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TEST

Fondamentaux de la théorie de la fiabilité et du diagnostic

Exercer

Sur la base des résultats des tests de fiabilité des produits conformément au plan, les données initiales suivantes ont été obtenues pour évaluer les indicateurs de fiabilité :

5 exemples de valeurs de MTBF (unité de mesure : mille heures) : 4,5 ; 5.1 ; 6.3 ; 7,5 ; 9.7.

5 exemples de valeurs du temps de fonctionnement avant censure (c'est-à-dire 5 produits restés en état de fonctionnement à la fin des tests) : 4,0 ; 5,0 ; 6.0 ; 8,0 ; 10.0.

Définir:

Estimation ponctuelle du temps moyen avant défaillance ;

Avec le niveau de confiance, les limites de confiance inférieures et ;

Construisez les graphiques suivants à l'échelle :

fonction de distribution;

la probabilité d'un fonctionnement sans défaillance ;

limite supérieure de confiance ;

limite de confiance inférieure.

introduction

La partie informatique des travaux pratiques contient une évaluation des indicateurs de fiabilité pour les données statistiques données.

L'évaluation de l'indicateur de fiabilité correspond aux valeurs numériques des indicateurs déterminées à partir des résultats d'observations d'objets en fonctionnement ou de tests spéciaux de fiabilité.

Lors de la détermination des indicateurs de fiabilité, deux options sont possibles :

- la forme de la loi de répartition du temps de fonctionnement est connue ;

- la forme de la loi de répartition du temps de fonctionnement n'est pas connue.

Dans le premier cas, on utilise des méthodes d'estimation paramétriques, dans lesquelles les paramètres de la loi de distribution inclus dans la formule de calcul de l'indicateur sont d'abord estimés, puis l'indicateur de fiabilité est déterminé en fonction des paramètres estimés de la loi de distribution.

Dans le second cas, des méthodes non paramétriques sont utilisées, dans lesquelles les indicateurs de fiabilité sont évalués directement à partir de données expérimentales.

1. Brèves informations théoriques

point de distribution de confiance sans défaillance

Les indicateurs quantitatifs de la fiabilité du matériel roulant peuvent être déterminés par des données statistiques représentatives sur les défaillances obtenues pendant l'exploitation ou à la suite d'essais spéciaux, définies en tenant compte des particularités de la structure, de la présence ou de l'absence de réparations et d'autres facteurs.

L'ensemble initial d'objets d'observation est appelé population générale. Selon la couverture de la population, il existe 2 types d'observations statistiques : continues et sélectives. L'observation continue, lorsque chaque élément de la population est étudié, est associée à un investissement important en argent et en temps, et parfois elle n'est pas du tout physiquement réalisable. Dans de tels cas, ils recourent à une observation sélective, basée sur la sélection dans la population générale d'une partie de sa partie représentative - une population échantillon, également appelée échantillon. Sur la base des résultats de l'étude de l'attribut dans la population de l'échantillon, une conclusion est tirée sur les propriétés de l'attribut dans la population générale.

La méthode d'échantillonnage peut être utilisée de deux manières :

- sélection aléatoire simple ;

- sélection aléatoire par groupes types.

La division de l'échantillon en groupes types (par exemple, par modèle de télécabine, par années de construction, etc.) permet de gagner en précision lors de l'évaluation des caractéristiques de l'ensemble de la population générale.

Quelle que soit la précision avec laquelle l'observation de l'échantillon est définie, le nombre d'objets est toujours fini et, par conséquent, la quantité de données expérimentales (statistiques) est toujours limitée. Avec une quantité limitée de matériel statistique, seules quelques estimations d'indicateurs de fiabilité peuvent être obtenues. Malgré le fait que les vraies valeurs des indicateurs de fiabilité ne soient pas aléatoires, leurs estimations sont toujours aléatoires (stochastiques), ce qui est associé au caractère aléatoire de l'échantillon d'objets de la population générale.

Lors du calcul d'un score, on s'efforce généralement de choisir une méthode cohérente, impartiale et efficace. Une estimation cohérente est une estimation qui, avec une augmentation du nombre d'objets d'observation, converge en probabilité vers la vraie valeur de l'indicateur (conv. 1).

Non biaisée est l'estimation dont l'espérance mathématique est égale à la vraie valeur de l'indicateur de fiabilité (conv. 2).

Une estimation est dite effective si sa variance est la plus petite par rapport aux variances de toutes les autres estimations (conv. 3).

Si les conditions (2) et (3) ne sont satisfaites que pour N tendant vers zéro, alors de telles estimations sont appelées respectivement asymptotiquement non biaisées et asymptotiquement efficaces.

La cohérence, l'impartialité et l'efficacité sont des caractéristiques qualitatives des évaluations. Les conditions (1) - (3) permettent à un nombre fini d'objets N d'observation d'écrire seulement une égalité approximative

un ~ dans (N)

Ainsi, l'estimation de l'indicateur de fiabilité en (N), calculée à partir de l'échantillon de population d'objets de volume N, est utilisée comme valeur approximative de l'indicateur de fiabilité pour l'ensemble de la population générale. C'est ce qu'on appelle une estimation ponctuelle.

Compte tenu de la nature probabiliste des indicateurs de fiabilité et d'une dispersion importante des données statistiques sur les défaillances, lors de l'utilisation d'estimations ponctuelles d'indicateurs au lieu de leurs vraies valeurs, il est important de savoir quelles sont les limites d'une erreur possible et quelle est sa probabilité, c'est-à-dire, il est important de déterminer l'exactitude et la fiabilité des estimations utilisées. On sait que la qualité de l'estimation ponctuelle est d'autant plus élevée que l'on obtient du matériel statistique. Pendant ce temps, l'estimation ponctuelle elle-même ne contient aucune information sur la quantité de données sur laquelle elle a été obtenue. Cela détermine le besoin d'estimations d'intervalle des indicateurs de fiabilité.

Les premières données d'appréciation des indicateurs de fiabilité sont déterminées par le plan d'observation. Les données initiales du plan (N V Z) sont :

- des exemples de valeurs du temps de fonctionnement jusqu'à la défaillance ;

- des exemples de valeurs du temps de fonctionnement des machines restées opérationnelles pendant la période d'observation.

Le temps de fonctionnement des machines (produits) restés opérationnels pendant les essais est appelé temps de fonctionnement avant censure.

La censure à droite (écrêtage) est un événement qui entraîne la fin des tests ou des observations en service d'un objet avant l'apparition d'une défaillance (état limite).

Les raisons de la censure sont :

- le moment du début et (ou) de la fin des essais ou de l'exploitation des produits ;

- arrêt des essais ou de l'exploitation de certains produits pour des raisons d'organisation ou en raison de défaillances de composants dont la fiabilité n'est pas étudiée ;

- transfert de produits d'un mode d'utilisation à un autre lors d'essais ou d'exploitation ;

- la nécessité d'évaluer la fiabilité avant l'apparition des défaillances de tous les produits étudiés.

Le temps de travail avant la censure est le temps de travail d'un objet depuis le début du test jusqu'au début de la censure. Un échantillon dont les éléments sont le temps moyen avant défaillance et avant censure est appelé échantillon censuré.

Un échantillon une fois censuré est un échantillon censuré dans lequel les valeurs de tous les temps de fonctionnement avant la censure sont égales les unes aux autres et non inférieures au temps de fonctionnement maximal jusqu'à la défaillance. Si les valeurs du temps de fonctionnement avant la censure dans l'échantillon ne sont pas égales, un tel échantillon est censuré à plusieurs reprises.

2. Évaluation des indicateurs de fiabilité par une méthode non paramétrique

1 ... Le temps de fonctionnement jusqu'à défaillance et le temps de fonctionnement avant censure sont rangés dans une série de variation générale dans l'ordre de temps de fonctionnement non décroissant (les temps de fonctionnement avant censure sont marqués d'un *) : 4,0 * ; 4.5 ; 5,0 * ; 5.1 ; 6,0 * ; 6.3 ; 7,5 ; 8,0 * ; 9.7 ; 10,0 *.

2 ... Nous calculons les estimations ponctuelles de la fonction de distribution pour le temps de fonctionnement à l'aide de la formule :

; ,

où est le nombre de produits exploitables de la j-ième défaillance dans la série de variation.

;

;

;

;

3. Nous calculons une estimation ponctuelle du temps moyen avant défaillance à l'aide de la formule :

,

où;

;

.

;

mille heures

4. L'estimation ponctuelle du fonctionnement sans défaillance pour la durée de fonctionnement de mille heures est déterminée par la formule :

,

où;

.

;

5. Nous calculons les estimations ponctuelles par la formule :

.

;

;

;

.

6. Sur la base des valeurs calculées, nous traçons les graphiques des fonctions de distribution du temps de fonctionnement et de la fonction de fiabilité.

7. La limite de confiance inférieure pour le temps moyen avant défaillance est calculée par la formule :

,

où est le quantile de la distribution normale correspondant à la probabilité. Elle est prise selon le tableau en fonction du niveau de confiance.

Selon l'état de la tâche, la probabilité de confiance. Nous sélectionnons la valeur correspondante dans le tableau.

mille heures

8 ... Les valeurs de la limite supérieure de confiance pour la fonction de distribution sont calculées par la formule :

,

où est le quantile de la distribution CHI au carré avec le nombre de degrés de liberté. Prises selon le tableau en fonction du niveau de confiance q.

.

Les accolades dans la dernière formule signifient prendre la partie entière du nombre entre ces crochets.

Pour;

pour;

pour;

pour;

pour.

;

;

;

;

.

9. Les valeurs de la limite de confiance inférieure de la probabilité de fonctionnement sans défaillance sont déterminées par la formule :

.

;

;

;

;

.

10. La limite de confiance inférieure de la probabilité d'un fonctionnement sans défaillance à un temps de fonctionnement donné de mille heures est déterminée par la formule :

,

où; ...

.

Respectivement

11 . Sur la base des valeurs calculées et nous traçons les graphiques des fonctions de la limite de confiance supérieure et de la limite de confiance inférieure comme les modèles précédemment construits d'estimations ponctuelles et

Conclusion sur le travail accompli

Lors de l'examen des résultats des tests de fiabilité des produits selon le plan, les valeurs des indicateurs de fiabilité suivants ont été obtenues :

- estimation ponctuelle du temps de fonctionnement moyen jusqu'à défaillance, en milliers d'heures ;

- estimation ponctuelle de la probabilité de fonctionnement sans défaillance pour une durée de fonctionnement de mille heures ;

- avec un niveau de confiance, les limites de confiance inférieures, mille heures et ;

Les valeurs trouvées de la fonction de distribution, la probabilité de fonctionnement sans défaillance, la limite de confiance supérieure et la limite de confiance inférieure ont été tracées.

Sur la base des calculs effectués, il est possible de résoudre des problèmes similaires auxquels les ingénieurs sont confrontés en production (par exemple, lors de l'exploitation de wagons sur une voie ferrée).

Bibliographie

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Ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie

Établissement d'enseignement public

formation professionnelle supérieure

"Université technique d'État d'Omsk"

A.V. Fedotov, N.G. Skabkin

Fondamentaux de la théorie de la fiabilité et du diagnostic technique

Notes de lecture

Maison d'édition OmSTU

CDU 62-192 + 681.518.54

BBK 30.14 + 30.82

Réviseurs : n. S. Galdin, Dr. Sciences, prof, département. PttMiG SibAdi ; Yu. P. Kotelevsky, Cand. Technologie. Sciences, gén. Directeur de la SARL "adl-Omsk"

Fedotov, A.V.

Formulaire 34 Fondamentaux de la théorie de la fiabilité et du diagnostic technique : notes de cours / A.V. Fedotov, N.G. Skabkin. - Omsk : Maison d'édition de l'OmSTU, 2010 .-- 64 p.

Les concepts de base de la théorie de la fiabilité, les caractéristiques qualitatives et quantitatives de la fiabilité sont considérés. Les fondements mathématiques de la théorie de la fiabilité, les calculs d'indicateurs de fiabilité, les concepts de base, les définitions et les tâches de diagnostic technique sont pris en compte.

Le résumé peut être utilisé à la fois pour la consolidation pratique du matériel théorique du cours "Diagnostic et fiabilité des systèmes automatisés" pour les étudiants à temps plein, et pour l'auto-formation des étudiants par correspondance et à distance.

Réimprimé par décision du Conseil de rédaction et de publication

Université technique d'État d'Omsk

CDU 62-192 + 681.518.54

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université technique ", 2010

1. Caractéristiques générales de la fiabilité en tant que science

L'émergence de la technologie et son utilisation généralisée dans les processus de production ont rendu urgente la question de son efficacité. L'efficacité d'utilisation des machines est associée à leur capacité à exécuter de manière continue et efficace les fonctions qui leur sont assignées. Cependant, en raison de pannes ou de dysfonctionnements, la qualité de fonctionnement des machines diminue, des temps d'arrêt forcés surviennent dans leur fonctionnement, des réparations sont nécessaires pour restaurer le fonctionnement et les caractéristiques techniques requises des machines.

Ces circonstances ont conduit à l'émergence du concept de fiabilité des machines et d'autres moyens techniques. La notion de fiabilité est associée à la capacité d'un dispositif technique à exécuter les fonctions qui lui sont assignées pendant le temps requis et avec la qualité requise. Dès les premières étapes du développement de la technologie, la tâche consistait à fabriquer un appareil technique pour qu'il fonctionne de manière fiable. Avec le développement et la complication de la technologie, le problème de sa fiabilité est devenu plus compliqué et développé. Pour le résoudre, il était nécessaire de développer les bases scientifiques d'une nouvelle direction scientifique - la science de la fiabilité.

La fiabilité caractérise la qualité d'un appareil technique. La qualité est un ensemble de propriétés qui déterminent l'adéquation d'un produit à l'usage auquel il est destiné et ses propriétés de consommation. La fiabilité est une propriété complexe d'un objet technique, qui consiste en sa capacité à exécuter des fonctions spécifiées, tout en maintenant ses caractéristiques de base dans des limites établies. Le concept de fiabilité comprend la fiabilité, la durabilité, la maintenabilité et la sécurité.

L'étude de la fiabilité en tant qu'indicateur qualitatif caractérisant un dispositif technique a conduit à l'émergence de la science « Fiabilité ». L'objet de la recherche scientifique est l'étude des causes des défaillances des objets, la détermination des régularités auxquelles ils obéissent, l'élaboration de méthodes de mesure quantitative de la fiabilité, les méthodes de calcul et d'essai, l'élaboration de voies et moyens d'augmenter fiabilité.

Distinguer la théorie générale de la fiabilité et la théorie appliquée de la fiabilité. La théorie générale de la fiabilité comporte trois volets :

1. Théorie mathématique de la fiabilité. Détermine les lois mathématiques qui obéissent aux défaillances et aux méthodes de mesure quantitative de la fiabilité, ainsi que les calculs techniques des indicateurs de fiabilité.

2. Théorie statistique de la fiabilité. Traitement des informations statistiques sur la fiabilité. Caractéristiques statistiques de la fiabilité et des modèles de défaillance.

3. Théorie physique de la fiabilité. Enquête sur les processus physiques et chimiques, les causes physiques des défaillances, l'effet du vieillissement et la résistance des matériaux sur la fiabilité.

Les théories appliquées de la fiabilité sont développées dans un domaine technologique spécifique en relation avec les objets de ce domaine. Par exemple, il y a la théorie de la fiabilité des systèmes de contrôle, la théorie de la fiabilité des appareils électroniques, la théorie de la fiabilité des machines, etc.

