Показатели надежности восстанавливаемого элемента системы
Большинство сложных технических систем с длительными сроками службы являются восстанавливаемыми, т.е. возникающие в процессе эксплуатации отказы систем устраняют при ремонте. Технически исправное состояние изделий в процессе эксплуатации поддерживают проведением профилактических и восстановительных работ. При эксплуатации изделий для осуществления работ по поддержанию и восстановлению их работоспособности необходимы значительные затраты труда и материальных средств, а также и времени. Как показывает производственный опыт, эти затраты за время эксплуатации изделий обычно значительно превышают соответствующие затраты на их изготовление.
Совокупность работ по поддержанию и восстановлению работоспособности и ресурса изделий подразделяют на техническое обслуживание и ремонт, которые, в свою очередь, подразделяют на профилактические работы, осуществляемые в плановом порядке, и аварийные, проводимые по мере возникновения отказов или аварийных ситуаций.
Свойство ремонтопригодности изделий влияет на материальные затраты и длительность простоев в процессе эксплуатации. Ремонтопригодность тесно связана с безотказностью и долговечностью изделий. Так, для изделий с высоким уровнем безотказности, как правило, характерны низкие затраты труда и средств на поддержание их работоспособности.
Показатели безотказности и ремонтопригодности изделий являются составными частями комплексных показателей, таких как коэффициенты готовности К и технического использования Кти. К показателям надежности, присущим только восстанавливаемым элементам, следует отнести среднюю наработку на отказ, наработку между отказами, вероятность восстановления, среднее время восстановления, коэффициент готовности и коэффициент технического использования. Средняя наработка на отказ – наработка восстанавливаемого элемента, приходящаяся в среднем на один отказ в рассматриваемом интервале суммарной наработки или определенной продолжительности эксплуатации:
где ti – наработка элемента до i-го отказа; т – число отказов в рассматриваемом интервале суммарной наработки.
Наработка между отказами определяется объемом работы элемента от i-го отказа до (i + 1)-го отказа, где i = 1, 2, ..., т.
Среднее время восстановления одного отказа в рассматриваемом интервале суммарной наработки или определенной продолжительности эксплуатации
где tвi – время восстановления i-го отказа; т – число отказов в рассматриваемом интервале суммарной наработки.
Коэффициент готовности Kr представляет собой вероятность того, что изделие будет работоспособно в произвольный момент времени, кроме периодов выполнения планового технического обслуживания, когда применение изделия по назначению исключено. Этот показатель является комплексным, так как он количественно характеризует одновременно два показателя: безотказность и ремонтопригодность. В стационарном (установившемся) режиме эксплуатации и при любом виде закона распределения времени работы между отказами и времени восстановления коэффициент готовности определяют по формуле
(2.19)
где Тo – средняя наработка на отказ; Тв – среднее время восстановления одного отказа.
Таким образом, анализ формулы (2.19) показывает, что надежность изделия является функцией не только безотказности, но и ремонтопригодности. Это означает, что низкая надежность может быть несколько компенсирована улучшением ремонтопригодности. Чем выше интенсивность восстановления, тем выше готовность изделия. Если время простоя велико, то готовность будет низкой.
Другой важной характеристикой ремонтопригодности является коэффициент технического использования Кти, который представляет собой отношение наработки изделия в единицах времени за некоторый период эксплуатации к сумме этой наработки и времени всех простоев, обусловленных устранением отказов, техническим обслуживанием и ремонтами за этот период. Коэффициент технического использования представляет собой вероятность того, что изделие будет работать в надлежащем режиме за время Т. Таким образом, Кти определяется двумя основными факторами – надежностью и ремонтопригодностью.
Коэффициент технического использования характеризует долю времени нахождения элемента в работоспособном состоянии относительно рассматриваемой продолжительности эксплуатации.
Период эксплуатации, для которого определяется коэффициент технического использования, должен содержать все виды технического обслуживания и ремонтов. Коэффициент технического использования учитывает затраты времени на плановые и неплановые ремонты, а также установленные регламенты и определяется по формуле
(2.20)
где tн – суммарная наработка изделия в рассматриваемый промежуток времени; tв, tp и to – соответственно суммарное время, затраченное на восстановление, ремонт и техническое обслуживание изделия за тот же период времени.
Пример 2.4
Определить коэффициент готовности системы, если известно, что среднее время восстановления одного отказа равно Tв = 5 ч, а среднее значение наработки на отказ составляет To = 500 ч.
Решение
Для определения коэффициента готовности воспользуемся формулой (2.19):
Ответ: 
Пример 2.5
Определить коэффициент технического использования машины, если известно, что машину эксплуатируют в течение года (7', = 8760 ч). За этот период эксплуатации машины суммарное время восстановления отказов составило tв = 40 ч. Время проведения регламента – to = 20 ч. Суммарное время, затраченное на ремонтные работы за период эксплуатации, – 15 сут, т.е. tp = 15 • 24 = 360 ч.
Решение
Коэффициент технического использования вычислим по формуле (2.20), но сначала определим суммарное время наработки машины:
Ответ: Кт = 0,952.
Пример 2.6
При эксплуатации сложной технической системы получены статистические данные, которые приведены в табл. 2.4. Определить коэффициент готовности системы.
Таблица 2.4
Статистические данные, полученные при эксплуатации сложной технической системы
|
Номер системы |
Число отказов mi |
Восстановления отказа tв,i |
Время работы tp, ч |
Время суммарного восстановления тi• tв,i |
|
1 |
2 |
1 |
200 |
2 |
|
2 |
5 |
2 |
300 |
10 |
|
3 |
6 |
4 |
400 |
24 |
|
4 |
4 |
3 |
300 |
12 |
|
5 |
8 |
2 |
600 |
16 |
|
6 |
10 |
5 |
700 |
50 |
|
7 |
15 |
2 |
900 |
30 |
|
8 |
20 |
3 |
1000 |
60 |
|
Итого |
70 |
- |
4400 |
204 |
Наработка на отказ 
Среднее время восстановления
По формуле (2.19) с использованием вычисленных значений То и Тв находим коэффициент готовности системы:
Для объектов и устройств разного назначения применяются различные показатели надежности [28]. В настоящее время можно выделить четыре группы объектов, различающиеся показателями и методами оценки надежности[1]:
• неремонтируемые объекты, применяемые до первого отказа;
• ремонтируемые объекты, восстановление которых в процессе применения невозможно (невосстанавливаемые объекты);
• ремонтируемые, восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых недопустимы перерывы в работе;
• ремонтируемые, восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых допустимы кратковременные перерывы в работе.