ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТКАЗОВ - ФУНКЦИЯ, ОТРАЖАЮЩАЯ УРОВЕНЬ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ОБЪЕКТА

В процессе функционирования оборудования имеет место изменение свойств объектов, которое сопровождается снижением показателей надежности. Естественный процесс старения конструкционных материалов элементов отражается функцией потери работоспособности во времени.

Наиболее информативной функцией, по виду которой можно судить о работоспособности оборудования, для невосстанавливаемых объектов является функция интенсивности отказов X(t), для восстанавливаемых — параметр потока отказов со(?). Рассмотрим интенсивность отказов. Поведение функции интенсивности отказов в зависимости от времени изображают в виде так называемого «корыта» (рис. 2.1). На начальном этапе функционирования объектов происходят отказы, обусловленные некачественным изготовлением, ошибками, допущенными при сборке оборудования, и т.п. Этот период называется периодом приработки. На завершающем этапе функционирования в конструкции объекта происходит существенное накопление дефектов, повреждений, обусловленных старением материалов. Этот этап называется периодом старения. В практике эксплуатации оборудования стоит задача определения момента, начиная с которого процессы старения приобретают катастрофический характер.

Для оценки влияния старения на долговечность, безопасность и экономическую эффективность оборудования сложных технических систем необходимо решать задачу нахождения аналитического вида кривой А,(/).

Более детально поведение функции интенсивности отказов можно представить в виде, изображенном на рис. 2.1 [26]. На данном рисунке полный эксплуатационный период условно разбит на 4 зоны:

• • I — зона «приработки» и опытной эксплуатации;
• • II — зона «нормальной эксплуатации» в соответствии с требованиями нормативной и проектной документации;
• • III — зона «физического старения», характеризующаяся ростом интенсивности отказов, проявлением накопления различных дефектов ввиду старения элементов системы;
• • IV — зона «прекращения эксплуатации» системы в «прежнем виде».

На рисунке отмечен начальный уровень надежности, характерный для совокупности объектов, прошедших период приработки. Далее следует период нормальной эксплуатации, когда идет медленное ухудшение параметров работоспособности объекта. За_ним начинается период старения. Отмечены также контрольный Х_к и предельный ^_ПР уровни надежности. Контрольный уровень характеризует наработку объекта, выработав которую объект начинает интенсивно стареть. Иными словами, в объекте начинают интенсивно развиваться необратимые процессы накопления повреждений. И наконец, предельный уровень характеризует наработку, за пределами которой эксплуатация объекта нецелесообразна. Поскольку в процессе эксплуатации решается задача прогнозирования поведения интенсивности отказов как статистическая задача, основанная на обработке эксплуатационной информации, то следовательно, прогноз имеет некоторый разброс, обусловленный точностью статистического расчета. На рис. 2.2 показана средняя линия прогнозируемого поведения интенсивности отказов и две крайние (пессимистический — 1-й прогноз и оптимистический — 2-й прогноз).

На рисунке также отмечены Г_рн — наработка, характеризующая приближение объекта к контрольному уровню, 7р_ПП — предупредительная наработка, при ее достижении объект начинает интенсивно стареть, Г_пр — предельная наработка, при ее достижении объект необходимо выводить из эксплуатации. Еще раз отметим, что задача исследователя состоит в определении точки, характеризующей начало интенсивного старения, и построении прогнозирующей кривой, описывающей завершающий этап функционирования.

Представленное на рисунках 1.1 и 2.1 поведение интенсивности отказов характерно для невосстанавливаемых объектов.

Таким образом, рассмотрено качественное поведение функции интенсивности отказов. Задача аналитика состоит в построении модели, описывающей поведение данной функции, на основании которой можно было бы осуществлять прогнозирование работоспособности объектов, принимать решение о прекращении эксплуатации объектов или о возможном продлении срока его использования по

Рис. 2.1. Теоретическое изменение X. в полном эксплутационном периоде и определение зоны прогнозов по остаточному ресурсу

назначению. Перейдем к описанию моделей, используемых для учета старения в работе оборудования.

В качестве одной из возможных моделей рассмотрим модель, использующую законы распределения, у которых интенсивность отказов является функцией времени. Выбор типа модели зависит от характера функционирования объекта, типа отказов и механизмов старения, наблюдаемых при его работе, характера обслуживания и т.п. В общем случае вероятность отказа с учетом старения может быть записана следующим образом:

где (?₀(/) — составляющая вероятности отказа на этапе нормальной эксплуатации, когда не проявляются эффекты старения, Г_ргт — наработка, при достижении которой в работе объекта начинают сказываться эффекты старения, А.(т) — интенсивность отказа, описывающая отказы, обусловленные старением.

Имеется ряд параметрических моделей, которые возможно применять для описания интенсивности отказов объекта на этапе его старения. Конкретный вид модели следует выбирать, ориентируясь на имеющийся статистический материал об отказах анализируемых изделий.