La fiabilité est liée à l'efficacité (par exemple, la rentabilité) de la technique. La fiabilité insuffisante d'un dispositif technique se traduit par :

productivité réduite en raison des temps d'arrêt dus aux pannes ;

une diminution de la qualité des résultats de l'utilisation d'un appareil technique en raison d'une détérioration de ses caractéristiques techniques due à des dysfonctionnements ;

le coût de réparation d'une installation technique;

perte de régularité d'obtention du résultat (par exemple, diminution de la régularité des transports pour les véhicules) ;

diminution du niveau de sécurité de l'utilisation d'un appareil technique.

Le diagnostic est directement lié à la fiabilité. Diagnostique - enseignement des méthodes et principes de reconnaissance et de diagnostic des maladies. Diagnostic technique examine les questions liées à l'évaluation de l'état réel des systèmes techniques. La tâche du diagnostic est d'identifier et de prévenir les défaillances émergentes des moyens techniques afin d'augmenter leur fiabilité globale.

Le processus de diagnostic technique prévoit la présence d'un objet de diagnostic, d'outils de diagnostic et d'un opérateur humain. Dans le processus de diagnostic, des opérations de mesure, de contrôle et de logique sont effectuées. Ces opérations sont effectuées par l'opérateur à l'aide d'outils de diagnostic afin de déterminer l'état réel de l'appareil technique. Les résultats de l'évaluation sont utilisés pour prendre une décision sur l'utilisation ultérieure des moyens techniques.

Le professeur T.P. Voskresenskaya

INTRODUCTION L'importance de la théorie de la fiabilité

dans la technologie moderne.

La période moderne de développement de la technologie se caractérise par le développement et la mise en œuvre de systèmes et de complexes techniques complexes.

Les principaux concepts utilisés dans cette discipline sont les concepts de système dynamique complexe et de dispositif technique (TC) ou d'élément faisant partie du système. La complexité signifie généralement complexité systèmes d'éléments séparés, alors que non seulement la somme des éléments est considérée, mais leur interaction. L'interaction des éléments et leurs propriétés changent avec le temps. La complexité de l'interaction des éléments et leur nombre sont deux aspects du concept de système dynamique complexe. La complexité d'un système n'est pas tant déterminée par le nombre d'éléments que par le nombre de connexions entre les éléments eux-mêmes et entre le système et l'environnement.

Les systèmes dynamiques complexes sont des systèmes sursaturés avec des connexions internes des éléments et des connexions externes avec l'environnement.

Définissons un système dynamique complexe comme la formation d'éléments de natures diverses qui ont certaines fonctions et propriétés qui sont absentes dans chacun des éléments, et sont capables de fonctionner, en corrélation statique dans une certaine plage avec l'environnement, et de ce fait , préservent leur structure lors du changement continu des éléments en interaction le long de lois dynamiques complexes.

Les systèmes dynamiques complexes sont essentiellement des systèmes non linéaires, dont la description mathématique n'est pas toujours possible au stade actuel.

Tout système dynamique complexe est créé pour résoudre un problème théorique ou de production spécifique. En relation avec la détérioration des propriétés du système pendant le fonctionnement, il existe un besoin de maintenance périodique, dont le but est de préserver la capacité du système à remplir ses fonctions. Par conséquent, les processus d'information sont d'une importance fondamentale pour les systèmes dynamiques complexes. La nature cyclique des processus d'information est assurée par un mécanisme de rétroaction. Sur la base d'informations sur le comportement du système, la gestion de son état est organisée, en tenant compte des résultats desquels la gestion ultérieure du système est ajustée.

Lors de la conception des systèmes techniques, il est nécessaire de prévoir les problèmes de maintenance pendant l'exploitation prévue. Entre autres problèmes de conception et de création du complexe :

Conformité aux exigences techniques spécifiées ;

La rentabilité du complexe, compte tenu des tests et des conditions de l'exploitation envisagée ;

Développement de moyens techniques de maintenance du complexe et des logiciels pour ceux-ci ;

S'assurer de l'adéquation de l'ensemble aux travaux en lien « homme-machine », etc.

Ainsi, même lors de la conception d'un complexe, l'attention doit se concentrer sur tous les problèmes signalés et interconnectés dans leur ensemble, et non sur chacun d'entre eux.

Il est possible de concevoir un complexe répondant aux exigences techniques données, mais ne répondant pas aux exigences économiques, aux exigences de maintenance et de fonctionnement du complexe dans la liaison « homme-machine ». Par conséquent, le problème de la création d'un complexe doit être résolu sous l'angle d'une approche systémique. L'essence de cette approche peut être démontrée avec un exemple simple. Supposons que nous ayons sélectionné une voiture pour chacune des marques disponibles à la vente. Ensuite, nous demandons à un groupe d'experts de les étudier et de choisir le meilleur carburateur, puis de choisir le meilleur moteur, distributeur, transmission, etc., jusqu'à ce que nous récupérions toutes les pièces automobiles de différentes voitures. Il est peu probable que nous puissions assembler une voiture à partir de ces pièces, et si nous le pouvons, cela fonctionnera difficilement. La raison en est que les pièces individuelles ne s'emboîtent pas. D'où la conclusion : il vaut mieux que les pièces du système s'emboîtent bien, même si elles fonctionnent séparément et ne fonctionnent pas parfaitement, que lorsque les pièces qui fonctionnent parfaitement ne s'emboîtent pas. C'est l'essence même de l'approche systémique.

Parfois, l'amélioration d'une partie du complexe entraîne une détérioration des caractéristiques techniques de l'autre, de sorte que l'amélioration n'a plus de sens. Une approche systématique de l'analyse des phénomènes considérés implique l'utilisation d'un ensemble de différentes méthodes mathématiques, méthodes de modélisation et expérimentations.

Dans le cours proposé, la solution de problèmes particuliers de maintenance de systèmes complexes et de leurs éléments par la méthode analytique est considérée, et les caractéristiques de résolution de problèmes de fonctionnement plus complexes par la méthode de modélisation statistique sont notées. En pratique, la mise en œuvre des méthodes obtenues conduira à l'analyse du complexe sous l'angle d'une approche systémique.

Les principales caractéristiques d'un système complexe ou d'un dispositif technique (TU) sont les suivantes :

Posséder une certaine unité d'objectif et promouvoir le développement de résultats optimaux à partir de l'ensemble des intrants disponibles ; l'optimalité des extrants doit être évaluée selon un critère d'optimalité préalablement développé ;

Exécuter un grand nombre de fonctions différentes qui sont exécutées par de nombreuses parties du système ;

Complexité de fonctionnement, c'est-à-dire un changement d'une variable entraîne un changement de plusieurs variables et, en règle générale, de manière non linéaire ;

Haut degré d'automatisation ;

Capacité à décrire quantitativement la perturbation entrant dans le système.

L'exploitation d'une spécification technique complexe est un processus continu qui comprend un certain nombre d'activités qui nécessitent un impact planifié et continu sur les spécifications techniques pour la maintenir en état de fonctionnement. Ces activités comprennent : la maintenance de routine, la récupération après panne, le stockage, la préparation au travail, etc. La définition ci-dessus de l'exploitation ne couvre pas toutes les activités qui composent le processus d'exploitation de systèmes complexes. Par conséquent, l'exploitation au sens large doit être comprise comme le processus consistant à utiliser les spécifications techniques aux fins prévues et à les maintenir dans un état techniquement sain.

L'état des spécifications techniques est déterminé par un ensemble de valeurs de ses caractéristiques techniques. Pendant le fonctionnement, les caractéristiques techniques de l'appareil changent continuellement. Pour l'organisation de l'exploitation, il est important de distinguer les états des spécifications techniques qui répondent aux valeurs extrêmes ou admissibles (limites) des caractéristiques techniques, qui correspondent à l'état de fonctionnement, la panne, l'état de maintenance, le stockage, récupération, etc Par exemple, un moteur est en état de marche s'il fournit la poussée requise, à condition que les valeurs de toutes les autres caractéristiques soient dans les limites établies dans la documentation technique. Le moteur doit être en état d'entretien si ses valeurs de performances se situent dans les limites appropriées. Dans ce cas, son utilisation immédiate aux fins prévues est impossible.

La tâche principale de la théorie du fonctionnement est la prévision scientifique des états des systèmes complexes ou des spécifications techniques et l'élaboration, à l'aide de modèles spéciaux et de méthodes mathématiques d'analyse et de synthèse de ces modèles, de recommandations pour l'organisation de leur fonctionnement. Lors de la résolution du problème principal de fonctionnement, une approche probabiliste-statistique est utilisée pour prédire et contrôler les états des systèmes complexes et pour modéliser les processus opérationnels.

Certaines problématiques de la théorie de fonctionnement, telles que prédire la fiabilité des équipements techniques en conditions d'exploitation, organiser la reprise des équipements techniques lors de l'exécution d'une tâche, diagnostiquer les défaillances des systèmes complexes, déterminer le nombre d'éléments de rechange requis, etc., ont reçu un développement suffisant dans la théorie de la fiabilité, la théorie de la récupération et la théorie de la file d'attente. , dans les diagnostics techniques et la théorie de la gestion des stocks.

1. Concepts de base et définitions

théorie de la fiabilité.

Théorie de la fiabilité - la science des méthodes permettant d'assurer et de maintenir la fiabilité dans la conception, la fabrication et l'exploitation des systèmes.

La capacité de tout produit ou système à conserver ses caractéristiques techniques d'origine pendant son fonctionnement est déterminée par sa fiabilité. La signification physique de la fiabilité est la capacité d'une spécification technique à conserver ses caractéristiques dans le temps.

Les caractéristiques opérationnelles sont également la disponibilité opérationnelle, la récupérabilité, les paramètres de maintenance. La fiabilité peut être déterminée à la fois par une caractéristique opérationnelle indépendante des spécifications techniques et peut servir de composant d'autres caractéristiques opérationnelles.

En dessous de fiabilité la propriété des spécifications techniques s'entend d'exécuter les fonctions spécifiées, tout en maintenant ses indicateurs de performance dans les limites spécifiées pour la période de temps requise ou la durée de fonctionnement requise dans certaines conditions de fonctionnement.

Comme il ressort de la définition, la fiabilité dépend des fonctions que le produit remplit dans le temps pendant lequel l'exécution de ces fonctions doit être assurée, et des conditions de fonctionnement.

Tout produit a de nombreux indicateurs de performance et il est nécessaire de stipuler strictement dans chaque cas quand des paramètres techniques ou une propriété de spécification technique doivent être pris en compte pour déterminer sa fiabilité.

À cet égard, le concept est introduit opérabilité , qui est défini comme l'état des spécifications techniques, dans lequel il est capable d'exécuter les fonctions spécifiées avec les paramètres établis par les exigences de la documentation technique. L'introduction du concept d'opérabilité est nécessaire pour déterminer les paramètres techniques et les propriétés des spécifications techniques qui déterminent la performance des fonctions spécifiées et les limites admissibles de leur changement.

Il découle également de la définition de la fiabilité que la fiabilité consiste en la capacité d'une spécification technique à conserver ses caractéristiques techniques initiales dans le temps. Cependant, même le TR le plus fiable ne peut pas conserver ses caractéristiques techniques initiales pendant une durée illimitée. Par conséquent, cela n'a aucun sens de parler de fiabilité sans définir une période de temps spécifique pendant laquelle ces caractéristiques doivent être fournies. De plus, la fiabilité réelle de chaque spécification technique dépend largement des conditions d'exploitation. Toute valeur prédéterminée de fiabilité n'est valable que pour des conditions d'exploitation spécifiques, notamment les modes d'utilisation des spécifications techniques.

Dans la théorie de la fiabilité, les concepts d'élément et de système sont introduits. La différence entre eux est purement conditionnelle et consiste dans le fait que lors de la détermination de la fiabilité, l'élément est considéré comme indivisible et le système est présenté comme un ensemble de parties distinctes, dont la fiabilité de chacune est déterminée séparément.

Les notions d'élément et de système sont relatives. Par exemple, on ne peut pas supposer qu'un avion est toujours un système et qu'un de ses moteurs est un élément. Un moteur peut être considéré comme un élément si, lors de la détermination de la fiabilité, il est considéré comme un tout. S'il est divisé en ses éléments constitutifs (chambre de combustion, turbine, compresseur, etc.), dont chacun a sa propre valeur de fiabilité, alors le moteur est un système.

Il est beaucoup plus difficile de quantifier ou de mesurer la fiabilité d'un DUT que de mesurer l'une quelconque de ses caractéristiques techniques. En règle générale, seule la fiabilité des éléments est mesurée, pour laquelle des tests spéciaux, parfois assez complexes et longs sont effectués ou les résultats d'observations de leur comportement en fonctionnement sont utilisés.

La fiabilité des systèmes est calculée sur la base des données sur la fiabilité des éléments. Comme point de départ pour déterminer les valeurs quantitatives de fiabilité, des événements sont utilisés, consistant en un dysfonctionnement du dispositif technique et appelés défaillances.

En dessous de rejet on entend par événement à l'issue duquel l'entité technique cesse d'exercer (partiellement ou totalement) ses fonctions. Le concept de défaillance est fondamental dans la théorie de la fiabilité et la compréhension correcte de son essence physique est la condition la plus importante pour la solution réussie des problèmes de fiabilité.

Dans certains cas, le système continue d'exécuter les fonctions spécifiées, mais avec certains éléments, des violations des caractéristiques techniques apparaissent. Cet état de l'élément est appelé un dysfonctionnement.

Mauvais fonctionnement - l'état de l'élément, dans lequel il ne répond pas actuellement à au moins une des exigences établies à la fois par rapport aux paramètres principaux et secondaires.

Considérons quelques autres concepts qui caractérisent les qualités opérationnelles des spécifications techniques. Dans certains cas, il est nécessaire que le dispositif technique fonctionne non seulement de manière fiable pendant une certaine période de temps, mais, malgré la présence de défaillances lors d'interruptions de fonctionnement, conserve généralement la capacité d'exécuter les fonctions spécifiées pendant une longue période.

La propriété des spécifications techniques de maintenir l'opérabilité avec les interruptions nécessaires pour la maintenance et les réparations jusqu'à l'état limite défini dans la documentation technique est appelée durabilité ... Les états limites des spécifications techniques peuvent être : panne, usure limite, baisse de puissance ou de productivité, baisse de précision, etc.

Tu peut perdre de l'efficacité non seulement pendant le fonctionnement, mais aussi pendant le stockage à long terme, en raison du vieillissement. Pour souligner la propriété des spécifications techniques à maintenir l'opérabilité pendant le stockage, le concept de persistance a été introduit, ce qui donne un sens à la fiabilité des spécifications techniques dans les conditions de stockage.

Persistance la propriété des spécifications techniques est appelée à disposer d'indicateurs de performance conditionnés pendant et après la période de stockage et de transport établie dans la documentation technique.

Les concepts de durée de vie, de temps de fonctionnement et de ressources sont d'une grande importance pour déterminer les caractéristiques opérationnelles des dispositifs techniques.

Durée de vie est appelée durée calendaire de fonctionnement de l'UT jusqu'à l'apparition de l'état limite spécifié dans la documentation technique. En dessous de temps de fonctionnement désigne la durée (en heures ou en cycles) ou le volume de travail de la spécification technique (en litres, kilogrammes, t-km, etc.) jusqu'à ce qu'une panne se produise ... Ressource est appelé le temps de fonctionnement total des spécifications techniques à l'état limite spécifié dans la documentation technique.

2. Une mesure quantitative de la fiabilité des systèmes complexes

Pour sélectionner des mesures rationnelles visant à assurer la fiabilité, il est très important de connaître les indicateurs quantitatifs de la fiabilité des éléments et des systèmes. Une caractéristique des caractéristiques quantitatives de la fiabilité est leur nature probabiliste et statistique. Par conséquent, les particularités de leur définition et de leur utilisation suivent. Comme le montre la pratique, le même type de spécifications techniques entrant en vigueur, par exemple, des voitures, même fabriquées dans la même usine, présentent une capacité différente à maintenir leurs performances. Dans le processus d'exploitation, les défaillances des spécifications techniques surviennent aux moments les plus inattendus et imprévus. La question se pose, y a-t-il des modèles dans l'apparition des échecs ? Existe. Seulement pour les établir, il est nécessaire d'observer non pas un, mais de nombreux appareils techniques en fonctionnement, et pour traiter les résultats des observations, appliquer les méthodes de la statistique mathématique et de la théorie des probabilités.

