Основные положения теории надежности

В ГОСТ 15467-79 введено еще одно понятие, отражающее состояние объекта - дефект. Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта установленным нормам или требованиям. Дефект отражает состояние отличное от отказа. В соответствии с определением отказа, как события, заключающегося в нарушении работоспособности, предполагается, что до появления отказа объект был работоспособен. Отказ может быть следствием развития неустраненных повреждений или наличия дефектов: царапин; потертости изоляции; небольших деформаций.

В теории надежности, как правило, предполагается внезапный отказ, который характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. На практике приходится анализировать и другие отказы, к примеру, ресурсный отказ, в результате которого объект приобретает предельное состояние, или эксплуатационный отказ, возникающий по причине, связанной с нарушением установленных правил или условий эксплуатации.

  Основными показателями надежности являются:

 интенсивность отказов,

вероятность безотказной работы,

вероятность отказов,

средняя наработка на отказ,

среднее время восстановления.

 

 

 

 

 

Алгоритм прогнозирования срока службы строительных элементов

 

Методика определения сроков службы конструкций эксплуатируемых зданий основана на исследовании изменения состояния конструкций в процессе эксплуатации, определении законов распределения значений их характеристик, установлении нормативных и предельных значений параметров и прогнозировании изменения этих параметров с учетом условий эксплуатации.

Сбор данных об изменении состояния конструкций во времени

Исходные данные для прогнозирования сроков службы конструкций могут быть получены двумя путями: проведением лабораторных испытаний или сбором статистических данных об изменении состояния конструкций в эксплуатации.

При лабораторных испытаниях фиксируется изменение одного или нескольких параметров в зависимости от воздействий, моделирующих процесс эксплуатации. Таким моделированием являются циклы нагружения или замораживания, ускоренные испытания при более жестких режимах работы и т.п.

Получение исходных данных для расчета при лабораторных испытаниях состоит из трех этапов:

1) исходные данные перед испытаниями: количество образцов, методика испытаний, характеристики испытываемой конструкции;

2) исходные данные при испытаниях: значения параметров Si при соответствующих значениях воздействий Рi, моделирующих условия эксплуатации;

3) обработка результатов испытаний: получение зависимости S = f(p); переход от S =f(p) к S = f(t).

n = t2V2/e2,                                                                      (1)

Сбор статистических данных об изменениях состояния конструкций во времени позволяет получить законы распределения значений параметров, характеризующих их состояние, а также обобщить зависимости изменения параметров, которые можно использовать в дальнейшем для прогнозирования срока службы аналогичных конструкций.

    Сбор данных об эксплуатируемых конструкциях предполагает систематическое проведение инструментального контроля состояния определенного количества конструкций. При этом необходимо руководствоваться ГОСТ 17510-79 "Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдения".

Учет условий эксплуатации

Полученные исходные данные для определения срока службы конструкции должны быть откорректированы с учетом условий эксплуатации. Для оценки влияния условий эксплуатации применимы экспериментальные и статистические методы. Учет условий эксплуатации при расчетах можно осуществлять с помощью коэффициента условий эксплуатации Кэ. При лабораторных испытаниях определяется влияние каждого фактора в отдельности.

Ряд эксплуатационных факторов не поддается воспроизведению в лабораторных условиях и требует изучения их только на эксплуатируемых зданиях, для чего применяется статистический метод определения Кэ.

При изучении влияния нескольких факторов на состояние конструкции соответствующие коэффициенты Кэ можно получить, варьируя значения одного фактора от максимума до минимума, оставляя при этом средние значения всех других факторов.

Например, имея уравнение зависимости состояния конструкции от трех факторов

у = ао + а1х1 + а2х2 + а3х3,                                                     (2)

где у - параметр, характеризующий состояние конструкции; х1, х2, х3 - факторы, влияющие на состояние конструкции, можно определить Кэ для каждого фактора.

В общем виде предлагаемый метод можно представить состоящим из следующих этапов:

1) определение значений x1min и x1max;

2) определение средних значений   и  ;

3) подстановка в выражение (1)   и   и решение уравнения при x1min и x1max, при этом получим соответствующие значения у1 и у2;

4) коэффициент Кэ по х1 определится как

Кэ = у1/у2.                                                                  (3)

Определение срока службы эксплуатируемых конструкций

Срок службы конструкций эксплуатируемых зданий определяется по данным наблюдений за изменением состояния конструкции в предшествующий период. Если объем выборки обеспечивает получение достоверных данных, то результаты наблюдений можно использовать для оценки срока службы всей совокупности аналогичных конструкций. В некоторых случаях задача сводится к оценке оставшегося срока службы той конструкции или группы конструкций, за которыми ведется наблюдение.

Использование данных об отказах

При организации наблюдений за конструкциями, находящимися в условиях эксплуатации, необходимо предварительно планировать эти наблюдения с целью получения достаточно точных и достоверных результатов.

