1 Основные понятия и показатели теории надежности 9

Вид материала

Реферат

Содержание Первый раздел Третий раздел Восьмой раздел 1 Основные понятия и показатели теории надежности 1.2 Теоретическая база науки о надежности

Подобный материал:

• Программа вступительного экзамена в магистратуру направление 151000 Технологические, 102.47kb.
• Методика построения гистограммы и кривой эмпирического распределения 9 Статистические, 26.28kb.
• Надежность систем. Общие понятия и определения основы расчета надежности систем. Общие, 54.06kb.
• Календарно-тематический план учебная дисциплина: «Математика», 40.92kb.
• Надежность в технике основные понятия. Термины и определения гост 27. 002-89 государственный, 583.36kb.
• Темы лекций. Неделя I: Предмет, объект, методы корпоративного управления. Основные, 54.05kb.
• Основные понятия темы и проверочные знания, 43.12kb.
• Основные понятия, природа и механизмы воспитания основные понятия теории и практики, 734.54kb.
• Логистика запасов основные понятия теории управления запасами, 166.21kb.
• Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «Инновационный менеджмент», 40.57kb.

Содержание

Введение 6

1 Основные понятия и показатели теории надежности 9

1. Понятие и специфика проблемы надежности 9
   
2. Теоретическая база науки о надежности 9
   
3. Экономический аспект надежности 10
   
4. Основные объекты, состояния и события в надежности машин 12
   
5. Классификация отказов 13
   
6. Основные показатели надежности 15
   

1. Показатели для оценки безотказности 16
   
2. Показатели для оценки долговечности 19
   
3. Показатели для оценки ремонтопригодности 20
   
4. Показатели для оценки сохраняемости 20
   
5. Комплексные показатели надежности 20
   
6. Экономический показатель надежности 22
   

7. Нормирование показателей надежности... 23
   
8. Вопросы для самопроверки 26
   

2 Математические основы надежности , 28

1. Графическое представление эмпирического распределения 28
   
2. Статистические меры случайных распределений. 30
   
3. Законы распределения случайных величин 33
   

1. Нормальное распределение (закон Гаусса) 34
   
2. Экспоненциальное (показательное) распределение 35
   
3. Распределение Вейбулла 36
   

2.4 Критерии согласия экспериментальных и теоретических
распределений ; 39

1. Критерий Пирсона (критерий хи-квадрат) 40
   
2. Критерий Романовского 42
   
3. Критерий Колмогорова 42
   
4. Доверительные границы для параметров законов
   

распределения и показателей надежности 43

5. Корреляционный анализ экспериментальных данных 44
   
6. Регрессионный анализ экспериментальных данных.
   