L'utilisation d'évaluations quantitatives de la fiabilité est nécessaire pour résoudre les problèmes suivants :

Justification scientifique des exigences pour les systèmes et produits nouvellement créés ;

Améliorer la qualité de la conception ;

Création de méthodes scientifiques de test et de contrôle du niveau de fiabilité ;

Justification des moyens de réduire les coûts économiques et de réduire le temps de développement des produits ;

Améliorer la qualité et la stabilité de la production ;

Développement des modes opératoires les plus efficaces ;

Évaluation objective de l'état technique des équipements en fonctionnement ;

Actuellement, dans le développement de la théorie de la fiabilité, on distingue deux directions principales :

Progrès de la technologie et amélioration de la technologie pour la fabrication d'éléments et de systèmes ;

Utilisation rationnelle des éléments dans la conception des systèmes - la synthèse des systèmes en termes de fiabilité.

3. Indicateurs quantitatifs de fiabilité

éléments et systèmes.

Les indicateurs quantitatifs de la fiabilité des éléments et des systèmes comprennent :

Facteur de fiabilité R g ;

Probabilité de fonctionnement sans défaillance sur une certaine période de temps P ( t ) ;

Temps moyen jusqu'au premier échec T cf pour les systèmes non récupérables ;

MTBF t mer pour les systèmes récupérables :

Taux d'échec λ( t ) ;

Temps de récupération moyen mer ;

μ( t ) ;

Fonction de fiabilité R g ( t ).

Définitions des grandeurs nommées :

R g – la probabilité de retrouver le produit en état de marche.

P ( t ) - la probabilité que pour une période de temps donnée ( t ) le système n'échouera pas.

T cf Est l'espérance mathématique du temps de fonctionnement du système jusqu'au premier échec.

t mer est l'espérance mathématique du temps de fonctionnement du système entre des pannes successives.

λ( t ) - espérance mathématique du nombre de pannes par unité de temps ; pour un simple flux d'échecs :

λ( t )= 1/ t mer .

mer Est l'espérance mathématique du temps de récupération du système.

μ( t ) - espérance mathématique du nombre de restaurations par unité de temps :

μ( t ) = 1 / τ moy.

R g ( t ) - évolution de la fiabilité du système dans le temps.

4. Classification des systèmes aux fins du calcul de la fiabilité.

Les systèmes destinés au calcul de la fiabilité sont classés selon plusieurs critères.

1. Par les caractéristiques de fonctionnement pendant la période d'application :

Systèmes jetables; il s'agit de systèmes dont la réutilisation est impossible ou impraticable pour quelque raison que ce soit ;

Systèmes réutilisables ; ce sont des systèmes qui peuvent être réutilisés et qui peuvent être exécutés après que le système a exécuté les fonctions qui lui ont été assignées pour le cycle d'utilisation précédent.

2. Par adaptabilité à la reprise après l'apparition de pannes :

Récupérables, si leurs performances, perdues lors d'une panne, peuvent être restaurées en cours de fonctionnement ;

Non récupérable si leur performance, perdue en cas de panne, ne peut être récupérée.

3. Pour la mise en œuvre de la maintenance :

Hors service - systèmes dont l'état technique n'est pas surveillé pendant le fonctionnement et dont les mesures ne sont pas prises pour assurer leur fiabilité ;

Serviced - systèmes dont l'état technique est surveillé pendant le fonctionnement et des mesures appropriées sont prises pour assurer leur fiabilité.

4. Par type de maintenance mise en œuvre :

Avec maintenance périodique - systèmes dans lesquels des mesures pour assurer la fiabilité ne sont mises en œuvre que lors de l'exécution de travaux de réparation et de prévention programmés à des intervalles prédéterminés Cette ;

Avec une période de maintenance aléatoire - systèmes dans lesquels des mesures pour assurer la fiabilité sont mises en œuvre à des intervalles aléatoires correspondant à l'apparition de défaillances ou au système atteignant l'état de fonctionnement maximal ;

Avec maintenance combinée - systèmes dans lesquels, en présence de travaux de maintenance et de réparation programmés, il existe des éléments de maintenance avec une période aléatoire.

5. Classification des systèmes par structure.

Les indicateurs de fiabilité des systèmes dépendent non seulement des indicateurs de fiabilité des éléments, mais également des méthodes de « connexion » des éléments dans le système. Selon la méthode de "connexion" des éléments dans le système, on distingue des schémas fonctionnels : a. séquentiel (connexion principale); b. parallèle (connexion redondante); v. combiné (dans le schéma fonctionnel, il y a à la fois la connexion principale et la connexion redondante des éléments); voir fig. un.

Riz. 1. Structures des systèmes aux fins du calcul de la fiabilité.

L'affectation de la structure du système au principal ou au redondant ne dépend pas de la disposition physique relative des éléments dans le système ; elle dépend uniquement de l'effet des défaillances des éléments sur la fiabilité de l'ensemble du système.

Les principales structures du système sont caractérisées par le fait que la défaillance d'un élément entraîne la défaillance de l'ensemble du système.

Les structures redondantes d'un système sont celles dans lesquelles une défaillance survient lorsque tout ou un certain nombre d'éléments qui composent le système tombent en panne.

Les structures redondantes peuvent être à redondance générale, à redondance par groupes d'éléments et à redondance élément par élément (voir Fig. 2, a., B., C.).

Figure 2. Options de redondance du système.

La classification du système en termes de structure n'est pas constante, mais dépend de l'objectif du calcul. Le même système peut être primaire et redondant ; par exemple, quelle « connexion » ont les moteurs d'un avion quadrimoteur ? La réponse est double.

Si l'on considère le système du point de vue d'un technicien au service de l'avion, alors les moteurs sont « connectés » en série, puisque l'avion ne peut pas être libéré sur un vol si au moins un moteur est défectueux ; ainsi, la défaillance d'un élément (moteur) signifie la défaillance de l'ensemble du système.

Si on considère le même système en vol, alors du point de vue des pilotes, ce sera redondant, car le système échouera complètement si tous les moteurs tombent en panne.

6. Classification des pannes et des dysfonctionnements des systèmes et éléments.

Les défaillances sont de nature différente et sont classées selon plusieurs critères. Les principaux sont les suivants :

- impact d'une défaillance sur la sécurité au travail : sécurité dangereuse;

- l'impact d'une défaillance sur le fonctionnement du mécanisme principal : entraînant des temps d'arrêt ; réduire les performances du mécanisme principal; n'entraînant pas de temps d'arrêt du mécanisme principal ;

- nature de l'élimination de la défaillance : urgent; pas urgent; compatible avec le fonctionnement du mécanisme principal; incompatible avec le fonctionnement du mécanisme principal;

- manifestation extérieure de l'échec : explicite (évident); implicite (caché);

- durée d'élimination de la défaillance : court terme; long;

- nature de l'échec : soudaine; graduel; dépendant; indépendant;

- cause d'échec : construction; fabrication; opérationnel; erroné; Naturel;

- moment de l'échec : pendant le stockage et le transport ; pendant la période de démarrage ; avant la première révision majeure ; après une refonte majeure.

Tous les types de défaillances ci-dessus sont de nature physique et sont considérés comme techniques.

En plus d'eux, des défaillances technologiques peuvent survenir dans des systèmes constitués d'éléments autonomes (machines, mécanismes, appareils).

Technologique - ce sont des défaillances associées à l'exécution d'éléments individuels d'opérations auxiliaires qui nécessitent l'arrêt du fonctionnement du mécanisme principal du système.

Des défaillances technologiques surviennent dans les cas suivants :

Exécuter les opérations précédant le cycle du mécanisme principal du système ;

Exécution d'opérations suivant le cycle du mécanisme principal, mais non compatible avec l'exécution d'un nouveau cycle ;

Le cycle de développement du mécanisme principal du système est inférieur au cycle de développement d'un élément auxiliaire du processus technologique;

Une opération technologique effectuée par un élément quelconque est incompatible avec le fonctionnement du mécanisme principal du système ;

Transition du système vers un nouvel état ;

Incohérence des conditions de fonctionnement du système avec les conditions spécifiées dans les caractéristiques du passeport des mécanismes du système.

7. Les principales dépendances quantitatives dans le calcul des systèmes de fiabilité.

7.1. Analyse statistique du fonctionnement des éléments et des systèmes.

Les caractéristiques qualitatives et quantitatives de la fiabilité du système sont obtenues à la suite de l'analyse de données statistiques sur le fonctionnement des éléments et des systèmes.

Lors de la détermination du type de loi de distribution d'une variable aléatoire, qui comprend les intervalles de fonctionnement sans défaillance et le temps de récupération, les calculs sont effectués dans l'ordre :

Préparation des données expérimentales ; cette opération consiste dans le fait que les sources primaires sur le fonctionnement des systèmes et des éléments sont analysées pour identifier clairement les données erronées ; le rad statistique est représenté sous la forme d'un variationnel, c'est-à-dire placé lorsque la valeur aléatoire augmente ou diminue ;

Construire un histogramme d'une variable aléatoire ;

Approximation de la distribution expérimentale par dépendance théorique ; vérification de l'exactitude de l'approximation de la distribution expérimentale par la distribution théorique en utilisant les critères de qualité d'ajustement (Kolmogorov, Pearson, oméga-carré, etc.).

Comme le montrent les observations effectuées dans divers domaines de la technologie, le flux des défaillances et des restaurations est le plus simple, c'est-à-dire possède la banalité, la stationnarité et l'absence de séquelles.

En règle générale, la fiabilité des systèmes complexes obéit à une loi exponentielle caractérisée par des dépendances :

Probabilité de disponibilité :

Fonction de distribution de disponibilité :

Densité de distribution de disponibilité :

Ces dépendances correspondent au flux de défaillances le plus simple et sont caractérisées par des constantes :

Taux d'échec λ( t ) = const ;

Taux de récupération μ( t ) = const ;

MTBF t mer = 1 / ( t ) = const ;

Le temps de récupération cf = 1 / μ ( t ) = const .

Paramètres λ( t ), t mer ; μ( t ) et mer - sont obtenus à la suite du traitement de la série de variation par observation temporelle du fonctionnement des éléments et des systèmes.

7.2. Calcul du coefficient de fiabilité des éléments.

Le coefficient de fiabilité de l'élément est déterminé en fonction des données de traitement statistique de la série de variation selon les formules :

ou (1)

ainsi qu'en termes de taux d'échec et de récupération λ( t ) et μ( t ) :

. (2)

Dans les systèmes de transport industriel, une distinction doit être faite entre les défaillances techniques et technologiques. En conséquence, les caractéristiques de la fiabilité des éléments en termes techniques et technologiques sont les coefficients de r T je et technologique r ci fiabilité des éléments. La fiabilité de l'élément dans son ensemble est déterminée par la dépendance :

r g je = r T je · r ci . (3)

7.3. Calcul de la fiabilité technique du système.

La fiabilité du système principal (système d'éléments connectés en série) est déterminée en présence de défaillances techniques uniquement par la dépendance :

avec des éléments tout aussi fiables :

où m - le nombre d'éléments connectés en série dans le système ;

Lors du calcul des indicateurs quantitatifs des structures redondantes et combinées des systèmes, il est nécessaire de connaître non seulement leur fiabilité, mais également le manque de fiabilité de l'élément; puisque la fiabilité r je et manque de fiabilité q je élément constituent la somme totale des probabilités égales à un, alors :

q je =(1 - r je ) . (6)

Le manque de fiabilité d'un système redondant (avec connexion en parallèle d'éléments) est défini comme la probabilité que tous les éléments du système soient défaillants, c'est-à-dire :

(7)

La fiabilité, respectivement, est déterminée par la dépendance :

(8)

Ou, avec des éléments tout aussi fiables

, (9)

où m - le nombre d'éléments de rechange.

Diplôme ( m + 1) lors du calcul de la fiabilité du système, cela s'explique par le fait que dans le système un élément est requis et que le nombre d'éléments de réserve peut varier de 1 à m .

Comme déjà noté, la redondance dans les systèmes combinés peut être élément par élément, groupe d'éléments et élément par élément. Les indicateurs de fiabilité du système dépendent du type de redondance dans le système combiné. Considérez ces options pour différentes manières de développer le système.

La fiabilité des systèmes redondants combinés avec redondance générale (redondance du système) est déterminée par la dépendance :

(10)

avec des éléments tout aussi fiables (donc des sous-systèmes) :

(11)

La fiabilité des systèmes combinés avec redondance par groupes d'éléments est déterminée séquentiellement ; d'abord, la fiabilité des sous-systèmes redondants est déterminée, puis la fiabilité du système de sous-systèmes connectés en série.

La fiabilité des systèmes combinés avec une redondance élément par élément (séparée) est déterminée de manière séquentielle ; tout d'abord, la fiabilité des éléments de bloc est déterminée (un élément réservé par un, deux, etc. à m éléments), puis - la fiabilité du système d'éléments de blocs connectés en série.

La fiabilité de l'élément de bloc est égale à :

; (12)

R À j pour la réservation article par article est égal à :

; (13)

ou avec des éléments tout aussi fiables :

(14)

Envisager Exemple calculer la fiabilité d'un système sans redondance et avec diverses formes de son évolution (redondance).

Un système composé de quatre éléments est donné (voir Fig. 1) :

Figure 1. Schéma fonctionnel du système (principal).

Fiabilité du système principal :

0,95 0,82 0,91 0,79 = 0,560.

La fiabilité du système combiné avec redondance générale (système) sera (voir Fig. 2) :

Figure 2. Schéma fonctionnel d'un système combiné avec redondance du système.

1- (1- 0,560) 2 = 1 – 0,194 = 0,806.

La fiabilité d'un système combiné lors d'une sauvegarde avec des groupes d'éléments dépendra de la façon dont les éléments sont regroupés ; dans notre exemple, nous regroupons les éléments comme suit (voir Fig. 3) :

Figure 3. Schéma fonctionnel d'un système combiné avec redondance par groupes d'éléments.

Fiabilité du premier sous-groupe R o1 des 1er et 2ème éléments connectés en série sera égal à :

0,95 0,82 = 0,779 ;

Fiabilité d'un élément de bloc du premier sous-groupe :

= 1- (1- 0,779) 2 = 0,951.

Fiabilité du deuxième sous-groupe R OP des 3ème et 4ème éléments connectés en série sera égal à :

0,91 0,79 = 0,719.

Fiabilité d'un élément de bloc du deuxième sous-groupe :

= 1 – (1 – 0,719) 2 = 0,921.

Fiabilité du système R flic de deux sous-systèmes connectés en série sera égal à :

0,951 0,921 = 0,876.

Fiabilité du système combiné R À j avec redondance élément par élément, il est égal au produit de la fiabilité des éléments de bloc, chacun constitué d'un élément du système (voir Fig. 4)

Figure 4. Schéma fonctionnel d'un système combiné avec redondance élément par élément.

La fiabilité d'un élément de bloc est déterminée par la formule :

;

Pour le premier article : r j 1 = 1 – (1 – 0,95) 2 = 0,997;

Pour le deuxième élément : r j 2 = 1 – (1 – 0,82) 2 = 0,968;

Pour le troisième élément : r j 3 = 1 – (1 – 0,91) 2 = 0, 992;

Pour le quatrième élément : r j 4 = 1 – (1 – 0,79) 2 = 0,956.

