Показатели надежности невосстанавливаемых объектов

Технические системы, их подсистемы и элементы систем могут работать в режиме, когда восстановление со стороны ремонтного персонала возможно, и в режиме, когда это невозможно либо нецелесообразно. Поэтому для восстанавливаемых и для невосстанавливаемых элементов и систем применяются различные показатели надежности и различные методы расчета надежности.

1. Вероятность безотказной работы объекта P(t) выражает вероятность того, что невосстанавливаемый объект не откажет к моменту времени t.

2. Если F(t) – вероятность того, что невосстанавливаемый объект откажет к моменту времени t , то P(t) = 1 – F(t).

P(t) обладает следующими свойствами:

а) P(0) = 1 (предполагается, что до начала работы изделие является безусловно работоспособным);

б) (предполагается, что объект не может сохранить свою работоспособность неограниченно долго);

в) если t₂ > t₁, то (вероятность безотказной работы –функция невозрастающая).

Статистически определить по результатам испытаний можно с помощью следующей формулы:

, (2.1)

где N(t) – число исправных объектов в момент времени t; N(0)– число исправных объектов в начальный момент времени.

2. Вероятность безотказной работы в интервале времени от t₁ до t₂:

(2.2)

(2.3)

3. Вероятность отказа Q(t) выражает вероятность того, что невосстанавливаемый объект откажет к моменту времени t:

(2.4)

(2.5)

где N(t) – число исправных объектов в момент времени t; n(t) – число отказавших объектов к моменту времени t.

4. Вероятность отказа в интервале времени от t₁ до t₂:

(2.6)

(2.7)

5. Плотность распределения отказов f (t) определяет вероятность возникновения отказа в момент времени t:

(2.8)

Статистическая оценка производится за интервал времени Dt, так как функция f(t) является дифференциальной:

(2.9)

Поэтому можно рассматривать как среднее число отказов в единицу времени непосредственно после момента t, приходящееся на один элемент из множества всех объектов, поставленных на испытания. В связи с этим f(t) на практике обычно называют частотой отказов.

6. Интенсивность отказов l(t) определяет вероятность возникновения отказа в момент времени t с учетом числа объектов, работоспособных к моменту времени t:

(2.10)

(2.11)

Поэтому можно рассматривать как среднее число отказов в единицу времени непосредственно после момента t, приходящееся на один элемент, из всех объектов, продолжающих работать к этому моменту t. Отсюда видно, что l(t) характеризует надежность объекта в момент t , этим и объясняется более широкое применение на практике этого показателя. Поскольку на практике единицы времени достаточно велики (при испытаниях Δt может достигать нескольких десятков часов), в числителе стоит усредненное число работоспособных изделий на начало и конец интервала времени Δt.

7. Среднее время наработки на отказ T определяется как математическое ожидание времени до отказа:

(2.12)

. (2.13)

8. Дисперсия наработки до отказа D_t. Средняя наработка до отказа является точечной оценкой и не говорит ничего о характере времени до отказа. Две совершенно различные функции P₁(t) и P₂(t) (рис. 2.1) могут характеризоваться одинаковыми значениями средней наработки на отказ Т₁ = Т₂. Чтобы различать такие случаи, наряду с показателем Т используется показатель D_t – дисперсия наработки до отказа (среднеквадратическое отклонение наработки до отказа – ):

(2.14)

Рис. 2.1. Пример различных функций

с одинаковым значением наработки на отказ

Дисперсия характеризует величину разброса наработки относительно среднего значения:

(2.15)

где T_i – время отказа i объекта.

Пример 2.1.Пусть на испытания было поставлено 35 объектов. Количество отказавших объектов подсчитывали каждые 2 ч. В результате получился следующий ряд значений:

t_i
n(t_i)

Определим – интегральную функцию распределения до отказа:

t_i
		3/35	6/35	11/35	19/35	26/35	32/35	34/35	35/35	35/35

Вероятность отказа

t_i
		0,086	0,172	0,314	0,534	0,743	0,914	0,971	1,00	1,00

Вероятность безотказной работы

t_i
		0,914	0,828	0,686	0,466	0,257	0,086	0,029

Вероятность безотказной работы в интервале от 4 до 12 ч:

Вероятность отказа в интервале от 4 до 12 ч:

Плотность распределения отказов

t_i

Интенсивность отказов

t_i

Среднее время наработки на отказ :

= (2×3 + 4×3 + 6×5 + 8×8 + 10×7 + 12×6 + 14×2 + 16×1) / 35 » 8,52.

Следует обратить внимание, что при расчете среднего времени наработки на отказ число отказавших элементов на данном интервале умножается не на время, соответствующее концу интервала, а на время, соответствующее началу. Действительно, обратившись к исходной таблице, мы видим, что за период с 0 до 2 не отказал ни один элемент. С 2 до 4 ч отказали 3 элемента. Эти три элемента не проработали 4 ч. Все, что мы можем сказать, это то, что они проработали 2 ч и, возможно, еще некоторое время после этого. Поэтому эти три элемента входят в выражение для подсчета среднего времени наработки на отказ с временем работы 2, и, таким образом, оценка получается несколько заниженной.

Дисперсия:

= (6,52²×3 + 4,52²×3 + 2,52²×5 + 0,58²×8 + 1,48²×7 + 3,48²×6 + 5,48²×2 +

+ 7,48²) / 35 » 12,193.