособных состояний. При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично неработоспособные состояния, при которых объект способен частично выполнять требуемые функции
2.5. Предельное состояние Limiting state	Состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно
2.6. Критерий предельного состояния Limiting state criterion	Признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией. Примечание. В зависимости от условий эксплуатации для одного и того же объекта могут быть установлены два и более критериев предельного состояния
3. ДЕФЕКТЫ, ПОВРЕЖДЕНИЯ, ОТКАЗЫ[править]
3.1. Дефект Defect	По ГОСТ 15467: «Каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям»
3.2. Повреждение Damage	Событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния
3.3. Отказ Failure	Событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта
3.4. Критерий отказа Failure criterion	Признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
3.5. Причина отказа Failure cause	Явления, процессы, события и состояния, вызвавшие возникновение отказа объекта
3.6. Последствия отказа Failure effect	Явления, процессы, события и состояния, обусловленные возникновением отказа объекта
3.7. Критичность отказа Failure criticality	Совокупность признаков, характеризующих последствия отказа. ‘Примечание. Классификация отказов по критичности (например по уровню прямых и косвенных потерь, связанных с наступлением отказа, или по трудоемкости восстановления после отказа) устанавливается нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией по согласованию с заказчиком на основании технико-экономических соображений и соображений безопасности
3.8. Ресурсный отказ Marginal failure	Отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния
3.9. Независимый отказ Primary failure	Отказ, не обусловленный другими отказами
3.10. Зависимый отказ Secondary failure	Отказ, обусловленный другими отказами
3.11. Внезапный отказ Sudden failure	Отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта
3.12. Постепенный отказ Gradual failure	Отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта
3.13. Сбой Interruption	Самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора
3.14. Перемежающийся отказ Intermittent failure	Многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера
3.15. Явный отказ Explicit failure	Отказ, обнаруживаемый визуально ила штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению
3.16. Скрытый отказ Latent failure	Отказ, не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики
3.17. Конструктивный отказ Design failure	Отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования и конструирования
3.18. Производственный отказ Manufacturing failure	Отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии
3.19. Эксплуатационный отказ Misuse failure, mishandling failure	Отказ, возникший по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации
3.20. Деградационный отказ Wear-out failure, ageing failure	Отказ, обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления в эксплуатации
4. ВРЕМЕННЫЕ ПОНЯТИЯ[править]
4.1. Наработка Operating time	Продолжительность или объем работы объекта. Примечание. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т. п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков и т. п.).
4.2. Наработка до отказа Operating time to failure	Наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа
4.3. Наработка между отказами Operating time between failures	Наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа
4.4. Время восстановления Restoration time	Продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта
4.5. Ресурс Useful life, life	Суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние
4.6. Срок службы Useful lifetime, lifetime	Календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние
4.7. Срок сохраняемости Storability time, shelf life	Календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение которой сохраняются в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции. Примечание. По истечении срока сохраняемости объект должен соответствовать требованиям безотказности, долговечности и ремонтопригодности, установленным нормативно-технической документацией на объект
4.8. Остаточный ресурс Residual life	Суммарная наработка объекта от момента контроля его технического состояния до перехода в предельное состояние. Примечание. Аналогично вводятся понятия остаточной наработки до отказа, остаточного срока службы и остаточного срока хранения
4.9. Назначенный ресурс Assigned operating time	Суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния
4.10. Назначенный срок службы Assigned lifetime	Календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния
4.11. Назначенный срок хранения Assigned storage time	Календарная продолжительность хранения, при достижении которой хранение объекта должно быть прекращено независимо от его технического состояния. Примечание к терминам 4.9.–4.11. По истечении назначенного ресурса (срока службы, срока хранения) объект должен быть изъят из эксплуатации и должно быть принято решение, предусмотренное соответствующей нормативно-технической документацией — направление в ремонт, списание, уничтожение, проверка и установление нового назначенного срока и т. д.
5. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ[править]
5.1. Техническое обслуживание Maintenance	По ГОСТ 18322: «Комплекс операций или операция по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании»
5.2. Восстановление Restoration, recovery	Процесс перевода объекта в работоспособное состояние из неработоспособного состояния
5.3. Ремонт Repair	По ГОСТ 18322: «Комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности изделий и восстановлению ресурсов изделий или их составных частей»
5.4. Обслуживаемый объект Maintainable item	Объект, для которого проведение технического обслуживания предусмотрело нормативно-технической документацией и (или) конструкторской (проектной) документацией
5.5 Необслуживаемый объект Nonmaintainable item	Объект, для которого проведение технического обслуживания не предусмотрено нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией
5.6. Восстанавливаемый объект Restorable item	Объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
5.7. Невосстанавливаемый объект Nonrestorable item	Объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния не предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации
5.8. Ремонтируемый объект Repairable item	Объект, ремонт которого возможен и предусмотрен нормативно-технической, ремонтной и (или) конструкторской (проектной) документацией
5.9. Неремонтируемый объект Nonrepairable item	Объект, ремонт которого не возможен или не предусмотрен нормативно-технической, ремонтной и (или) конструкторской (проектной) документацией
6. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ[править]
6.1. Показатель надежности’ Reliability measure	Количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта
6.2. Единичный показатель надежности’ Simple reliability measure	Показатель надежности, характеризующий одно из свойств, составляющих надежность объекта
6.3. Комплексный показатель надежности’ Integrated reliability measure	Показатель надежности, характеризующий несколько свойств, составляющих надежность объекта
6.4. Расчетный показатель надежности’ Predicted reliability measure	Показатель надежности, значения которого определяются расчетным методом
6.5. Экспериментальный показатель надежности’ Assessed reliability measure	Показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется по данным испытаний
6.6. Эксплуатационный показатель надежности’ Observed reliability measure	Показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется по данным эксплуатации
6.7. Экстраполированный показатель надежности’ Extrapolated reliability measure	Показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого определяется на основании результатов расчетов, испытаний и (или) эксплуатационных данных путем экстраполирования на другую продолжительность эксплуатации и другие условия эксплуатации
ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОТКАЗНОСТИ[править]
6.8. Вероятность безотказной работы Reliability function, survival function	Вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет
6.9. Гамма-процентная наработка до отказа Gamma-percentile operating time to failure	Наработка, в течение которой отказ объекта не возникнет с вероятностью , выраженной в процентах
6.10 Средняя наработка до отказа Mean operating time to failure	Математическое ожидание наработки объекта до первого отказа
6.11. Средняя наработка на отказ Наработка на отказ Mean operating time between failures	Отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки
6.12. Интенсивность отказов Failure rate	Условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник
6.13. Параметр потока отказов Failure intensity	Отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки
6.14. Осредненный параметр потока отказов Mean failure intensity	Отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за конечную наработку к значению этой наработки. Примечание к терминам 6.8–6.14. Все показатели безотказности (как приводимые ниже другие показатели надежности) определены как вероятностные характеристики. Их статистические аналоги определяют методами математической статистики
ПОКАЗАТЕЛИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ[править]
6.15. Гамма-процентный ресурс Gamma-percentile life	Суммарная наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью , выраженной в процентах
6.16. Средний ресурс Mean life, mean useful life	Математическое ожидание ресурса
6.17. Гамма-процентный срок службы Gamma-percentile lifetime	Календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью , выраженной в процентах
6.18. Средний срок службы Mean lifetime	Математическое ожидание срока службы. Примечание к терминам 6.15–6.18. При использовании показателей долговечности следует указывать начало отсчета и вид действий после наступления предельного состояния (например гамма-процентный ресурс от второго капитального ремонта до списания). Показатели долговечности, отсчитываемые от ввода объекта в эксплуатацию до окончательного снятия с эксплуатации, называются гамма-процентный полный ресурс (срок службы), средний полный ресурс (срок службы)
ПОКАЗАТЕЛИ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ[править]
6.19. Вероятность восстановления Probability of restoration, maintainability function	Вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданное значение
6.20. Гамма-процентное время восстановления Gamma-percentile restoration time	Время, в течение которого восстановление работоспособности объекта будет осуществлено с вероятностью , выраженной в процентах
6.21. Среднее время восстановления Mean restoration time	Математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа
6.22. Интенсивность восстановления (Instantaneous) restoration rate	Условная плотность вероятности восстановления работоспособного состояния объекта, определенная для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента восстановление не было завершено
6.23. Средняя трудоемкость восстановления Mean restoration man-hours, mean maintenance man-hours	Математическое ожидание трудоемкости восстановления объекта после отказа. Примечание к терминам 6.19-6.23. Затраты времени и труда на проведение технического обслуживания и ремонтов с учетом конструктивных особенностей объекта, его технического состояния и условий эксплуатации характеризуются оперативными показателями ремонтопригодности
ПОКАЗАТЕЛИ СОХРАНЯЕМОСТИ[править]
6.24. Гамма-процентный срок сохраняемости Gamma-percentile storage time	Срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью , выраженной в процентах
6.25. Средний срок сохраняемости Mean storage time	Математическое ожидание срока сохраняемости
КОМПЛЕКСНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ[править]
6.26. Коэффициент готовности (Instantaneous) availability function	Вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается
6.27. Коэффициент оперативной готовности Operational availability function	Вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается, и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени
6.28. Коэффициент технического использования Steady state availability factor	Отношение математического ожидания суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к математическому ожиданию суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом за тот же период
6.29. Коэффициент сохранения эффективности Efficiency ratio	Отношение значения показателя эффективности использования объекта по назначению за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы объекта в течение того же периода не возникают
7. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ[править]
7.1. Резервирование Redundancy	Способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функции
7.2. Резерв Reserve	Совокупность дополнительных средств и (или) возможностей, используемых для резервирования
7.3. Основной элемент Major element	Элемент объекта, необходимый для выполнения требуемых функций без использования резерва
7.4. Резервируемый элемент Element under redundancy	Основной элемент, на случай отказа которого в объекте предусмотрены одни или несколько резервных элементов
7.5. Резервный элемент Redundant element	Элемент, предназначенный для выполнения функции основного элемента в случае отказа последнего
7.6. Кратность резерва Redundancy ratio	Отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими элементов, выраженное несокращенной дробью
7.7. Дублирование Duplication	Резервирование с кратностью резерва один к одному
7.8. Нагруженный резерв Active reserve, loaded reserve	Резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в режиме основного элемента
7.9. Облегченный резерв Reduced reserve	Резерв, который содержит один пли несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной элемент
7.10. Ненагруженный резерв Standby reserve, unloaded reserve	Резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения ими функции основного элемента
7.11. Общее резервирование Whole system redundancy	Резервирование, при котором резервируется объект в целом
7.12. Раздельное резервирование Segregated redundancy	Резервирование, при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы
7.13. Постоянное резервирование Continuous redundancy	Резервирование, при котором используется нагруженный резерв и при отказе любого элемента в резервированной группе выполнение объектом требуемых функций обеспечивается оставшимися элементами без переключений
7.14. Резервирование замещением Standby redundancy	Резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента
7.15. Скользящее резервирование Sliding redundancy	Резервирование замещением, при котором группа основных элементов резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый аз которых может заменить любой из отказавших элементов данной группы
7.16. Смешанное резервирование Combined redundancy	Сочетание различных видов резервирования в одном и том же объекте
7.17. Резервирование с восстановлением Redundancy with restoration	Резервирование, при котором восстановление отказавших основных и (или) резервных элементов технически возможно без нарушения работоспособности объекта в целом и предусмотрено эксплуатационной документацией
7.18. Резервирование без восстановления Redundancy without restoration	Резервирование, при котором восстановление отказавших основных и (или) резервных элементов технически невозможно без нарушения работоспособности объекта в целом и (или) не предусмотрено эксплуатационной документацией
7.19. Вероятность успешного перехода на резерв Probability of successful redundancy	Вероятность того, что переход на резерв произойдет без отказа объекта, т. е. произойдет за время, не превышающее допустимого значения перерыва в функционировании и (или) без снижения качества функционирования
8. НОРМИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ[править]
8.1. Нормирование надежности Reliability specification	Установление в нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной) документации количественных и качественных требований к надежности Примечание. Нормирование надежности включает выбор номенклатуры нормируемых показателей надежности; технико-экономическое обоснование значений показателей надежности объекта и его составных частей; задание требований к точности и достоверности исходных данных; формулирование критериев отказов, повреждений и предельных состояний; задание требований к методам контроля надежности на всех этапах жизненного цикла объекта
8.2. Нормируемый показатель надежности Specified reliability measure	Показатель надежности, значение которого регламентировано нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией на объект. Примечание. В качестве нормируемых показателей надежности могут быть использованы один или несколько показателей, включенных а настоящий стандарт, в зависимости от назначения объекта, степени его ответственности, условий эксплуатации, последствий возможных отказов, ограничений на затраты, а также от соотношения затрат на обеспечение надежности объекта и затрат на его техническое обслужившие и ремонт. По согласованию между заказчиком и разработчиком (изготовителем) допускается нормировать показатели надежности, не включенные в настоящий стандарт, которые не противоречат определениям показателей настоящего стандарта. Значения нормируемых показателей надежности учитывают, в частности, при назначении цены объекта, гарантийного срока и гарантийной наработки
9. ОБЕСПЕЧЕНИЕ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ НАДЕЖНОСТИ[править]
9.1. Программа обеспечения надежности Reliability support programme	Документ, устанавливающий комплекс взаимосвязанных организационно-технических требований и мероприятий, подлежащих проведению на определенных стадиях жизненного цикла объекта и направленных на обеспечение заданных требований к надежности и (или) на повышение надежности
9.2. Определение надежности Reliability assessment	Определение численных значений показателей надежности объекта
9.3. Контроль надежности Reliability verification	Проверка соответствия объекта заданным требованиям к надежности
9.4. Расчетный метод определения надежности Analytical reliability assessment	Метод, основанный на вычислении показателей надежности по справочным данным о надежности компонентов и комплектующих элементов объекта, по данным о надежности объекта, по данным о свойствах материалов и другой информации, имеющейся к моменту оценки надежности
9.5. Расчетно-экспериментальный метод определения надежности Analytical-experimental reliability assessment	Метод, при котором показатели надежности всех или некоторых составных частей объектов определяют по результатам испытаний и (или) эксплуатации, а показатели надежности объекта в целом рассчитывают по математической модели
9.6. Экспериментальный метод определения надежности Experimental reliability assessment	Метод, основанный на статистической обработке данных, получаемых при испытаниях или эксплуатации объекта в целом Примечание к терминам 9.4-9.6. Аналогично определяют соответствующие методы контроля надежности
10. ИСПЫТАНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ[править]
10.1. Испытания на надежность Reliability test	По ГОСТ 16504: «Испытания, проводимые для определения показателей надежности в заданных условиях» Примечание. В зависимости от исследуемого свойства различают испытания на безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость и долговечность (ресурсные испытания)
10.2. Определительные испытания на надежность Determination test	Испытания, проводимые для определения показателей надежности с заданными точностью и достоверностью
10.3. Контрольные испытания на надежность Compliance test	Испытания, проводимые для контроля показателей надежности
10.4. Лабораторные испытания на надежность Laboratory test	Испытания, проводимые в лабораторных или в заводских условиях
10.5. Эксплуатационные испытания на надежность Field test	Испытания, проводимые в условиях эксплуатации объекта
10.6. Нормальные испытания на надежность Normal test	Лабораторные (стендовый) испытания, методы и условия проведения которых максимально приближены к эксплуатационным для объекта
10.7. Ускоренные испытания на надежность Accelerated test	Лабораторные (стендовые) испытания, методы и условия проведения которых обеспечивают получение информации о надежности в более короткий срок, чем при нормальных испытаниях
10.8. План испытаний на надежность Reliability test programme	Совокупность правил, устанавливающих объем выборки, порядок проведения испытаний, критерии их завершения и принятии решений по результатам испытаний
10.9. Объем испытаний на надежность Scope of reliability	Характеристика плана испытаний на надежность, включающая число испытываемых образцов, суммарную продолжительность испытаний в единицах наработки и числа серий испытаний

