Prezentacja programu PowerPoint

Niezawodność

Racjonalne eksploatowanie urządzeń technicznych jest możliwe pod warunkiem, że znane są ich
eksploatacyjne charakterystyki - w tym głównie niezawodność.
Dysponując  charakterystykami  niezawodnościowymi  można  realnie  planować  użytkowanie
obiektów,  opracowywać  zasady  obsługiwania,  modernizować  i  opracowywać  nowe  systemy
obsługiwania,  tworzyć  optymalne  struktury  organizacyjne  systemów  eksploatacji  obiektów  itp.
Według  PN-80/N-04000,  niezawodność  to  właściwość  obiektu  charakteryzująca  jego  zdolność
do wykonywania określonych funkcji, w określonych warunkach i określonym czasie.

Niezawodność  jest  właściwością  kompleksową,  obejmującą  w  zależności  od  przeznaczenia
obiektu i warunków jego eksploatacji, takie charakterystyki, jak:
•  trwałość,
•  nieuszkadzalność,
•  naprawialność,
•  przechowywalność.

Trwałość to właściwość obiektu charakteryzująca jego zdolność do zachowania stanu zdatności
w  określonych  warunkach,  aż  do  zakończenia  jego  eksploatacji.  Pod  pojęciem  stanu  zdatności
należy rozumieć stan, w którym obiekt może wykonywać zadania zgodnie z wymaganiami.
W  sensie  ilościowym  trwałość  określa  się  ilością  wykonywanej  pracy,  ilością  wykonywanych
czynności  lub  czasem,  w  którym  obiekt  zachowuje  określone  właściwości  w  dopuszczalnych
granicach ich zmian.
Nieuszkadzalność jest właściwością obiektu, która charakteryzuje jego zdolność do zachowania
stanu zdatności podczas wykonywania zadania.
W  sensie  ilościowym  nieuszkadzalność  to  prawdopodobieństwo  ciągłego  zachowania  stanu
zdatności podczas wykonywania zadania.
Naprawialność  oznacza  właściwość  obiektu  charakteryzującą  jego  przystosowanie  do
wykonania napraw w określonych warunkach eksploatacji, z wykorzystaniem ustalonych metod i
środków naprawczych.
W  sensie  ilościowym  naprawialność  określa  się  takimi  wskaźnikami,  jak:  prawdopodobieństwo
naprawy, średni czas naprawy, intensywność naprawy.

W praktyce powyższe wskaźniki są wykorzystywane do organizacji racjonalnych systemów
obsługiwania obiektów technicznych.

Przechowywalność to właściwość obiektu charakteryzująca jego zdolność do zachowania stanu
zdatności podczas przechowywania.
Właściwość ta oznacza zdolność obiektu do przeciwstawiania się ujemnym wpływom warunków
przechowywania na jego trwałość i nieuszkadzalność.

Uszkodzenia (PN-80/N-O4000) to zdarzenia polegające na przejściu obiektu
ze stanu zdatności do stanu niezdatności.

Ze względu na przyczyny powstawania uszkodzeń klasyfikuje się je następująco:
• konstrukcyjne - uszkodzenia powstałe wskutek błędów projektowania i konstruowania

obiektu;

• produkcyjne (technologiczne) - uszkodzenia powstałe wskutek błędów i niedokładności

procesów technologicznych lub wad materiałów elementów obiektu;

• eksploatacyjne - uszkodzenia powstałe w wyniku nieprzestrzegania obowiązujących zasad

eksploatacji lub oddziaływania czynników zewnętrznych nie przewidzianych dla warunków
użytkowania danego obiektu.

Biorąc pod uwagę charakter zmian wartości wymuszeń (obciążeń) działających na obiekt, można
wyróżnić:
•

Uszkodzenia  przypadkowe  (nagłe),  które  powstają  w  wyniku  działania  bodźców  skokowych,
których  wartości  przekroczyły  ustalone  wartości  dopuszczalne,  przy  czym  uszkodzeń  nagłych
nie można przewidzieć na podstawie wyników wykonywanych obsługiwań technicznych;

•

Uszkodzenia zużyciowe (naturalne) są wynikiem nieodwracalnych zmian właściwości
początkowych obiektu, zachodzących podczas eksploatacji, mimo że obiekt był właściwie
skonstruowany, wytworzony i eksploatowany. Uszkodzenia zużycia powstają od bodźców, które
kumulują się w czasie jego użytkowania.

