Интенсивность отказов, общая формула вероятности безотказной работы. Частота отказов

Наиболее удобным для аналитического описания является так называемый экспоненциальный (или показательный) закон надежности, который выражается формулой

где - постоянный параметр.

График экспоненциального закона надежности показан на рис. 7.10. Для этого закона функция распределения времени безотказной работы имеет вид

а плотность

Это есть уже известный нам показательный закон распределения, по которому распределено расстояние между соседними событиями в простейшем потоке с интенсивностью (см. § 4 гл. 4).

При рассмотрении вопросов надежности часто бывает удобно представлять себе дело так, словно на элемент действует простейший поток отказов с интенсивностью Я; элемент отказывает в момент, когда приходит первое событие этого потока.

Образ «потока отказов» приобретает реальный смысл, если отказавший элемент немедленно заменяется новым (восстанавливается).

Последовательность случайных моментов времени, в которые проис ходят отказы (рис. 7.11), представляет собой простейший поток событии, а интервалы между событиями - независимые случайные величины, распределенные по показательному закону (3,3),

Понятие «интенсивности отказов» может быть введено не только для экспоненциального, но и для любого другого закона надежности о плотностью вся разница будет в том, что при неэкспоненциальном законе интенсивность отказов Я будет уже не постоянной величиной, а переменной.

Интенсивностью (или иначе «опасностью») отказов называется отношение плотности распределения времени безотказной работы элемента к его надежности:

Поясним физический смысл этой характеристики. Пусть одновременно испытывается большое число N однородных элементов, каждый - до момента своего отказа. Обозначим - число элементов, оказавшихся исправными к моменту , как и и раньше, - число элементов, отказавших на малом участке времени На единицу времени придется среднее число отказов

Разделим эту величину не на общее число испытываемых элементов N, а на число исправных к моменту t элементов . Нетрудно убедиться, что при большом N это отношение будет приближенно равно интенсивности отказов

Действительно, при большом N

Но согласно формуле (2.6)

В работах по надежности приближенное выражение (3.5) часто рассматривают как определение интенсивности отказов, т. е. определяют ее как среднее число отказов в единицу времени, приходящееся на один работающий элемент.

Характеристике можно дать еще одно истолкование: это есть условная плотность вероятности отказа элемента в данный момент времени t, при условии, что до момента t он работал безотказно. Действительно, рассмотрим элемент вероятности - вероятность того, что за время элемент перейдет из состояния «работает» в состояние «не работает», при условии, что до момента t он работал. В самом деле, безусловная вероятность отказа элемента на участке равна Это - вероятность совмещения двух событий:

А - элемент работал исправно до момента

В - элемент отказал на участке времени По правилу умножения вероятностей:

Учитывая, что получим:

а величина есть не что иное, как условная плотность вероятности перехода из состояния «работает» в состояние «отказал» для момента t.

Если известна интенсивность отказов , то можно выразить через нее надежность Учитывая, что запишем формулу (3.4) в виде:

Интегрируя, получим:

Таким образом надежность выражается через интенсивность отказов.

В частном случае, когда , формула (3.6) дает:

т. е. уже известный нам экспоненциальный закон надежности.

Пользуясь образом «потока отказов», можно истолковать не только формулу (3.7), но и более общую формулу (3.6). Представим себе (совершенно условно!), что на элемент с произвольным законом надежности действует поток отказов с переменной интенсивностью Тогда формула (3.6) для выражает вероятность того, что на участке времени (0, t) не появится ни одного отказа.

Таким образом, как при экспоненциальном, так и при любом другом законе надежности работу элемента, начиная с момента включения можно представлять себе так, что на элемент действует пуассоновский поток отказов; для экспоненциального закона надежности это будет поток с постоянной интенсивностью , а для неэкспоненциального - с переменной интенсивностью

Заметим, что этот образ годится только в том случае, когда отказавший элемент не заменяется новым. Если, как мы это делали раньше, немедленно заменять отказавший элемент новым, поток отказов уже не будет пуассоновским. Действительно, интенсивность его будет зависеть не просто от времени t, протекшего с начала всего процесса, а и от времени , протекшего со случайного момента включения именно данного элемента; значит, поток событий имеет последействие и пуассоновским не является.

Если же на протяжении всего исследуемого процесса данный элемент не заменяется и может отказать не более одного раза, то при описании процесса, зависящего от его функционирования, можно пользоваться схемой марковского случайного процесса, но при переменной, а не постоянной интенсивности потока отказов.

Если неэкспоненциальный закон надежности сравнительно мало отличается от экспоненциального, то можно, в целях упрощения, приближенно заменить его экспоненциальным (рис. 7.12). Параметр этого закона выбирается так, чтобы сохранить неизменным математическое ожидание времени безотказной работы, равное, как мы знаем, площади, ограниченной кривой и осями координат. Для этого нужно положить параметр показательного закона равным

где - площадь, ограниченная кривой надежности

Таким образом, если мы хотим характеризовать надежность элемента некоторой средней интенсивностью отказов, нужно в качестве этой интенсивности взять величину, обратную среднему времени безотказной работы элемента.