Pour un système d'éléments de blocs connectés en série :

0,997 0,968 0,992 0,956 = 0,915.

Comme le montre l'exemple de calcul, plus il y a de connexions entre les éléments du système, plus sa fiabilité est élevée.

7.4. Calcul de la disponibilité technique du système.

Les paramètres de préparation du système en présence de défaillances techniques et technologiques sont déterminés par la formule :

.

où r g je - fiabilité technique de l'élément ;

r ci - fiabilité technologique de l'élément ;

r g je - fiabilité généralisée de l'élément.

Lors de la réservation d'éléments, le changement de fiabilité technique et technologique se produit de différentes manières: technique - selon un schéma multiplicatif, technologique - selon un schéma additif, tandis que la fiabilité technologique maximale peut être égale à un.

Ainsi, avec une double redondance de l'élément, on obtient sa fiabilité de l'élément bloc :

Avec un nombre arbitraire d'éléments de rechange m :

où m est le nombre d'éléments de rechange.

La disponibilité des systèmes combinés est déterminée de la même manière que la définition de la fiabilité en présence de défaillances techniques uniquement, c'est-à-dire l'état de préparation des éléments du bloc est déterminé et, selon leurs indicateurs, l'état de préparation de l'ensemble du système.

7. Formation de la structure optimale du système.

Comme le montrent les résultats des calculs, avec l'évolution de la structure du système, sa fiabilité se rapproche asymptotiquement de un, tandis que le coût de formation du système augmente linéairement. Puisque la productivité opérationnelle du système est le produit de sa fiabilité par la productivité nominale (passeport), l'augmentation anticipée des coûts de formation d'un système avec une croissance ralentie de sa fiabilité conduira au fait que les coûts par unité de productivité augmentera et le développement ultérieur de la structure du système deviendra économiquement inopportun. Ainsi, la solution à la question de la fiabilité opportune du système est un problème d'optimisation.

La fonction objectif de l'optimisation du système est la suivante :

où est le coût total du système ; - le facteur de disponibilité du système combiné réalisé sur la base de ces coûts.

EXEMPLE Conditions initiales : le système principal du formulaire est défini (voir figure) :

Figure 5. Structure du système principal, indicateurs de fiabilité

éléments et valeurs notionnelles des éléments.

Il est nécessaire de déterminer le taux de redondance optimal du troisième élément du système (les autres éléments ne sont pas redondants).

Solution:

1. Déterminer la fiabilité du système principal :

0,80 · 0,70 · 0,65 · 0,90 = 0,328.

2. Déterminez le coût du système principal :

C o == 20 + 30 + 12 + 50 = 112 c.u.

3. Déterminer les coûts unitaires pour atteindre un facteur de disponibilité donné du système principal :

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UNE. Tcheboksarov

FONDAMENTAUX DE LA THÉORIE DE LA FIABILITÉ

ET DIAGNOSTICS

Cours magistral

Omsk - 2012

Ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie

État fédéral budgétaire Éducatif

établissement d'enseignement professionnel supérieur

« Académie nationale de l'automobile et des autoroutes de Sibérie

(SibADI) "

UNE. Tcheboksarov

FONDAMENTAUX DE LA THÉORIE DE LA FIABILITÉ

ET DIAGNOSTICS

Cheboksarov A.N. Fondements de la théorie de la fiabilité et du diagnostic : un cours magistral / A.N. Tcheboksarov. - Omsk : SibADI, 2012 .-- 76 p.

Les concepts de base et les indicateurs de la théorie de la fiabilité sont considérés. Les fondements mathématiques de la théorie de la fiabilité et les fondements de la fiabilité des systèmes complexes sont énoncés. Les principales dispositions théoriques du diagnostic technique des machines sont données.

Le cursus s'adresse aux étudiants des spécialités d'enseignement à temps plein, à plein temps accéléré, à temps partiel et à distance 190601 « Automobile et industrie automobile », 190700 « Organisation et sécurité routière », domaines de formation 190600 « Exploitation des transports et technologies machines et complexes."

Languette. 4. Fig. 25. Bibliographie : 12 titres.

© FSBEI "SibADI", Table des matières Introduction …………………………………………. ………… ... ……. 1. Concepts de base et indicateurs de la théorie de la fiabilité …… .. 1.1. La fiabilité comme science …………………… .. ………. ……… ..… 1.2. L'histoire du développement de la théorie de la fiabilité …………… .. ………… 1.3. Concepts de base de la fiabilité …………… ... ……… .. ……… 1.4. Cycle de vie de l'objet …………………………… ... ……… 1.5. Maintien de la fiabilité de l'installation pendant l'exploitation …… .... 1.6. Principaux indicateurs de fiabilité ……………………… ..… .. 1.6.1. Indicateurs d'évaluation de la fiabilité ………… ... …….

.… .. 1.6.2 Indicateurs d'évaluation de la durabilité ………… .. …… ...… .. 1.6.3 Indicateurs d'évaluation de la persistance ………… .. …… ...… .. 1.6. 4. Indicateurs d'évaluation de la maintenabilité …… ..… .. …… 1.6.5. Indicateurs complexes de fiabilité ………………….… .. 1.7. S'informer sur la fiabilité des machines ……… .......… .. 1.8. Standardisation des indicateurs de fiabilité ……… .. ……… ....…. Questions d'auto-examen …………………………… …… ......…. 2. Fondements mathématiques de la fiabilité ………….……….… .... 2.1. Appareil mathématique de traitement de variables aléatoires …………………………………………………… .. 2.2. Quelques lois de distribution d'une variable aléatoire ... .... 2.2.1. Répartition normale ………………… ... ……. …… ..... 2.2.2. Distribution exponentielle …………………… ..… ... 2.2.3. Distribution de Weibull ………………………………… ..... Questions d'auto-examen …………………………………… ..…. 3. Fondamentaux de la fiabilité des systèmes complexes …………….. …… ..… ... 3.1. Caractéristiques des systèmes complexes ………………………… .. ……. 3.2. La structure des systèmes complexes …………………………… .. ……. 3.3. Caractéristiques du calcul de la fiabilité des systèmes complexes …… ..… .. 3.3.1. Calcul de la fiabilité du système avec une connexion en série de ses éléments …………………………………………… 3.3.2. Calcul de la fiabilité du système avec mise en parallèle de ses éléments ………………………………… ..….… 3.4. Réserve… ... …………………. ………………… .... …… Questions d'auto-examen ……………………. ……………… ..…. 4. Usure ………………………………………… ..... ……… 4.1. Types de frottement …………………………………………… .. …… ... 4.2. Types d'usure …………………………………… .. ……… 4.3. Caractéristiques d'usure ………………………… ......…. 4.4. Méthodes de détermination de l'usure …………………………… .. …… Questions pour l'autocontrôle ……………………………………… ...…. 5. Dommages dus à la corrosion …………………………… .. …… .. 5.1. Types de corrosion ………………………………………….……… 5.2. Méthodes de contrôle de la corrosion ………………………………… .. Questions pour l'auto-examen …………………………………….… ..…. 6. Diagnostic technique ………………………………… ..…. 6.1. Notions de base du diagnostic technique …………… ..… 6.2. Tâches de diagnostic technique ………………………… ..… 6.3. Sélection des paramètres de diagnostic …………………… ..… .. 6.4. Régularités des changements de paramètres d'état au cours du fonctionnement de la machine ……………………… ………… 6.5. Méthodes et types de diagnostics ………………………. …… ... 6.6. Outils de diagnostic ……………… ... …………… ..… .... 6.7. Classification des capteurs ……………………… .. ……….….… 6.8. Diagnostic informatique de la voiture …………………… .. 6.9. Normes en diagnostic automobile ……………… ..… .. 6.10. Exigences générales pour les moyens de diagnostic technique ………………………………. ……. Questions d'auto-examen ………………………… .. ……. ………. Liste bibliographique ……………………… .. ……………. Le but de l'enseignement de la discipline "Fondements de la théorie de la fiabilité et du diagnostic" est de former un système de connaissances scientifiques et de compétences professionnelles des étudiants en utilisant les fondements de la théorie de la fiabilité et du diagnostic en relation avec la résolution des problèmes de fonctionnement technique des véhicules à toutes les étapes de leur cycle de vie :

conception, production, contrôle, stockage et exploitation.

Les principaux objectifs de la discipline « Fondements de la théorie de la fiabilité et du diagnostic » sont :

- étude des définitions de base de la structure et du contenu des notions de fiabilité et de diagnostic ;

- maîtriser les méthodes de collecte et de traitement des informations sur la fiabilité des véhicules en exploitation, les méthodes d'évaluation des résultats obtenus et leur systématisation ;

- étude des régularités des évolutions de l'état technique des produits et de l'occurrence des défaillances, ainsi que des facteurs affectant la fiabilité et les processus physiques de défaillance des produits ;

- obtenir des indicateurs de fiabilité des principaux systèmes et unités des véhicules en conditions réelles d'exploitation et déterminer la durée de vie optimale du matériel roulant ;

- maîtriser les méthodes de diagnostic et calculer les paramètres de diagnostic ;

- étude des méthodes de management de la qualité des produits utilisant les normes internationales de la série ISO 9000.

1. NOTIONS DE BASE ET INDICATEURS DE LA THEORIE

FIABILITÉ

La qualité est un ensemble de propriétés qui déterminent l'adéquation d'un produit à l'usage auquel il est destiné et ses propriétés de consommation.

La fiabilité est une propriété complexe d'un objet technique, qui consiste en sa capacité à exécuter des fonctions spécifiées, tout en maintenant ses caractéristiques de base dans des limites établies.

Le concept de fiabilité comprend la fiabilité, la durabilité, la maintenabilité et la sécurité.

Le sujet de la fiabilité est l'étude des causes des défaillances des objets, la détermination des régularités auxquelles ils obéissent, l'élaboration de méthodes de mesure quantitative de la fiabilité, les méthodes de calcul et de test, l'élaboration de voies et moyens d'augmenter la fiabilité .

L'objet de la recherche de la fiabilité en tant que science est l'un ou l'autre moyen technique : une pièce séparée, une unité de machine, un assemblage, une machine dans son ensemble, un produit, etc.

Distinguer la théorie générale de la fiabilité et la théorie appliquée de la fiabilité. La théorie générale de la fiabilité comporte trois volets :

1. Théorie mathématique de la fiabilité. Détermine les lois mathématiques qui obéissent aux défaillances et aux méthodes de mesure quantitative de la fiabilité, ainsi que les calculs techniques des indicateurs de fiabilité.

2. Théorie statistique de la fiabilité. Traitement des informations statistiques sur la fiabilité. Caractéristiques statistiques de la fiabilité et des modèles de défaillance.

3. Théorie physique de la fiabilité. Enquête sur les processus physico-chimiques, les causes physiques des défaillances, l'effet du vieillissement et la résistance des matériaux sur la fiabilité.

Les théories appliquées de la fiabilité sont développées dans un domaine technologique spécifique en relation avec les objets de ce domaine. Par exemple, il y a la théorie de la fiabilité des systèmes de contrôle, la théorie de la fiabilité des appareils électroniques, la théorie de la fiabilité des machines, etc.

La fiabilité est liée à l'efficacité (par exemple, la rentabilité) de la technique. La fiabilité insuffisante d'un dispositif technique se traduit par :

- productivité réduite en raison des temps d'arrêt dus aux pannes ;

- une diminution de la qualité des résultats de l'utilisation d'un appareil technique en raison d'une détérioration de ses caractéristiques techniques due à des dysfonctionnements ;

- les frais de réparation d'une installation technique ;

- perte de régularité d'obtention du résultat (par exemple, diminution de la régularité des transports pour les véhicules) ;

- diminution du niveau de sécurité dans l'utilisation d'un dispositif technique.

1.2. L'histoire du développement de la théorie de la fiabilité étape I. Première étape.

Elle commence avec le début de l'apparition des premiers appareils techniques (c'est la fin du 19e siècle (environ 1880)) et se termine avec l'avènement de l'électronique et de l'automatisation, de l'aviation et de la technologie des fusées et de l'espace (milieu du 20e siècle).

Déjà au début du siècle, les scientifiques ont commencé à réfléchir à la manière de rendre toute machine incassable. Il existait un concept tel qu'une "marge" de sécurité. Mais, en augmentant la marge de sécurité, le poids du produit augmente également, ce qui n'est pas toujours acceptable. Les experts ont commencé à chercher des moyens de résoudre ce problème.

La théorie des probabilités et les statistiques mathématiques sont devenues la base pour résoudre de tels problèmes. Sur la base de ces théories déjà dans les années 30.

le concept de rupture a été formulé comme un excès de charge par rapport à la résistance.

Avec le début du développement de l'aviation et l'utilisation de l'électronique et de l'automatisation, la théorie de la fiabilité commence à se développer rapidement.

Étape II. Le stade de formation de la théorie de la fiabilité (1950 - 1960).

En 1950, l'US Air Force a organisé le premier groupe pour étudier les problèmes de fiabilité des équipements électroniques. Le Groupe spécial a constaté que la principale raison de la défaillance de l'équipement électronique était la faible fiabilité de ses composants. Ils ont commencé à comprendre cela, à étudier l'influence de divers facteurs opérationnels sur le bon fonctionnement des éléments. Nous avons collecté une multitude de données statistiques, qui ont constitué la base de la théorie de la fiabilité.

Stade III. Stade de la théorie classique de la fiabilité (1960 - 1970).

Dans les années 60-70. la technologie spatiale apparaît, nécessitant une fiabilité accrue. Afin d'assurer la fiabilité de ces produits, ils commencent à analyser la conception des produits, la technologie de production et les conditions de fonctionnement.

A ce stade, il a été établi que les causes des pannes de machines peuvent être détectées et éliminées. La théorie du diagnostic des systèmes complexes commence à se développer. De nouvelles normes de fiabilité des machines font leur apparition.

Étape IV. Le stade des méthodes de fiabilité des systèmes (de 1970 à nos jours).

À ce stade, de nouvelles exigences de fiabilité ont été développées, qui ont jeté les bases de systèmes et de programmes modernes pour garantir la fiabilité. Des méthodes normalisées d'exécution des activités liées à la garantie de la fiabilité ont été élaborées.

Ces techniques se divisent en deux grands domaines :

le premier axe concerne la fiabilité potentielle, qui prend en compte les méthodes constructives (choix du matériau, marge de sécurité, etc.) et technologiques (tolérances de serrage, augmentation de la propreté des surfaces, etc.) pour assurer la fiabilité ;

le deuxième axe est opérationnel, qui vise à assurer la fiabilité opérationnelle (stabilisation des conditions d'exploitation, amélioration des méthodes de maintenance et de réparation, etc.).

La fiabilité utilise le concept d'objet. L'objet est caractérisé par la qualité. La fiabilité est un indicateur constitutif de la qualité d'un objet. Plus la fiabilité de l'objet est élevée, plus sa qualité est élevée.

Pendant le fonctionnement, l'objet peut être dans l'un des états suivants (Fig. 1.1) :

1) État de service - l'état d'un objet dans lequel il répond à toutes les exigences de la documentation technique et (ou) de conception.

2) État défectueux - l'état d'un objet dans lequel il ne répond pas à au moins une des exigences de la documentation normative, technique et (ou) de conception.

3) État de service - l'état de l'objet, dans lequel les valeurs de tous les paramètres caractérisant la capacité à exécuter les fonctions spécifiées répondent aux exigences de la documentation réglementaire et technique et (ou) de conception.

4) État inopérant - l'état d'un objet dans lequel la valeur d'au moins un paramètre caractérisant l'aptitude à exécuter des fonctions spécifiées ne répond pas aux exigences de la documentation normative-technique et (ou) de conception.