Uszkodzenia

1- odporność wewnętrzna, 2- obciążenia stałe, 3-przypadkowy charakter obciążenia
zmiennego, 4- uszkodzenia nagłe, 5- uszkodzenia stopniowe.

Model procesu uszkodzenia obiektu

Niezawodność

Ze  względu  na  współzależność  uszkodzenia  dzielą  się  na  uszkodzenia  niezależne  i
zależne.
Uszkodzenia  niezależne  (pierwotne)  powstają  na  skutek  dowolnej  przyczyny,  z
wyjątkiem  jednak  uszkodzenia  od  innego  elementu.  Uszkodzenie  pierwotne  części  jest
niezależne od miejsca zajmowanego w strukturze funkcjonalnej obiektu  i jest rozumiane
jako  zdarzenie,  którego  powstanie  jest  wywołane  procesem  fizycznym  lub  fizyczno-
chemicznym  zachodzącym  w  danej  części.  Uszkodzenia  te  stanowią  podstawę
wnioskowania  statystycznego  o  niezawodności  i  trwałości  elementów  obiektu  w  danych
warunkach eksploatacji.
Uszkodzenia  zależne  (wtórne)  powstają  na  skutek  zaistnienia  uszkodzenia  innego
elementu.  W  ogólnym  pojęciu  uszkodzenie  wtórne  odnosi  się  do  tych  części,  na  które
zostały  przeniesione  bezpośrednio  lub  pośrednio  skutki  uszkodzenia  pierwotnego.
Uszkodzenia  pierwotne  i  wtórne  części  są  podstawą  do  ustalenia  normatywów
magazynowych części zamiennych.

Awaria  jest  szerszym  pojęciem  niż  uszkodzenie.  Pod  tym  pojęciem  rozumie  się
uszkodzenie  pociągające  za  sobą  następstwa,  które  przekraczają  pewne  umowne  granice,
np. awarią jest uszkodzenie, które spowodowało straty znacznie większe od średnich strat
przypadających na jedno uszkodzenie danego obiektu.
Oddzielną  grupę  stanowią  uszkodzenia  powstałe  na  skutek  rozregulowania.  Uszkodzenia
takie zazwyczaj dają się usunąć za pomocą  elementów regulacyjnych znajdujących się  w
obiekcie.

Do  oceny  niezawodności  obiektów  technicznych  wykorzystuje  się  charakterystyki,  które
są nazywane wskaźnikami niezawodności. Umożliwiają one ilościową ocenę okresu ich
użytkowania.  Wskaźniki  niezawodności  stanowią  miary,  za  pomocą  których  ocenia  się
obiekt pod względem niezawodności. Wskaźniki niezawodności umożliwiają wyznaczenie
niezawodności  obiektów  istniejących  oraz  stawianie  konkretnych  wymagań  odnośnie
niezawodności  obiektów  nowo  projektowanych.  Wskaźniki  niezawodności  są  podstawą
właściwej  organizacji  procesów  obsługiwań  technicznych  obiektu  i  właściwego
zaopatrzenia ich w części wymienne.

Niezawodność

Ze  względu  na  przypadkowy  charakter  występowania  uszkodzeń  w  obiektach,  wskaźniki
niezawodności są wielkościami losowymi.
Określa  się  je  za  pomocą  metod  statystyki  matematycznej  oraz  teorii
prawdopodobieństwa.
Wśród wskaźników niezawodności można wyróżnić (PN-77/N-O4005):
•

wskaźniki zdatności i trwałości,

•

wskaźniki napraw,

•

wskaźniki przechowywania i transportu,

•

inne wskaźniki.

1. Prawdopodobieństwo uszkodzenia obiektu

Jeżeli w danym przedziale czasu obiekt może się uszkodzić, to prawdopodobieństwo tego
zdarzania nazywa się prawdopodobieństwem uszkodzenia obiektu (inaczej: funkcją
zawodności).

Funkcja zawodności jest określana zależnością:

– nalot do pierwszego uszkodzenia (zmienna losowa);

f(t) – funkcja gęstości rozkładu prawdopodobieństwa uszkodzeń (najczęściej jest to rozkład:
Weilbulla, wykładniczy, normalny ucięty)

Oszacowanie statystyczne tego wskaźnika określa wzór:

gdzie:

m(t) – liczba obiektów uszkodzonych w przedziale czasu <0,t>;

n – sumaryczna liczba badanych w tym czasie obiektów.