Выше мы определяли величину t как площадь, ограниченную кривой Однако, если требуется знать только среднее время безотказной работы элемента, проще найти его непосредственно по статистическому материалу как среднее арифметическое всех наблюденных значений случайной величины Т - времени работы элемента до его отказа. Такой способ может быть применен и в случае, когда число опытов невелико и не позволяет достаточно точно построить кривую

Пример 1. Надежность элемента убывает со временем по линейному закону (рис. 7.13). Найти интенсивность отказов и среднее время безотказной работы элемента

Решение. По формуле (3.4) на участке ) имеем:

Согласно заданному закону надежности 4

1.1 Вероятность безотказной работы

Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации, в пределах заданной наработки не произойдет ни одного отказа.
Вероятность безотказной работы обозначается как P (l ) , которая определяется по формуле (1.1):

где N 0 - число элементов в начале испытания; r (l ) - число отказов элементов к моменту наработки. Следует отметить, что чем больше величина N 0 , тем с большей точностью можно рассчитать вероятность P (l).
В начале эксплуатации исправного локомотива P (0) = 1, так как при пробеге l = 0 вероятность того, что ни один элемент не откажет, принимает максимальное значение - 1. С ростом пробега l вероятность P (l ) будет уменьшаться. В процессе приближения срока эксплуатации к бесконечно большой величине вероятность безотказной работы будет стремиться к нулю P (l →∞) = 0. Таким образом в процессе наработки величина вероятности безотказной работы изменяется в пределах от 1 до 0. Характер изменения вероятности безотказной работы в функции пробега показан на рис. 1.1.

Рис.2.1. График изменения вероятности безотказной работы P(l) в зависимости от наработки

Основными достоинствами использования данного показателя при расчетах является два фактора: во-первых, вероятность безотказной работы охватывает все факторы, влияющие на надежность элементов, позволяя достаточно просто судить о его надежности, т.к. чем больше величина P (l ), тем выше надежность; во-вторых, вероятность безотказной работы может быть использована в расчетах надежности сложных систем, состоящих из более чем одного элемента.

1.2 Вероятность отказа

Вероятностью отказа называют вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации, в предела х заданной наработки произойдет хотя бы один отказ.
Вероятность отказа обозначается как Q (l ), которая определяется по формуле (1.2):

В начале эксплуатации исправного локомотива Q (0) = 0, так как при пробеге l = 0 вероятность того, что хотя бы один элемент откажет, принимает минимальное значение - 0. С ростом пробега l вероятность отказа Q (l ) будет увеличиваться. В процессе приближения срока эксплуатации к бесконечно большой величине вероятность отказа будет стремиться к единице Q (l →∞ ) = 1. Таким образом в процессе наработки величина вероятности отказа изменяется в пределах от 0 до 1. Характер изменения вероятности отказа в функции пробега показан на рис. 1.2. Вероятность безотказной работы и вероятность отказа являются событиями противоположными и несовместимыми.

Рис.2.2. График изменения вероятности отказа Q(l) в зависимости от наработки

1.3 Частота отказов

Частота отказов - это отношение числа элементов в единицу времени или пробега отнесенного к первоначальному числу испытуемых элементов. Другими словами частота отказов является показателем, характеризующим скорость изменения вероятности отказов и вероятности безотказной работы по мере роста длительности работы.
Частота отказов обозначается как и определяется по формуле (1.3):

где - количество отказавших элементов за промежуток пробега .
Данный показатель позволяет судить по его величине о числе элементов, которые откажут на каком-то промежутке времени или пробега, также по его величине можно рассчитать количество требуемых запасных частей.
Характер изменения частоты отказов в функции пробега показан на рис. 1.3.

Рис. 1.3. График изменения частоты отказов в зависимости от наработки

1.4 Интенсивность отказов

Интенсивность отказов представляет собой условную плотность возникновения отказа объекта, определяемую для рассматриваемого момента времени или наработки при условии, что до этого момента отказ не возник. Иначе интенсивность отказов - это отношение числа отказавших элементов в единицу времени или пробега к числу исправно работающих элементов в данный отрезок времени.
Интенсивность отказов обозначается как и определяется по формуле (1.4):

где

Как правило, интенсивность отказов является неубывающей функцией времени. Интенсивность отказов обычно применяется для оценки склонности к отказам в различные моменты работы объектов.
На рис. 1.4. представлен теоретический характер изменения интенсивности отказов в функции пробега.

Рис. 1.4. График изменения интенсивности отказов в зависимости от наработки

На графике изменения интенсивности отказов, изображенном на рис. 1.4. можно выделить три основных этапа отражающих процесс экс-плуатации элемента или объекта в целом.
Первый этап, который также называется этапом приработки, характеризуется увеличением интенсивности отказов в начальный период эксплуатации. Причиной роста интенсивности отказов на данном этапе являются скрытые дефекты производственного характера.
Второй этап, или период нормальной работы, характеризуется стремлением интенсивности отказов к постоянному значению. В течение этого периода могут возникать случайные отказы, в связи с появлением внезапной концентрации нагрузки, превышающей предел прочности элемента.
Третий этап, так называемый период форсированного старения. Характеризуется возникновением износовых отказов. Дальнейшая эксплуатация элемента без его замены становится экономически не рациональной.

