Метод оценки надежности и качества технических объектов

Надежность объекта - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в заданных режимах, условиях применения, стратегиях технического обслуживания и транспортирования (ГОСТ Р 27.102-2021 Надежность в технике. Надежность объекта. Термины и определения). Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств. Объектом может быть сборочная единица, деталь, компонент, элемент, устройство, функциональная единица, оборудование, изделие, система, сооружение.

Надежность есть вероятность того, что объект будет успешно выполнять свою функцию в течение определенного периода времени при работе в определенных окружающих условиях. Как считает эксперт, профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности» Финансового университета при Правительстве Российской Федерации доктор технических наук, профессор Седнев В.А., в определении подчеркнуты четыре существенных фактора, каждый из которых играет важную роль: вероятность, успешная работа, время и условия работы:

вероятность является количественной характеристикой и показывает число раз, при котором можно ожидать появления конкретного события из их общего числа;

успешная работа показывает, что должен быть установлен критерий, который определяет, какая работа считается удовлетворительной;

время является одним из наиболее важных элементов определения надежности, так как без знания вероятности функционирования или исправности объекта в течение заданного времени невозможно оценить вероятность выполнения определенной задачи, выполнение которой требует работоспособности в течение данного периода;

к условиям работы относятся температура, влажность, ударные нагрузки, вибрация и т.п. Практика эксплуатации объектов показывает, что каждый из этих факторов влияет определенным способом на их работу.

Качество объекта есть степень соответствия его техническим условиям, относительная мера и оценка качества основана на нормах, установленных для определенного типа объектов (оборудования и др.). Практика эксплуатации показывает, что хорошее качество является важным компонентом высокой надежности, так как низкое качество изготовления может сократить срок службы объекта и повлиять на его надежность.

При современном уровне развития науки, когда на производственных объектах и для научных целей используются сложные устройства, высокая степень надежности становится абсолютно необходимой. Основной метод создания отдельного надежного объекта заключается в тщательной разработке его конструкции: на основе исходных данных и набора формул рассчитывают и изготавливают единичный материальный объект; при производстве больших партий однотипных объектов (изделий и др.) наблюдаются и неизбежны ошибки и отклонения по массе, габаритам, которые описываются нормальным законом распределения, где существуют математическое ожидание (среднее) и конечная дисперсия (ошибка), но изготовленные объекты считаются соответствующими требованиям в части выполнения ими определенных задач.

В то же время в больших многоуровневых структурах или системах, на предприятиях, в организациях и учреждениях, где могут быть установлены и эксплуатируются до 1011 шт. объектов (изделий и др.) разных видов, затруднительно оценить их комплексную надежность. При этом данные по надежности, получаемые в результате эксплуатации различных объектов, могут быть использованы для расчета надежности этих объектов, эксплуатируемых в аналогичных условиях. Кроме того, необходимость сбора данных по надежности объясняется возможностью их использования для внесения улучшений в эксплуатируемые объекты. Тем более, что окончательно показатели надежности объектов определяются в условиях эксплуатации, для которых они предназначались. Именно эти данные по надежности являются наиболее полезными. Причем на большинстве существующих предприятий, организаций и учреждений система учета отказов объектов при текущей эксплуатации не ведется.

По мнению эксперта, профессора кафедры «Безопасность жизнедеятельности» Финансового университета при Правительстве Российской Федерации доктора технических наук, профессора Седнева В.А., задачами комплексной системной оценки видовой надежности объектов, эксплуатируемых в больших структурах, являются: формализация критерия для оптимизации количества и сроков обновления их видов; расчет объемов и скорости изнашивания видов объектов в условиях эксплуатации при изменении качества и надежности изготовления; формализация компенсации процесса выпуска (выбора, установки) разнообразных объектов с процессом эксплуатации (сроком службы) в конкретных системах, что имеет существенное значение для устойчивости функционирования технических объектов.

Оценка надежности технических объектов включает надежность конструкторскую, определяемую изготовлением, и вытекающую из условий эксплуатации (режим работы, техническое обслуживание, ремонт), для чего ис-пользуют средние оценки надежности для конкретных объектов и вероятностные законы распределения характеристик надежности. Если показатель надежности объекта характеризуется количеством его восстановлений, то на основе статистических данных строится модель видовой надежности объекта и исследуется его распределение по видам и видов по повторяемости их надежностных характеристик. Поток ремонтируемых объектов формируется процессом его функционирования в условиях внешней среды.

Модель процесса формирования потока ремонтируемых объектов дает распределение его видов по повторяемости и действительна, если функционирование объектов ограничивается случайным сроком их службы. Результаты исследования надежности различных объектов, полученные для одних условий эксплуатации, нельзя распространять на те же объекты в сходных, но не аналогичных, условиях. Поэтому эксперт предлагает для оценки комплексной надежности видовой структуры объектов использовать в организациях сравнение распределений ремонтируемых и установленных выборок объектов одной совокупности: если скорость движения вида по распределению ремонтируемых технических объектов превышает скорость движения вида по распределению установленных объектов, то эксплуатационная оценка надежности объекта низкая, иначе - высокая (рисунок 1), при этом:

Критерий надежности: если обобщенная производная от траектории движения видов объектов по плоскости распределения в фиксированный момент времени равна нулю, то структура в этот момент способна выполнить заданные функции с оптимальным по надежности решением - с заданными параметрами при минимальных затратах. Предлагаемый метод позволяет получить данные об объемах и скорости устаревания видов объектов в условиях эксплуатации и количественные критерии для разработки рекомендаций промышленности по оптимальному количеству и срокам их обновления.