ПРИЛОЖЕНИЕ (Справочное)[править]

ПОЯСНЕНИЯ К ТЕРМИНАМ, ПРИВЕДЕННЫМ В СТАНДАРТЕ[править]

К термину «Надежность» (п. 1.1)

Терминология по надежности в технике распространяется на любые технические объекты — изделия, сооружения и системы, а также их подсистемы, рассматриваемые с точки зрения надежности на этапах проектирования, производства, испытании, эксплуатации и ремонта. В качестве подсистем могут рассматриваться сборочные единицы, детали, компоненты или элементы. При необходимости в понятие «объект» могут быть включены информация и ее носители, а также человеческий фактор (например при рассмотрении надежности системы «машина-оператор»). Понятие «эксплуатация» включает в себя, помимо применения по назначению, техническое обслуживание, ремонт, хранение и транспортирование.

Термин «объект» может относиться к конкретному объекту, и к одному из представителей, в частности, к наугад выбранному представителю из серии, партии или статистической выборки однотипных объектов. На стадии разработки термин «объект» применяется к наугад выбранному представителю из генеральной совокупности объектов.

Границ понятия «надежность» не изменяет следующее определение: надежность — свойство объекта сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Это определение применяют тогда, когда параметрическое описание нецелесообразно (например для простейших объектов, работоспособность которых, характеризуется по типу «да—нет») или невозможно (например для систем «машина—оператор», т. е. таких систем, не все свойства которых могут быть характеризованы количественно).

К параметрам, характеризующим способность выполнять требуемые функции, относят кинематические и динамические параметры, показатели конструкционной прочности, показатели точности функционирования, производительности, скорости и т. п. С течением времени значения этих параметров могут изменяться.

Надежность — комплексное свойство, состоящее в общем случае из безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Например для неремонтируемых объектов основным свойством может являться безотказность. Для ремонтируемых объектов одним из важнейших свойств, составляющих понятие надежности, может быть ремонтопригодность.

Для объектов, которые являются потенциальным источником опасности, важными понятиями являются «безопасность» и «живучесть». Безопасность — свойство объекта при изготовлении и эксплуатации и в случае нарушения работоспособного состояния не создавать угрозу для жизни и здоровья людей, а также для окружающей среды. Хотя безопасность не входит в общее понятие надежности, однако при определенных условиях тесно связана с этим понятием, например, если отказы могут привести к условиям, вредным для людей и окружающей среды сверх предельно допустимых норм.

Понятие «живучесть» занимает пограничное место между понятиями «надежность» и «безопасность». Под живучестью понимают свойство объекта, состоящее в его способности противостоять развитию критических отказов из дефектов и повреждений при установленной системе технического обслуживания и ремонта, или свойство объекта сохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не предусмотренных условиями эксплуатации, или свойство объекта сохранять ограниченную работоспособность при наличии дефектов или повреждений определенного вида, а также при отказе некоторых компонентов. Примером служит сохранение несущей способности элементами конструкции при возникновении в них усталостных трещин, размеры которых не превышают заданных значений.

Термин «живучесть» соответствует международному термину fail-safe concept [6]. Для характеристики отказоустойчивости по отношению к человеческим ошибкам в последнее время начали употреблять термин fool-proof concept. В международных документах ИСО, МЭК и ЕОКК [4-6] сочетание свойств безотказности и ремонтопригодности с учетом системы технического обслуживания и ремонта называют готовностью объекта (availability).

К термину «Безотказность» (п. 1.2)

Безотказность в той или иной степени свойственна объекту в любом из возможных режимов его существования. В основном безотказность рассматривается применительно к его использованию по назначению, но во многих случаях необходима оценка безотказности при хранении и транспортировании объекта.

Необходимо подчеркнуть, что показатели безотказности (пп. 6.8-6.14) вводятся либо по отношению ко всем возможным отказам объекта, либо по отношению к какому-либо одному типу (типам) отказа с указанием на критерии отказа (отказов).

К термину «Долговечность» (п. 1.3)

Объект может перейти в предельное состояние, оставаясь работоспособным, если, например, его дальнейшее применение по назначению станет недопустимым по требованиям безопасности, экономичности и эффективности.

К термину «Ремонтопригодность» (п. 1.4)

Термин «ремонтопригодность» традиционно трактуется в широком смысле. Этот термин эквивалентен международному термину «приспособленность к поддержанию работоспособного состояния» или, короче, «поддерживаемость» (maintainability). Помимо ремонтопригодности в узком смысле это понятие включает в себя «обслуживаемость», т. е. приспособленность объекта к техническому обслуживанию, «контролепригодность» и приспособленность к предупреждению и обнаружению отказов и повреждений, а также причин их вызывающих. Более общее понятие «поддерживаемость», «эксплуатационная технологичность» (maintenance support, supportability) включает в себя ряд технико-экономических и организационных факторов, например качество подготовки обслуживающего персонала.

Допускается дополнительно к термину «ремонтопригодность» (в узком смысле) применять термины «обслуживаемость», «контролепригодность», «приспособленность к диагностированию», «эксплуатационная технологичность» и др.

К терминам «Сохраняемость» и «Срок сохраняемости» (пп. 1.5; 4.7)

В процессе хранения и транспортирования объекты подвергаются неблагоприятным воздействиям, например колебаниям температуры, действию влажного воздуха, вибрациям и т. п. В результате после хранения и (или) транспортирования объект может оказаться в неработоспособном и даже в предельном состоянии. Сохраняемость объекта характеризуется его способностью противостоять отрицательному влиянию условий и продолжительности его хранения и транспортирования.

В зависимости от условий и режимов применения объекта требования сохраняемости ставят по-разному. Для некоторых классов объектов может быть поставлено требование, чтобы после хранения объект находился в таком же состоянии, что и к моменту начала хранения. В этом случае объект будет удовлетворять требованиям безотказности, долговечности и ремонтопригодности, предъявляемым к объекту к моменту начала хранения. В реальных условиях происходит ухудшение параметров, характеризующих работоспособность объекта, а также снижается его остаточный ресурс. В одних случаях достаточно потребовать, чтобы после хранения и (или) транспортирования объект оставался в работоспособном состоянии. В большинстве других случаев требуется, чтобы объект сохранял достаточный запас работоспособности, т. е. обладал достаточном безотказностью после хранении и (или) транспортирования. В тех случаях, когда предусмотрена специальная подготовка объекта к применению по назначению после хранения и (или) транспортирования, требование о сохранении работоспособности заменяется требованием, чтобы технические параметры объекта, определяющие его безотказность и долговечность, сохранялись в заданных пределах. Очевидно, что все эти случаи охватываются приведенным в стандарта определением понятия сохраняемости.

Требования к показателям безотказности, долговечности и ремонтопригодности для объекта, подвергнутого длительному хранению, должны указываться в техническом задании и в отдельных случаях могут быть снижены относительно уровня требований на новый объект, не находившийся на хранении.

Следует различать сохраняемость объекта до ввода в эксплуатацию и сохраняемость объекта в период эксплуатации (при перерывах в работе). Во втором случае срок сохраняемости входит составной частью в срок службы.

В зависимости от особенностей и назначения объектов срок сохраняемости до ввода объекта в эксплуатацию может включать в себя срок сохраняемости в упаковке и (или) законсервированном виде, срок монтажа и (или) срок хранения на другом упакованном и (или) законсервированном более сложном объекте.

К терминам «Исправное состояние», «Неисправное состояние», «Работоспособное состояние», «Неработоспособное состояние» (пп. 2.1; 2.2; 2.3; 2.4)

Данные понятия охватывают основные технические состояния объекта. Каждое из них характеризуется совокупностью значений параметров, описывающих состояние объекта, а также качественных признаков, для которых не применяют количественные оценки. Номенклатуру этих параметров и признаков, а также пределы допустимых их изменений устанавливают в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособный объект в отличие от исправного должен удовлетворять лишь тем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. Работоспособный объект может быть неисправным, например, если он не удовлетворяет эстетическим требованиям, причем ухудшение внешнего вида объекта не препятствует его применению по назначению.

Для сложных объектов возможны частично неработоспособные состояния, при которых объект способен выполнять требуемые функции с пониженными показателями или способен выполнять лишь часть требуемых функций.

Для некоторых объектов признаками неработоспособного состояния, кроме того, могут быть отклонения показателей качества изготавливаемой ими продукции. Например для некоторых технологических систем к неработоспособному состоянию может быть отнесено такое, при котором значение хотя бы одного параметра качества изготавливаемой продукции не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) и технологической документации.

Переход объекта из одного состояния в другое обычно происходит вследствие повреждения или отказа. Переход объекта из исправного состояния в неисправное работоспособное состояние происходит из-за повреждений.

В международных документах ИСО, МЭК и ЕОКК [5, 6] введена более детальная классификация состояний. Так, в работоспособном состоянии различают «рабочее состояние» (operating state) и «нерабочее состояние (non-Operating state), при котором объект не применяется по назначению. «Нерабочее состояние» подразделяют в свою очередь, на состояние дежурства (standby state) и состояние планового простоя (idle, free state). Кроме того, различают «внутренне» неработоспособное состояние (internal disabled state), обусловленное отказом или незавершенностью планового технического обслуживания (ремонта), и внешне неработоспособное состояние (external disabled state), обусловленное организационными причинами. В отраслевой документации допускается использование более детальной классификации состояний, не противоречащей приведенной в настоящем стандарте.

К терминам «Предельное состояние» и «Критерий предельного состояния» (пп. 2.5, 2.6)

Переход объекта в предельное состояние влечет за собой временное или окончательное прекращение эксплуатации объекта. При достижении предельного состояния объект должен быть снят с эксплуатации, направлен в средний или капитальный ремонт, списан, уничтожен или передан для применения не по назначению. Если критерий предельного состояния установлен из соображений безопасности хранения и (или) транспортирования объекта, то при наступлении предельного состояния хранение и (или) транспортирование объекта должно быть прекращено. В других случаях при наступлении предельного состояния должно быть прекращено применение объекта по назначению.

Для неремонтируемых объектов имеет место предельное состояние двух видов. Первый вид совпадает с неработоспособным состоянием. Второй вид предельного состояния обусловлен тем обстоятельством, что начиная с некоторого момента времени дальнейшая эксплуатация еще работоспособного объекта оказывается недопустимой в связи с опасностью или вредностью эксплуатации. Переход неремонтируемого объекта в предельное состояние второго вида происходит до потери объектом работоспособности.

Для ремонтируемых объектов выделяют два или более видов предельных состояний. Например для двух видов предельных состояний требуется отправка объекта в средний или капитальный ремонт, т. е. временное прекращение применения объекта по назначению. Третий вид предельного состояния предполагает, окончательное прекращение применения объекта по назначению. Критерии предельного состояния каждого вида устанавливаются нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) и (или) эксплуатационной документацией.