1.5 Средняя наработка до отказа

Средняя наработка до отказа - это средний пробег безотказной работы элемента до отказа.
Средняя наработка до отказа обозначается как L 1 и определяется по формуле (1.5):

где l i - наработка до отказа элемента; r i - число отказов.
Средняя наработка до отказа может быть использована для предварительного определения сроков ремонта или замены элемента.

1.6 Среднее значение параметра потока отказов

Среднее значение параметра потока отказов характеризует среднюю плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени.
Среднее значение параметра потока отказов обозначается как W ср и определяется по формуле (1.6):

1.7 Пример расчета показателей безотказности

Исходные данные.
В течение пробега от 0 до 600 тыс. км., в локомотивном депо произведен сбор информации по отказам ТЭД. При этом количество исправных ТЭД в начале периода эксплуатации составляло N0 = 180 шт. Суммарное количество отказавших ТЭД за анализируемый период составило ∑r(600000) = 60. Интервал пробега принять равным 100 тыс. км. При этом количество отказавших ТЭД по каждому участку составило: 2, 12, 16, 10, 14, 6.

Требуется.
Необходимо рассчитать показатели безотказности и построить их зависимости изменения во времени.

Сначала необходимо заполнить таблицу исходных данных так, как это показано в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Первоначально по уравнению (1.1) определим для каждого участка пробега величину вероятности безотказной работы. Так, для участка от 0 до 100 и от 100 до 200 тыс. км. пробега вероятность безотказной работы составит:

Произведем расчет частоты отказов по уравнению (1.3).

Тогда интенсивность отказов на участке 0-100 тыс.км. будет равна:

Аналогичным образом определим величину интенсивности отказов для интервала 100-200 тыс. км.

По уравнениям (1.5 и 1.6) определим среднюю наработку до отказа и среднее значение параметра потока отказов.

Систематизируем полученные результаты расчета и представим их в виде таблицы (табл. 1.2.).

Таблица 1.2.

Приведем характер изменения вероятности безотказной работы ТЭД в зависимости от пробега (рис. 1.5.). Необходимо отметить, что первой точкой на графике, т.е. при пробеге равном 0, величина вероятности безотказной работы примет максимальное значение - 1.

Рис. 1.5. График изменения вероятности безотказной работы в зависимости от наработки

Приведем характер изменения вероятности отказа ТЭД в зависимости от пробега (рис. 1.6.). Необходимо отметить, что первой точкой на графике, т.е. при пробеге равном 0, величина вероятности отказа примет минимальное значение - 0.

Рис. 1.6. График изменения вероятности отказа в зависимости от наработки

Приведем характер изменения частоты отказов ТЭД в зависимости от пробега (рис. 1.7.).

Рис. 1.7. График изменения частоты отказов в зависимости от наработки

На рис. 1.8. представлена зависимость изменения интенсивности отказов от наработки.

Рис. 1.8. График изменения интенсивности отказов в зависимости от наработки

2.1 Экспоненциальный закон распределения случайных величин

Экспоненциальный закон достаточно точно описывает надежность узлов при внезапных отказах, имеющих случайный характер. Попытки применить его для других типов и случаев отказов, особенно постепенных, вызванных износом и изменением физико-химических свойств элементов показали его недостаточную приемлемость.

Исходные данные.
В результате испытания десяти топливных насосов высокого давления получены наработки их до отказа: 400, 440, 500, 600, 670, 700, 800, 1200, 1600, 1800 ч. Предполагая, что наработка до отказа топливных насосов подчиняется экспоненциальному закону распределения.

Требуется.
Оценить величину интенсивности отказов, а также рассчитать вероятность безотказной работы за первые 500 ч. и вероятность отказа в промежутке времени между 800 и 900 ч. работы дизеля.

Во-первых, определим величину средней наработки топливных насосов до отказа по уравнению:

Затем рассчитываем величину интенсивности отказов:

Величина вероятности безотказной работы топливных насосов при наработке 500 ч составит:

Вероятность отказа в промежутке между 800 и 900 ч. работы насосов составит:

2.2 Закон распределения Вэйбулла-Гнеденко

Закон распределения Вейбулла-Гнеденко получил широкое распространение и используется применительно к системам, состоящим из рядов элементов, соединенных последовательно с точки зрения обеспечения безотказности системы. Например, системы, обслуживающие дизель-генераторную установку: смазки, охлаждения, питания топливом, воздухом и т.д.

Исходные данные.
Время простоя тепловозов в неплановых ремонтах по вине вспомогательного оборудования подчиняется закону распределения Вейбулла-Гнеденко с параметрами b=2 и a=46.

Требуется.
Необходимо определить вероятность выхода тепловозов из неплановых ремонтов после 24 ч. простоя и время простоя, в течение которого работоспособность будет восстановлена с вероятностью 0,95.

Найдем вероятность восстановления работоспособности локомотива после простоя его в депо в течение суток по уравнению:

Для определения времени восстановления работоспособности локомотива с заданной величиной доверительной вероятности также используем выражение:

2.3 Закон распределения Рэлея

Закон распределения Рэлея используется в основном для анализа работы элементов, имеющих ярко выраженный эффект старения (элементы электрооборудования, различного рода уплотнения, шайбы, прокладки, изготовленные из резиновых или синтетических материалов).