Distinguer les dysfonctionnements, les revêtements, l'usure du protecteur, qui conduisent à la défaillance (fissure de la structure métallique du châssis, flexion de la lame de soupape - Tore inopérant du système de refroidissement du moteur).

Un cas particulier d'état inopérant est la Fig. 1.1. Le schéma de la technique principale est l'état limite. indique : 1 - dommage ; 2 - refus;

Etat limite - 3 - réparation ; 4 - passage à l'état limite, dans lequel un état à distance, en raison de la présence d'un état critique, est inadmissible ou impraticable III - un défaut insignifiant est différent, ou la restauration d'un état opérationnel est impossible ou impraticable.

Le passage d'un objet à l'état limite entraîne un arrêt temporaire ou définitif du fonctionnement de l'objet, c'est-à-dire que l'objet doit être mis hors service, envoyé en réparation ou mis hors service. Les critères de l'état limite sont établis dans la documentation normative et technique.

Un dommage est un événement consistant en une violation de l'état sain d'un objet tout en maintenant un état sain.

L'échec est un événement qui viole l'état sain d'un objet.

Restauration (réparation) - remettre l'objet dans un état de fonctionnement.

Les critères d'endommagement et de défaillance sont établis dans la documentation normative et technique et (ou) de conception.

La classification des défaillances est donnée dans le tableau. 1.1.

II. Dépendance III. Nature de l'événement IV. Nature de la détection V. Cause de l'occurrence Une défaillance dépendante est une défaillance causée par d'autres défaillances.

Panne soudaine - caractérisée par un changement brutal d'un ou plusieurs des paramètres spécifiés de l'objet. Un exemple de panne soudaine est un dysfonctionnement du système d'allumage ou du système d'alimentation du moteur.

Échec progressif - caractérisé par un changement progressif d'un ou plusieurs des paramètres spécifiés de l'objet. Un exemple typique de défaillance progressive est la défaillance des freins due à l'usure des éléments de friction.

Une défaillance explicite est une défaillance détectée visuellement ou par des méthodes et des moyens standard de contrôle et de diagnostic lors de la préparation d'un objet en vue de son utilisation ou dans le cadre de son utilisation prévue.

Une défaillance latente est une défaillance qui n'est pas détectée visuellement ou par des méthodes et moyens de contrôle et de diagnostic standard, mais qui est détectée lors de la maintenance ou de méthodes de diagnostic spéciales.

Selon la méthode d'élimination de la panne, tous les objets sont non réparables (non réparables).

Les objets réparés comprennent les objets qui, en cas de panne, sont réparés et, après le rétablissement de l'opérabilité, sont remis en service.

Les objets non-cérémoniaux (éléments) sont remplacés après l'échec. Ces éléments comprennent la plupart des produits en amiante et caoutchouc (garnitures de freins, garnitures de disques d'embrayage, joints, manchettes), certains produits électriques (lampes, fusibles, bougies), des pièces qui s'usent et assurent un fonctionnement sûr (chemises et axes des bielles de direction , connexions des douilles de pivot). Les éléments de machine non réparables comprennent également les roulements, les essieux, les axes, les fixations.

La restauration des éléments répertoriés n'est pas économiquement réalisable, car les coûts de réparation sont assez élevés et la durabilité fournie en même temps est bien inférieure à celle des pièces neuves.

Un objet est caractérisé par un cycle de vie. Le cycle de vie d'un objet se compose de plusieurs étapes : conception d'un objet, fabrication d'un objet, exploitation d'un objet. Chacune de ces étapes du cycle de vie affecte la fiabilité du produit.

Au stade de la conception d'un objet, les bases de sa fiabilité sont posées. La fiabilité de l'installation est influencée par :

- choix des matériaux (résistance des matériaux, résistance à l'usure des matériaux) ;

- marges de sécurité des pièces et de la structure dans son ensemble ;

- facilité de montage et de démontage (détermine la complexité des réparations ultérieures);

- contraintes mécaniques et thermiques des éléments structuraux ;

- réserve des éléments et autres mesures les plus importants ou les moins fiables.

Au stade de la fabrication, la fiabilité est déterminée par le choix de la technologie de production, le respect des tolérances technologiques, la qualité du traitement des surfaces de contact, la qualité des matériaux utilisés et la minutie de l'assemblage et du réglage.

Au stade de la conception et de la fabrication, les facteurs de conception et technologiques qui affectent la fiabilité de l'installation sont déterminés. L'effet de ces facteurs est révélé au stade de l'opération de l'objet. De plus, à ce stade du cycle de vie de l'objet, des facteurs opérationnels affectent également sa fiabilité.

Le fonctionnement a une influence déterminante sur la fiabilité des objets, notamment les plus complexes. La fiabilité de l'installation en exploitation est assurée par :

- le respect des conditions et modes de fonctionnement (lubrification, conditions de charge, conditions de température, etc.) ;

- effectuer une maintenance périodique afin d'identifier et d'éliminer les problèmes émergents et de maintenir l'installation en état de fonctionnement ;

- diagnostic systématique de l'état de l'objet, détection et prévention des pannes, réduction des conséquences néfastes des pannes ;

- Effectuer des réparations préventives de restauration.

La principale raison de la diminution de la fiabilité pendant le fonctionnement est la détérioration et le vieillissement des composants de l'objet. L'usure entraîne des changements dimensionnels, des dysfonctionnements (dus à la détérioration des conditions de lubrification par exemple), des pannes, une diminution de la résistance, etc. Le vieillissement entraîne une modification des propriétés physiques et mécaniques des matériaux, entraînant des pannes ou des défaillances.

Les conditions de fonctionnement sont fixées de manière à minimiser l'usure et le vieillissement : par exemple, l'usure augmente dans des conditions de lubrifiant déficitaire ou de mauvaise qualité. Le vieillissement augmente lorsque les conditions de température dépassent celles autorisées (par exemple, joints, vannes, etc.).

La fiabilité de l'installation au stade opérationnel peut être illustrée par le graphique de la dépendance typique du taux de défaillance de l'installation par rapport au temps de fonctionnement, illustré à la Fig. 1.2.

Riz. 1.2. Dépendance du taux de défaillance sur le temps de fonctionnement : 1 - taux de défaillance (t) ; 2 - courbe de vieillissement; I - période de rodage ; II - période de fonctionnement normal; III - période d'usure; PS - état limite Pendant la période de rodage tp, la fiabilité est principalement déterminée par des facteurs de conception et technologiques, ce qui entraîne un taux de défaillance accru. Au fur et à mesure que ces facteurs sont identifiés et éliminés, la fiabilité de l'installation est ramenée au niveau nominal, qui reste dans la longue période t d'exploitation normale.

Pendant le fonctionnement, des manifestations d'usure et de fatigue s'accumulent dans l'objet, dont l'intensité augmente avec l'augmentation de la durée de vie de l'objet (courbe croissante 2 sur la figure 1.2). Vient une période de t et d'usure intensive de l'objet, qui se termine par son arrivée à l'état limite et sa mise hors service.

Les coûts d'exploitation annuels sont caractérisés par des graphiques (Fig. 1.3).

Riz. 1.3. Dépendance des frais d'exploitation sur le temps d'exploitation : 1 - frais d'exploitation ; 2 - les coûts pour Les graphiques montrent qu'il existe une durée de vie optimale de l'installation, à laquelle les coûts d'exploitation totaux sont minimes. L'exploitation à long terme, dépassant largement la période optimale, est économiquement non rentable.

1.5. Maintien de la fiabilité de l'installation en exploitation Le maintien du niveau requis de fiabilité des installations techniques en exploitation s'effectue par la mise en œuvre d'un ensemble de mesures organisationnelles et techniques. Cela comprend l'entretien périodique, l'entretien préventif et les réparations. La maintenance périodique vise à des ajustements opportuns, à l'élimination des causes de pannes et à la détection précoce des pannes.

L'entretien périodique est effectué à temps et dans la quantité prescrite. La tâche de toute maintenance est de vérifier les paramètres surveillés, d'ajuster si nécessaire, d'identifier et d'éliminer les dysfonctionnements, de remplacer les éléments, prévus dans la documentation d'exploitation.

L'ordre d'exécution des travaux simples est déterminé par les instructions de maintenance et l'ordre d'exécution des travaux complexes est déterminé par des organigrammes.

Dans le processus de maintenance technique, un diagnostic de l'état de l'objet exploité est généralement effectué (dans un volume ou un autre).

Le diagnostic consiste à surveiller l'état d'un objet afin de détecter et prévenir les pannes. Le diagnostic est effectué à l'aide de commandes de diagnostic, qui peuvent être intégrées et externes. Les outils intégrés permettent une surveillance continue. Un suivi périodique est effectué à l'aide de moyens externes.

À la suite du diagnostic, des écarts dans les paramètres de l'objet et les raisons de ces écarts sont révélés. L'emplacement spécifique du dysfonctionnement est déterminé. Le problème de la prédiction de l'état de l'objet est résolu et une décision est prise quant à son fonctionnement ultérieur.

Un objet est considéré sain si son état lui permet d'accomplir les fonctions qui lui sont assignées. Si pendant le fonctionnement les caractéristiques d'un objet ou sa structure ont changé de manière inacceptable, alors ils disent qu'un dysfonctionnement s'est produit dans l'objet. L'apparition d'un dysfonctionnement ne peut être assimilée à une perte de performance de l'objet. Cependant, un dysfonctionnement se produira toujours dans un objet inopérant.

Pour rétablir les indicateurs de fiabilité de l'installation lorsqu'ils diminuent, des réparations préventives et réparatrices sont effectuées.

Les réparations en remise à neuf permettent de restaurer les performances de l'installation après une panne et de maintenir un niveau donné de fiabilité en remplaçant les pièces et ensembles ayant perdu leur niveau de fiabilité ou défaillants.

Le nombre de réparations est déterminé par la faisabilité économique. Une dépendance typique de la probabilité de fonctionnement sans défaillance de l'objet réparé sur le temps de fonctionnement est illustrée à la Fig. 1.4.

Riz. 1.4. Dépendance de la probabilité de fonctionnement sans défaillance de l'objet réparé sur le temps de fonctionnement :

P est la probabilité de fonctionnement sans défaillance de l'installation ;

Pmin est le niveau de fiabilité minimum acceptable ;

N est le nombre d'éléments de l'objet remplacés lors de la réparation. La prochaine réparation ne permet pas d'atteindre le niveau initial de fiabilité de l'objet, et la durée de vie de l'objet après cette réparation sera moindre qu'après la précédente réparation (t3 t2 t1). Ainsi, l'efficacité de chaque réparation ultérieure est réduite, ce qui entraîne la nécessité de limiter le nombre total de réparations d'objets.

1.6. Principaux indicateurs de fiabilité Conformément à GOST 27.002, la fiabilité est la propriété d'un objet de maintenir au fil du temps dans les limites établies les valeurs de tous les paramètres caractérisant la capacité à exécuter les fonctions requises.

Cette norme stipule à la fois des indicateurs de fiabilité uniques, dont chacun caractérise un aspect distinct de la fiabilité (fiabilité, durabilité, conservation ou maintenabilité), et des indicateurs de fiabilité complexes, qui caractérisent simultanément plusieurs propriétés de fiabilité.

1.6.1. Indicateurs d'évaluation de la fiabilité La fiabilité est la propriété d'un objet de maintenir en permanence un état opérationnel pendant un certain temps ou une durée de fonctionnement.

Le temps de fonctionnement s'entend comme la durée de fonctionnement de la machine, exprimée :

- pour les machines en général - en temps (heures);

- pour le transport routier - en kilomètres parcourus par les véhicules ;

- pour l'aviation - en heures de vol des aéronefs ;

- pour les machines agricoles - en hectares de labour conventionnel ;

- pour les moteurs - en heures moteur, etc.

Pour évaluer la fiabilité, les indicateurs suivants sont utilisés :

1. Probabilité de fonctionnement sans défaillance - la probabilité qu'un objet ne tombe pas en panne dans un temps de fonctionnement donné.

La probabilité de fonctionnement sans défaillance varie de 0 à 1.

où est le nombre d'objets qui sont opérationnels au moment initial ; n (t) est le nombre d'objets qui ont échoué à l'instant t depuis le début du test ou de l'opération.

La probabilité de fonctionnement sans défaillance P de l'objet est liée à la probabilité de défaillance F par la relation suivante :

La probabilité d'un fonctionnement sans défaillance diminue avec l'augmentation du temps de fonctionnement ou du temps de fonctionnement de l'objet. Les dépendances de la probabilité de fonctionnement sans défaillance P (t) et de la probabilité de défaillance F (t) sur le temps de fonctionnement t sont illustrées à la Fig. 1.5.

Riz. 1.5. Dépendances de la probabilité de non-défaillance Au moment initial pour un objet utilisable, la probabilité de son fonctionnement sans défaillance est égale à un (100%). Au fur et à mesure que l'installation fonctionne, cette probabilité diminue et tend vers zéro. La probabilité de défaillance d'un objet, au contraire, augmente avec une augmentation de la durée de vie ou du temps de fonctionnement.

2. Temps moyen avant panne (temps moyen entre pannes) et temps moyen entre pannes.

Le temps moyen avant défaillance est l'espérance mathématique du temps de fonctionnement d'un objet jusqu'à la première défaillance. Cette métrique est souvent appelée MTBF.

où ti est le temps jusqu'à la défaillance du ième objet ; N est le nombre d'objets.

Le temps moyen entre les pannes est l'espérance mathématique du temps entre les pannes adjacentes d'un objet.

3. Densité de la probabilité de défaillance (taux de défaillance) - le rapport entre le nombre de produits défaillants par unité de temps et le nombre initial de produits sous surveillance, à condition que les produits défaillants ne soient pas restaurés ou remplacés par de nouveaux.

où n (t) est le nombre de pannes dans l'intervalle de temps de fonctionnement considéré ;

N est le nombre total d'articles sous surveillance ; t est la valeur de l'intervalle de temps de fonctionnement considéré.

4. Le taux de défaillance est la densité conditionnelle de la probabilité de défaillance d'un objet, déterminée à condition que la défaillance ne se soit pas produite avant le moment considéré.

En d'autres termes, il s'agit du rapport entre le nombre de produits défaillants par unité de temps et le nombre moyen de fonctionnements fiables pendant une période de temps donnée, à condition que les produits défaillants ne soient pas restaurés et remplacés par de nouveaux.

Les taux d'échec sont estimés à l'aide de la formule suivante :

où f (t) est le taux d'échec ; P (t) est la probabilité d'un fonctionnement sans défaillance ;

n (t) est le nombre de produits défaillants pendant la période de t à t + t ; t est l'intervalle de temps de fonctionnement considéré ; Mer - le nombre moyen de produits fonctionnant sans problème :

où N (t) est le nombre de produits fonctionnant sans problème au début de l'intervalle de temps de fonctionnement considéré ; N (t + t) le nombre de produits sans problème à la fin de l'intervalle de temps de fonctionnement.

1.6.2. Indicateurs d'évaluation de la durabilité La durabilité est la propriété d'un objet de maintenir un état fonctionnel jusqu'à l'apparition d'un état limite avec un système de maintenance et de réparation installé.

La durabilité des machines est définie lors de leur conception et de leur construction, est assurée pendant le processus de production et maintenue pendant le fonctionnement.

Ressource - le temps de fonctionnement de la machine depuis le début du fonctionnement ou sa reprise après réparation jusqu'à l'état limite.

Durée de vie - la durée calendaire du fonctionnement de la machine depuis le début de son fonctionnement ou son renouvellement après réparation, jusqu'au début de l'état limite.

Les indicateurs suivants sont utilisés pour évaluer la durabilité :

1. Ressource moyenne - l'espérance mathématique de la ressource où tpi est la ressource du ième objet ; N est le nombre d'objets.

2. Ressource gamma-pourcentage - le temps de fonctionnement pendant lequel l'objet n'atteindra pas l'état limite avec une probabilité donnée, exprimé en pourcentage.