К терминам «Отказ», «Критерий отказа» (пп. 3.3, 3.4)

Если работоспособность объекта характеризуют совокупностью значений некоторых технических параметров, то признаком возникновения отказа является выход значении любого из этих параметров за пределы допусков. Кроме того в критерии отказов могут входить также качественные признаки, указывающие на нарушение нормальной работы объекта.

Критерии отказов следует отличать от критериев повреждений. Под критериями повреждений понимают признаки или совокупность признаков неисправного, но работоспособного состояния объекта.

К термину «Критичность отказа» (п. 3.7)

Понятие критичности отказа введено для того, чтобы проводить классификацию отказов по их последствиям. Подобная классификация содержится в международных документах ИСО, МЭК и ЕОКК, а также в некоторых отраслевых отечественных документах, например в нормативно-технической документации на объекты сельскохозяйственного машиностроения. Критерием для классификации могут служить прямые и косвенные потери, вызванные отказами, затраты труда и времени на устранение последствий отказов, возможность и целесообразность ремонта силами потребителя или необходимость ремонта изготовителем или третьей стороной, продолжительность простоев из-за возникновения отказов, степень снижения производительности при отказе, приводящем к частично неработоспособному состоянию и т. п. Классификация отказов по последствиям устанавливается по согласованию между заказчиком и разработчиком (изготовителем). Для простых объектов эта классификация не используется.

При классификации отказов по последствиям могут быть введены две, три и большее число категорий отказов. В международных документах ИСО, МЭК, ЕОКК различают критические (critical) и некритические (non-critical). Последние подразделяют на существенные (major) и несущественные (miner) отказы. Границы между категориями отказов достаточно условны.

Отказ одного и того же объекта может трактоваться как критический; существенный или несущественный в зависимости от того, рассматривается объект как таковой или он является составной частью другого объекта. Несущественный отказ объекта, входящего в состав более ответственного объекта, может рассматриваться как существенный и даже критический в зависимости от последствий отказа сложного объекта. Для проведения классификации отказов по последствиям необходим анализ критериев, причин и последствий отказов и построение логической и функциональной связи между отказами.

Классификация отказов по последствиям необходима при нормировании надежности (в частности, для обоснованного выбора номенклатуры и численных значений нормируемых показателей надежности), а также при установлении гарантийных обязательств.

К терминам «Внезапный отказ» и «Постепенный отказ» (пп. 3.11, 3.12)

Эти термины позволяют разделять отказы на две категории в зависимости от возможности прогнозировать момент наступления отказа. В отличие от внезапного отказа, наступлению постепенного отказа предшествует непрерывное и монотонное изменение одного или нескольких параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции. Ввиду этого удается предупредить наступление отказа и (или) принять меры по устранению (локализации) его нежелательных последствий.

Четкой границы между внезапными и постепенными отказами однако, провести не удается. Механические, физические и химические процессы, которые составляют причины отказов, как правило, протекают во времени достаточно медленно. Так, усталостная трещина в стенке трубопровода или сосуда давления, зародившаяся из трещинообразного дефекта, медленно растет в процессе эксплуатации; этот рост в принципе может быть прослежен средствами неразрушающего контроля. Однако собственно отказ (наступление течи) происходит внезапно. Если по каким-либо причинам своевременное обнаружение несквозной трещины оказалось невозможным, то отказ придется признать внезапным.

По мере совершенствования расчетных методов и средств контрольно измерительной техники, позволяющих своевременно обнаруживать источники возможных отказов и прогнозировать их развитие во времени, все большее число отказов будет относиться к категории постепенных.

В документе [6] дано следующее определение внезапного отказа: это отказ, наступление которого не может быть предсказано предварительным контролем или диагностированием.

К термину «Сбой» (п. 3.13)

Отличительным признаком сбоя является то, что восстановление работоспособного состояния объекта может быть обеспечено без ремонта, например, путем воздействия оператора на органы управления, устранением обрыва нити, магнитной ленты и т. п., коррекцией положения заготовки.

Характерным примером сбоя служит остановка ЭВМ, устраняемая повторным пуском программы с места останова или ее перезапуском сначала.

К терминам «Конструктивный отказ», «Производственный отказ», «Эксплуатационный отказ» (пп. 3.17, 3.18, 3.19)

Классификация отказов по причинам возникновения введена с целью установления, на какой стадии создания или существования объекта следует провести мероприятия для устранения причин отказов.

Допускается выделить отказы комплектующих изделий, изготовляемых не на том предприятии, где производится объект в целом. Отказы комплектующих элементов также могут быть конструктивными, производственными и эксплуатационными. Классификация не является исчерпывающей, поскольку возможно возникновение отказов, вызванных двумя или тремя причинами.

К термину «Деградационный отказ» (п. 3.20)

При анализе надежности различают ранние отказы, когда проявляется влияние дефектов, не обнаруженных в процессе изготовления, испытаний и (или) приемочного контроля, и поздние, деградационные отказы. Последние происходят на заключительной стадии эксплуатации объекта, когда вследствие естественных процессов старения, изнашивания и т. п. объект или его составные части приближаются к предельному состоянию по условиям физического износа. Вероятность возникновения деградационных отказов в пределах планируемого полного или межремонтного срока службы (ресурса) должна быть достаточно мала. Это обеспечивается расчетом на долговечность с учетом физической природы деградационных отказов, а также надлежащей системой технического обслуживания и ремонта.

В принципе можно практически исключить возникновение ранних отказов, если до передачи объекта в эксплуатацию провести приработку, обкатку, технологический прогон и т. п. При этом соответственно может варьироваться цена объекта.

К термину «Наработка» (п. 4.1)

Наработку объекта, работающего непрерывно можно измерять в единицах календарного времени. Если объект работает с перерывами, то различают непрерывную и суммарную наработку. В этом случае наработку также можно измерять в единицах времени. Для многих объектов физическое изнашивание связано не только с календарной продолжительностью эксплуатации, но с объемом работы объекта, и поэтому зависит от интенсивности применения объекта по назначению. Для таких объектов наработку обычно выражают через объем произведенной работы или число рабочих циклов.

Если трактовать понятие «время» в обобщенном смысле — как параметр, служащий для описания последовательности событий и смены состояний, то принципиальная разница между наработкой и временем отсутствует даже в том случае, когда наработка является целочисленной величиной (например календарное время тоже отсчитывают в днях, месяцах и т. п.). Поэтому наработка и родственные ей величины (ресурс, остаточный ресурс) отнесены к категории временных понятий.

В международных документах [5, 6] введена детальная классификация временных понятий, относящихся к наработке: требуемая наработка (required time), продолжительность планового простоя (non-required time), продолжительность планового простоя работоспособного объекта (idle time) и т. д.

К терминам «Наработка до отказа», «Наработка между отказами», «Время восстановления», «Ресурс», «Срок службы», «Срок сохраняемости», «Остаточный ресурс» (п. 4.2-4.8)

Перечисленные понятия относятся к конкретно взятому индивидуальному объекту. Имеется важное различие между величинами, определяемыми этими понятиями, и большинством величин, характеризующих механические, физические и другие свойства индивидуального объекта. Например, геометрические размеры, масса, температура, скорость и т. д. могут быть измерены непосредственно (в принципе — в любой момент времени существования объекта). Наработка индивидуального объекта до первого отказа, его наработка между отказами, ресурс и т. п. могут быть определены лишь после того, как наступил отказ или было достигнуто предельное состояние. Пока эти события не наступили, можно говорить лишь о прогнозировании этих величин с большей или меньшей достоверностью.

Ситуация осложнена из-за того, что безотказная наработка, ресурс, срок службы и срок сохраняемости зависят от большого числа факторов, часть которых не может быть проконтролирована, а остальные заданы с той или иной степенью неопределенности. Безотказная работа конкретно взятого индивидуального объекта зависит от качества сырья, материалов, заготовок и полуфабрикатов, от достигнутого уровня технологии и степени стабильности технологического процесса, от уровня технологической дисциплины, от выполнения всех требований по хранению, транспортированию и применению объекта по назначению. Многие объекты включают в себя комплектующие изделия, детали и элементы, поставленные другими изготовителями. Перечисленные выше факторы, влияя на работоспособность составных частей объекта, определяют его работоспособность в целом.

Опыт эксплуатации объектов массового производства показывает, что как наработка до отказа, так и наработка между отказами обнаруживают значительный статистический разброс. Аналогичный разброс имеют также ресурс, срок службы и срок сохраняемости. Этот разброс может служить характеристикой технологической культуры и дисциплины, а также достигнутого уровня технологии. Разброс наработки до первого отказа, ресурса и срока службы может уменьшить, а их значения можно увеличить путем надлежащей и экспериментальной отработки каждого индивидуального объекта до передачи в эксплуатацию. Этот подход осуществляют для особо ответственных объектов Целесообразность такого подхода для массовых объектов должна каждый раз подтверждаться технико-экономическим анализом.

Наработка до отказа вводится как для неремонтируемых (невосстанавливаемых), так и для ремонтируемых (восстанавливаемых) объектов. Наработка между отказами определяется объемом работы объекта от k-го до (k+l)-гo отказа, где k=1, 2 …. Эта наработка относится только к восстанавливаемым объектам.

Технический ресурс представляет запас возможной наработки объекта. Для неремонтируемых объектов он совпадает с продолжительностью пребывания работоспособном состоянии в режиме применения по назначению, если переход в предельное состояние обусловлен только возникновением отказа.

Поскольку средний и капитальный ремонт позволяют частично или полностью восстанавливать ресурс, то отсчет наработки при исчислении ресурса возобновляют по окончании такого ремонта, различая в связи с этим доремонтный, межремонтный, послеремонтный и полный (до списания) ресурс.

Доремонтный ресурс исчисляют до первого среднего (капитального) ремонта. Число возможных видов межремонтного ресурса зависит от чередования капитальных и средних ремонтов. Послеремонтный ресурс отсчитывают от последнего среднего (капитального) ремонта.

Полный ресурс отсчитывают от начала эксплуатации объекта до его перехода в предельное состояние, соответствующее окончательному прекращению эксплуатации.

Аналогичным образом выделяют виды срока службы и срока сохраняемости. При этом срок службы и срок сохраняемости измеряют в единицах времени. Соотношение значений ресурса и срока службы зависит от интенсивности использования объекта. Полный срок службы, как правило, включает продолжительности всех видов ремонта.

К терминам «Назначенный ресурс», «Назначенный срок службы», «Назначенный срок хранения» (пп. 4.9; 4.10; 4.11)

Цель установления назначенного срока службы и назначенного ресурса — обеспечить принудительное заблаговременное прекращение применения объекта по назначению, исходя из требований безопасности или технико-экономических соображений. Для объектов, подлежащих длительному хранению, может быть установлен назначенный срок хранения, по истечении которого дальнейшее хранение недопустимо, например, из требований безопасности.

При достижении объемом назначенного ресурса (назначенного срока службы, назначенного срока хранения), и зависимости от назначения объекта, особенности эксплуатации, технического состояния и других факторов объект может быть списан, направлен в средний или капитальный ремонт, передан для применения не по назначению, переконсервирован (при хранении) или может быть принято решение о продолжении эксплуатации.

Назначенный срок службы и назначенный ресурс являются технико-эксплуатационными характеристиками и не относятся к показателям надежности (показателям долговечности). Однако при установлении назначенного срока службы и назначенного ресурса принимают во внимание прогнозируемые (или достигнутые) значения показателей и надежности. Если установлено требование безопасности, то назначенный срок службы (ресурс) должен соответствовать значениям вероятности безотказной работы по отношению к критическим отказам, близким к единице. Из соображений безопасности может быть также введен коэффициент запаса по времени.

К терминам «Техническое обслуживание», «Восстановление», «Ремонт» (пп. 5.1; 5.2; 5.3)

Техническое обслуживание включает регламентированные в конструкторской (проектной) и (или) эксплуатационной документации операции по поддержанию работоспособного и исправного состояния. В техническое обслуживание входят контроль технического состояния, очистка, смазывание и т. п. [9].

Восстановление включает в себя идентификацию отказа (определение его места и характера), наладку или замену отказавшего элемента, регулирование и контроль технического состояния элементов объекта и заключительную операцию контроля работоспособности объекта в целом.

Перевод объекта из предельного состояния в работоспособное состояние осуществляется при помощи ремонта, при котором происходит восстановление ресурса объекта в целом. В ремонт могут входить разборка, дефектовка, замена или восстановление отдельных блоков, деталей и сборочных единиц, сборка и т. д. Содержание отдельных операций ремонта может совпадать с содержанием операций технического обслуживания [9].

К терминам «Обслуживаемый объект», «Необслуживаемый объект», «Ремонтируемый объект», «Неремонтируемый объект», «Восстанавливаемый объект», «Невосстанавливаемый объект» (пп. 5.4; 5.5; 5.8; 5.9)

При разработке объекта предусматривают выполнение (или невыполнение) технического обслуживания объектов на протяжении срока их службы, т. е. объекты делят на технически обслуживаемые и технически необслуживаемые. При этом некоторые неремонтируемые объекты являются технически обслуживаемыми.

Деление объектов на ремонтируемые и неремонтируемые связано с возможностью восстановления работоспособного состояния путем ремонта, что предусматривается и обеспечивается при разработке и изготовлении объекта. Объект может быть ремонтируемым, но не восстанавливаемым в конкретной ситуации.

К термину «Показатель надежности» (п. 6.1)

К показателям надежности относят количественные характеристики надежности, которые вводят согласно правилам статистической теории надежности [2, 3, 7, 12]. Область применения этой теории ограничена крупносерийными объектами, которые изготавливают и эксплуатируют в статистически однородных условиях и к совокупности которых применимо статистическое истолкование вероятности. Примером служат массовые изделия машиностроения, электротехнической и радиоэлектронной промышленности.