Исходные данные.
Известно, что наработки контакторов до отказа по параметрам старения изоляции катушек можно описать функцией распределения Рэлея с параметром S = 260 тыс.км.

Требуется.
Для величины наработки 120 тыс.км. необходимо определить вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и среднюю наработку до первого отказа катушки электромагнитного контактора.

3.1 Основное соединение элементов

Система, состоящая из нескольких независимых элементов, связанных функционально таким образом, что отказ любого из них вызывает отказ системы, отображается расчетной структурной схемой безотказной работы с последовательно соединенными событиями безотказной работы элементов.

Исходные данные.
Нерезервированная система состоит из 5 элементов. Интенсивности их отказов соответственно равны 0,00007; 0,00005; 0,00004; 0,00006; 0,00004 ч-1

Требуется.
Необходимо определить показатели надежности системы: интенсивность отказов, среднее время наработки до отказа, вероятность безотказной работы, частота отказов. Показатели надежности P(l) и a(l) получить в интервале от 0 до 1000 часов с шагом в 100 часов.

Вычислим интенсивность отказа и среднюю наработку до отказа по следующим уравнениям:

Значения вероятности безотказной работы и частоты отказов получим, используя уравнения приведенные к виду:

Результаты расчета P(l) и a(l) на интервале от 0 до 1000 часов работы представим в виде табл. 3.1.

Таблица 3.1.

Графическая иллюстрация P(l) и a(l) на участке до средней наработки до отказа представлена на рис. 3.1, 3.2.

Рис. 3.1. Вероятность безотказной работы системы.

Рис. 3.2. Частота отказов системы.

3.2 Резервное соединение элементов

Исходные данные.
На рис. 3.3 и 3.4 показаны две структурные схемы соединения элементов: общего (рис. 3.3) и поэлементного резервирования (рис. 3.4). Вероятности безотказной работы элементов соответственно равны P1(l) = P ’1(l) = 0,95; P2(l) = P’2(l) = 0,9; P3(l) = P ’3(l) = 0,85.

Рис. 3.3. Схема системы с общим резервированием.

Рис. 3.4. Схема системы с поэлементным резервированием.

Вероятность безотказной работы блока из трех элементов без резервирования рассчитаем по выражению:

Вероятность безотказной работы той же системы при общем резервировании (рис. 3.3) составит:

Вероятности безотказной работы каждого из трех блоков при поэлементном резервировании (рис. 3.4) будут равны:

Вероятность безотказной работы системы при поэлементном резервировании составит:

Таким образом, поэлементное резервирование дает более существенное увеличение надежности (вероятность безотказной работы возросла с 0,925 до 0,965, т.е. на 4%).

Исходные данные.
На рис. 3.5 представлена система с комбинированным соединением элементов. При этом вероятности безотказной работы элементов имеют следующие значения: P1=0,8; Р2=0,9; Р3=0,95; Р4=0,97.

Требуется.
Необходимо определить надежность системы. Также необходимо определить надежность этой же системы при условии, что резервные элементы отсутствуют.

Рис.3.5. Схема системы при комбинированном функционировании элементов.

Для расчета в исходной системе необходимо выделить основные блоки. В представленной системе их три (рис. 3.6). Далее рассчитаем надежность каждого блока в отдельности, а затем найдем надежность всей системы.

Рис. 3.6. Сблокированная схема.

Надежность системы без резервирования составит:

Таким образом, система без резервирования является на 28% менее надежной, чем система с резервированием.

где - время исправной работы между и м отказами объекта; - число отказов объекта.

При достаточно большом числе отказов стремится к среднему времени между двумя соседними отказами. Если проводится испытание нескольких однотипных объектов, то среднее время между отказами определяют из выражения

число объектов. (1.11)

Интенсивность отказов – это отношение числа отказавших объектов в единицу времени к среднему числу объектов, продолжающих исправно работать в данный интервал времени:

(1.12)

здесь число отказавших объектов за промежуток времени от до , а где число исправно работающих объектов в начале интервала времени ; число исправно работающих объектов в конце интервала времени

В теории надёжности принята модель интенсивности отказов объекта, характеризуемая приведённой ниже кривой интенсивности отказов объекта в процессе эксплуатации.

Рисунок 1.3 - Модель интенсивности отказов объекта

Параметр потока отказов – это отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки. Этот показатель используют для оценки безотказности восстанавливаемых объектов в процессе эксплуатации: в начальный период времени объект работает до отказа; после отказа происходит восстановление объекта, и объект вновь работает до отказа и так далее. При этом полагают, что восстановление объекта происходит мгновенно. Для таких объектов моменты отказов на оси суммарной наработки (оси времени) образуют поток отказов. В качестве характеристики потока отказов используют - «ведущую функцию» данного потока – математическое ожидание числа отказов за время t : (1.13)

Параметр потока отказов характеризует среднее число отказов, ожидаемых на малом интервале времени

Статистически параметр потока отказов определяют по формуле

(1.15)

где число отказов восстанавливаемого объекта за интервал времени от до .

