Современный человек не мыслит своего существования без различных механизмов, которые упрощают жизнь и делают ее намного безопаснее. Любая используемая техника в первую очередь ценится за свою безопасность. Это качество во многом вытекает из другого свойства – надежности.
Определение
Итак, надежность – это способность объекта сохранять заданные свойства и технические характеристики на протяжении определенного временного интервала. Кроме того, данное свойство подчеркивает возможность сохранения всех заданных качеств при транспортировке и/или в тяжелых, экстремальных условиях.
Справедливости ради стоит заметить, что надежность – это комплексное понятие, которое вкратце не опишешь. В частности, в технике указанное определение раскладывается сразу на несколько понятий, тесно связанных друг с другом. Давайте разберем каждое из них.
О технической надежности
В технике надежным может быть признан только тот объект, который удовлетворяет сразу четырем требованиям или, скорее, имеет черты, которые обязательно должны прослеживаться в его характеристиках и свойствах. Чтобы было легче понять это определение, приведем их список:
- Как мы уже говорили, надежность – это способность выполнять на протяжении какого-то периода времени конструктивно заложенные в прибор функции. К примеру, электрический двигатель обязан потреблять строго определенное количество энергии и обеспечивать установленную скорость вращения. Если продолжать эту тему, то для системы электроснабжения важна способность выдавать нужное напряжение, величина которого может колебаться лишь в строго ограниченных пределах.
- Выполнение рабочих функций также должно происходить только в тех технологических пределах, которые были заложены производителем устройства. К примеру, от двигателя требуется функционирование при тех условиях внешней среды, которые не приведут к его разрушению.
- Напротив, если требуется устойчивая работа в условиях сильной запыленности помещения, то прибор должен это обеспечивать в течение как можно более длительного временного интервала. Заметим, что эта и все приведенные выше характеристики надежности выполняются обязательно.
- Объект, помимо всего прочего, обязан обладать способностью к сохранению всех своих технических характеристик не только в рабочем положении, но и в состоянии покоя. Так, двигатель автомобиля должен (при условии соблюдения некоторых условий) быть готовым к запуску, даже если машина перед этим простояла в боксе несколько месяцев или даже лет.
Промежуточные выводы
Напротив, в спецификации устройства может быть масса сведений о надежности, но не будет ни единого слова о том, какими именно характеристиками оно обладает. Таким образом, в определение надежности должны входить все эти пункты.
Некоторые дополнения
В зависимости от назначения объекта надежность – синоним безотказности, ремонтопригодности, долговечности. Следует четко понимать, что это качество воспринимается только с учетом характеристик самого объекта. К примеру, если взять невосстанавливаемый датчик в герметичном корпусе, то для него надежностью будет способность к сохранению своей работоспособности в заданном промежутке времени. Проще говоря, если этот прибор без отказов проработает 12 месяцев при годовой гарантии, то его следует признать достаточно надежным.
Впрочем, есть и определенные исключения из столь жестких правил. Помните, как мы говорили об автомобиле, который находится на консервации? В этом случае надежность – синоним не слова «безотказность», которое подразумевает немедленный запуск двигателя, а «долговечность» и «ремонтопригодность». Никто не может гарантировать, что движок сразу же запустится, и без проблем будет работать.
Надежная силовая установка гарантированно выдержит хранение (при более-менее подходящих условиях) и сможет функционировать после проведения каких-то мероприятий по техническому обслуживанию. Таким образом, обеспечение надежности – это перечень необходимых мероприятий, которые направлены на повышение вероятности безотказного, бесперебойного функционирования оборудования, целых систем и производственных комплексов.
В большинстве случаев чрезвычайно важной является способность прибора дослужить до своего предельного срока эксплуатации без серьезных поломок и необходимости технического обслуживания. Особенно это относится к тем предметам, которые должны эксплуатироваться в предельно сложных условиях.
На что следует ориентироваться, оценивая надежность объекта?
Сразу рассмотрим виды надежности. Современная наука предполагает, что их всего два:
- Отказоустойчивость элемента, объекта системы.
- Устойчивость всего комплекса в целом.
Эти понятия не только связаны, но и логично вытекают друг из друга. А потому мы будем рассматривать данный термин в общем, едином понимании.
Основные понятия теории надежности: объект, элемент и система
Объектом называется некое техническое изделие, которое должно контролироваться, начиная с этапа проектирования и заканчивая поставкой потребителю. Следует помнить, что под это определение подпадают не только отдельные элементы, но и достаточно сложные системы: машины, здания, комплексы производственных зданий и систем.
Таким образом, под системой понимается совокупность объектов, соединенных некой общей функцией, которую она должна осуществлять. Элементом же, как можно догадаться, называется мелкая, составная часть объекта, имеющая определенные функции. От каждого элемента в отдельности зависит работоспособность и техническая надежность всей системы в общем.
Все эти понятия довольно относительны, так как их можно рассматривать посредством друг друга. Так, объект при каком-то исследовании может считаться системой (так как сам является совокупностью элементов), а может быть и самостоятельным элементом, если рассматривается с точки зрения большого и удаленного рабочего комплекса.
Проще говоря, все зависит от масштаба, что обязательно следует учитывать при исследованиях. Именно об этом говорит теория надежности, которая в настоящее время давно выделилась в самостоятельную и очень важную научную отрасль.
Отношения человека и машины
Люди, которые работают операторами машин и производственных мощностей, также являются отдельными элементами систем. Они связаны как между собой, так и с механизмами. Системы взаимодействуют в режиме реального времени. Признаком их целостности и надежности является четкая взаимосвязь структурных объектов и элементов друг с другом.
О возможных состояниях объекта
- Исправное состояние. В этом случае объект полностью соответствует всем нормативным параметрам, которые заложил в него производитель.