Применение статистической теории надежности к уникальным и малосерийным объектам ограничено. Эта теория применима для единичных восстанавливаемых (ремонтируемых) объектов, в которых в соответствии с нормативно-технической документацией допускаются многократные отказы, для описания последовательности которых применима модель потока случайных событий. Теорию применяют также к уникальным и малосерийным объектам, которые в свою очередь состоят из объектов массового производства. В этом случае расчет показателей надежности объекта в целом проводят методами статистической теории надежности по известным показателям надежности компонентов и элементов.

Методы статистической теории надежности позволяют установить требования к надежности компонентов и элементов на основании требований к надежности объекта в целом.

Статистическая теория надежности является составной частью более общего подхода к расчетной оценке надежности технических объектов, при котором отказы рассматривают как результат взаимодействия объекта как физической системы с другими объектами и окружающей средой [8]. Так при проектировании строительных сооружений и конструкций учитывают в явной или неявной форме статистический разброс механических свойств материалов, элементов и соединений, а также изменчивость (во времени и в пространстве) параметров, характеризующих внешние нагрузки и воздействия. Большинство показателей надежности полностью сохраняют смысл и при более общем подходе к расчетной оценке надежности. В простейшей модели расчета на прочность по схеме «параметр нагрузки — параметр прочности» вероятность безотказной работы совпадает с вероятностью того, что в пределах заданного отрезка времени значение параметра нагрузки ни разу не превысит значение, которое принимает параметр прочности. При этом оба параметра могут быть случайными функциями времени.

На стадии проектирования и конструирования показатели надежности трактуют как характеристики вероятностных или полувероятностных математических моделей создаваемых объектов. На стадиях экспериментальной отработки, испытаний и эксплуатации роль показателей надежности выполняют статистические оценки соответствующих вероятностных характеристик.

В целях единообразия все показатели надежности, перечисленные в настоящем стандарте, определены как вероятностные характеристики. Это подчеркивает также возможность прогнозирования значения этих показателей на стадии проектирования [3, 8, 9].

Показатели надежности вводят по отношению к определенным режимам и условиям эксплуатации, установленным в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

К терминам «Единичный показатель надежности» и «Комплексный показатель надежности» (пп. 6.2; 6.3)

В отличие от единичного показателя надежности комплексный показатель надежности количественно характеризует не менее двух свойств, составляющих надежность, например безотказность и ремонтопригодность. Примером комплексного показателя надежности служит коэффициент готовности (п. 6.26) , стационарное значение которого (если оно существует) определяют по формуле

где  — средняя наработка на отказ (п. 6.11);
 — среднее время восстановления (п. 6.21).

К терминам «Расчетный показатель надежности», «Экспериментальный показатель надежности», «Эксплуатационный показатель надежности», «Экстраполированный показатель надежности» (пп. 6.4; 6.5; 6.6; 6.7)

Такую классификацию показателей надежности вводят в зависимости от способов их получения. Аналогичная классификация содержится в международных документах ИСО, МЭК и ЕОКК [4-6]. Наличие этих понятий должно предупредить путаницу, которая имеет место на практике при обсуждении численных данных, полученных разными способами и на разных стадиях жизненного цикла объекта.

К термину «Вероятность безотказной работы» (п. 6.8)

Вероятность безотказной работы определяется в предположении, что в начальный момент времени (момент начала исчисления наработки) объект находился в работоспособном состоянии. Обозначим через время или суммарную наработку объекта (в дальнейшем для краткости называем просто наработкой). Возникновение первого отказа — случайное событие, а наработка от начального момента до возникновения этого события — случайная величина. Вероятность безотказной работы объекта в интервале от 0 до включительно определяют как

(1)

Здесь  — вероятность события, заключенного в скобках. Вероятность безотказной работы является функцией наработки . Обычно эту функцию предполагают непрерывной и дифференцируемой.

Если способность объекта выполнять заданные функции характеризуется одним параметром , то вместо (1) имеем формулу

(2)

где и  — предельные по условиям работоспособности значения параметров (эти значения, вообще, могут изменяться во времени).

Аналогично вводят вероятность безотказной работы в более общем случае, когда состояние объекта характеризуется набором параметров с допустимой по условиям работоспособности областью значений этих параметров [8].

Вероятность безотказной работы связана с функцией распределения и плотностью распределения наработки до отказа:

(3)

Наряду с понятием «вероятность безотказной работы» часто используют понятие «вероятность отказа», которое определяется следующим образом: это вероятность того, что объект откажет хотя бы один раз в течение заданной наработки, будучи работоспособным в начальный момент времени. Вероятность отказа на отрезке от 0 до t определяют по формуле

(4)

Точечные статистические оценки для вероятности безотказной работы от 0 до t и для функции распределения наработки до отказа даются формулами:

(5)

где N — число объектов, работоспособных в начальный момент времени;
n(t) — число объектов, отказавших на отрезке от 0 до t.

Для получения достоверных оценок объем выборки N должен быть достаточно велик [2, 3, 7].

Определение безотказной работы в соответствии с формулами (1) и (2) относится к объектам, которые должны функционировать в течение некоторого конечного отрезка времени. Для объектов одноразового (дискретного) применения вероятность безотказной работы определяют как вероятность того, что при срабатывании объекта отказ не возникает. Аналогично вводят вероятность безотказного включения (например в рабочий режим из режима ожидания).

К терминам «Гамма-процентная наработка до отказа» «Гамма-процентный ресурс», «Гамма-процентный срок службы», «Гамма-процентное время восстановления», «Гамма-процентный срок сохраняемости» (пп. 6.9; 6.15; 6.20; 6.24)

Перечисленные показатели определяют как корни t_γ уравнения

(6)

где F(t) — функция распределения наработки до отказа (ресурса, срока службы).

В частности, гамма-процентную наработку до отказа t_γ определяют из уравнения

где P(t)-вероятность безотказной работы.

Как видно из формулы (6), гамма-процентные показатели равны квантилям соответствующих распределений. Если вероятности, отвечающие этим квантилям, выражают в процентах, то для показателей безотказности обычно задают значения 90; 95; 99; 99,5 % и т. д. Тогда вероятность возникновения отказа на отрезке [0; t] будет составлять 0,10; 0,05; 0,01; 0,005 и т. д. Задаваемые значения для критических отказов должны быть весьма близки к 100 %, чтобы сделать критические отказы практически невозможными событиями. Для прогнозирования потребности в запасных частях, ремонтных мощностях, а также для расчета пополнения и обновления парков машин, приборов и установок могут потребоваться гамма-процентные показатели при более низких значениях , например при =50 %, что приближенно соответствует средним значениям.

Статистические оценки для гамма-процентных показателей могут быть получены на основе статистических оценок либо непосредственно, либо после аппроксимации эмпирических функций подходящими аналитическими распределениями. Необходимо иметь в виду, что экстраполирование эмпирических результатов за пределы продолжительности испытаний (наблюдений) без привлечения дополнительной информации о физической природе отказов может привести к значительным ошибкам.

К терминам «Средняя наработка до отказа», «Средний ресурс», «Средний срок службы», «Среднее время восстановления», «Средний срок сохраняемости» (пп. 6.10; 6.16; 6.18; 6.21; 6.25)

Перечисленные показатели равны математическим ожиданиям соответствующих случайных величин, наработки до отказа, ресурса, срока службы, времени восстановления, срока сохраняемости.

Среднюю наработку до отказа Т₁ вычисляют по формуле

где F(t)- функция распределения наработки до отказа,

f(t) — плотность распределения наработки до отказа.

С учетом (3) Т₁ выражается через вероятность безотказной работы:

Статистическая оценка для средней наработки до отказа дается формулой

(7)

Здесь N- число работоспособных объектов при t=0,

τ_j — наработка до первого отказа каждого из объектов.

Формула (7) соответствует плану испытаний, при котором все объекты испытываются до отказа [2, 3, 7].

К термину «Средняя наработка на отказ» (п. 6.11)

Этот показатель введен применительно к восстанавливаемым объектам, при эксплуатации которых допускаются многократно повторяющиеся отказы. Очевидно, что это должны быть несущественные отказы, не приводящие к серьезным последствиям и не требующие значительных затрат на восстановление работоспособного состояния. Эксплуатация таких объектов может быть описана следующим образом: в начальный момент времени объект начинает работать и продолжает работать до первого отказа; после отказа происходит восстановление работоспособности, и объект вновь работает до отказа и т. д. На оси времени моменты отказов образуют поток отказов, а моменты восстановлений — поток восстановлений. На оси суммарной наработки (когда время восстановления не учитывается) моменты отказов образуют поток отказов. Полное и строгое математическое описание эксплуатации объектов по этой схеме построено на основе теории восстановления [2, 7].

Определению средней наработки на отказ Т, которое приведено в данном стандарте, соответствует следующая формула

(8)

Здесь t — суммарная наработка, r(t) — число отказов, наступивших в течение этой наработки, M{r(t)} — математическое ожидание этого числа. В общем случае средняя наработка на отказ оказывается функцией t. Для стационарных потоков отказов средняя наработка на отказ от t не зависит.

Статистическую оценку средней наработки на отказ Т вычисляют по формуле, которая аналогична формуле (8)

(9)

В отличие от формулы (8) здесь r(t) — число отказов, фактически происшедших за суммарную наработку t.

Формула (9) допускает обобщение на случай, когда объединяются данные, относящиеся к группе однотипных объектов, которые эксплуатируются в статистически однородных условиях. Если поток отказов — стационарный, то в формуле (9) достаточно заменить t на сумму наработок всех наблюдаемых объектов и заменить r(t) на суммарное число отказов этих объектов [3].

К терминам «Интенсивность отказов» и «Интенсивность восстановления» (пп. 6.12; 6.22)

Интенсивность отказов λ(t) определяют по формуле

(10)

Для высоконадежных систем Р(t)=1, так что интенсивность отказов приближенно равна плотности распределения наработки до отказа.

Статистическая оценка для интенсивности отказов имеет вид

(11)

где использованы те же обозначения, что и в формуле (5).

Аналогично вводится интенсивность восстановления.

К терминам «Параметр потока отказов» и «Осредненный параметр потока отказов» (пп. 6.13; 6.14)

Параметр потока отказов μ(t) определяют по формуле

(12)

где Δt — малый отрезок наработки,

r(t) — число отказов, наступивших от начального момента времени до достижения наработки t.

Разность r(t+Δt)-r(t) представляет собой число отказов на отрезке Δt.

Наряду с параметром потока отказов в расчетах и обработке экспериментальных данных часто используют осредненный параметр потока отказов

(13)

По сравнению с формулой (12) здесь рассматривается число отказов за конечный отрезок [t₁, t₂], причем . Если поток отказов стационарный, то параметры, определяемые по формулам (12) и (13) от t не зависят.

Статистическую оценку для параметра потока отказов μ(t) определяют по формуле

(14)

которая по структуре аналогична формуле (13). Для стационарных потоков можно применять формулу

где  — оценка (8) для средней наработки на отказ.

В международных документах ИСО, МЭК и ЕОКК термину «параметр потока отказов» соответствует термин failure intensity, в то время как термину «интенсивность отказов» (п. 6.12) соответствует термин failure rate. Это необходимо учитывать при использовании англоязычных источников, а также переводной литературы.

К терминам «Вероятность восстановления», «Гамма-процентное время восстановления», «Среднее время восстановления», «Интенсивность восстановления», «Средняя трудоемкость восстановления» (пп. 6.19; 6.20; 6.21; 6.22; 6.23)

Для комплексной оценки ремонтопригодности допускается дополнительно использовать показатели типа удельной трудоемкости ремонта и удельной трудоемкости технического обслуживания.

К терминам «Коэффициент готовности», «Коэффициент оперативной готовности», «Коэффициент технического использования», «Коэффициент сохранения эффективности» (пп. 6.26; 6.27; 6.28; 6.29)

Коэффициент готовности характеризует готовность объекта к применению по назначению только в отношении его работоспособности в произвольный момент времени. Коэффициент оперативной готовности характеризует надежность объекта, необходимость применения которого возникает в произвольный момент времени, после которого требуется безотказная работа в течение заданного интервала времени. Различают стационарный и нестационарный коэффициенты готовности, а также средний коэффициент готовности [3, 5, 6].

Коэффициент технического использования характеризует долю времени нахождения объекта в работоспособном состоянии относительно общей продолжительности эксплуатации. Коэффициент сохранения эффективности характеризует степень влияния отказов на эффективность его применения по назначению. Для каждого конкретного типа объектов содержание понятия эффективности и точный смысл показателя (показателей) эффективности задаются техническим заданием и вводятся в нормативно-техническую и (или) конструкторскую (проектную) документацию.

К термину «Резервирование» (п. 7.1)

Резервирование — одно из основных средств обеспечения заданного уровня надежности объекта при недостаточно надежных компонентах и элементах. Цель резервирования — обеспечить безотказность объекта в целом, т. е. сохранить его работоспособность, когда возник отказ одного или нескольких элементов [11]. Наряду с резервированием путем введения дополнительных (резервных) элементов находят широкое применение другие виды резервирования. Среди них временное резервирование (с использованием резервов времени), информационное резервирование (с использованием резервов информации), функциональное резервирование, при котором используется способность элементов выполнять дополнительные функции или способность объекта перераспределять функции между элементами, нагрузочное резервирование, при котором используется способность элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх номинальных, а также способность объекта перераспределять нагрузки между элементами.