Средний ресурс - это математическое ожидание ресурса.

Гамма-процентный ресурс % - это наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , выраженной в процентах. Формула для расчёта аналогична формуле для гамма-процентной наработке до отказа.

Назначенный ресурс определяется как суммарная наработка объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.

Средний срок службы - математическое ожидание срока службы.

Гамма-процентный срок службы % - это календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта, в течении которой он не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , %.

Назначенный срок службы - календарная продолжительность эксплуатации объекта, при достижении которой применение по назначению объекта должно быть прекращено.

Назначенный ресурс и назначенный срок службы устанавливают на основании субъективных или организационных предположений, и они являются косвенными показателями надёжности.

Момент восстановления работоспособности объекта после отказа является случайным событием. Поэтому в качестве характеристики ремонтопригодности используется функция распределения этой случайной величины . Вероятностью восстановления называется вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданного:

Вероятность не восстановления на заданном интервале , т.е. вероятность того, что равна

Рисунок 1.4 - Изменение вероятностей восстановления и не восстановления во времени

Плотность вероятности момента восстановления равна

Средним временем восстановления является момент 1-го порядка (математическое ожидание) времени восстановления работоспособного состояния объекта.

(1.16)

Статистически среднее время восстановления равно где - время обнаружения и устранения - го отказа объекта.

Важным показателем ремонтопригодности объекта является интенсивность восстановления , которая, следуя общей методологии, аналогична показателю безотказности – интенсивности отказов .

Показатели сохраняемости – средний срок сохраняемости и гамма-процентный срок сохраняемости – определяются аналогично соответствующим показателям безотказности и долговечности. Средний срок сохраняемости – это математическое ожидание срока сохраняемости; а гамма-процентный срок сохраняемости – это срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью , %.

Так как вероятностные характеристики отдельных свойств надёжности полагают независимыми, то для оценки нескольких свойств надёжности используют комплексныепоказатели. Рассмотрим применяемые в теории надёжности комплексные показатели.

Коэффициент готовности – это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается

Коэффициент оперативной готовности определяется как вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени : (1.18)

До этого момента такие объекты могут быть в режиме дежурства, но без выполнения заданных рабочих функций. В обоих режимах возможно возникновение отказов и восстановление работоспособности объекта.

Иногда пользуются коэффициентом простоя

Коэффициент технического использования – это отношение математическое ожидание интервала времени наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию интервалов времени пребывания объекта в состояниях простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтами, за тот же период эксплуатации

(1.20)

где математическое ожидание наработки восстанавливаемого объекта; математическое ожидание интервалов времени простоев при техническом обслуживании; математическое ожидание времени, затрачиваемого на плановые и внеплановые ремонты. характеризует долю времени объекта в работоспособном состоянии относительно рассматриваемой продолжительности эксплуатации.

Коэффициент планируемого применения – это отношение разности заданной продолжительности эксплуатации и математического ожидания суммарной продолжительности плановых технических обслуживаний и ремонтов за тот же период эксплуатации к значению этого периода

(1.21)

Коэффициент сохранения эффективности – отношение значения показателя эффективности за определённую продолжительность эксплуатации Э к номинальному значению показателя Э 0 , вычисленному при условии, что отказы объекта в течение того же периода эксплуатации не возникают. Этот коэффициент характеризует степень влияния отказов элементов объекта на эффективность его применения по назначению

При этом под эффективностью применения объекта понимают его свойство создавать определённый полезный результат (выходной эффект) в течение периода эксплуатации при определённых условиях. Показатель эффективности – показатель качества, характеризующий выполнение объектом его функций. Аналитические выражения для расчёта эффекта объектов различных типов приведены в ГОСТ 27.003-89. Выбор номенклатуры показателей надёжности и их нормирование осуществляют на основании ГОСТ 27.033-83.

1.4 Общий порядок обеспечения надёжности на стадиях

«жизненного» цикла объекта

В соответствии с ГОСТ 27.003-90 рассмотрим некоторые вопросы заданной темы.

1.4.1 Состав и общие правила задания требований на надёжность

1 При задании требований по надёжности определяют и согласовывают между заказчиком и разработчиком:

Типовую модель эксплуатации, применительно к которой задают требования по надёжности;

Критерии отказов по модели эксплуатации;

Критерии предельных состояний изделий, применительно к которым устанавливают требования по долговечности и сохраняемости;

Понятие «выходной эффект» для изделий, требования к которым установлены коэффициентом сохранения эффективности К эф . ;

Номенклатуру и значения показателей надёжности (ПН) в соответствии с принятой моделью эксплуатации;

Требования и ограничения по конструктивным, технологическим и эксплуатационным способам обеспечения надёжности, при необходимости с учётом экономических ограничений;

Необходимость разработки программы обеспечения надёжности.