 













)

(



   



Niezawodność

. Prawdopodobieństwo poprawnego działania obiektu

Prawdopodobieństwo to nazywane jest funkcją niezawodności R(t).
Zdarzenie, że w ustalonym przedziale czasu obiekt się nie uszkodzi:

Jeżeli znana jest funkcja niezawodności w całym przedziale „czasu życia obiektu”, to znana
jest jego niezawodność.

Oszacowanie statystyczne tego wskaźnika z próbki obiektów jest określone wzorem:

gdzie:

n(t) – liczba obiektów, które w przedziale czasu <0,t> nie uszkodziły się;

n – liczba badanych w tym czasie obiektów technicznych.

  



 





















)

(



 



Wykresy funkcji niezawodności R(t) i funkcji zawodności F(t)

Niezawodność

3. Średni czas T poprawnej pracy do chwili wystąpienia uszkodzenia

Jest to wartość oczekiwana zmiennej losowej t , wyrażona zależnością:

Oszacowanie statystyczne tego wskaźnika określa wzór:

gdzie: n – liczba badanych obiektów;

– czas, w którym nastąpiło uszkodzenie i-tego obiektu





 

 









4. Średni czas poprawnej pracy między dwoma kolejnymi uszkodzeniami

Jest to wartość oczekiwana zmiennej losowej t, określającej czas pracy między dwoma
kolejnymi uszkodzeniami:

Oszacowanie statystyczne tego wskaźnika określa wzór:

gdzie: n – liczba badanych obiektów, z których każdy jest po (k-1)-tej naprawie;

– czas przebywania i-tego obiektu w stanie zdatności od chwili

zakończenia (k-1)-tej naprawy do wystąpienia k-tego uszkodzenia.





k i

 

 









a – wartość funkcji niezawodności R(t) i funkcji
zawodności F(t) w określonej chwili t=t

, b- funkcja

niezawodności R(t) dla R(t,t+t

), c- zawodność obiektu, d-

niezawodność obiektu.

Ilustracja graficzna związków R(t), F(t) i T

Niezawodność

5. Intensywność uszkodzeń
Jest to gęstość warunkowa uszkodzenia w  chwili t, pod warunkiem, że do tej  chwili obiekt
pracował bez uszkodzenia.
Intensywność uszkodzeń określa się zależnością:

Oszacowanie statystyczne tego wskaźnika określa wzór:

gdzie: n(t) – liczba obiektów, które w przedziale czasu <0,t> się nie uszkodziły;
  –  liczba obiektów, które w przedziale czasu     się uszkodziły;
  –  długość przedziału czasu, w którym obiekt jest badany.

 



 









 





 

































1- uszkodzenia wczesne, 2-uszkodzenia starzeniowe,
3- uszkodzenia eksploatacyjne, 4- wynikowa funkcja

intensywności uszkodzenia

Ilustracja zmiany intensywności uszkodzeń w

funkcji czasu

- rozkład Weibulla:

 













































exp

 

 







exp



- rozkład wykładniczy:

gdzie: – intensywność uszkodzeń;



gdzie: – parametr formy;

– parametr kształtu



 





















exp

)

(







- rozkład Erlanga:

gdzie: – odchylenie standardowe;
E[t] – wartość oczekiwana.

gdzie: l – parametr (liczba całkowita).

   

 

 









exp

- rozkład normalny:

rozkład gamma:

 













 















gdzie:

Tab. Wyrażona w procentach częstość uszkodzeń charakterystycznych dla różnych

elementów wyposażenia pokładowego statków powietrznych

Element

wyposażenia

pokładoweg

(urządzenie)

Rozkład uszkodzeń na podstawie okoliczności

wykrycia*, %

Łącznie, %

sumarycznej

liczby

uszkodzeń

W locie

Obsługiwani
e operacyjne

Obsługi

profilaktycz

Nadajniki i

linie

komutacyjne

23...40/2...1

16...22/1...1

6....18/1...2

Urządzenia

wyliczające

i pulpity

sterowania

38...60/2...5

0,5...2/0,5...

36...60/2...4

1...12

Wskaźniki

1...2/6...10

bd/3...6

bd/2...5

1...2

* w liczniku przedstawione dane dotyczą uszkodzeń stopniowych, a w mianowniku
uszkodzeń nagłych, skrót bd oznacza brak danych

Jedną z metod zwiększania niezawodności obiektów, teoretycznie umożliwiającą
nieograniczone podnoszenie ich niezawodności jest rezerwowanie.