К терминам «Нормирование надежности», «Нормируемый показатель надежности» (пп. 8.1; 8.2)

При выборе номенклатуры нормируемых показателей надежности необходимо учитывать назначение объекта, степень его ответственности, условия эксплуатации, характер отказов (внезапные, постепенные и т. п.), возможные последствия отказов, возможные типы предельных состояний. При этом целесообразно, чтобы общее число нормируемых показателей надежности было минимально; нормируемые показатели имели простой физический смысл, допускали возможность расчетной оценки на этапе проектирования, статистической оценки и подтверждения по результатам испытаний и (или) эксплуатации [10, 11].

При обосновании численных значений нормируемых показателей надежности необходимо руководствоваться принципом оптимального распределения затрат на повышение надежности, техническое обслуживание и ремонт.

Значения нормируемых показателей надежности учитываются, в частности, при назначении гарантийного срока эксплуатации (гарантийной наработки, гарантийного срока хранения), которые являются технико-экономическими (отчасти коммерческими) характеристиками объекта и не относятся к показателям надежности. Гарантийные сроки, показатели надежности и цена объекта должны быть взаимоувязаны.

Длительность гарантийного срока эксплуатации (гарантийной наработки, гарантийного срока хранения) должна быть достаточной для выявления и устранения скрытых дефектов и определяется соглашением между потребителем (заказчиком) и поставщиком (изготовителем).

К термину «Программа обеспечения надежности» (п. 9.1)

Программа обеспечения надежности — важнейший документ, служащий организационно-технической основой для создания объектов, удовлетворяющих заданным требованиям по надежности. Программа должна охватывать все или отдельные стадии жизненного цикла объекта.

Программа обеспечения надежности включает, в частности, программу экспериментальной отработки, которая определяет цели, задачи, порядок проведения и необходимый объем испытаний или экспериментальной отработки, а также регламентирует порядок подтверждения показателей надежности на стадии разработки. Программа обеспечения ремонтопригодности устанавливает комплекс взаимосвязанных организационно-технических требований и мероприятий, направленных на обеспечение заданных требований по ремонтопригодности и (или) повышения ремонтопригодности. Она разрабатывается одновременно с программой обеспечения надежности и является либо ее составной частью, либо самостоятельной программой [1].

К термину «Испытания на надежность» (п. 10.1)

Испытания на надежность относятся к числу важнейших составных частей работы по обеспечению и повышению надежности технических объектов. Эти испытания в зависимости от контролируемых (оцениваемых) свойств, составляющих надежность, могут состоять из испытаний на безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. В частности, ресурсные испытания относятся к испытаниям на долговечность.

Планирование испытаний и обработка их результатов проводятся с применением методов математической статистики [2, 3, 7, 10]. Оценивание значений показателей надежности при определительных испытаниях должно проводиться с заданной точностью (т. е. при заданной относительной погрешности) и с заданной достоверностью (т. е. при заданном уровне доверительной вероятности). Аналогичные требования предъявляются к контрольным испытаниям. Ускорение (форсирование) испытаний не должно приводить к снижению точности и достоверности оценок.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ[править]

1 Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. (Ред. совет: В. С. Авдуевский (пред.) и др. Т. 1. Методология. Организация. Терминология) Под ред. А. И. Рембезы.- М.: Машиностроение, 1989.-224 с.

2 Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. / Ред. совет:В. С. Авдуевский (пред.) и др. Т. 2. Математические методы в теории надежности и эффективности/Под ред. Б. В. Гнеденко.- М.: Машиностроение, 1987.-280 с.

3 Надежность технических систем. Справочник/Ю. К. Беляев, В. А. Богатырев, В. В. Болотин и др./Под ред. И. А. Ушакова — М.: Радио и связь, 1985—608 с.

4 Data Processing Vocabulary. Section 14. Reliability, Maintenance and Availability. — Geneva: ISO 2382, 1976. — 16 p.

5 International Electrotechnical Vocabulary. Chapter 191. Reliability, Maintainability and Quality of Service (draft). — Geneva: International Electrotechnical Commission, 1987.-75 p.

6 EOQC Glossary. — Bern: EOQC. 1988.-24 p.

7 Гнеденко Б. В., Беляев Ю. К., Соловьев А. Д. Математические методы в теории надежности. — М.: Наука, 1965.-524 с.

8 Болотин В. В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. — М.: Машиностроение, 1984.-312 с.

9 Хазов Б. Ф., Дидусев Б. А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. — М.: Машиностроение, 1986.-224 с.

10 Дзиркал Э. В. Задание и проверка требований к надежности сложных изделий. — М.: Радио и связь, 1981.-176 с.

11 Резиновский А. Я. Испытания и надежность радиоэлектронных комплексов. — М.: Радио и связь, 1985—168 с.

12 F. S. Goodell, Reliability and Maintainability by Design: A Blue-Print for Success. Journal of Aircraft, v. 24, № 8, 1987, p. 481—483.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ[править]

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Институтом машиноведения АН СССР, Межотраслевым научно-техническим комплексом «Надежность машин» и Государственным Комитетом СССР по управлению качеством продукции и стандартам

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15.11.89 № 3375

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

5. ПЕРЕИЗДАНИЕ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

НАДЕЖНОСТЬ В ТЕХНИКЕ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ГОСТ 27.002-89

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
КОМИТЕТ СССР ПО УПРАВЛЕНИЮ
КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ И СТАНДАРТАМ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Дата введения 01.07.90

Настоящий стандарт устанавливает основные
понятия, термины и определения понятий
в области надежности.

Настоящий стандарт распространяется на технические объекты (далее —
объекты).

Термины, устанавливаемые настоящим стандартом, обязательны для
применения во всех видах документации и литературы, входящих в сферу действия
стандартизации или использующих результаты этой деятельности.

Настоящий стандарт должен применяться совместно с ГОСТ
18322.

1. Стандартизованные термины с определениями приведены в табл. 1.

2. Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.

Применение терминов-синонимов стандартизованного термина не
допускается.

2.1. Для отдельных стандартизованных терминов в табл. 1 приведены в
качестве справочных краткие формы, которые разрешается применять в случаях,
исключающих возможность их различного толкования.

2.2. Приведенные определения можно при необходимости изменять, вводя в
них производные признаки, раскрывая значение используемых в них терминов,
указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны
нарушать объем и содержание понятий, определенных в данном стандарте.

2.3. В случаях, когда в термине содержатся все необходимые и
достаточные признаки понятия, определение не приведено и в графе
«Определение» поставлен прочерк.

2.4. В табл.
1 в качестве справочных приведены эквиваленты стандартизованных
терминов на английском языке.

3. Алфавитные указатели содержащихся в стандарте терминов на русском
языке и их английских эквивалентов приведены в табл. 2-3.

4. Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая
форма — светлым.

5. В приложении даны пояснения к терминам, приведенным в настоящем
стандарте.

Таблица 1

Таблица
2

Алфавитный указатель терминов на русском языке

Таблица 3

Алфавитный указатель терминов на английском
языке

ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное

ПОЯСНЕНИЯ К ТЕРМИНАМ, ПРИВЕДЕННЫМ В СТАНДАРТЕ

К термину «Надежность» ( п. 1.1)

Терминология по надежности в
технике распространяется на любые технические объекты — изделия, сооружения и
системы, а также их подсистемы, рассматриваемые с точки зрения надежности на
этапах проектирования, производства, испытании, эксплуатации и ремонта. В
качестве подсистем могут рассматриваться сборочные единицы, детали, компоненты
или элементы. При необходимости в понятие «объект» могут быть
включены информация и ее носители, а также человеческий фактор (например при
рассмотрении надежности системы «машина-оператор»). Понятие
«эксплуатация» включает в себя, помимо применения по назначению,
техническое обслуживание, ремонт, хранение и транспортирование.

Термин «объект» может
относиться к конкретному объекту, и к одному из представителей, в частности, к
наугад выбранному представителю из серии, партии или статистической выборки
однотипных объектов. На стадии разработки термин «объект» применяется
к наугад выбранному представителю из генеральной совокупности объектов.

Границ понятия
«надежность» не изменяет следующее определение: надежность — свойство
объекта сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в
заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и
транспортирования.

Это определение применяют тогда,
когда параметрическое описание нецелесообразно (например для простейших
объектов, работоспособность которых, характеризуется по типу
«да-нет») или невозможно (например для систем
«машина-оператор», т. е. таких систем, не все свойства которых могут
быть характеризованы количественно).

К параметрам, характеризующим
способность выполнять требуемые функции, относят кинематические и динамические
параметры, показатели конструкционной прочности, показатели точности
функционирования, производительности, скорости и т. п. С течением времени
значения этих параметров могут изменяться.

Надежность — комплексное
свойство, состоящее в общем случае из безотказности, долговечности,
ремонтопригодности и сохраняемости. Например для неремонтируемых объектов
основным свойством может являться безотказность. Для ремонтируемых объектов
одним из важнейших свойств, составляющих понятие надежности, может быть
ремонтопригодность.

Для объектов, которые являются
потенциальным источником опасности, важными понятиями являются
«безопасность» и «живучесть». Безопасность — свойство
объекта при изготовлении и эксплуатации и в случае нарушения работоспособного
состояния не создавать угрозу для жизни и здоровья людей, а также для
окружающей среды. Хотя безопасность не входит в общее понятие надежности,
однако при определенных условиях тесно связана с этим понятием, например, если
отказы могут привести к условиям, вредным для людей и окружающей среды сверх
предельно допустимых норм.

Понятие «живучесть»
занимает пограничное место между понятиями «надежность» и
«безопасность». Под живучестью понимают свойство объекта, состоящее в
его способности противостоять развитию критических отказов из дефектов и
повреждений при установленной системе технического обслуживания и ремонта, или
свойство объекта сохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не
предусмотренных условиями эксплуатации, или свойство объекта сохранять
ограниченную работоспособность при наличии дефектов или повреждений определенного
вида, а также при отказе некоторых компонентов. Примером служит сохранение
несущей способности элементами конструкции при возникновении в них усталостных
трещин, размеры которых не превышают заданных значений.

Термин «живучесть»
соответствует международному термину fail- safe
concept [6]. Для характеристики
отказоустойчивости по отношению к человеческим ошибкам в последнее время начали
употреблять термин fool- proof concept. В
международных документах ИСО, МЭК и ЕОКК [4-6]
сочетание свойств безотказности и ремонтопригодности с учетом системы
технического обслуживания и ремонта называют готовностью объекта ( availability).

К
термину «Безотказность» ( п.
1.2)

Безотказность в той или иной
степени свойственна объекту в любом из возможных режимов его существования. В
основном безотказность рассматривается применительно к его использованию по
назначению, но во многих случаях необходима оценка безотказности при храпении и
транспортировании объекта.

Необходимо подчеркнуть, что
показатели безотказности ( пп.
6.8-6.14) вводятся либо по отношению ко всем возможным отказам
объекта, либо по отношению к какому-либо одному типу (типам) отказа
с указанием на критерии отказа (отказов).

К
термину «Долговечность» ( п. 1.3)

Объект может перейти в
предельное состояние, оставаясь работоспособным, если, например, его дальнейшее
применение но назначению станет недопустимым «о требованиям безопасности,
экономичности и эффективности.

К
термину «Ремонтопригодность» ( п. l.4)

Термин
«ремонтопригодность» традиционно трактуется в широком смысле. Этот
термин эквивалентен международному термину «приспособленность к
поддержанию работоспособного состояния» или, короче,
«поддерживаемость» ( maintainability).
Помимо ремонтопригодности в узком смысле это понятие включает в себя
«обслуживаемость», т. е. приспособленность объекта к техническому
обслуживанию, «контролепригодность» и приспособленность к
предупреждению и обнаружению отказов и повреждений, а также причин их
вызывающих. Более общее понятие «поддерживаемость»,
«эксплуатационная технологичность» ( maintenance support, supportability) включает в себя ряд
технико-экономических и организационных факторов, например качество подготовки
обслуживающего персонала.

Допускается дополнительно к
термину «ремонтопригодность» (в узком смысле) применять термины
«обслуживаемость», «контролепригодность»,
«приспособленность к диагностированию», «эксплуатационная
технологичность» и др.

К
терминам «Сохраняемость» и «Срок сохраняемости» ( пп. 1.5; 4.7)

В процессе хранения и
транспортирования объекты подвергаются неблагоприятным воздействиям, например
колебаниям температуры, действию влажного воздуха, вибрациям и т. п. В
результате после хранения и (или) транспортирования объект может оказаться в
неработоспособном и даже в предельном состоянии. Сохраняемость объекта характеризуется
его способностью противостоять отрицательному влиянию условий и
продолжительности его хранения и транспортирования.

В зависимости от условий и
режимов применения объекта требования сохраняемости ставят по-разному. Для
некоторых классов объектов может быть поставлено требование, чтобы после
хранения объект находился в таком же состоянии, что и к моменту начала
хранения. В этом случае объект будет удовлетворять требованиям безотказности,
долговечности и ремонтопригодности, предъявляемым к объекту к моменту начала
хранения. В реальных условиях происходит ухудшение параметров, характеризующих
работоспособность объекта, а также снижается его остаточный ресурс. В одних
случаях достаточно потребовать, чтобы после хранения и (или) транспортирования
объект оставался в работоспособном состоянии. В большинстве других случаев
требуется, чтобы объект сохранял достаточный запас работоспособности, т. е.
обладал достаточном безотказностью после хранении и (или) транспортирования. В
тех случаях, когда предусмотрена специальная подготовка объекта к применению по
назначению после хранения и (или) транспортирования, требование о сохранении
работоспособности заменяется требованием, чтобы технические параметры объекта,
определяющие его безотказность и долговечность, сохранялись в заданных
пределах. Очевидно, что все эти случаи охватываются приведенным в стандарта
определением понятия сохраняемости.