2 Типовая модель эксплуатации изделий должна содержать:

Последовательность видов, режимов эксплуатации (хранения, транспортировки, развёртывания, ожидания применения по назначению, технического обслуживания и плановых ремонтов) с указанием их продолжительности;

Характеристику принятой системы технического обслуживания и ремонта, обеспечения запасными частями, инструментом и эксплуатационными материалами;

Уровни внешних воздействующих факторов и нагрузок для каждого вида, режима эксплуатации;

Численность и квалификацию обслуживающего и ремонтного персонала.

3 Номенклатура ПН выбирается по ГОСТ 27.002.

4 Общее количество, выбираемых ПН, должно быть минимальным.

5 Для восстанавливаемых изделий, как правило, задают комплексный ПН …, возможные сочетания задаваемых показателей К г и Т о; К г и Т в; Т о и Т в. Недопустимое сочетание К г, Т о, Т в.

6 Требования по надёжности включают в следующие документы:

Техническое задание (ТЗ) на разработку или модернизацию изделий;

Технические условия (ТУ) на изготовление продукции;

Стандарты общих технических требований (ОТТ), общих технических условий (ОТУ) и технических условий (ТУ).

В паспортах, формулярах, инструкциях и другой эксплуатационной документации требования по надёжности (ПН) указывают по согласованию между заказчиком и разработчиком в качестве справочных. Требования по надёжности могут включаться в договор на разработку и поставку изделий.

1.4.2 Порядок задания требований по надёжности на различных

стадиях жизненного цикла изделий

1 Требования по надёжности, включаемые в ТЗ, определяют на стадии исследования и разработки путём:

Анализа требований заказчика, условий эксплуатации, ограничений по всем видам затрат;

Выработки и согласования с заказчиком критериев отказов и предельных состояний;

Выбором рациональной номенклатуры ПН;

Установления значений ПН изделия и его составных частей.

2 На стадиях разработки изделия уточняются требования по надёжности путём:

Рассмотрения возможных вариантов построения изделия и расчёта ПН;

Выбора варианта, удовлетворяющего заказчика по совокупности ПН и затрат;

Уточнения значений ПН изделия и его составных частей.

3 В ТУ на серийное изделие включают те ПН, которые предполагается контролировать на этапе изготовления изделия.

4 На стадиях серийного производства и эксплуатации допускается коррекция значений ПН по результатам испытаний или эксплуатации.

5 Для сложных изделий при их отработке, опытном или серийном производстве допускается поэтапное задание значений ПН (при условии их повышения) и параметров планов контроля с учётом накопленных статистических данных по предшествующим изделиям-аналогам и по согласованию между заказчиком и разработчиком.

6 При наличии прототипов (аналогов) с достоверно известным уровнем надёжности состав работ по заданию требований по надёжности в пунктах 1 и 2 может быть сокращён за счёт тех показателей, информация по которым есть на момент формирования раздела ТЗ, ТУ «Требования по надёжности».

1.5 Аналитические зависимости между показателями надёжности

Зависимость между вероятностью безотказной работы и средней наработкой до отказа:

Отсюда, т.е. средняя наработка до отказа равна площади под кривой вероятности безотказной работы объекта.

Связь между вероятностью безотказной работы и интенсивностью отказов

Если на испытание поставлено N 0 объектов, то число объектов, которые будут исправно работать к моменту времени t , равно

Для момента времени

Число отказавших объектов

Тогда (1.24)

Так как - положительно определённая функция, то

(1.25)

Связь между вероятностью безотказной работы, интенсивностью отказов и средней наработкой до отказа.

(1.26)

Для , например, в нормальный период эксплуатации

(1.27)

При этом (1.28)

Зависимость между плотностью вероятности времени безотказной

работы и параметром потока отказов.

Пусть испытывается N 0 число объектов, причём, отказавшие объекты заменяются новыми (выборка с возмещением). Если объекты не восстанавливаемые, то параметр потока отказов равен

(1.29)

Среднее число отказавших объектов в интервале времени пропорционально значению , длине интервала времени и .

Среднее значение наработок изделий в партии до первого отказа называется средней наработкой до первого отказа. Этот термин применим как для ремонтируемых, так и для неремонтируемых изделий. Для неремонтируемых изделий вместо названного можно применять термин средняя наработка до отказа.

ГОСТом 13377 – 67 для неремонтируемых изделий введен еще один показатель надежности, называемый интенсивностью отказов.

Интенсивность отказов есть вероятность того, что неремонтируемое изделие, проработавшее безотказно до момента t, откажет в последующую единицу времени, если эта единица мала.

Интенсивность отказов изделия есть функция времени от его работы.

В предположении, что безотказность некоторого блока в электронной системе управления автомобиля характеризуется интенсивностью отказов, численно равной рассчитанной, причем эта интенсивность не меняется в течение всего срока его службы, необходимо определить наработку до отказа Т Б такого блока.

Подсистема управления включает в себя k последовательно соединенных электронных блоков (рис.2).

Рис.2 Подсистема управления с последовательно включенными блоками.

Эти блоки имеют одинаковую интенсивность отказов, численно равную рассчитанной. Требуется определить интенсивность отказов подсистемы λ П и среднюю наработку ее до отказа , построить зависимости вероятности безотказной работы одного блока Р Б (t) и подсистемы Р П (t) от наработки и определить вероятности безотказной работы блока Р Б (t) и подсистемы Р П (t) к наработке t= T П.