- Неисправным он признается тогда, когда хотя бы один из этих параметров не соответствует заданным техническим характеристикам.
- В состоянии работоспособности объект может выполнять все свои основные функции, причем значение установленных показателей будет в пределах технической нормы. Следует запомнить, что неисправный прибор может запускаться, но работоспособным его назвать нельзя, а его показатели надежности будут уверенно снижаться, пока не станут равны нулю.
- Неработоспособность – такое состояние, при котором объект не соответствует заложенным в него техническим нормативам, и не может выполнять своих функций. О надежности в этом случае разговора не идет в принципе.
Предельное состояние надежности
Когда обсуждается надежность технических систем, огромное значение приобретает понятие предельного состояния. Если вкратце, так называется ситуация, при которой дальнейшая эксплуатация машины или прибора становится недопустимой и/или невозможной. Подобное состояние наступает в результате поломки или же возникновения каких-то серьезных дефектов, напряженности материала. При этом любая попытка эксплуатации может закончиться плачевно, так как прибор, вполне вероятно, даст сбой и разрушится.
Признаки предельного состояния устанавливает производитель, причем сведения должны быть отражены в прилагаемой к объекту технической характеристике. С каждым годом наблюдается общее повышение надежности за счет большей технологичности процессов производства, но все эти данные производитель должен представлять по запросу потребителя.
Каковы общие признаки наступления предельного состояния?
Как мы уже говорили, бывает два типа объектов:
- Восстанавливаемым называется тот элемент, работоспособность которого может быть возобновлена полностью, причем в стандартных условиях.
- Соответственно, невосстанавливаемым объектом считается тот, работоспособность которого возобновить невозможно. Во всяком случае, в стандартных условиях.
Для каждой категории существуют определенные общие признаки, по которым можно с полной уверенностью диагностировать наступление предельного состояния. Конечно же, надежность технических систем в этом случае также будет различной: если она (система) состоит только из одного объекта, который не поддается восстановительным мероприятиям, то показатели ее надежности будут нулевыми. Если объект можно отремонтировать (или заменить тот, что не поддается ремонту), показатели реально привести в норму.
ki=li/lb
Давайте выясним, что означают переменные:
- li – абсолютное значение интенсивности отказов;
- lb – показатель интенсивности отказов.
Высчитываем частоту отказов
Для этого нужно воспользоваться следующим уравнением:
l(i)=n(t)/(Nt*Dt)
- l(t) – общее количество отказов.
- Nt – среднее количество элементов в системе.
- n(t) – количество отказов за определенный промежуток времени.
- Dt – принятый за аксиому отрезок времени, в который вы фиксируете общее число проблем с системой.
Важно! Показатель абсолютного значения отказов берется из специализированной справочной литературы. В каждой отрасли он совершенно разный, так что привести гигантский список на страницах этого материала мы физически не в состоянии.
Вычислив коэффициент надежности, вы легко сможете узнать о том, чего стоит ждать от объекта. Чем показатель ниже, тем более надежным следует признать прибор, машину или дом.
О восстанавливаемых объектах
Как и в предыдущей ситуации, предел наступает в том случае, если дальнейшая эксплуатация становится попросту невозможной или крайне нецелесообразной. В последнем варианте следует учитывать совокупность сразу нескольких факторов:
- Поддержание объекта на минимально безопасном и/или работоспособном уровне становится невозможным или слишком затратным.
- В результате износа прибор или машина пришли в такое состояние, что проще и дешевле купить аналогичный объект.
Следует помнить, что в процессе эксплуатации предмет может иметь и другие состояния, о которых мы сейчас и поговорим.
Переход объектов в различные состояния при его эксплуатации
- Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправности объекта при сохранении его работоспособности.
- Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.
- Критерий отказа – отличительный признак или совокупность таковых, согласно которым устанавливается факт отказа.
- Восстановление – процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) с целью восстановления его работоспособности (исправности).
Практический анализ надежности
Когда специалисты занимаются анализом надежности предмета, машины или здания, для них чрезвычайно важным становится принятие правильного решения о том, что делать в случае его отказа. Если предположить, что теоретически предмет является восстанавливаемым, но при определенных условиях ремонт его будет нецелесообразен или/и невозможен, разумнее перевести его в категорию не подлежащих ремонту.
Взять, к примеру, метеорологический спутник. Во время его наземного проектирования, создания и испытаний он относится к восстанавливаемым предметам. Когда его выводят на околоземную орбиту, вероятность ремонта стремится к нулю, а потому от надежности зависит успех всей программы.
Надежность нематериальных понятий
Выше мы рассказали вам о том, что изучает теория надежности, когда речь идет о материальных предметах: вещах, приборах, механизмах, кораблях, самолетах и т.д. Но могут ли хоть какие-то из этих понятий использоваться в более приземленном представлении? Как, к примеру, узнать надежность банков? Ведь у них нет производителя, который бы рекомендовал забрать свой вклад после наступления некоего предельного срока!?
В принципе, решение есть и в этом случае, хотя определение надежности производится по несколько иным показателям. Давайте перечислим, на какие критерии следует обращать внимание прежде всего:
- Структура финансового учреждения, резюме его основателей.
- Состав комиссии учредителей.
- Отзывы, мнения клиентов, причем давностью не менее двух-трех лет. На более свежие сведения лучше внимания не обращать в принципе.
- Основной процент как по вкладам, так и по кредитам.
- Обеспечение банковских гарантий.
Вот так определяется надежность банков. Если хотя бы один пункт из представленного выше перечня вызывает у вас настороженность и неуверенность, настоятельно не советуем пользоваться услугами именно этого финансового учреждения.