Метод наименьших квадратов 46

2.7 Вопросы для самопроверки 48

3 Основы надежности сложных систем 50

1. Понятие сложной системы 50
   
2. Элементы сложных систем 50
   
3. Основные типы структур сложных систем 51
   
4. Расчет схемной надежности сложных систем... ... 52
   

;.5 Резервирование 54

1. Классификация резервирования 55
   
2. Характеристики резервирования 55
   
3. Расчет схемной надежности при различных видах
   резервирования 56
   

3.6 Вопросы для самопроверки 60

4 Изнашивание 62

1. Виды трения 62
   
2. Виды фрикционных связей 63
   
3. Виды изнашивания 65
   

4.3.1 Механическое изнашивание 65

1. Абразивное изнашивание 65
   
2. Усталостное изнашивание 66
   
3. Адгезионное изнашивание 67
   
4. Эрозионное изнашивание , 68
   
5. Кавитационное изнашивание 69
   
6. Изнашивание при фреттинге 69
   

4.3.2 Коррозионно-механическое изнашивание 70

1. Окислительное изнашивание 70
   
2. Изнашивание при фретгинг-коррозии 70
   

4.3.3 Изнашивание при воздействии водорода 71

4. Характеристики изнашивания 71
   
5. Экспериментальные методы определения износа 72
   
6. Методы снижения интенсивности изнашивания 73
   
7. Вопросы для самопроверки 74
   

5 Коррозионные разрушения 76

1. Понятие и проблема коррозии 76
   
2. Виды коррозии 76
   
3. Методы борьбы с коррозией 83
   
4. Вопросы для самопроверки 83
   

6 Усталостные разрушения 85

1. Механизм усталостного разрушения 85
   
2. Циклы нагружения и их характеристики 87
   
3. Экспериментальное определение характеристик сопротивления
   усталости 88
   
4. Расчет усталостной долговечности 90
   
5. Факторы, влияющие на сопротивление усталости 91
   
6. Вопросы для самопроверки 93
   

Пути и методы повышения надежности машин при

проектировании, серийном производстве и эксплуатации 94

1 '. Методы отработки конструкций изделий на технологичность 94

~.2 Принципы конструирования, обеспечивающие создание

надежных машин 94

~.3 Повышение надежности деталей машин упрочняющей

поверхностной обработкой 95

~Л Цель и виды испытаний 97

~.5 Процесс изменения надежности изделия на этапах его жизненного

цикла 100

1.6 Организационные методы обеспечения надежности техники 104

~. 7 Вопросы для самопроверки 107

8 Техническая диагностика 108

1. Основные понятия технической диагностики 108
   
2. Задачи технической диагностики 108
   
3. Контролепригодность и показатели ее оценки 109
   

1. Оперативные показатели оценки контролепригодности 110
   
2. Экономические показатели оценки контролепригодности 111
   
3. Конструктивные и дополнительные показатели оценки
   

контролепригодности 112

8.3.4 Показатели оценки уровня контролепригодности 114

8.4 Диагностические параметры 115

1. Требования к диагностическим параметрам 115
   
2. Классификация диагностических параметров 118
   
3. Выбор диагностических параметров 120
   
4. Методика выбора диагностических параметров 125
   

5. Построение алгоритма диагностирования 127
   

5. Средства технического диагностирования 130
   

1. Классификация средств технического диагностирования 130
   
2. Общие требования к средствам технического диагностирования. 131
   

5.7 Вопросы для самопроверки 133

Список использованных источников 134

"зиложение А Предметный указатель 137

Введение

Современное состояние экономики России делает изменение инвестиционной политики государства в сторону создания режима наибольшего благоприятствования для производящих отраслей вопросом времени. Однако развитие производящих отраслей без создания конкурентоспособной продукции невозможно. Конкурентоспособность же определяется, прежде всего, качеством продукции, наиболее затратным и технически важным показателем которого считается надежность.

Обеспечение надежности изделий машиностроения при их создании, серийном производстве и эксплуатации - одна из важнейших проблем. Однако ее решению должное значение на протяжении многих лет придавалось в весьма ограниченном кругу промышленных отраслей, что является следствием закрытости внутреннего потребительского рынка.

Высшие учебные заведения Российской Федерации, на наш взгляд, должны заранее подготовиться к неизбежной борьбе промышленных предприятий за конкурентоспособность выпускаемой продукции. Одним из основных факторов в этом процессе представляется повышение мотивации будущих инженеров к созданию конкурентоспособной продукции. Без знания основ теории надежности такая подготовка инженеров невозможна. В то же время надежность тесно связана с эксплуатационным и предремонтным диагностированием, позволяющим установить состояние деталей, узлов и машины в целом и планировать мероприятия для повышения ее работоспособности и ресурса.

Литература в области надежности и диагностики безгранична, однако ее доступность для студентов в настоящее время ограничена в силу ряда очевидных причин. Этим объясняется необходимость создания пособия, целью которого явилось бы оказание помощи студентам в освоении научно-теоретических и практических знаний.

Предлагаемое учебное пособие аккумулирует в сжатой форме необходимые для студентов знания в области теории надежности и диагностики. Автор старался излагать материал в форме, доступной для широкого круга читателей, и не включать тот, без которого можно обойтись. В качестве главной ставилась цель научить студентов анализировать данные о надежности изделий, делать объективные выводы на базе научных методов и применять (хотя бы в теории) методы повышения надежности изделий на всех этапах их жизненного цикла.

Данное учебное пособие является переработанным и значительно дополненным вариантом учебного пособия автора «Надежность транспортных средств» (Оренбург: ОГУ, 2000,- 100 с). Необходимость переработки была вызвана изменениями в содержании учебной дисциплины «Основы теории надежности и диагностика». содержащемся в Государственном образовательном стандарте высшего профессионального

образования для направления подготовки дипломированного специалиста 653300 - Эксплуатация транспорта и транспортного оборудования, утвержденного Министерством образования Российской Федерации 5 апреля

:ооо г.