Интенсивность отказов λ(t) рассчитывается по формуле:

, (5)

Где - статистическая вероятность отказа устройства на интервале или иначе статистическая вероятность попадания на указанный интервал случайной величины Т.

Р(t) – рассчитанная на шаге 1 – вероятность безотказной работы устройства.

Заданное значение 10 3 ч - 6,5

Интервал =

λ(t) = 0,4 / 0,4*3*10 3 ч = 0,00033

Предположим, что интенсивность отказов не меняется в течение всего срока службы объекта, т.е. λ(t) = λ = const, то наработка до отказа распределена по экспоненциальному (показательному) закону.

В этом случае вероятность безотказной работы блока:

(6)

Р Б (t) = exp (-0.00033*6.5*10 3) = exp(-2.1666) = 0.1146

А средняя наработка блока до отказа находится как:

1/0,00033 = 3030,30 ч.

При последовательном соединении k блоков интенсивность отказов образуемой ими подсистемы:

(8)

Т.к.интенсивности отказов всех блоков одинаковы, то интенсивность отказов подсистемы:

λ П = 4*0,00033 = 0,00132 ч.,

а вероятность безотказной работы системы:

(10)

Р П (t) = exp (-0.00132*6.5*10 3) = exp (-8,58) = 0.000188

С учетом (7) и (8) средняя наработка подсистемы до отказа находится как:

(11)

1/0,00132 = 757,58 ч.

Вывод: по мере приближения к предельному состоянию – интенсивность отказов объектов возрастает.

Расчет вероятности безотказной работы .

Задание: Для наработки t = требуется рассчитать вероятность безотказной работы Рс() системы (рис. 3), состоящей из двух подсистем, одна из которых является резервной.

Рис. 3 Схема системы с резервированием.

Расчет ведется в предположении, что отказы каждой из двух подсистем независимы.

Вероятности безотказной работы каждой системы одинаковы и равны Р П (). Тогда вероятность отказа одной подсистемы:

Q П () = 1 – 0,000188 = 0,99812

Вероятность отказа всей системы определяется из условия, что отказала и первая, и вторая подсистемы, т.е.:

0,99812 2 = 0,99962

Отсюда вероятность безотказной работы системы:

,

Р с () = 1 – 0,98 = 0,0037

Вывод: в данном задании была рассчитана вероятность безотказной работы системы при отказе первой и второй подсистемы. По сравнению с последова-тельной структурой вероятность безотказной работы системы меньше.

Мы выпустили новую книгу «Контент-маркетинг в социальных сетях: Как засесть в голову подписчиков и влюбить их в свой бренд».

Вы работаете над продвижением своего блога? Пытаетесь увеличить продажи интернет-магазина? Тогда проблема снижения должна быть вам близка.

Что такое показатель отказов сайта?

Рассмотрим на примере. За месяц на сайте побывало всего 140 посетителей, 60 из них просмотрели только одну страницу и закрыли ваш ресурс, остальные 80 смотрели две и более страниц. 60 делим на 140 и умножаем на 100%. В итоге получаем процент отказов на сайте в 43%.

Нормальный процент отказов на сайте - какой он?

Добиться нулевого уровня практически невозможно. Даже у популярных интернет-магазинов отказы составляют 30-40 %. Среднее значение для разных сайтов сильно отличается, и нам необходимо обязательно это учитывать:

• для сайта-портала или сервис-сайта это значение примерно от 10% до 30%;
• у интернет-магазинов нормальный процент отказов на сайте уже повыше - 20-40%;
• еще больше у информационных сайтов - 40-60%.

Не стоит ориентироваться на какую-то конкретную цифру. Важнее, чтобы показатель отказов был меньше, чем у конкурентов.

Причины отказа на сайте: как удержать посетителей на сайте?

1. Скорость загрузки

Рядовой пользователь стремится получить всю требуемую информацию как можно скорее. Поверьте, несколько секунд ожидания могут стать веской причиной, по которой сайт обойдут стороной. Поставьте себя на место посетителя. Вряд ли вы будете ждать более 10 секунд. Следует поискать ошибки сайта, отражающиеся на этом параметре. Кроме того, уберите рекламу перед контентом. Многие рекламные сервера работают чрезвычайно медленно, поэтому вероятность немедленного прощания с сайтом очень высока.

2. Избыток рекламы

Запомните навсегда: сайт – не новогодняя елка.

Мигающе-сверкающие элементы действительно притягивают взгляд, но при этом вызывают стойкое отвращение посетителей. К такому эффекту приводят глупые заголовки в стиле желтой прессы, всплывающие окна. Ваш ресурс наполнен действительно интересным контентом? Смело запускайте всплывающую рекламу спустя минуту после входа посетителя - это поможет уменьшить отказы на сайте.

3. Понятная навигация, грамотный поиск

Думаете, интуитивно понятные алгоритмы важны только в компьютерных играх? Дайте возможность гостю почувствовать себя дураком, больше его никогда не встретите. Безусловно, стремление к уникальности и неповторимости похвально. Однако подобная оригинальность скверно скажется на уровне отказов, если вы будете заставлять посетителей разыскивать информацию.