Требования к показателям
безотказности, долговечности и ремонтопригодности для объекта, подвергнутого
длительному хранению, должны указываться в техническом задании и в отдельных
случаях могут быть снижены относительно уровня требований на новый объект, не
находившийся на хранении.

Следует различать сохраняемость
объекта до ввода в эксплуатацию и сохраняемость объекта в период эксплуатации
(при перерывах в работе). Во втором случае срок сохраняемости входит составной
частью в срок службы.

В зависимости от особенностей и
назначения объектов срок сохраняемости до ввода объекта в эксплуатацию может
включать в себя срок сохраняемости в упаковке и (или) законсервированном виде,
срок монтажа и (или) срок хранения на другом упакованном и (или)
законсервированном более сложном объекте.

К
терминам «Исправное состояние», «Неисправное состояние»,
«Работоспособное состояние», «Неработоспособное состояние»
( пп. 2.1; 2.2; 2.3;
2.4)

Данные понятия охватывают
основные технические состояния объекта. Каждое из них характеризуется
совокупностью значений параметров, описывающих состояние объекта, а также
качественных признаков, для которых не применяют количественные оценки.
Номенклатуру этих параметров и признаков, а также пределы допустимых их
изменений устанавливают в нормативно-технической и (или) конструкторской
(проектной) документации.

Работоспособный объект в отличие
от исправного должен удовлетворять лишь тем требованиям нормативно-технической
и (или) конструкторской (проектной) документации, выполнение которых обеспечивает
нормальное применение объекта по назначению. Работоспособный объект может быть
неисправным, например, если он не удовлетворяет эстетическим требованиям,
причем ухудшение внешнего вида объекта не препятствует его применению по
назначению.

Для сложных объектов возможны
частично неработоспособные состояния, при которых объект способен выполнять
требуемые функции с пониженными показателями или способен выполнять лишь часть
требуемых функций.

Для некоторых объектов
признаками неработоспособного состояния, кроме того, могут быть отклонения
показателей качества изготавливаемой ими продукции. Например для некоторых
технологических систем к неработоспособному состоянию может быть отнесено
такое, при котором значение хотя бы одного параметра качества изготавливаемой
продукции не соответствует требованиям нормативно-технической и (или)
конструкторской (проектной) и технологической документации.

Переход объекта из одного
состояния в другое обычно происходит вследствие повреждения или отказа. Переход
объекта из исправного состояния в неисправное работоспособное состояние
происходит из-за повреждений.

В
международных документах ИСО, МЭК и ЕОКК [5, 6]
введена более детальная классификация состояний. Так, в работоспособном состоянии
различают «рабочее состояние» ( operating state) и «нерабочее состояние ( non- Operating state), при котором объект не применяется по
назначению. «Нерабочее состояние» подразделяют в свою очередь, на
состояние дежурства ( standby
state) и состояние планового простоя ( idle, free state).
Кроме того, различают «внутренне» неработоспособное состояние ( internal disabled state),
обусловленное отказом или незавершенностью планового технического обслуживания
(ремонта), и внешне неработоспособное состояние ( external disabled state), обусловленное
организационными причинами. В отраслевой документации допускается использование
более детальной классификации состояний, не противоречащей приведенной в
настоящем стандарте.

К
терминам «Предельное состояние» и «Критерий предельного
состояния» ( пп. 2.5, 2.6)

Переход объекта в предельное
состояние влечет за собой временное или окончательное прекращение эксплуатации
объекта. При достижении предельного состояния объект должен быть снят с
эксплуатации, направлен в средний или капитальный ремонт, списан, уничтожен или
передан для применения не по назначению. Если критерий предельного состояния
установлен из соображений безопасности хранения и (или) транспортирования объекта,
то при наступлении предельного состояния хранение и (или) транспортирование
объекта должно быть прекращено. В других случаях при наступлении предельного
состояния должно быть прекращено применение объекта по назначению.

Для неремонтируемых объектов имеет
место предельное состояние двух видов . Первый
вид совпадает с неработоспособным состоянием. Второй вид предельного состояния
обусловлен тем обстоятельством, что начиная с некоторого момента времени
дальнейшая эксплуатация еще работоспособного объекта оказывается недопустимой в связи с опасностью или вредностью
эксплуатации. Переход неремонтируемого объекта в предельное состояние второго
вида происходит до потери объектом работоспособности.

Для ремонтируемых объектов
выделяют два или более видов предельных состояний. Например для двух видов
предельных состояний требуется отправка объекта в средний или капитальный
ремонт, т. е. временное прекращение применения объекта по назначению. Третий
вид предельного состояния предполагает, окончательное прекращение применения
объекта по назначению. Критерии предельного состояния каждого вида
устанавливаются нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) и
(или) эксплуатационной документацией.

К
терминам «Отказ», «Критерий отказа» ( пп.
3.3, 3.4)

Если работоспособность объекта
характеризуют совокупностью значений некоторых технических параметров, то
признаком возникновения отказа является выход значении любого из этих
параметров за пределы допусков. Кроме того в критерии отказов могут входить
также качественные признаки, указывающие на нарушение нормальной работы
объекта.

Критерии отказов следует
отличать от критериев повреждений. Под критериями повреждений понимают признаки
или совокупность признаков неисправного, но работоспособного состояния объекта.

К
термину «Критичность отказа» ( п. 3.7)

Понятие критичности отказа
введено для того, чтобы проводить классификацию отказов по их последствиям.
Подобная классификация содержится в международных документах ИСО, МЭК и ЕОКК, а
также в некоторых отраслевых отечественных документах, например в
нормативно-технической документации на объекты сельскохозяйственного
машиностроения. Критерием для классификации могут служить прямые и косвенные
потери, вызванные отказами, затраты труда и времени на устранение последствий
отказов, возможность и целесообразность ремонта силами потребителя или
необходимость ремонта изготовителем или третьей стороной, продолжительность
простоев из-за возникновения отказов, степень снижения производительности при
отказе, приводящем к частично неработоспособному состоянию и т. п.
Классификация отказов по последствиям устанавливается по согласованию между
заказчиком и разработчиком (изготовителем). Для простых объектов эта
классификация не используется.

При классификации отказов по
последствиям могут быть введены две, три и большее число категорий отказов. В
международных документах ИСО, МЭК, ЕОКК различают критические ( critical) и некритические ( non- critical). Последние подразделяют на
существенные ( major) и
несущественные ( miner)
отказы. Границы между категориями отказов достаточно условны.

Отказ одного и того же объекта
может трактоваться как критический; существенный или несущественный в
зависимости от того, рассматривается объект как таковой или он является
составной частью другого объекта. Несущественный отказ объекта, входящего в
состав более ответственного объекта, может рассматриваться как существенный и
даже критический в зависимости от последствий отказа сложного объекта. Для
проведения классификации отказов по последствиям необходим анализ критериев,
причин и последствий отказов и построение логической и функциональной связи
между отказами.

Классификация отказов по
последствиям необходима при нормировании надежности (в частности, для
обоснованного выбора номенклатуры и численных значений нормируемых показателей
надежности), а также при установлении гарантийных обязательств.

К
терминам «Внезапный отказ» и «Постепенный отказ» ( пп. 3.1, 3.12)

Эти термины позволяют разделять
отказы на две категория в зависимости от возможности прогнозировать момент
наступления отказа. В отличие от внезапного отказа, наступлению постепенного
отказа предшествует непрерывное и монотонное изменение одного или нескольких
параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции.
Ввиду этого удается предупредить наступление отказа и (или) принять меры по
устранению (локализации) его нежелательных последствий.

Четкой границы между внезапными
и постепенными отказами однако, провести не удается. Механические, физические и
химические процессы, которые составляют причины отказов, как правило, протекают
во времени достаточно медленно. Так, усталостная трещина в стенке трубопровода
или сосуда давления, зародившаяся из трещинообразного дефекта, медленно растет
в процессе эксплуатации; этот рост в принципе может быть прослежен средствами
неразрушающего контроля. Однако собственно отказ (наступление течи) происходит
внезапно. Если по каким-либо причинам своевременное обнаружение несквозной
трещины оказалось невозможным, то отказ придется признать внезапным.

По мере совершенствования
расчетных методов и средств контрольно измерительной техники, позволяющих
своевременно обнаруживать источники возможных отказов и прогнозировать их
развитие во времени, все большее число отказов будет относиться к категории
постепенных.

В документе [6] дано следующее, определение внезапного отказа: это
отказ, наступление которого не может быть предсказано предварительным контролем
или диагностированием.

К
термину «Сбой» ( п. 3.13)

Отличительным признаком сбоя
является то, что восстановление работоспособного состояния объекта может быть
обеспечено без ремонта, например, путем воздействия оператора на органы
управления, устранением обрыва нити, магнитной ленты и т. п., коррекцией
положения заготовки.

Характерным примером сбоя служит
остановка ЭВМ, устраняемая повторным пуском программы с места останова или ее
перезапуском сначала.

К
терминам «Конструктивный отказ», «Производственный отказ»,
«Эксплуатационный отказ» ( пп. 3.17, 3.18, 3.19)

Классификация отказов по
причинам возникновения введена с целью установления, на какой стадии создания
или существования объекта следует провести мероприятия для устранения причин
отказов.

Допускается выделить отказы
комплектующих изделий, изготовляемых не на том предприятии, где производится
объект в целом. Отказы комплектующих элементов также могут быть
конструктивными, производственными и эксплуатационными. Классификация не
является исчерпывающей, поскольку возможно возникновение отказов, вызванных
двумя или тремя причинами.

К
термину «Деградационный отказ» ( п. 3.20)

При анализе надежности различают
ранние отказы, когда проявляется влияние дефектов, не обнаруженных в процессе
изготовления, испытаний и (или) приемочного контроля, и поздние, деградационных
отказы. Последние происходят на заключительной стадии эксплуатации объекта,
когда вследствие естественных процессов старения, изнашивания и т. п. объект
или его составные части приближаются к предельному состоянию по условиям
физического износа. Вероятность возникновения деградационных отказов в пределах
планируемого полного или межремонтного срока службы (ресурса) должна быть
достаточно мала. Это обеспечивается расчетом на долговечность с учетом
физической природы деградационных отказов, а также надлежащей системой
технического обслуживания и ремонта.

В принципе можно практически
исключить возникновение ранних отказов, если до передачи объекта в эксплуатацию
провести приработку, обкатку, технологический прогон и т. п. При этом
соответственно может варьироваться цена объекта.

К
термину «Наработка» ( п. 4.1)

Наработку объекта, работающего
непрерывно можно измерять в единицах календарного времени. Если объект работает
с перерывами, то различают непрерывную и суммарную наработку. В этом случае
наработку также можно измерять в единицах времени. Для многих объектов
физическое изнашивание связано не только с календарной продолжительностью эксплуатации, но с объемом
работы объекта, и поэтому зависит от интенсивности применения объекта по
назначению. Для таких объектов наработку обычно выражают через объем
произведенной работы или число рабочих циклов.

Если трактовать понятие
«время» в обобщенном смысле — как параметр, служащий для описания
последовательности событий и смены состояний, то принципиальная разница между
наработкой и временем отсутствует даже в том случае, когда наработка является
целочисленной величиной (например календарное время тоже отсчитывают в днях,
месяцах и т. п.). Поэтому наработка и родственные ей величины (ресурс,
остаточный ресурс) отнесены к категории временных понятий.

В международных документах [5, 6] введена детальная классификация временных
понятий, относящихся к наработке: требуемая наработка ( required time), продолжительность
планового простоя ( non- required time),
продолжительность планового простоя работоспособного объекта ( idle time) и т. д.

К
терминам «Наработка до отказа», «Наработка между отказами»,
«Время восстановления», «Ресурс», «Срок службы»,
«Срок сохраняемости», «Остаточный ресурс» ( п.
4.2-4.8)

Перечисленные понятия относятся
к конкретно взятому индивидуальному объекту. Имеется важное различие между
величинами, определяемыми этими понятиями, и большинством величин,
характеризующих механические, физические и другие свойства индивидуального
объекта. Например, геометрические размеры, масса, температура, скорость и т. д.
могут быть измерены непосредственно (в принципе — в любой момент времени
существования объекта). Наработка индивидуального объекта до первого отказа,
его наработка между отказами, ресурс и т. п. могут быть определены лишь после
того, как наступил отказ или было достигнуто предельное состояние. Пока эти
события не наступили, можно говорить лишь о прогнозировании этих величин с
большей или меньшей достоверностью.

Ситуация осложнена из-за того,
что безотказная наработка, ресурс, срок службы и срок сохраняемости зависят от
большого числа факторов, часть которых не может быть проконтролирована, а
остальные заданы с той или иной степенью неопределенности. Безотказная работа
конкретно взятого индивидуального объекта зависит от качества сырья,
материалов, заготовок и полуфабрикатов, от достигнутого уровня технологии и
степени стабильности технологического процесса, от уровня технологической
дисциплины, от выполнения всех требований по хранению, транспортированию и
применению объекта по назначению. Многие объекты включают в себя комплектующие
изделия, детали и элементы, поставленные другими изготовителями. Перечисленные
выше факторы, влияя на работоспособность составных частей объекта, определяют
его работоспособность в целом.