Metoda ta polega na tym, że dla elementów lub zespołów przewiduje się jeden lub kilka
elementów zapasowych, które w miarę występowania uszkodzeń zastępują w pracy
elementy uszkodzone. Zazwyczaj niezawodność obiektu o strukturze szeregowej zwiększa
się przez eliminację tzw. słabych ogniw obiektu.

Struktura  szeregowa  charakteryzuje  się  takim  powiązaniem  elementów,  przy  którym
obiekt  jest  w  stanie  zdatności  wtedy,  gdy  wszystkie  jego  elementy  są  w  stanie  zdatności.
Obiekt jest uszkodzony wtedy, gdy chociaż jeden jego element jest uszkodzony.
Funkcja niezawodności R(t) obiektu jest iloczynem w postaci:

Struktura  równoległa  charakteryzuje  się  takim  powiązaniem  elementów,  przy  którym
obiekt  jest  w  stanie  zdatności  wtedy,  gdy  choć  jeden  jego  element  jest  w  stanie  zdatności.
Obiekt jest uszkodzony wtedy, gdy wszystkie jego elementy są uszkodzone.
Funkcja niezawodności R(t) obiektu może być wyznaczona z zależności:

Struktura szeregowo-równoległa jest kombinacją dwóch poprzednich struktur obiektu.
Funkcję niezawodności R(t) obiektu można opisać wzorem:

 

   

 









...

 













 





















Struktury niezawodnościowe obiektów technicznych

a-struktura szeregowa, b-struktura równoległa, c-struktura szeregowo-równoległa, d-

struktura szeregowa, w której element i

jest słabym ogniwem, e-struktura szeregowa,

w której słabe ogniwo i

jest rezerwowane elementem i

Niezawodność

Stosowanie różnych struktur niezawodnościowych stwarza teoretycznie duże możliwości
podnoszenia niezawodności obiektów technicznych.

W praktyce stosowanie tych struktur lub ich kombinacji jest jednak ograniczone
względami konstrukcyjnymi, technologicznymi, ekonomicznymi oraz masą obiektu.

Niezawodność jest kompleksową charakterystyką jakości eksploatacyjnej urządzeń
technicznych. Obejmuje trwałość, nieuszkadzalność, naprawialność i przechowywalność.

Wyróżnia się uszkodzenia konstrukcyjne, produkcyjne, eksploatacyjne, przypadkowe
(nagłe), zużyciowe (naturalne), niezależne (pierwotne), zależne (wtórne), rozregulowania,
awarie.

Do  podstawowych  wskaźników  niezawodności  obiektów  należą;  prawdopodobieństwo
prawidłowej  pracy  do  uszkodzenia  (funkcja  niezawodności),  prawdopodobieństwo
uszkodzenia  (funkcja  zawodności),  średni  czas  pracy  między  dwoma  kolejnymi
uszkodzeniami, funkcja intensywności uszkodzeń.

W przebiegu funkcji intensywności uszkodzeń można wyróżnić uszkodzenia wczesne,
przypadkowe i starzeniowe.

Metody zapobiegania powstawaniu wad

Spośród metod zapobiegania wadom wyrobu oraz procesu (metody prewencyjne) najczęściej
stosowana jest:
FMEA - analiza przyczyn i skutków wad (Failure Mode and Effect Analysis).
Celem  stosowania  metody  jest  konsekwentne  i  trwałe  eliminowanie  wad  wyrobu  lub  procesu
produkcji  poprzez  rozpoznawanie  rzeczywistych  przyczyn  ich  powstawania  i  stosowanie
odpowiednich  środków  zapobiegawczych  oraz  unikanie  wystąpienia  rozpoznanych,  a  także
jeszcze  nieznanych  wad  w  nowych  wyrobach  i  procesach  poprzez  wykorzystanie  wiedzy  i
doświadczeń z już przeprowadzonych analiz. Każda ocena cząstkowa mieści się w przedziale od
1-10,  gdzie  1  jest  wartością  najmniejszą.  Wszystkie  problemy  należy  ustawić  według  oceny
całkowitej (C) i zastosować analizę Pareto, która wskazuje co należy najpierw naprawić.