Pour calculer l'indicateur, la formule de probabilité est utilisée 3. Durée de vie moyenne - espérance mathématique de la durée de vie où tli - durée de vie du i-ème objet.

4. La durée de vie en pourcentage gamma est la durée calendaire de fonctionnement pendant laquelle l'objet n'atteint pas l'état limite avec une probabilité exprimée en pourcentage.

1.6.3. Indicateurs d'évaluation de la persistance La persistance est la propriété d'un objet de conserver dans des limites spécifiées les valeurs des paramètres caractérisant la capacité de l'objet à remplir les fonctions requises pendant et après le stockage et (ou) le transport.

Pour évaluer la préservation, les indicateurs suivants sont utilisés :

1. Durée de conservation moyenne - l'espérance mathématique de la durée de conservation d'un objet.

2. La durée de conservation en pourcentage gamma est la durée calendaire de stockage et (ou) de transport de l'objet, pendant et après laquelle les indicateurs de fiabilité, de durabilité et de maintenabilité de l'objet ne dépasseront pas les limites établies avec la probabilité exprimée en pourcentage.

Les taux de stockage sont essentiellement cohérents avec les indicateurs de durabilité et sont déterminés selon les mêmes formules.

1.6.4. Indicateurs d'évaluation de la maintenabilité La maintenabilité est une propriété d'un objet, qui consiste en son adaptabilité au maintien et à la restauration d'un état de fonctionnement par le biais de la maintenance et de la réparation.

Le temps de récupération est la durée pendant laquelle un objet est restauré à un état sain.

Le temps de récupération est égal à la somme du temps passé à rechercher et à éliminer la panne, ainsi qu'à effectuer les débogages et les vérifications nécessaires pour s'assurer que l'objet est restauré pour fonctionner.

Pour évaluer la maintenabilité, les indicateurs suivants sont utilisés :

1. Temps de récupération moyen - l'espérance mathématique du temps de récupération de l'objet où tvi - temps de récupération de la ième défaillance de l'objet ; N est le nombre de défaillances pour une période de test ou de fonctionnement donnée.

2. Probabilité de restauration de l'état opérationnel - la probabilité que le temps de restauration de l'état opérationnel de l'objet ne dépasse pas la valeur spécifiée. Pour la plupart des objets de génie mécanique, la probabilité de récupération obéit à une loi de distribution exponentielle où est le taux de défaillance (pris constante).

1.6.5. Indicateurs complexes de fiabilité Chacun des indicateurs décrits ci-dessus permet d'apprécier un seul des aspects de la fiabilité - l'une des propriétés de la fiabilité de l'objet.

Pour une évaluation plus complète de la fiabilité, des indicateurs complexes sont utilisés qui permettent d'évaluer simultanément plusieurs des propriétés les plus importantes d'un objet.

1. Facteur de disponibilité Kg - la probabilité que l'objet soit opérationnel à un moment arbitraire, à l'exception des périodes planifiées pendant lesquelles l'utilisation de l'objet aux fins prévues n'est pas assurée.

où To est le temps moyen entre les pannes ; TV est le temps moyen pour restaurer un objet après une panne.

2. Coefficient d'utilisation technique - le rapport de l'espérance mathématique du temps de séjour total d'un objet en état de fonctionnement pendant une certaine période de fonctionnement à l'espérance mathématique du temps de séjour total d'un objet en état de fonctionnement et du temps d'arrêt dû à l'entretien et à la réparation pendant la même période de fonctionnement.

où ТР, ТТО - durée totale du temps d'arrêt de la machine pour réparation et maintenance.

Pour les voitures, les principaux indicateurs de durabilité sont la ressource avant remplacement (avant un certain type de réparation) ou l'amortissement, la ressource en pourcentage gamma ; le principal indicateur de fiabilité est le temps moyen entre les pannes d'un certain groupe de complexité (temps moyen entre les pannes); Les principaux indicateurs de maintenabilité sont l'intensité de main-d'œuvre spécifique de l'entretien, l'intensité de la main-d'œuvre spécifique des réparations en cours et l'intensité de la main-d'œuvre totale spécifique de l'entretien et des réparations en cours.

1.7. Obtenir des informations sur la fiabilité des machines Afin de déterminer la fiabilité d'une machine, il est nécessaire de disposer d'informations sur les défaillances de ses pièces, assemblages, assemblages et de la machine elle-même.

La collecte d'informations sur les pannes de la machine est effectuée par :

- les organisations de développement de machines ;

- les constructeurs de machines ;

- les entreprises d'entretien et de réparation.

Les organismes de développement (instituts de conception) collectent et traitent les informations sur la fiabilité des prototypes de machines en effectuant des tests spéciaux.

Les entreprises de fabrication (usines de construction de machines) collectent et traitent les informations primaires sur la fiabilité des produits fabriqués en série et analysent les causes des pannes des machines. Ils collectent des informations sur la base d'essais spéciaux en usine et d'essais opérationnels.

Les organisations de maintenance et de réparation collectent des informations primaires sur la fiabilité des machines en fonctionnement.

Les tests sont la principale source d'informations sur la fiabilité, en particulier pour les véhicules de transport.

Dans le transport routier, on distingue les types d'essais suivants (Fig. 1.6):

1. Tests en usine (ressources) - tests de prototypes ou des premiers échantillons de production. Ces épreuves sont :

a) la finition ;

b) aptitude à la production en série ;

c) contrôle ;

d) certificats de réception ;

e) la recherche.

Les tests de développement ont pour but d'évaluer l'impact sur la fiabilité des changements introduits lors de la finalisation de la technologie de conception et de production.

Les tests de production en série déterminent l'admissibilité à la production en série de véhicules par leur fiabilité.

Les tests de contrôle vérifient que les normes établies pour la fiabilité des voitures produites en série sont assurées.

Les tests de réception déterminent la conformité d'un lot donné de voitures aux exigences des conditions techniques et la possibilité de sa réception.

Le but des tests de recherche est de déterminer la limite d'endurance des voitures, d'établir la loi d'allocation des ressources, d'étudier la dynamique du processus d'usure et de comparer les ressources des voitures.

Par la nature des tests en usine sont divisés:

- pour banc ;

- polygone ;

- route.

Les tests au banc sont effectués sur des bancs spéciaux qui simulent diverses conditions de test.

Les tests polygonaux sont des tests de véhicules sur des sites d'essai spéciaux avec des routes aux caractéristiques différentes.

Les essais sur route sont généralement effectués dans des conditions de fonctionnement réelles, mais dans différentes zones climatiques.

En Fédération de Russie, les principaux tests sur le terrain sont effectués au NAMI Central Research Range. Les installations d'enfouissement comprennent :

- la route en béton à grande vitesse périphérique ;

- route rectiligne pour essais dynamométriques ;

- le chemin de terre périphérique ;

- la route pavée ;

- des routes d'essai spéciales.

2. Tests opérationnels - tests de véhicules de série dans des conditions réelles de fonctionnement. Il s'agit principalement d'essais routiers. Leur objectif est d'obtenir des données fiables sur la fiabilité opérationnelle des véhicules sur la base d'observations systématiques.

La plupart des tests opérationnels sont effectués dans des entreprises de camionnage spéciales situées dans différentes zones climatiques. Ces tests fournissent les informations les plus objectives sur la fiabilité du véhicule.

Finition Sur adéquation Décharges à la série Contrôle Acceptation Recherche Fig.1.6. Classification des types d'essais La collecte d'informations est effectuée sur des lots contrôlés de voitures. Dans ce cas, non seulement les pannes et dysfonctionnements sont enregistrés, mais également divers types d'impacts sur la voiture (entretien, réparations en cours) ; conditions d'exploitation des véhicules (marchandises transportées, durée des trajets, pourcentage de trafic sur divers types de routes). Les informations ainsi recueillies sont directement traitées dans l'entreprise ou transmises aux usines de fabrication sous forme d'enquêtes spéciales, qui sont analysées, systématisées et traitées statistiquement.

Tous les types de tests sont subdivisés par durée :

- pour normal (complet) ;

- accéléré ;

- abrégé (incomplet).

Des tests normaux (complets) sont effectués jusqu'à la défaillance de tous les véhicules étudiés (ensembles, ensembles) mis à l'essai. Ces tests représentent un échantillon complet.

Accélérées - sont exécutées jusqu'à ce que chacune des N voitures mises à l'essai atteigne un temps de fonctionnement prédéterminé ou jusqu'à ce qu'un certain nombre de n voitures (n N) tombent en panne.

Les tests abrégés (incomplets) sont des tests lorsque, au moment où les observations sont terminées, n voitures sur N soumises aux tests ont échoué, et les autres sont opérationnelles et ont une durée de fonctionnement différente.

La collecte d'informations sur la fiabilité des machines est effectuée conformément aux exigences de la documentation normative et technique de l'industrie.

Les informations sur la fiabilité des machines doivent répondre aux exigences suivantes :

1) l'exhaustivité des informations, c'est-à-dire la présence de toutes les informations nécessaires à l'appréciation et à l'analyse de la fiabilité ;

2) la fiabilité de l'information, c'est-à-dire tous les rapports d'échec doivent être exacts ;

3) l'actualité de l'information vous permet d'éliminer rapidement les causes des défaillances et de prendre des mesures pour éliminer les défaillances identifiées ;

4) la continuité des informations vous permet de comparer les résultats de calcul obtenus au cours de la première période de fonctionnement et des périodes suivantes et élimine les erreurs.

1.8. Standardisation des indicateurs de fiabilité Afin de créer des objets hautement fiables, il est nécessaire de standardiser la fiabilité - l'établissement de la nomenclature et des valeurs quantitatives des principaux indicateurs de fiabilité des éléments de l'objet.

La gamme d'indicateurs de fiabilité est choisie en fonction de la classe de produits, des modes de fonctionnement, de la nature des défaillances et de leurs conséquences. Le choix des indicateurs de fiabilité peut être déterminé par le client.

Tous les produits sont répartis dans les classes suivantes :

- les produits d'usage général non réparables et non réparables. Les composants des produits qui ne peuvent pas être réparés sur le site d'exploitation et ne peuvent pas être réparés (par exemple, les roulements, les tuyaux, les toners, les fixations, les composants radio, etc.), ainsi que les produits non remis à neuf à des fins fonctionnelles indépendantes (par exemple , lampes électriques, dispositifs de commande, etc.);

- les produits remanufacturés faisant l'objet d'un entretien programmé, de réparations courantes et moyennes, ainsi que les produits faisant l'objet d'une révision ;

- des produits conçus pour effectuer des tâches ponctuelles ou périodiques à court terme.

Les modes de fonctionnement des produits peuvent être les suivants :

- continu, lorsque le produit fonctionne en continu pendant un certain temps ;

- cyclique, lorsque le produit fonctionne à une fréquence donnée pendant un certain temps ;

- opérationnel, lorsqu'une période d'inactivité indéterminée est remplacée par une période de travail d'une durée déterminée.

Habituellement, la probabilité de fonctionnement sans panne P(t) est normalisée avec une estimation de la ressource Tp, pendant laquelle elle est régulée. La valeur de Tp doit être cohérente avec la structure et la fréquence des travaux de réparation et d'entretien, et la probabilité admissible d'un fonctionnement sans défaillance est une mesure du risque de conséquences de défaillance.

La gradation des produits par classes de fiabilité est présentée dans le tableau. 1.2.

Les valeurs de P (t) sont spécifiées pour une certaine période de fonctionnement Tp, sous réserve d'une réglementation et d'une performance strictes des modes de fonctionnement et des conditions de fonctionnement.

La classe zéro comprend des pièces et des assemblages sans importance, dont la défaillance reste pratiquement sans conséquence. Pour eux, un bon indicateur de fiabilité peut être la durée de vie moyenne, le MTBF, ou le paramètre du flux de défaillance.

Les classes de la première à la quatrième se caractérisent par des exigences accrues pour un fonctionnement sans défaillance (le numéro de classe correspond au nombre de neuf après la virgule). La cinquième classe comprend des produits très fiables, dont la défaillance dans une période donnée est inacceptable.

Dans l'industrie automobile, les valeurs du facteur de disponibilité Kg, le temps de fonctionnement moyen Tp, le temps moyen jusqu'à la première panne et le temps moyen entre les pannes sont généralement fixés.

Il est très important pour les véhicules de transport d'identifier et de quantifier les défaillances qui affectent la sécurité de leur fonctionnement. Selon la méthode américaine AMDEC, la sûreté du système est évaluée par la probabilité de fonctionnement sans défaillance, en tenant compte de deux indicateurs parallèles : la catégorie de conséquences et le niveau de danger.

Classe I - la défaillance n'entraîne pas de blessure pour le personnel ;

Classe II - la défaillance entraîne des blessures corporelles ;

Classe III - une défaillance entraîne des blessures graves ou la mort ;

Classe IV - l'échec entraîne des blessures graves ou la mort d'un groupe de personnes.

1. Expliquer les concepts de qualité, fiabilité, sujet, objet de fiabilité, théorie générale de la fiabilité, théorie appliquée de la fiabilité.

2. Étapes de développement de la théorie de la fiabilité.

3. Donner des définitions des principaux états et événements en fiabilité.

4. Donnez la classification des refus.

5. Quelle est la différence entre les produits valorisables et non recyclables ?

6. Quelle est la courbe du taux de défaillance en fonction du temps et la courbe des coûts d'exploitation en fonction de la durée de vie du produit dans le temps ?

9. Donner des définitions des principaux indicateurs de fiabilité, fiabilité, durabilité, maintenabilité et préservation.

11. Donner des définitions d'indicateurs pour évaluer la fiabilité - probabilité de fonctionnement sans défaillance et probabilité de défaillance, paramètre de flux de défaillance, temps moyen entre les défaillances, temps moyen jusqu'à défaillance, gamma-pourcentage de temps moyen jusqu'à défaillance, taux de défaillance. Quelles sont leurs unités de mesure ?

12. Donner des définitions d'indicateurs pour évaluer la durabilité - ressource technique, durée de vie, ressource en pourcentage gamma et durée de vie. Quelles sont leurs unités de mesure ?

13. Quelle est la différence entre la ressource technique et la durée de vie du produit ?

14. Donner les définitions des indicateurs d'évaluation de la persistance - durée de conservation moyenne et gamma en pourcentage.

15. Donner les définitions des indicateurs pour évaluer la maintenabilité - temps de récupération et temps de récupération moyen, probabilité de récupération dans un laps de temps donné, taux de récupération.

16. Donnez la définition d'indicateurs complexes de fiabilité - le coefficient d'utilisation technique, le coefficient de disponibilité.

17. Lister les principaux types de tests d'objets techniques.

18. Exigences de base pour les informations sur la fiabilité des machines.

19. Énumérez les principales méthodes de normalisation des indicateurs de fiabilité.

20. Expliquer la gradation des produits par classes de fiabilité.

22. Quel est le niveau de gravité des défaillances ?

2. BASE MATHÉMATIQUE DE LA FIABILITÉ

Des indicateurs de fiabilité peuvent être déterminés :

- Analytiquement basé sur un modèle mathématique - une définition mathématique de la fiabilité ;

- suite au traitement des données expérimentales - détermination statistique de l'indicateur de fiabilité.

Le moment d'apparition d'une panne, la fréquence d'apparition des pannes sont des valeurs aléatoires. Par conséquent, les méthodes de base de la théorie de la fiabilité sont les méthodes de la théorie des probabilités et des statistiques mathématiques.

Une variable aléatoire est une quantité qui, à la suite de l'expérience, prend une valeur auparavant inconnue, en fonction de causes aléatoires. Les variables aléatoires peuvent être discrètes et continues.