Опыт эксплуатации объектов
массового производства показывает, что как наработка до отказа, так и наработка
между отказами обнаруживают значительный статистический разброс. Аналогичный
разброс имеют также ресурс, срок службы и срок сохраняемости. Этот разброс
может служить характеристикой технологической культуры и дисциплины, а также
достигнутого уровня технологии. Разброс наработки до первого отказа, ресурса и
срока службы может уменьшить, а их значения можно увеличить путем надлежащей и
экспериментальной отработки каждого индивидуального объекта до передачи в
эксплуатацию. Этот подход осуществляют для особо ответственных объектов
Целесообразность такого подхода для массовых объектов должна каждый раз
подтверждаться технико-экономическим анализом.

Наработка до отказа вводится как
для неремонтируемых (невосстанавливаемых), так и для ремонтируемых
(восстанавливаемых) объектов. Наработка между отказами определяется объемом
работы объекта от k-го
до ( k+ l)-г o отказа, где k=1, 2 … Эта наработка относится
только к восстанавливаемым объектам.

Технический ресурс представляет
запас возможной наработки объекта. Для неремонтируемых объектов он совпадает с
продолжительностью пребывания работоспособном состоянии в режиме применения по
назначению, если переход в предельное состояние обусловлен только
возникновением отказа.

Поскольку средний и капитальный
ремонт позволяют частично или полностью восстанавливать ресурс, то отсчет
наработки при исчислении ресурса возобновляют по окончании такого ремонта,
различая в связи с этим доремонтный, межремонтный, послеремонтный и полный (до
списания) ресурс.

Доремонтный ресурс исчисляют до
первого среднего (капитального) ремонта. Число возможных видов межремонтного
ресурса зависит от чередования капитальных и средних ремонтов. Послеремонтный
ресурс отсчитывают от последнего среднего (капитального) ремонта.

Полный ресурс отсчитывают от
начала эксплуатации объекта до его перехода в предельное состояние,
соответствующее окончательному прекращению эксплуатации.

Аналогичным образом выделяют
виды срока службы и срока сохраняемости. При этом срок службы и срок
сохраняемости измеряют в единицах времени. Соотношение значений ресурса и срока
службы зависит от интенсивности использования объекта. Полный срок службы, как
правило, включает продолжительности всех видов ремонта.

К
терминам «Назначенный срок службы», «Назначенный ресурс»,
«Назначенный срок хранения» ( пп. 4.10; 4.9; 4.11)

Цель установления назначенного
срока службы и назначенного ресурса — обеспечить принудительное
заблаговременное прекращение применения объекта по назначению, исходя из
требований безопасности или технико-экономических соображений. Для объектов,
подлежащих длительному хранению, может быть установлен назначенный срок
хранения, по истечении которого дальнейшее хранение недопустимо, например, из
требований безопасности.

При достижении объемом
назначенного ресурса (назначенного срока службы, назначенного срока хранения),
и зависимости от назначения объекта, особенности эксплуатации, технического
состояния и других факторов объект может быть списан, направлен в средний или
капитальный ремонт, передан для применения не по назначению, переконсервирован
(при хранении) или может быть принято решение о продолжении эксплуатации.

Назначенный срок службы и
назначенный ресурс являются технико-эксплуатационными характеристиками и не
относятся к показателям надежности (показателям долговечности). Однако при
установлении назначенного срока службы и назначенного ресурса принимают во
внимание прогнозируемые (или достигнутые) значения показателей и надежности.
Если установлено требование безопасности, то назначенный срок службы (ресурс)
должен соответствовать значениям вероятности безотказной работы по отношению к
критическим отказам, близким к единице. Из соображений безопасности может быть
также введен коэффициент запаса по времени.

К
терминам «Техническое обслуживание», «Восстановление»,
«Ремонт» ( пп. 5.1; 5.2; 5.3)

Техническое обслуживание
включает регламентированные в конструкторской (проектной) и (или)
эксплуатационной документации операции по поддержанию работоспособного и
исправного состояния. В техническое обслуживание входят контроль технического
состояния, очистка, смазывание и т. п. [9].

Восстановление включает в себя
идентификацию отказа (определение его места и характера), наладку или замену
отказавшего элемента, регулирование и контроль технического состояния элементов
объекта и заключительную операцию контроля работоспособности объекта в целом.

Перевод объекта из предельного
состояния в работоспособное состояние осуществляется при помощи ремонта, при
котором происходит восстановление ресурса объекта в целом. В ремонт могут
входить разборка, дефектовка, замена или восстановление отдельных блоков,
деталей и сборочных единиц, сборка и т. д. Содержание отдельных операций
ремонта может совпадать с содержанием операций технического обслуживания [9].

К
терминам «Обслуживаемый объект», «Необслуживаемый объект»,
«Ремонтируемый объект», «Неремонтируемый объект», «Восстанавливаемый
объект», «Невосстанавливаемый объект» ( пп. 5.4;
5.5; 5.8; 5.9)

При разработке объекта
предусматривают выполнение (или невыполнение) технического обслуживания
объектов на протяжении срока их службы, т. е. объекты делят на
технически обслуживаемые и технически необслуживаемые. При этом некоторые
неремонтируемые объекты являются технически обслуживаемыми.

Деление объектов на ремонтируемые
и неремонтируемые связано с возможностью восстановления работоспособного
состояния путем ремонта, что предусматривается и обеспечивается при разработке
и изготовлении объекта. Объект может быть ремонтируемым, но не
восстанавливаемым в конкретной ситуации.

К
термину «Показатель надежности» ( п. 6.1)

К показателям надежности относят
количественные характеристики надежности, которые вводят согласно правилам
статистической теории надежности [2, 3, 7, 12]. Область применения
этой теории ограничена крупносерийными объектами, которые изготавливают и
эксплуатируют в статистически однородных условиях и к совокупности которых
применимо статистическое истолкование вероятности. Примером служат массовые
изделия машиностроения, электротехнической и радиоэлектронной промышленности.

Применение статистической теории
надежности к уникальным и малосерийным объектам ограничено. Эта теория применима
для единичных восстанавливаемых (ремонтируемых) объектов, в которых в
соответствии с нормативно-технической документацией допускаются многократные
отказы, для описания последовательности которых применима модель потока
случайных событий. Теорию применяют также к уникальным и малосерийным объектам,
которые в свою очередь состоят из объектов массового производства. В этом
случае расчет показателей надежности объекта в целом проводят методами
статистической теории надежности по известным показателям надежности
компонентов и элементов.

Методы статистической теории
надежности позволяют установить требования к надежности компонентов и элементов
на основании требований к надежности объекта в целом.

Статистическая теория надежности
является составной частью более общего подхода к расчетной оценке надежности
технических объектов, при котором отказы рассматривают как результат
взаимодействия объекта как физической системы с другими объектами и окружающей
средой [8]. Так при проектировании строительных
сооружений и конструкций учитывают в явной или неявной форме статистический
разброс механических свойств материалов, элементов и соединений, а также
изменчивость (во времени и в пространстве) параметров, характеризующих внешние
нагрузки и воздействия. Большинство показателей надежности полностью сохраняют
смысл и при более общем подходе к расчетной оценке надежности. В простейшей
модели расчета на прочность по схеме «параметр нагрузки — параметр
прочности» вероятность безотказной работы совпадает с вероятностью того,
что в пределах заданного отрезка времени значение параметра нагрузки ни разу не
превысит значение, которое принимает параметр прочности. При этом оба параметра
могут быть случайными функциями времени.

На стадии проектирования и
конструирования показатели надежности трактуют как характеристики вероятностных
или полувероятностных математических моделей создаваемых объектов. На стадиях
экспериментальной отработки, испытаний и эксплуатации роль показателей
надежности выполняют статистические оценки соответствующих вероятностных
характеристик.

В целях единообразия все
показатели надежности, перечисленные в настоящем стандарте, определены как
вероятностные характеристики. Это подчеркивает также возможность
прогнозирования значения этих показателей на стадии проектирования [3, 8, 9].

Показатели надежности вводят по
отношению к определенным режимам и условиям эксплуатации, установленным в
нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

К
терминам «Единичный показатель надежности» и «Комплексный
показатель надежности» ( пп. 6.2; 6.3)

В отличие от единичного показателя
надежности комплексный показатель надежности количественно характеризует не
менее двух свойств, составляющих надежность, например безотказность и
ремонтопригодность. Примером комплексного показателя надежности служит
коэффициент готовности ( п. 6.26)
K_г,
стационарное значение которого (если оно существует) определяют по формуле

где Т — средняя наработка на отказ ( п.
6.11);

Т_в — среднее
время восстановления ( п. 6.21).

К
терминам «Расчетный показатель надежности», «Экспериментальный
показатель надежности», «Эксплуатационный показатель
надежности», «Экстраполированный показатель надежности» ( пп. 6.4; 6.5; 6.6; 6.7)

Такую классификацию показателей
надежности вводят в зависимости от способов их получения.
Аналогичная классификация содержится в международных документах ИСО, МЭК. и
ЕОКК [4-6]. Наличие этих понятий должно предупредить
путаницу, которая имеет место на практике при обсуждении численных данных,
полученных разными способами и на разных стадиях жизненного цикла объекта.

К
термину «Вероятность безотказной работы» ( п. 6.8)

Вероятность безотказной работы
определяется в предположении, что в начальный момент времени (момент начала
исчисления наработки) объект находился в работоспособном состоянии. Обозначим
через t время
или суммарную наработку объекта (в дальнейшем для краткости называем t
просто наработкой). Возникновение первого отказа — случайное событие, а
наработка t
от начального момента до возникновения этого события — случайная величина.
Вероятность безотказной работы Р( t) объекта в интервале от 0 до t включительно
определяют как

                                                              (1)

Здесь Р{ ×} — вероятность события, заключенного в скобках.
Вероятность безотказной работы Р( t) является функцией наработки t. Обычно эту функцию предполагают
непрерывной и дифференцируемой.

Если способность объекта
выполнять заданные функции характеризуется одним параметром v, то вместо (1) имеем
формулу

,                                          (2)

где v_*
и v_**—
предельные по условиям работоспособности значения параметров (эти значения,
вообще, могут изменяться во времени).

Аналогично вводят вероятность безотказной работы в более
общем случае, когда состояние объекта характеризуется набором параметров с
допустимой по условиям работоспособности областью значений этих параметров [8].

Вероятность безотказной работы Р(t)
связана с функцией распределения F( t)
и плотностью распределения f( t) наработки до отказа:

.                                         (3)

Наряду с понятием
«вероятность безотказной работы» часто используют понятие
«вероятность отказа», которое определяется следующим образом: это
вероятность того, что объект откажет хотя бы один раз в течение заданной
наработки, будучи работоспособным в начальный момент времени. Вероятность
отказа на отрезке от 0 до t
определяют по формуле

.                                                          (4)

Точечные
статистические оценки для вероятности безотказной работы  от 0 до t и для функции распределения
наработки до отказа  даются формулами:

,                                   (5)

где N — число объектов, работоспособных в начальный
момент времени;

п(t) —
число объектов, отказавших на отрезке от 0 до t.

Для получения достоверных оценок объем выборки N
должен бить достаточно велик [2, 3, 7].

Определение безотказной работы в
соответствии с формулами
(1) и (2) относится к объектам, которые
должны функционировать в течение некоторого конечного отрезка времени. Для
объектов одноразового (дискретного) применения вероятность безотказной работы
определяют как вероятность того, что при срабатывании объекта отказ не
возникает. Аналогично вводят вероятность безотказного включения (например в
рабочий режим из режима ожидания).

К
терминам «Гамма-процентная наработка до отказа»
«Гамма-процентный ресурс», «Гамма-процентный срок службы»,
«Гамма-процентное время восстановления», «Гамма-процентный срок
сохраняемости» ( пп. 6.9; 6.15; 6.20; 6.24)

Перечисленные показатели
определяют как корни t _g уравнения

,                                                             (6)

где F( t) — функция
распределения наработки до отказа (ресурса, срока службы).

В частности, гамма-процентную наработку до отказа t _g
определяют из уравнения

где P( t)-вероятность
безотказной работы.

Как видно из формулы (6),
гамма-процентные показатели равны квантилям соответствующих распределений. Если
вероятности, отвечающие этим квантилям, выражают в процентах, то для
показателей безотказности обычно задают значения 90; 95; 99; 99,5°/о и т. д.
Тогда вероятность возникновения отказа на отрезке [0; t] будет
составлять 0,10; 0,05; 0,01; 0,005 и т. д. Задаваемые значения g для
критических отказов должны быть весьма близки к 100%, чтобы сделать критические
отказы практически невозможными событиями. Для прогнозирования потребности в
запасных частях, ремонтных мощностях, а также для расчета пополнения и
обновления парков машин, приборов и установок могут потребоваться
гамма-процентные показатели при более низких значениях g, например при g=50%,
что приближенно соответствует средним значениям.

Статистические оценки для
гамма-процентных показателей могут быть получены на основе статистических
оценок либо непосредственно, либо после аппроксимации эмпирических функций
подходящими аналитическими распределениями. Необходимо иметь в виду, что
экстраполирование эмпирических результатов за пределы продолжительности
испытаний (наблюдений) без привлечения дополнительной информации о физической
природе отказов может привести к значительным ошибкам.