Изменения затронули практически все пункты учебного пособия. Кроме того, целиком дописан раздел 8.

Пособие состоит из восьми разделов и приложения.

Первый раздел посвящен раскрытию основных понятий, определений и терминов надежности. Особое внимание уделено дифференцированным показателям таких составляюших надежности, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, а также комплексным и экономическому показателю надежности.

Во втором разделе описан математический аппарат, используемый в теории надежности, основанный на элементах теории вероятностей и математической статистики. В практическом плане материалы раздела помогут установить законы распределения случайных величин и проверить соответствие законов распределения и их параметров по критериям согласия. Приводятся основные понятия и методики корреляционного и регрессионного анализов экспериментальных данных.

Третий раздел посвящен изложению основ надежности сложных систем, включая рассмотрение существующих структурных схем и основ расчетов структурной надежности, в том числе при различных видах резервирования.

Разделы с четвертого по шестой посвящены рассмотрению трех основных процессов, приводящих к потере объектом надежности в эксплуатации, соответственно - изнашиванию, коррозионному и усталостному разрушениям. Материал в указанных разделах изложен приблизительно по одинаковой схеме: классификация видов разрушающих процессов - факторы, влияющие на интенсивность их протекания -характеристики и расчетные зависимости - методы экспериментальных исследований - методы снижения интенсивности разрушающих процессов.

В седьмом разделе рассмотрены пути и методы повышения надежности сложных технических систем на всех этапах жизненного цикла -проектировании, производстве и эксплуатации. Кроме того, изложены основные понятия, цели и виды испытаний технических систем.

Восьмой раздел посвящен рассмотрению технического лиагностирования как метода контроля и обеспечения надежности при эксплуатации. Подробно рассмотрены задачи диагностирования, контролепригодность и комплекс показателей ее оценки, диагностические "раметры автомобиля в соответствии с требованиями нормативной i:-кументации, построение алгоритма диагностирования, общие требования к гредствам технического диагностирования.

В конце каждого раздела учебного пособия приведены вопросы для самопроверки по соответствующим темам.

Для облегчения поиска в тексте учебного пособия расшифровки терминов, с которыми студент может столкнуться зпезвые в своей жизни, составлено приложение А, содержащее подросньгн гггдметный указатель терминов.

Пособие рассчитано на преподавателей вузов ;-; :—• лентов, имеющих математическую подготовку в объеме обычного курса высших технических учебных заведений.

Желающие подробнее изучить этдедьные вопросы теории надежности
могут обратиться к списку исгм :т..-::-:;:коз_; приведенному в

конце учебного пособия. Список одновременно является и перечнем рекомендуемой литературы.

О замеченных не;::т;т:-:ах пособия, а также о необходимости включения в него дополнительных материалов просьба сообщать на кафедру автомобильного транспорта Оренбургского государственного университета. Автор с благодарностью примет и рассмотрит любые предложения.

1 Основные понятия и показатели теории надежности

1.1 Понятие и специфика проблемы надежности

Надежностью называют свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных условиях эксплуатации.

Расчет показателей надежности и обеспечение их требуемого уровня осложняются следующими особенностями:

- во всех закономерностях теории надежности участвует фактор
времени;

физические закономерности, определяющие изменения характеристик объектов, сложны и разнообразны;

• процессы изменения параметров изделия являются случайными;
  
• все стадии создания и эксплуатации объекта вносят свой вклад в
  формирование показателей надежности.
  

Особенностью проблемы надежности является ее связь со всеми этапами проектирования, изготовления и эксплуатации объекта, начиная с момента формирования и обоснования идеи его создания и заканчивая принятием решения о списании.

При проектировании и расчете объекта его надежность закладывается. Она зависит от конструкции объекта и его узлов, применяемых материалов, методов защиты от вредных воздействий, приспособленности к ремонту и обслуживанию и других конструктивных особенностей.

При изготовлении объекта его надежность обеспечивается. Она зависит от качества изготовленных деталей, методов контроля выпускаемой продукции, возможностей управления ходом технологического процесса, от качества сборки объекта и его узлов, методов испытания готовой продукции и других показателей технологического процесса.