Comme cela est connu de la théorie des probabilités et des statistiques mathématiques, les caractéristiques générales des variables aléatoires sont :

1. La moyenne arithmétique.

où xi est l'implémentation d'une variable aléatoire dans chaque observation ; n est le nombre d'observations.

2. La portée. Le concept de plage en théorie statistique est utilisé comme mesure de la dispersion d'une variable aléatoire.

où xmax est la valeur maximale de la variable aléatoire ; xmin - la valeur minimale de la variable aléatoire.

3. L'écart type est également une mesure de la dispersion d'une variable aléatoire.

4. Le coefficient de variation caractérise également la dispersion d'une variable aléatoire, en tenant compte de la valeur moyenne. Le coefficient de variation est déterminé par la formule.Il existe des variables aléatoires avec une petite variation (V0.1), une variation moyenne (0.1V0.33) et une grande variation (V0.33). Si le coefficient de variation est V0.33, alors la variable aléatoire obéit à la loi de distribution normale. Si le coefficient de variation est de 0,33V1, alors - la distribution de Weibull. Si le coefficient de variation V = 1, alors - distribution équiprobable.

Dans la théorie et la pratique de la fiabilité, les lois de distribution suivantes sont le plus souvent utilisées : normale, logarithmiquement normale, Weibull, exponentielle.

La loi de distribution d'une variable aléatoire est une relation qui établit une relation entre les valeurs possibles d'une variable aléatoire et les probabilités correspondantes.

Les fonctions suivantes permettent de caractériser la loi de distribution d'une variable aléatoire.

1. La fonction de distribution d'une variable aléatoire est une fonction F (x), qui détermine la probabilité qu'une variable aléatoire X à la suite de tests prenne une valeur inférieure ou égale à x :

La fonction de distribution d'une variable aléatoire peut être représentée par un graphique (Fig. 2.1).

Riz. 2.1. La fonction de distribution de la variable aléatoire 2. La densité de la distribution de probabilité de la variable aléatoire La densité de probabilité caractérise la probabilité que la variable aléatoire prenne une valeur spécifique x (Fig. 2.2).

Riz. 2.2. Densité de distribution de probabilité Une estimation expérimentale de la densité de probabilité d'une variable aléatoire est un histogramme de la distribution d'une variable aléatoire (Fig. 2.3).

Riz. 2.3. Histogramme de distribution aléatoire L'histogramme montre la dépendance du nombre de valeurs observées d'une variable aléatoire dans un certain intervalle de valeurs sur les limites de ces intervalles. L'histogramme peut être utilisé pour évaluer approximativement la densité de la distribution de la variable aléatoire.

Lors de la construction d'un histogramme dans un échantillon d'une variable aléatoire x à partir de n valeurs, les plus grandes valeurs xmax et les plus petites xmin sont déterminées.

La plage de variation de la valeur R est divisée en m intervalles égaux. Comptez ensuite le nombre de valeurs observées de la variable aléatoire ni tombant dans chaque i-ième intervalle.

2.2. Quelques lois de distribution d'une variable aléatoire La loi de distribution normale est fondamentale en statistique mathématique. Il se forme lorsque, au cours du processus étudié, son résultat est influencé par un nombre relativement important de facteurs indépendants, dont chacun, individuellement, n'a qu'un effet mineur par rapport aux effets totaux de tous les autres.

La densité de distribution (taux de défaillance) avec une loi normale est déterminée par la formule La fonction de distribution (probabilité de défaillance) de cette loi est trouvée par la formule La fonction de fiabilité (probabilité de fonctionnement sans défaillance) est opposée à la fonction de distribution. 2.4.

Riz. 2.4. Les caractéristiques de la fiabilité des machines à Plus de 40 % des divers phénomènes aléatoires liés au fonctionnement des voitures sont décrits par la loi normale :

- les jeux des roulements dus à l'usure ;

- les jeux dans l'engagement du train principal ;

- les écarts entre le tambour de frein et les plaquettes ;

- fréquence des premières pannes des ressorts et du moteur ;

- la fréquence de TO-1 et TO-2, ainsi que le temps d'exécution des différentes opérations.

2.2.2. Distribution exponentielle La loi de la distribution exponentielle a trouvé une large application, en particulier dans la technologie. La principale caractéristique distinctive de cette loi est que la probabilité d'un fonctionnement sans défaillance ne dépend pas de la durée de fonctionnement du produit depuis le début de l'exploitation. La loi ne prend pas en compte l'évolution progressive des paramètres de l'état technique, mais considère les éléments dits "sans âge" et leurs défaillances. En règle générale, cette loi décrit la fiabilité du produit pendant son fonctionnement normal, lorsque les défaillances progressives ne sont pas encore apparues et que la fiabilité ne se caractérise que par des défaillances soudaines. Ces pannes sont causées par une combinaison défavorable de divers facteurs et ont donc un taux constant. La distribution exponentielle est souvent appelée la loi fondamentale de la fiabilité.

La densité de distribution (taux de défaillance) sous la loi exponentielle est déterminée par la formule La probabilité de fonctionnement sans défaillance sous la loi exponentielle est exprimée où est le taux de défaillance.

Le taux d'échec pour une distribution exponentielle est constant.

Le MTBF est obtenu par la formule Sous la loi exponentielle, l'écart type et le coefficient de variation sont calculés comme suit :

Des graphiques des principales caractéristiques de fiabilité avec une loi exponentielle sont présentés dans la Fig. 2.5.

Riz. 2.5. La caractéristique de la fiabilité des machines sous la loi exponentielle décrit assez bien la défaillance des paramètres suivants :

- temps de fonctionnement jusqu'à défaillance de nombreux éléments non récupérables des équipements électroniques ;

- le temps de fonctionnement entre pannes adjacentes au flux de pannes le plus simple (après la fin de la période de rodage) ;

- temps de récupération après pannes, etc.

La distribution de Weibull est universelle, car lorsque les paramètres changent, elle peut décrire presque n'importe quel processus : distribution normale, logarithmiquement normale, exponentielle.

La densité de distribution (taux d'échec) pour la distribution de Weibull est déterminée par la formule où est le paramètre d'échelle ; Est un paramètre de formulaire.

La probabilité de fonctionnement sans défaillance avec la loi de distribution de Weibull est exprimée.Le taux de défaillance est déterminé par la formule. 2.6 montre les graphiques de fiabilité avec la distribution de Weibull.

Riz. 2.6. La caractéristique de la fiabilité des machines sous la loi La loi de distribution de Weibull décrit les défaillances de nombreuses unités et pièces de voitures :

- roulements;

- charnières de la commande de direction, transmission à cardan ;

- destruction des demi-axes.

1. Donner une définition des caractéristiques de la dispersion des distributions aléatoires - valeur moyenne, écart type et coefficient de variation.

2. Donner un concept et expliquer le but des lois de distribution des variables aléatoires.

3. Dans quels cas en pratique est-il conseillé d'appliquer la distribution normale, quelle est la forme de ses courbes de densité et de ses fonctions de distribution ?

4. Dans quels cas en pratique est-il conseillé d'utiliser la distribution exponentielle, quelle est la forme de ses courbes de densité et de ses fonctions de distribution ?

5. Dans quels cas en pratique est-il conseillé d'appliquer la distribution de Weibull, quelle est la forme de ses courbes de densité et de ses fonctions de distribution ?

6. Quels sont le concept et la méthodologie pour construire un histogramme et une courbe de distribution empirique ?

3. BASES DE FIABILITÉ DES SYSTÈMES COMPLEXES

La notion de système complexe est conditionnelle. Il peut être appliqué à la fois aux composants et mécanismes individuels (moteur, système d'alimentation en carburant du moteur) et à la machine elle-même (machine-outil, tracteur, voiture, avion).

1. Une machine complexe se compose d'un grand nombre d'éléments, chacun ayant ses propres caractéristiques de fiabilité.

Exemple : une voiture se compose de 15 à 18 000 pièces, chacune ayant ses propres caractéristiques de fiabilité.

2. Tous les éléments n'affectent pas la fiabilité de la machine de la même manière.

Beaucoup d'entre eux n'affectent que l'efficacité de son travail, et non son refus. Le degré d'influence de chaque élément sur la fiabilité de la machine dépend de nombreux facteurs, tels que : le but de l'élément, la nature de l'interaction de l'élément avec d'autres éléments de la machine, la structure de la machine, le type de connexions entre les éléments.

Par exemple : un dysfonctionnement du système d'alimentation de la voiture peut entraîner une consommation excessive de carburant, c'est-à-dire dysfonctionnement et la défaillance du système d'allumage peut entraîner une défaillance de l'ensemble du véhicule.

3. Chaque copie d'une machine complexe a des caractéristiques individuelles, car de légères variations dans les propriétés des éléments individuels de la machine affectent les paramètres de sortie de la machine elle-même. Plus la machine est complexe, plus elle possède de caractéristiques individuelles.

Lors de l'analyse de la fiabilité de machines complexes, celles-ci sont divisées en éléments (liens) afin de considérer d'abord les paramètres et les caractéristiques des éléments, puis d'évaluer les performances de l'ensemble de la machine.

Théoriquement, toute machine complexe peut être conditionnellement divisée en un grand nombre d'éléments, en comprenant un élément comme une unité, un assemblage ou une pièce.

Par élément, nous entendons un composant d'une machine complexe, qui peut être caractérisé par des paramètres d'entrée et de sortie indépendants.

Lors de l'analyse de la fiabilité d'un produit complexe, il est conseillé de diviser tous ses éléments et détails dans les groupes suivants :

1. Éléments dont l'efficacité ne change pratiquement pas pendant la durée de vie. Pour une voiture, il s'agit de son châssis, de pièces de carrosserie, d'éléments peu chargés avec une grande marge de sécurité.

2. Articles dont les performances changent au cours de la durée de vie de la machine. Ces éléments, à leur tour, sont subdivisés en:

2.1. Ne pas limiter la fiabilité de la machine. La durée de vie de ces éléments est comparable à la durée de vie de la machine elle-même.

2.2. Limiter la fiabilité de la machine. La durée de vie de ces éléments est plus courte que la durée de vie de la machine.

2.3. Fiabilité critique. La durée de vie de tels éléments n'est pas très longue, de 1 à 20% de la durée de vie de la machine elle-même.

En ce qui concerne la voiture, le nombre de ces éléments se répartit comme suit (tableau 3.1).

Numéro d'élément Du point de vue de la théorie de la fiabilité, les structures suivantes de machines complexes peuvent être (Fig. 3.1):

1) démembré - dans lequel la fiabilité d'éléments individuels peut être prédéterminée, car la défaillance d'un élément peut être considérée comme un événement indépendant ;

2) lié - dans lequel la défaillance d'éléments est un événement dépendant associé à une modification des paramètres de sortie de l'ensemble de la machine ;

3) combinés - constitués de sous-systèmes avec une structure associée et avec une formation indépendante d'indicateurs de fiabilité pour chacun des sous-systèmes.

Une machine de transport en tant que système complexe se caractérise par une structure combinée, lorsque la fiabilité des sous-systèmes individuels (unités, ensembles) peut être considérée indépendamment.

La connexion des éléments dans une machine complexe peut être séquentielle, parallèle et mixte (combinée).

Dans la conception de la voiture, tous les types de connexions ont lieu, dont des exemples sont illustrés à la Fig. 3.2.

Riz. 3.2. Types de connexions d'éléments dans une structure de voiture :

a) cohérent ; b) parallèle ; c) combiné 3.3. Caractéristiques du calcul de la fiabilité des systèmes complexes 3.3.1. Calcul de la fiabilité du système dans un cas séquentiel Le cas le plus typique est celui où la défaillance d'un élément désactive l'ensemble du système, comme c'est le cas lorsque les éléments sont connectés en série (Fig. 3.2, a).

Par exemple, la plupart des entraînements et mécanismes de transmission des machines obéissent à cette condition. Ainsi, si un engrenage, un roulement, un accouplement, etc. dans l'entraînement de la machine tombe en panne, l'ensemble de l'entraînement cessera de fonctionner. Dans ce cas, les éléments individuels ne doivent pas être connectés en série. Par exemple, les roulements d'un arbre de boîte de vitesses fonctionnent structurellement en parallèle, mais la défaillance de l'un d'entre eux entraîne une défaillance du système.

Probabilité de fonctionnement sans défaillance d'un système avec une connexion en série d'éléments On peut voir à partir de la formule que même si une machine complexe se compose d'éléments de haute fiabilité, elle a en général une faible fiabilité en raison de la présence d'un grand nombre d'éléments de sa structure connectés en série.

Dans la construction d'une voiture, il y a principalement une connexion en série d'éléments. Dans ce cas, la défaillance de n'importe quel élément provoque la défaillance du véhicule lui-même.

Exemple de calcul dans le domaine du transport routier : pour une unité automobile constituée de quatre éléments connectés en série, la probabilité de fonctionnement sans défaillance des éléments pendant un certain temps de fonctionnement est P1 = 0,98 ; P2 = 0,65 ; P3 = 0,88 et P4 = 0,57. Dans ce cas, la probabilité de fonctionnement sans défaillance pour le même temps de fonctionnement de l'ensemble de l'unité est Pc = 0,98 · 0,65 · 0,88 · 0,57 = 0,32, c'est-à-dire très, très bas.

En d'autres termes, la fiabilité d'une voiture avec des éléments connectés en série est inférieure à la fiabilité de son maillon le plus faible.

Par conséquent, avec la complication de la conception de la voiture, de ses unités et de ses systèmes, dont l'une des manifestations est l'augmentation du nombre d'éléments dans le système, les exigences en matière de fiabilité de chaque élément et de résistance égale augmentent fortement.

3.3.2. Calcul de la fiabilité du système avec connexion en parallèle Avec connexion en parallèle d'éléments, la probabilité de fonctionnement sans défaillance du système Par exemple : si la probabilité de fonctionnement sans défaillance de chaque élément est P = 0,9 et le nombre d'éléments est égal à trois (n = 3), puis P (t) = 1- (0, 1) 3 = 0,999. Ainsi, la probabilité de fonctionnement sans défaillance du système augmente considérablement et il devient possible de créer des systèmes fiables à partir d'éléments non fiables.

La connexion en parallèle d'éléments dans des systèmes complexes augmente sa fiabilité.

Pour augmenter la fiabilité des systèmes complexes, la redondance structurelle est souvent utilisée, c'est-à-dire l'introduction d'éléments supplémentaires dans la structure d'un objet qui remplissent les fonctions d'éléments de base en cas de défaillance.

Le classement des différentes méthodes de sauvegarde est effectué selon les critères suivants :

1. Selon le schéma de mise en réserve :

1.1. Réserve générale, dans laquelle l'objet dans son ensemble est réservé.

1.2. Réservation fractionnée, dans laquelle des éléments individuels ou leurs groupes sont sauvegardés.

1.3. Réservation mixte, dans laquelle différents types de réservation sont combinés en un seul objet.

2. Par la méthode d'activation de la réserve :

2.1. Redondance permanente - sans restructuration de l'objet en cas de défaillance de son élément.

2.2. Redondance dynamique, dans laquelle lorsqu'un élément tombe en panne, la structure du circuit est reconstruite. À son tour, il est subdivisé:

- pour la redondance par remplacement, dans laquelle les fonctions de l'élément principal ne sont transférées à la sauvegarde qu'après la défaillance de l'élément principal ;

- la redondance glissante, dans laquelle plusieurs éléments principaux sont appuyés par un ou plusieurs éléments de réserve, chacun pouvant remplacer n'importe quel élément principal (c'est-à-dire que les groupes d'éléments principaux et de réserve sont identiques).

3. A partir de la réserve :

3.1. Redondance chargée (à chaud), dans laquelle les éléments de sauvegarde (ou l'un d'entre eux) sont attachés en permanence aux principaux et sont dans le même mode de fonctionnement qu'eux ; il est utilisé lorsqu'il n'est pas permis d'interrompre le fonctionnement du système pendant le transfert d'un élément défaillant vers un élément de réserve.