Отдельно следует упомянуть эффективный инструмент - поиск. Его отсутствие на сайтах с большим количеством страниц и товаров доставляет уйму неудобств, обычный гость предпочтет быстро покинуть сайт, поискать нужную информацию на другом ресурсе.

4. Музыка, видео – явные враги

В отличие от клиентов супермаркета, где спрятаться от музыкального фона нет возможности, ваши гости всегда могут моментально распрощаться с ним. Люди устали от ненужных картинок, звуков. Вам понравится красивая мелодия, нескончаемо играющая по кругу? Единственным желанием будет ее остановка. Отчаявшись выключить музыку, посетитель покинет сайт.

Обсудим видео, здесь ситуация еще хуже, чем с музыкой. Многие пользователи отказываются платить за трафик навязываемого видеоролика. Такое поведение вебмастера напрямую ассоциируется с вором, лезущим в карман. Нравится подобная роль? Тогда откажитесь от лишних атрибутов.

Как удержать посетителя на сайте? Не заставлять его слушать и смотреть то, что он не хочет.

5. Отмените регистрацию

О высокой конкуренции в сети вы знаете. А свободное пользование многочисленными сайтами без малейшего намека на регистрацию встречали? Многие сайты предлагают провести оформление через аккаунты социальных сетей. Но менталитет и природная лень заставляют искать места потеплее, где «прописка» полностью отсутствует. Уберете раздражающую гостей функцию сегодня - перестанете удивляться количеству отказов завтра.

6. Обновляйте информацию

Цены двухлетней давности, каталог одежды, потерявшей актуальность 10 лет назад - веские причины отказа на сайте. Сменили номера телефонов, условия доставки товаров - немедленно обновите данные сайта. Ваше детище отлично оформлено и его информация актуальна? Тогда смело добавляйте интересные статьи. Новоиспеченные посетители часто изучают даты последних публикаций, постарайтесь порадовать аудиторию.

7. Используйте страничку 404 правильно

От программных ошибок невозможно застраховаться, поэтому появление страницы 404 следует предусмотреть. Благодаря подсказкам Google улучшить эту страницу легко, воспользовавшись Google Webmaster Tools. Простое добавление ссылки на главную страничку, окна поиска поможет сгладить неловкую ситуацию с 404-й страницей. Осталось расщедриться на юмор, дизайн и проблему можно считать решенной.

8. Добавьте контрастов, разберитесь со шрифтами

Нужны минимальные шаги, облегчающие посетителям чтение предлагаемой информации. Именно контрастный фон, яркие картинки помогут выделить зоны сайта, нуждающиеся в привлечении особого внимания.

Идеальный шрифт выбрать достаточно легко. Следует сверстать статью, внимательно вычитать ее. Если в процессе чтения глазам комфортно, значит, все сделано верно. Также необходимо учесть влияние на читаемость цвета контента, типа шрифта, межстрочного интервала, цвета подложки, наличия абзацев.

9. Улучшайте дизайн

Позволить себе дешевое непрофессиональное оформление может лишь новичок. Подобная экономия заставит посетителей усомниться в серьезности владельца ресурса и правдивости размещенной на сайте информации.

Представьте себе, что входите в неопрятный офис или магазин, в котором десятилетиями не переклеивались обои. Приятно? Также и посетители спешат на аккуратные, красиво оформленные сайты.

10. Избавьтесь от серых простыней, улучшите качество текста

Каким бы интересным и уникальным не был размещенный на страничке текст, его оформлению следует уделить хотя бы минимальное внимание. Яркие заголовки, толковые списки, правильно выделенные абзацы помогут донести до читателя нужную информацию.

Воспользуйтесь приведенным выше советом. Оформите статьи правильно и посетители дочитают их до конца!

Кроме того, следует избавиться от коряво вписанных ключевых фраз, орфографических и пунктуационных ошибок. Если вы работаете с узкоспециализированной тематикой, то постарайтесь аккуратно оперировать терминами. Расщедритесь, составив мини-словарь или просто дав в статьях четкие определения.

11. Предложите дополнительный контент

Если вы знакомы с термином "сопутствующие товары", половина дела сделана. Представьте процесс приобретения в магазине пива. В качестве товаров-дополнителей отлично подойдут рыба, сухарики, чипсы. Этот принцип применяется и при работе над контентом сайта. Например, женщина выбирает в магазине стильное платье, предложите ей посмотреть раздел современной бижутерии, элитного нижнего белья. Простейший прием поможет увеличить количество просматриваемых страниц и сделает более привлекательным весь ресурс в целом.

12. Исключительно полезная информация

Грамотные, уникальные, но абсолютно бесполезные тексты также входят в причины отказа на сайте. Посетитель, зашедший посмотреть стоимость ортопедических матрасов, будет разочарован, увидев пространные рассуждения об их актуальности, высоком качестве и пользе для здоровья. Давайте конкретные ответы по определенному запросу, перестаньте лить воду.

Конечно, предоставленный перечень раздражающих посетителей факторов не полон. Но работы вам предстоит предостаточно. Воспользовавшись предложенными советами, вы сможете в разы уменьшить показатель отказов сайта.