According to Mil-Std-1629 Procedures for Performing a Failure Mode, Effects and
Criticality Analysis the scale is divided into five levels:
Level A -Frequent. The high probability is defined as a probability which is equal or bigger
than 0.2 of the overall system probability of failure during the defined mission period.
Level B -Reasonable probable. The reasonable (moderate) probability is defined as probability
which is more than 0.1 but less than 0.2 of the overall system probability of failure during the
defined mission period.
Level C -Occasional probability. The occasional probability is defined as a probability, which is
more than 0.01 but less than 0.1 of the overall system probability of failure during the defined
mission period.
Level D -Remote probability. The remote probability is defined as a probability, which is more
than 0.001 but less than 0.01 of the overall system probability of failure during the defined
mission period.
Level E -Extremely unlikely probability. The extremely unlikely probability is defined as
probability which is less than 0.001 of the overall system probability of failure during the
defined mission period.

Według normy MIL-STD-1629 procedury wprowadzenia Failure Mode, Effects and
Criticality Analysis skala jest podzielona na pięć poziomów:
Poziom A- częste. Z dużym prawdopodobieństwem definiuje się jako prawdopodobieństwo,
która jest równa lub większa 0,2 ogólnego prawdopodobieństwa awarii systemu w
ciągu określonego okresu misji.
Poziom B- Rozsądny (umiarkowany) jest definiowana jako prawdopodobieństwo, które
jest większa niż 0,1, ale mniejsze niż 0,2 ogólnego prawdopodobieństwa awarii systemu w
ciągu określonego okresu misji.
Poziom C-prawdopodobieństwo okolicznościowe. Okazyjnie prawdopodobieństwo jest
zdefiniowana jako prawdopodobieństwo, które jest czymś większe niż 0,01, ale mniejsze od
0,1 ogólnego prawdopodobieństwa awarii systemu w ciągu określonego okresu misji.
Poziom D-prawdopodobieństwo zdalne. Prawdopodobieństw jest zdefiniowane
jako prawdopodobieństwo, które jest większe niż 0.001, ale mniejsze niż 0,01 ogólnego
prawdopodobieństwa awarii systemu w określonym czasie misji.
Poziom E-bardzo mało prawdopodobne. Jest zdefiniowana jako prawdopodobieństwo, które jest
mniejsze niż 0.001 ogólnego prawdopodobieństwa awarii systemu w określonym czasie misji.

Niezawodność

According to Mil-Std-1629 Procedures for Performing a Failure Mode, Effects and
Criticality Analysis the scale is divided into five levels:
Level A -Frequent. The high probability is defined as a probability which is equal or bigger
than 0.2 of the overall system probability of failure during the defined mission period.
Level B -Reasonable probable. The reasonable (moderate) probability is defined as probability
which is more than 0.1 but less than 0.2 of the overall system probability of failure during the
defined mission period.
Level C -Occasional probability. The occasional probability is defined as a probability, which is
more than 0.01 but less than 0.1 of the overall system probability of failure during the defined
mission period.
Level D -Remote probability. The remote probability is defined as a probability, which is more
than 0.001 but less than 0.01 of the overall system probability of failure during the defined
mission period.
Level E -Extremely unlikely probability. The extremely unlikely probability is defined as
probability which is less than 0.001 of the overall system probability of failure during the
defined mission period.

Według normy MIL-STD-1629 procedury wprowadzenia Failure Mode, Effects and Criticality
Analysis skala jest podzielona na pięć poziomów:
Poziom A- częste. Z dużym prawdopodobieństwem definiuje się jako prawdopodobieństwo,
która jest równa lub większa 0,2 ogólnego prawdopodobieństwa awarii systemu w
ciągu określonego okresu misji.
Poziom B- Rozsądny (umiarkowany) jest definiowana jako prawdopodobieństwo, które
jest większa niż 0,1, ale mniejsze niż 0,2 ogólnego prawdopodobieństwa awarii systemu w
ciągu określonego okresu misji.
Poziom C-prawdopodobieństwo okolicznościowe. Okazyjnie prawdopodobieństwo jest
zdefiniowana jako prawdopodobieństwo, które jest czymś większe niż 0,01, ale mniejsze od
0,1 ogólnego prawdopodobieństwa awarii systemu w ciągu określonego okresu misji.
Poziom D-prawdopodobieństwo zdalne. Prawdopodobieństw jest zdefiniowane
jako prawdopodobieństwo, które jest większe niż 0.001, ale mniejsze niż 0,01 ogólnego
prawdopodobieństwa awarii systemu w określonym czasie misji.
Poziom E-bardzo mało prawdopodobne. Jest zdefiniowana jako prawdopodobieństwo, które jest
mniejsze niż 0.001 ogólnego prawdopodobieństwa awarii systemu w określonym czasie misji.