При эксплуатации объекта его надежность реализуется. Она зависит от методов и условий эксплуатации объекта, принятой системы его технического обслуживания и ремонта, режимов работы и других эксплуатационных факторов.

1.2 Теоретическая база науки о надежности

Теория надежности, как и всякая прикладная теория, базируется на фундаментальных математических и естественных науках.

Базу теории надежности составляют:

• математические методы теории- надежности, базирующиеся в
  основном на теории вероятностей и математической статистики, методах
  оптимизации, теории информации и математической логики и др.:
  
• теория повреждающих процессов («физика отк:.: :;."чающая
  необратимые процессы, приводящие к потере при эксп.~ е объектов
  начальных свойств материалами, из которых изготовлены объекты, или
  которые необходимы для их функционирование топливо, ;мазочные
  материалы и т.п.), прежде всего - триботехничеехие ггшессы. усталость,
  коррозию, эрозию и старение;
  
• прикладные методы обеспечения наоелсности з областях расчета и
  прогнозирования, проектирования, технологии изготовления, эксплуатации и
  ремонта объектов изучаемого типа.
  

1.3 Экономический аспект надежности

Вопросы оценки достигнутого уровня надежности и необходимости его повышения должны решаться в первую очередь с экономических позиций, так как экономика является основным критерием для решения большинства практических задач надежности.

Это объясняется тем, что современный уровень развития техники позволяет достичь практически любых показателей качества и надежности изделия и все дело заключается в затратах на достижение поставленной цели. Эти затраты могут быть столь высоки, что эффект от повышения надежности объекта не возместит их, и суммарный результат от проведенных мероприятий будет отрицательным.

Часто мероприятия по повышению надежности могут и не требовать существенных затрат, а достигаться, например, оптимизацией. Однако в этом случае необходимо проводить сравнение различных вариантов достижения требуемого уровня надежности по условию получения наибольшего суммарного экономического эффекта с учетом затрат в сферах производства и эксплуатации объекта и того положительного экономического эффекта, который дает его использование по назначению. В общем случае изменение во времени суммарного экономического эффекта при эксплуатации объекта слагается под влиянием двух основных факторов, что наглядно иллюстрируется рисунком 1.

С одной стороны, необходимо учитывать затраты на изготовление нового объекта О_ц, включая его проектирование, изготовление, испытание, отладку, транспортировку к месту работы и другие затраты, а также затраты на эксплуатацию Q,, включая техническое обслуживание, ремонт, профилактические мероприятия. Эти затраты Q., + О₃ являются отрицательными в балансе эффективности.



Рисунок 1 - Изменение экономической эффективности объекта во времени

С другой стороны, работа объекта дает положительный экономический эффект Q_p (прибыль) в зависимости от его целевого назначения, например, для автомобиля - в результате перевозки грузов или пассажиров.

Изменение Q₃ в функции времени имеет тенденцию к возрастанию, так как старение отдельных элементов объекта приводит к необходимости вкладывать все большие средства для восстановления утрачиваемых свойств. Изменение Q_p во времени, наоборот, имеет тенденцию к уменьшению интенсивности роста, так как более частые простои объекта в ремонте и техническом обслуживании снижают его производительность. Поэтому кривая суммарной эффективности



::меет максимум и два раза пересекает ось абсцисс /.

При возрастании Q период времени t = Т_ок, при котором Q,, + О_э = Qp, будет являться сроком окупаемости вложенных при изготовлении затрат. Начиная с этого момента объект начинает приносить прибыль. Однако гтзирост полученного эффекта постепенно снижается из-за возрастания эксплуатационных затрат до t = Т„_р, когда снова 0„ + Q, = Q_p. При t,

превышающем Т„_р, затраты на эксплуатацию больше того экономического эффекта, который может быть обеспечен. Длительность экономически целесообразной эксплуатации объекта Т₃ находится в диапазоне между T_mla и предельным сроком службы Т„_р:

Т < Т < Т

¹ max -* э ⁱ пр-

Выбор варианта машины с позиций надежности должен определяться сравнением затрат на изготовление и эксплуатацию объекта с тем экономическим эффектом, который он сможет обеспечить. Например, как видно из рисунка 1, начальная стоимость машины 2 выше, чем машины /, но за счет показателей производительности и надежности она дает больший экономический эффект и ее целесообразно эксплуатировать более продолжительный срок.

1.4 Основные объекты