Надежность элементов систем автоматики

Надежность систем автоматики — это способность сохранять наиболее существенные свойства на заданном уровне в процессе эксплуатации. Для надежной работы системы необходимо использовать элементы, обладающие хорошими показателями надежности. Это особенно важно в связи с возрастающим многообразием систем автоматики, применением их для выполнения очень ответственных задач. Но чем сложнее эти системы, чем большее число элементов они содержат, тем больше появляется причин для снижения надежности. Возникает противоречие: чем ответственнее и сложнее задача, выполняемая системой автоматики, тем меньше может оказаться надежность этой системы. Основными путями преодоления этого противоречия являются следующие. Прежде всего это повышение надежности элементов автоматики, кроме того, разработка методов создания надежных систем, состоящих из ненадежных элементов; разработка систем контроля, предупреждающих и обнаруживающих отказы; разработка методов обслуживания сложных систем.

Рассмотрим основные показатели надежности, по которым оцениваются элементы автоматики. При оценке надежности используется термин «отказ». Отказами в работе элемента называют как выход из строя, так и изменение его параметров, приводящее к неудовлетворительному выполнению элементов его функций. Отказы, как правило, появляются внезапно, случайно, т. е. подчиняются законам, свойственным случайным величинам. Их изучают с помощью математической статистики. Для количественной оценки надежности элементов автоматики обычно используют следующие показатели: P (t) — вероятность безотказной работы в течение заданного отрезка времени;  — интенсивность отказов; Т_ср — среднее время безотказной работы.

Основной количественной характеристикой надежности является вероятность безотказной работы P (t) — вероятность того, что за время t не произойдет отказа в работе. Эта величина может находиться в пределах от 0 до 1.

; ;

На рис. 5 показан график функции P (t). Вероятность безотказной работы элемента автоматики можно определить по результатам испытаний большого количества одинаковых элементов в течение заданного промежутка времени t

где N — общее число испытанных элементов, п — число элементов, вышедших из строя за время испытаний.

Интенсивность отказов , или -характеристика, очень часто используется для количественной оценки надежности элементов и при расчете надежности системы автоматики, состоящей из нескольких элементов. Величину X можно оценить как отношение числа отказавших элементов к числу оставшихся к данному моменту времени работоспособными элементов, взятое за единицу времени.

Рис. 5. Зависимость безотказной работы элемента от времени работы

Обычно единицей измерения интенсивности отказов является число отказов в час. Типичная кривая интенсивности отказов в зависимости от времени эксплуатации для большого числа однотипных элементов, изготовленных на одном и том же заводе по одинаковой технологии, приведена на рис. 6. На этой кривой можно выделить три характерных участка. Первый участок от 0 до t ₁ — называют периодом приработки и тренировки. В этот период выходят из строя некачественно изготовленные элементы. Обычно этот период проходит на заводе-изготовителе, дорожащем своей репутацией. Дефектные элементы заранее, как говорится, «выжигают», а не пускают в продажу. Второй участок (от t ₁ до t ₂) — это период нормальной эксплуатации элемента, в течение которого интенсивность отказов низкая и примерно постоянная. На этом участке вероятность безотказной работы определяется по формуле .

Третий участок начинается с момента t ₂ и характеризуется нарастанием интенсивности отказов, что объясняется старением и износом элементов. Обычно рекомендуется произвести замену элементов до наступления момента времени t ₂.

Среднее время безотказной работы при постоянной интенсивности отказов определяется очень просто: .

Рис. 6. Типичная зависимость интенсивности отказов от времени

Следует отметить, что на величину интенсивности отказов и соответственно на среднее время безотказной работы очень сильно влияют условия эксплуатации.