К
терминам «Средняя наработка до отказа», «Средний ресурс»,
«Средний срок службы», «Среднее время восстановления»,
«Средний срок сохраняемости» ( пп. 6.10; 6.16; 6.18; 6.21;
6.25)

Перечисленные показатели равны
математическим ожиданиям соответствующих случайных величин, наработки до
отказа, ресурса, срока службы, времени восстановления, срока сохраняемости.

Среднюю наработку до отказа Т₁
вычисляют по формуле

,

где F( t)— функция
распределения наработки до отказа,

f( t) — плотность распределения
наработки до отказа.

С учетом (3) Т₁
выражается через вероятность безотказной работы:

.

Статистическая оценка для средней наработки до отказа дается
формулой

.                                                            (7)

Здесь N—
число работоспособных объектов при t=0,

t _j — наработка до первого
отказа каждого из объектов.

Формула (7) соответствует плану испытаний, при
котором все объекты испытываются до отказа [2, 3, 7].

К
термину «Средняя наработка на отказ» ( п. 6.11)

Этот показатель введен
применительно к восстанавливаемым объектам, при эксплуатации которых
допускаются многократно повторяющиеся отказы. Очевидно, что это должны быть
несуществующие отказы, не приводящие к серьезным последствиям и не требующие
значительных затрат на восстановление работоспособного состояния. Эксплуатация
таких объектов может быть описана следующим образом: в начальный момент времени
объект начинает работать и продолжает работать до первого отказа; после отказа
происходит восстановление работоспособности, и объект вновь работает до отказа
и т. д. На оси времени моменты отказов образуют поток отказов, а моменты
восстановлений — поток восстановлений. На оси суммарной наработки (когда время
восстановления не учитывается) моменты отказов образуют поток отказов. Полное и
строгое математическое описание эксплуатации объектов по этой схеме построено
на основе теории восстановления [2, 7].

Определению средней наработки на
отказ Т, которое приведено в данном стандарте, соответствует следующая
формула

.                                                     (8)

Здесь t —
суммарная наработка, r( t) — число отказов,
наступивших в течение этой наработки, M{ r( t)} — математическое
ожидание этого числа. В общем случае средняя наработка на отказ оказывается
функцией t. Для
стационарных потоков отказов средняя наработка на отказ от t не зависит.

Статистическую оценку средней
наработки на отказ Т вычисляют по формуле, которая аналогична формуле
(8)

.                                                                     (9)

В отличие от формулы (8)
здесь r( f) — число отказов,
фактически происшедших за суммарную наработку t.

Формула (9) допускает обобщение
на случай, когда объединяются данные, относящиеся к группе однотипных объектов,
которые эксплуатируются в статистически однородных условиях. Если поток отказов
— стационарный, то в формуле (9) достаточно заменить t на сумму наработок всех
наблюдаемых объектов и заменить r( t)
на суммарное число отказов этих объектов [3].

К
терминам «Интенсивность отказов» и «Интенсивность
восстановления» ( пп. 6.12; 6.22)

Интенсивность отказов l(t)
определяют по формуле

.                                         (10)

Для высоконадежных систем Р
( t) »1,
так что интенсивность отказов приближенно равна плотности распределения наработки
до отказа.

Статистическая оценка для
интенсивности отказов  имеет вид

,                                                  (11)

где использованы те же обозначения, что и в формуле (5).

Аналогично вводится интенсивность
восстановления.

К
терминам «Параметр потока отказов» и «Осредненный параметр
потока отказов » ( пп. 6.13; 6.14)

Параметр потока отказов m( t) определяют по формуле

,                                           (12)

где D t —
малый отрезок наработки,

r( t) — число отказов,
наступивших от начального момента времени до достижения наработки t.

Разность r( t+ t)— r( t) представляет собой число отказов
на отрезке D t.

Наряду с параметром потока
отказов в расчетах и обработке экспериментальных данных часто используют
осредненный параметр потока отказов

.                                             (13)

По сравнению с формулой (12)
здесь рассматривается число отказов за конечный отрезок [ t₁, t₂],
причем t₁ £ t₁ £ t₂. Если поток
отказов стационарный, то параметры, определяемые по формулам (12) и (13) от t
не зависят.

Статистическую оценку для
параметра потока отказов m(t) определяют по формуле

,                                                                    (14)

которая по структуре аналогична формуле (13). Для стационарных
потоков можно применять формулу

.

где  — оценка (8) для средней наработки на отказ.

В международных документах ИСО,
МЭК. и ЕОКК термину «параметр потока отказов» соответствует термин failure intensity, в то время
как термину «интенсивность отказов» ( п. 6.12)
соответствует термин failure
rate. Это необходимо учитывать при использовании англоязычных
источников, а также переводной литературы.

К
терминам «Вероятность восстановления», «Гамма-процентное время
восстановления», «Среднее время восстановления»,
«Интенсивность восстановления», «Средняя трудоемкость
восстановления» ( пп. 6.19; 6.20;
6.21; 6.22; 6.23)

Для комплексной оценки
ремонтопригодности допускается дополнительно использовать показатели типа
удельной трудоемкости ремонта и удельной трудоемкости технического
обслуживания.

К
терминам «Коэффициент готовности», «Коэффициент оперативной
готовности», «Коэффициент технического использования»,
«Коэффициент сохранения эффективности» ( пп. 6.26;
6.27; 6.28; 6.29)

Коэффициент готовности
характеризует готовность объекта к применению по назначению только в отношении
его работоспособности в произвольный момент времени. Коэффициент оперативной
готовности характеризует надежность объекта, необходимость применения которого
возникает в произвольный момент времени, после которого требуется безотказная
работа в течение заданного интервала времени. Различают стационарный и
нестационарный коэффициенты готовности, а также средний коэффициент готовности [3, 5, 6].

Коэффициент технического
использования характеризует долю времени нахождения объекта в работоспособном
состоянии относительно общей продолжительности эксплуатации. Коэффициент
сохранения эффективности характеризует степень влияния отказов на эффективность
его применения по назначению. Для каждого конкретного типа объектов содержание
понятия эффективности и точный смысл показателя (показателей) эффективности
задаются техническим заданием и вводятся в нормативно-техническую и (или)
конструкторскую (проектную) документацию.

К
термину «Резервирование» ( п. 7.1)

Резервирование — одно из
основных средств обеспечения заданного уровня надежности объекта при
недостаточно надежных компонентах и элементах. Цель резервирования — обеспечить
безотказность объекта в целом, т. е. сохранить его работоспособность, когда
возник отказ одного или нескольких элементов [11].
Наряду с резервированием путем введения дополнительных (резервных) элементов
находят широкое применение другие виды резервирования. Среди них временное
резервирование (с использованием резервов времени), информационное
резервирование (с использованием резервов информации), функциональное
резервирование, при котором используется способность элементов выполнять
дополнительные функции или способность объекта перераспределять функции между
элементами, нагрузочное резервирование, при котором используется способность
элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх номинальных, а также
способность объекта перераспределять нагрузки между элементами.

К
терминам «Нормирование надежности», «Нормируемый показатель
надежности» ( пп. 8.1; 8.2)

При выборе номенклатуры
нормируемых показателей надежности необходимо учитывать назначение объекта,
степень его ответственности, условия эксплуатации, характер отказов (внезапные,
постепенные и т. п.), возможные последствия отказов, возможные типы предельных
состояний. При этом целесообразно, чтобы общее число нормируемых показателей
надежности было минимально; нормируемые показатели имели простой физический
смысл, допускали возможность расчетной оценки на этапе проектирования,
статистической оценки и подтверждения по результатам испытаний и (или)
эксплуатации [10, 11].

При обосновании численных
значений нормируемых показателей надежности необходимо руководствоваться
принципом оптимального распределения затрат на повышение надежности,
техническое обслуживание и ремонт.

Значения нормируемых показателей
надежности учитываются, в частности, при назначении гарантийного срока
эксплуатации (гарантийной наработки, гарантийного срока хранения), которые являются технико-экономическими
(отчасти коммерческими) характеристиками объекта и не относятся к показателям
надежности. Гарантийные сроки, показатели надежности и цена объекта должны быть
взаимоувязаны.

Длительность гарантийного срока
эксплуатации (гарантийной наработки, гарантийного срока хранения) должна быть
достаточной для выявления и устранения скрытых дефектов и определяется
соглашением между потребителем (заказчиком) и поставщиком (изготовителем).

К
термину «Программа обеспечения надежности» ( п. 9.1)

Программа обеспечения надежности
— важнейший документ, служащий организационно-технической основой для создания
объектов, удовлетворяющих заданным требованиям по надежности. Программа должна охватывать
все или отдельные стадии жизненного цикла объекта.

Программа обеспечения надежности
включает, в частности, программу экспериментальной отработки, которая
определяет цели, задачи, порядок проведения и необходимый объем испытаний или
экспериментальной отработки, а также регламентирует порядок подтверждения
показателей надежности на стадии разработки. Программа обеспечения
ремонтопригодности устанавливает комплекс взаимосвязанных
организационно-технических требований и мероприятий, направленных на обеспечение
заданных требований по ремонтопригодности и (или) повышения ремонтопригодности.
Она разрабатывается одновременно с программой обеспечения надежности и является
либо ее составной частью, либо самостоятельной программой [1].

К
термину «Испытания на надежность» ( п. 10.1)

Испытания на надежность
относятся к числу важнейших составных частей работы по обеспечению и повышению
надежности технических объектов. Эти испытания в зависимости от контролируемых
(оцениваемых) свойств, составляющих надежность, могут состоять из испытаний на
безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. В частности,
ресурсные испытания относятся к испытаниям на долговечность.

Планирование испытаний и
обработка их результатов проводятся с применением методов математической
статистики [2, 3, 7, 10].
Оценивание значений показателей надежности при определительных испытаниях
должно проводиться с заданной точностью (т. е. при заданной относительной
погрешности) и с заданной достоверностью (т. е. при заданном уровне
доверительной вероятности). Аналогичные требования предъявляются к контрольным
испытаниям. Ускорение (форсирование) испытаний не должно приводить к снижению
точности и достоверности оценок.

ПЕРЕЧЕНЬ
ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.
Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. (Ред. совет: В. С. Авдуевский
(пред.) и др. Т. 1. Методология. Организация. Терминология) Под ред. А. И.
Рембезы.-М.: Машиностроение, 1989.-224 с.

2.
Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. / Ред. совет:

В. С. Авдуевский (пред.) и др.
Т. 2. Математические методы в теории надежности и эффективности/Под ред. Б. В.
Гнеденко.-М.: Машиностроение, 1987.-280 с.

3.
Надежность технических систем. Справочник/Ю. К. Беляев, В. А. Богатырев, В. В. Болотин
и др./Под ред. И. А. Ушакова-М.: Радио и связь, 1985-608 с.

4. Data Processing Vocabulary.
Section 14. Reliability, Maintenance and Availability. — Geneva: ISO 2382, 1976. — 16 p.

5. International Electrotechnical
Vocabulary. Chapter 191. Reliability, Maintainability and Quality of Service (draft).-Geneva:
International Electrotechnical Commission, 1987.-75 p.

6. EOQC Glossary.-Bern: EOQC.
1988.-24 p.

7. Гнеденко
Б. В., Беляев Ю. К., Соловьев А. Д. Математические методы в теории надежности.-М.:
Наука, 1965.-524 с.

8. Болотин
В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций.-М.: Машиностроение,
1984.-312 с.

9. Хазов Б.
Ф., Дидусев Б. А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования.-М.:
Машиностроение, 1986.-224 с.

10. Дзиркал
Э. В. Задание и проверка требований к надежности сложных изделий.-М.: Радио
и связь, 1981.-176 с.

11.
Резиновский А. Я. Испытания и надежность радиоэлектронных комплексов.-М.: Радио
и связь, 1985- 168 с.

12. F. S. Goodell, Reliability and
Maintainability by Design: A Blue-Print for Success. Journal of Aircraft, v. 24, № 8,
1987, p. 481-483.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1.   РАЗРАБОТАН
И ВНЕСЕН Институтом машиноведения АН СССР, Межотраслевым научно-техническим
комплексом «Надежность машин» и Государственным Комитетом СССР по
управлению качеством продукции и стандартам

РАЗРАБОТЧИКИ

В.В. Болотин,
чл.-корр. АН СССР (руководитель); П.П. Пархоменко, чл.-корр. АН СССР; А.Ф.
Селихов, чл.-корр. АН СССР; И.А. Ушаков, д-р техн. наук; Л.В.
Коновалов, д-р техн. наук; Р.В. Кугель, д-р техн. наук; Л.П.
Глазунов, д-р техн. наук; И.Д. Грудев, д-р техн. наук; И.А.
Биргер, д-р техн. наук; В.П. Когаев, д-р техн. наук; Б.Ф. Хазов, д-р
техн. наук; А.Я. Резиновский, канд. техн. наук; Ф.И. Фишбейн,
канд. техн. наук; Э.В. Дзиркал, канд. техн. наук; В.А. Гречин,
канд. техн. наук; И.Е. Декабрун, канд. техн. наук; Я.А. Ольштейн,
канд. техн. наук; Д.И. Бельский, канд. техн. наук; И.З. Аронов, канд.
техн. наук; В.Л. Шпер, канд. техн. наук; Г.К. Мартынов, канд.
техн. наук; В.В. Худяков, канд. техн. наук; А. Л. Раскин, В.И.
Карзов, канд. техн. наук; Э.Ф. Капанец, канд. техн. наук; Ю.И.
Тарасьев; П.В. Рубинштейн; С. В. Нефедов, канд.техн. наук

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15.11.89 № 3375

3. Срок проверки- 1992 г.

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