Исходные данные для расчетов, полученные при наблюдениях, организованных в соответствии с требованиями ГОСТ 17510-79, можно использовать для определения срока службы конструкции (или наработки на отказ) с помощью метода максимального правдоподобия, на котором основаны рекомендации ГОСТ 17509-72 "Надежность изделий машиностроения. Система сбора и обработки информации. Методы определения точечных оценок показателей надежности по результатам наблюдений".

При использовании данного метода необходимо задаться доверительной вероятностью для доверительных границ искомого показателя (срока службы, наработки на отказ), определить критерий отказа, а также определить закон распределения значений показателя.

Исходными данными для расчетов могут служить результаты лабораторных или натурных испытаний группы образцов, при которых фиксируется время наступления отказа. В этом случае используется стандартный план наблюдений [NUN], что согласно ГОСТ 17510-79 означает наблюдения за N объектами до их полного выхода из строя. При этом, отказавшие объекты (образцы) не восстанавливаются и не заменяются новыми.

Для экспериментальных данных функция эмпирического распределения отказов имеет вид:

F(ti) = (1/N) ,                                                          

где N - общее количество элементов (образцов), за которыми ведется наблюдение; n - число элементов, в которых зафиксирован отказ.

Среднее время эксплуатации образцов до отказа определяется по формуле

Т =  .                                                         

Вероятность безотказной работы, которая позволяет обосновать межремонтный срок (tр), можно определить по формуле

Р(tp) = 1 - F(tp).

 

Для конструкций, в которых отказы возникают вследствие длительного накопления повреждений, при наблюдениях фиксируется изменение во времени параметра, определяющего отказ. Для выравнивания эмпирических значений и приведения функции любого вида к функции, линейно зависимой от срока эксплуатации (наработки), можно воспользоваться нормированной функцией, определяющей работоспособность элемента .

Обработка данных производится в такой последовательности:

1) определение показателей среднего  изменения параметра S (t) и показателя приработки S, если наблюдения ведутся от начала эксплуатации, по одной из формул:

S (t) = Vc×ta;                                                             

S (t) = а×е Vct - Y или lna + Vc×t;                                            

S (t) = at/Vc + t или [Y(t)-1] = Vc/а×t;                                       

S (t) = S1 +  ,                                                       

показатели: a - для степенной функции; a - для экспоненциальной; коэффициента aiдля многочлена n-й степени;

2) проводится преобразование значений - [Si (t) - S1] по формулам для зависимостей:

линейной

L = [Si (t) - S1]°/(Sn - S);                                                     

степенной

S1 =  ;                                               

экспоненциальной

L = ln[Si (t)/a]/ln(Sn/a);                                                    

для многочлена n-ой степени

Li = ti/Ti,                                                                        

где Vc - показатель скорости (интенсивности) изменения параметра в единицу времени; Vi - то же, для i-го члена многочлена; Si - среднее изменение параметра в интервале времени; S1 - показатель изменения параметра в период приработки; Sn - предельное отклонение параметра без учета приработки; S1n - то же, с учетом приработки; ti - наработка (время эксплуатации) i-го элемента; Ti - ресурс (срок службы) i-го элемента;

3) для значений Si и ti (где i = 1, 2, ... n - число измерений) находят среднее квадратическое отклонение преобразованных значений от теоретических:

s2 =  ,                                                    

где n и N2 - общее число наблюдаемых элементов и сделанных измерений;

4) средний срок службы определяется  по формуле

Тср = [1/n - (e - 1)]× ,                                                

где (е - 1) - число элементов, находящихся в периоде приработки; tn - время окончания приработки.

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

  Основными показателями технической  эффективности любой системы  являются производительность и  надежность. Проблема надежности  включает вопросы поддержания  физического (технического) состояния  аппаратных и программных средств  и обеспечения их работоспособности. Моменты появления отказов и сбоев, время поиска и устранения неисправностей, моменты появления ошибок в программах и продолжительность их поиска зависят от очень многих факторов и поэтому непредсказуемы, т.е. случайны. Неисправность может случиться через год, а может – через час. Поэтому невозможно предсказать точное время таких событий, а можно только прогнозировать их с большей или меньшей вероятностью.

  В непосредственной связи с понятием «надежность» находится понятие «эффективность». Эффективностью системы называется свойство выдавать некоторый полезный результат (эффект) при использовании ее по назначению.

  Надежность и эффективность - взаимосвязанные понятия. Чем выше надежность, тем выше и эффективность системы, но до определенного уровня, так как дальнейшее повышение надежности сопряжено с существенными экономическими затратами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. А.С.НИКИТИНА, Техническая эксплуатация и технология ремонта зданий и сооружений/ А.С.НИКИТИНА, М.В.РОМАНЕНКО.- ВИТУ. – СПб,2003.
2. Комков В.А., Техническая эксплуатация зданий и сооружений/ Комков В.А., Рощина С.И..-  Инфра-М,2005.
3. Википедия – свободная энциклопедия. Доступ по ссылке : http://ru.wikipedia.org/wiki/
4. Порывай Г.А,  Техническая эксплуатация зданий/ Порывай Г.А.- Стройиздат,1990.
5. Юдина А.Ф., Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений/ Юдина А.Ф.- Академия,2012.