3.2. Redondance légère, dans laquelle les éléments de sauvegarde (au moins l'un d'entre eux) sont dans un mode moins chargé par rapport aux principaux, et la probabilité de leur défaillance pendant cette période est faible.

3.3. Redondance déchargée (à froid), dans laquelle les éléments de sauvegarde sont en mode déchargé avant de commencer à remplir leurs fonctions. Dans ce cas, un appareil approprié est nécessaire pour allumer la réserve. La défaillance des éléments de secours déchargés avant la mise en marche à la place de l'élément principal est impossible.

1. Expliquer le concept d'un système complexe et ses caractéristiques du point de vue de la fiabilité.

2. Citez quatre groupes d'éléments de systèmes complexes.

3. Expliquer les différences entre les principaux types de structures de systèmes complexes - démembrés, connectés et combinés.

4. Expliquer le calcul de la fiabilité des circuits de systèmes complexes en série d'éléments.

5. Expliquer le calcul de la fiabilité des circuits de systèmes complexes avec connexion parallèle d'éléments.

6. Expliquez le terme réservation structurée.

7. Lister les types de redondance selon le schéma de mise en réserve.

8. Lister les types de redondance selon le mode d'activation de la réserve.

9. Lister les types de licenciement en fonction de l'état de la réserve.

De 80 à 90 % des accouplements mobiles des machines tombent en panne à cause de l'usure. Dans le même temps, l'efficacité, la précision, l'efficacité, la fiabilité et la durabilité des machines sont réduites. Le processus d'interaction des surfaces au cours de leur mouvement relatif est étudié par une discipline scientifique et technique telle que la tribologie, qui combine les problèmes de frottement, d'usure et de lubrification.

Il existe quatre types de frottements :

1. Le frottement sec se produit lorsqu'il n'y a pas de lubrification et de saleté entre les surfaces de frottement. Le frottement sec s'accompagne généralement d'un mouvement brusque des surfaces.

2. Le frottement limite est observé lorsque les surfaces des corps frottants sont séparées par une couche de lubrifiant d'une épaisseur de 0,1 micron à l'épaisseur d'une molécule, appelée limite. Sa présence réduit les forces de friction de deux à dix fois par rapport à la friction sèche et réduit l'usure des surfaces de contact par des centaines de fois.

3. Le frottement semi-sec est un frottement mixte, lorsque sur la zone de contact des corps, le frottement est limite par endroits et que le reste est sec.

4. Le frottement liquide est caractérisé par le fait que les surfaces de frottement sont complètement séparées par une épaisse couche de graisse. Les couches de graisse situées à une distance de plus de 0,5 micron de la surface ont la capacité de se déplacer librement les unes par rapport aux autres.

En frottement fluide, la résistance au mouvement est le résultat de la résistance au glissement des couches lubrifiantes les unes par rapport aux autres le long de l'épaisseur de la couche lubrifiante et dépend de la viscosité du fluide lubrifiant.

Ce mode se caractérise par un très faible coefficient de friction et est optimal pour l'unité de friction en termes de résistance à l'usure.

Il est à noter que parfois différents types de frottements sont observés dans un même mécanisme. Ainsi, par exemple, dans un moteur à combustion interne, les parois du cylindre dans la partie inférieure sont abondamment lubrifiées, de sorte que, lorsque le piston se déplace au milieu de la course, le frottement des segments et du piston contre le cylindre mur se rapproche du liquide.

Lorsque le piston se déplace à proximité du point mort haut (notamment pendant la course d'admission), les conditions de lubrification des segments et du piston se dégradent fortement, car le film d'huile restant sur les parois du cylindre subit des modifications sous l'influence de la température élevée des produits de combustion. . Le haut du cylindre est particulièrement mal lubrifié. Après le démarrage d'un moteur froid, un frottement limite et même sec des segments de compression contre les parois des cylindres est possible, ce qui est l'une des raisons de l'usure accrue des cylindres en partie supérieure.

L'usure est le processus de destruction et de séparation du matériau de la surface d'un solide et (ou) l'accumulation de sa déformation permanente lors du frottement, qui se manifeste par un changement progressif de la taille et (ou) de la forme du corps.

L'usure est généralement divisée en deux groupes :

1. Mécanique - résulte de l'action de coupe ou de grattage de particules solides situées entre les surfaces de friction :

1) abrasif - usure de la surface d'une pièce, résultant de l'action de coupe ou de grattage de solides ou de particules;

2) érosif (hydroabrasif, abrasif gazeux, électroérosif) - l'usure se produit à la suite de l'impact sur la surface d'une partie d'un écoulement de liquide, de gaz, de particules solides se déplaçant à grande vitesse, sous l'action de décharges lors du passage d'un courant électrique ;

3) cavitation - l'usure se produit lors du mouvement relatif d'un solide et d'un liquide dans des conditions de cavitation. La cavitation est observée dans un liquide lorsque la pression qu'il contient chute à la pression de vapeur saturée, lorsque la continuité de l'écoulement du liquide est interrompue et que des bulles de cavitation se forment. Au moment d'atteindre la taille limite, ils commencent à s'effondrer à grande vitesse, ce qui entraîne un coup de bélier sur la surface métallique;

4) fatigue - usure sous l'influence de contraintes alternées. Les engrenages, roulements et paliers lisses y sont soumis ;

5) adhésif - l'usure (usure lors du grippage) se produit lorsque les métaux sont grippés lors du processus de friction avec formation de solides liaisons métalliques dans les zones de contact direct des surfaces;

6) l'usure lors du fretting est une usure mécanique des points de glissement des surfaces en contact étroit sous charge lors de déplacements relatifs oscillants, cycliques, alternatifs avec de petites amplitudes.

2. Corrosion-mécanique - résulte de la friction de matériaux qui entrent en interaction chimique avec l'environnement :

1) usure oxydative - se produit lorsque l'oxygène contenu dans l'air ou dans le lubrifiant interagit avec le métal et forme un film d'oxyde sur celui-ci, qui, lors du frottement, est abrasé ou détaché du métal et éliminé avec lubrification, puis formé à nouveau ( un exemple d'usure oxydante est l'usure de la partie supérieure des cylindres d'un moteur à combustion interne sous l'action de la corrosion acide, qui se produit à basse température de paroi, notamment lorsque le moteur est froid) ;

2) l'usure lors de la corrosion par fretting consiste en la formation de piqûres et de produits de corrosion sous forme de poudre ou de plaque sur les surfaces de contact mutuel des pièces. Dans ce cas, l'usure dépend des processus de microscellement simultanés, de la fatigue, des effets mécaniques de la corrosion et de l'abrasion.

Les principales caractéristiques quantitatives de l'usure sont l'usure, le taux d'usure, le taux d'usure.

L'usure est le résultat de l'usure, exprimée en unités fixes. L'usure (absolue ou relative) caractérise la variation des dimensions géométriques (usure linéaire), de la masse (usure pondérale) ou du volume (usure volumétrique) d'une pièce due à l'usure et se mesure en unités appropriées.

Taux d'usure Vi (m / h, g / h, m3 / h) - le rapport de l'usure U à l'intervalle de temps pendant lequel elle s'est produite :

Taux d'usure J - le rapport de l'usure au chemin conditionné L, sur lequel l'usure s'est produite, ou la quantité de travail effectué :

Avec l'usure linéaire, le taux d'usure est une quantité sans dimension, et avec l'usure en poids, il est mesuré en unités de masse par unité de chemin de frottement.

La propriété d'un matériau à résister à l'usure dans certaines conditions de frottement est caractérisée par la résistance à l'usure - la valeur, inverse du taux ou de l'intensité de l'usure, dans les unités appropriées.

Pendant le fonctionnement de la machine, les indicateurs d'usure des pièces et des contraintes ne restent pas constants. L'évolution de l'usure des pièces au cours du temps dans le cas général peut être représentée sous la forme d'un modèle proposé par V.F. Lorenz. Dans la période initiale de travail, appelée période de rodage, on observe une usure assez rapide des pièces (Fig. 4.1, section I). La durée de cette période est déterminée par la qualité des surfaces et le mode de fonctionnement du mécanisme et est généralement de 1,5 à 2 % de la ressource unitaire de friction. Après le rodage, débute une période de régime d'usure en régime permanent (figure 4.1, section II), qui détermine la durabilité des contraintes. La troisième période - la période d'usure catastrophique (Fig. 4.1, section III) - caractérise l'état limite du mécanisme et limite la ressource. Comme le montrent les graphiques donnés, le processus d'usure a une influence directe et décisive sur l'apparition de pannes et de dysfonctionnements des unités de friction des machines. L'évolution des indicateurs de fiabilité dans le temps est identique à l'évolution des indicateurs d'usure.

La plus grande pente de la courbe m = () dans la section II s'explique par le fait qu'avec le temps de fonctionnement, des défaillances surviennent, causées, en plus de l'usure, par la fatigue, la destruction par corrosion ou les déformations plastiques.

Le rodage est le processus de modification de la géométrie des surfaces de friction et des propriétés physico-chimiques des couches superficielles du matériau au cours de la période initiale de friction, qui se manifeste généralement dans des conditions externes constantes par une diminution de la force de friction, de la température et taux d'usure. Le processus de rodage se caractérise par une séparation intensive des produits d'usure des surfaces de friction, une génération de chaleur accrue et une modification de la microgéométrie des surfaces.

Riz. 4.1 - Modification des paramètres d'appairage en cours de fonctionnement :

1 - porter U ; 2 - taux d'usure V; 3 - fréquence des échecs m;

Avec le bon choix du rapport de la dureté des pièces et des modes de rodage, la période de l'usure dite normale ou stationnaire commence assez rapidement (Fig. 4.1, section II). Cette période est caractérisée par un taux d'usure faible, approximativement constant, et se poursuit jusqu'à ce que des changements dans la taille ou la forme des pièces affectent leurs conditions de travail, ou jusqu'à ce que la limite de fatigue du matériau se produise.

L'accumulation de changements dans les dimensions géométriques et les propriétés physiques et mécaniques des pièces conduit à une détérioration des conditions de fonctionnement de l'interface. Le facteur principal en est une augmentation des charges dynamiques due à une augmentation des espaces dans les paires de frottement. En conséquence, une période d'usure catastrophique ou progressive commence (Fig. 4.1, section III). Le modèle décrit est conditionnel et sert uniquement d'illustration du processus d'usure des éléments de la machine.

1) Méthode de micrométrie. La méthode est basée sur des mesures avec un micromètre ou un appareil de mesure avec indicateur de paramètres avant et après usure.

Inconvénients de la méthode :

- démontage et montage inévitables du produit avant et après travaux afin de mesurer la pièce ;

- le changement de taille révélé peut être le résultat non seulement d'une usure de la surface, mais également le résultat d'une déformation de la pièce ;

- le démontage et le montage des produits pendant le fonctionnement réduisent considérablement les performances des machines.

2) La méthode des bases artificielles. Elle consiste à extruder ou à découper des évidements de forme (pyramide ou cône) et de profondeur données sur la surface. En observant l'évolution de la taille de l'empreinte, dont le rapport avec la profondeur est connu à l'avance, il est possible de déterminer l'usure linéaire locale. Des dispositifs spéciaux sont utilisés pour déterminer avec une précision de 1,5 à 2 microns les alésages des cylindres du moteur, les arbres et les surfaces planes.

L'inconvénient de cette méthode est qu'elle nécessite également, dans la plupart des cas, un démontage préalable des produits et présente donc les mêmes inconvénients que la méthode de micrométrie.

3) Méthode de mesure de l'usure par réduction de poids. Basé sur la pesée de la pièce avant et après usure. Généralement utilisé lors du test de pièces légères.

L'inconvénient de cette méthode est qu'elle peut s'avérer inacceptable lorsque l'usure se produit en raison non seulement de la séparation des particules, mais également de la déformation plastique.

4) Méthode d'analyse de la teneur en fer dans l'huile. Basé sur l'analyse chimique des cendres obtenues en brûlant un échantillon d'huile. Pour la période entre deux prélèvements successifs, tenir compte de la quantité totale d'huile dans le carter, de sa perte et de la quantité d'huile rajoutée.

Cette analyse est intégrale, puisque les produits d'usure sont généralement séparés de plusieurs pièces frottantes en même temps.

La détermination exacte de la quantité de fer est compliquée par le fait que de grosses particules de produits d'usure peuvent se déposer sur les parois du carter.

5) La méthode des isotopes radioactifs. Elle consiste dans le fait qu'un isotope radioactif est introduit dans le matériau de la pièce étudiée. Dans ce cas, avec les produits d'usure, le nombre proportionnel d'atomes de l'isotope radioactif entrera dans l'huile. Par l'intensité de leur rayonnement dans l'échantillon d'huile, on peut juger de la quantité de métal qui a pénétré dans l'huile au cours de la période considérée.

Les avantages de la méthode :

- l'usure d'une certaine pièce est déterminée, et non totale pour plusieurs pièces ;

- la sensibilité augmente des centaines de fois ;

- le processus de recherche est accéléré.

Inconvénients de la méthode :

- une préparation spéciale des échantillons des pièces étudiées est requise ;

- disponibilité d'équipements spéciaux pour mesurer l'intensité du rayonnement et prendre des précautions pour protéger la santé humaine.

1. Qu'est-ce que l'usure ?

2. Nommez les différences et donnez des exemples de frottement sec, limite, semi-sec et liquide.

3. Donnez une classification générale de l'usure.

4. Donner la classification de l'usure mécanique.

5. Donner la classification de l'usure mécanique-corrosion.

6. Donner des définitions des caractéristiques d'usure - usure (linéaire, volumétrique, massique), taux et intensité d'usure, résistance à l'usure et résistance à l'usure relative.

7. Expliquer les méthodes des méthodes expérimentales suivantes pour déterminer l'usure : micrométrie, méthode des bases artificielles, méthode de mesure de l'usure par masse décroissante, méthode d'analyse de la teneur en fer dans l'huile, méthode des isotopes radioactifs.

Quels sont les avantages et les inconvénients des méthodes énumérées?

9. Quelles sont les principales méthodes pour réduire l'intensité de l'usure.

5. DOMMAGES PAR CORROSION

Les voitures utilisées dans des conditions poussiéreuses, à forte humidité et à haute température sont des objets très prononcés sujets à la destruction corrosive. Dans le même temps, les éléments les plus caractéristiques sont des pièces en tôle d'acier de la carrosserie, du châssis et de la suspension, des joints filetés et soudés, des pièces d'équipement de carburant (soupapes d'échappement, partie supérieure des chemises de cylindre et des fonds de piston), des conduites de gaz.

Les processus de corrosion, en fonction du mécanisme d'interaction du métal avec l'environnement, sont divisés en deux types - corrosion chimique et électrochimique, et 36 types, dont les plus courants sont:

a) selon la nature du milieu corrosif :

- atmosphérique, - gazeux, - liquide, - souterrain (sol), - biologique ;

b) en fonction des conditions du processus de corrosion :

- structurel, - sous-surface, - intergranulaire, - de contact, - crevasse, - corrosion sous contrainte, - corrosion cavitation, - corrosion de contact ;

c) selon le type de destruction par corrosion :

- solide, - local (local).

La corrosion chimique est le processus de destruction des matériaux résultant d'une interaction directe à haute température avec l'oxygène atmosphérique, le sulfure d'hydrogène et la vapeur d'eau.

La principale condition d'apparition de corrosion chimique est l'absence de milieu électriquement conducteur, ce qui n'est pas typique des pièces de véhicules automobiles. Cependant, dans certaines parties du corps, cette corrosion peut être observée. Cela détruit (brûle) les tuyaux d'échappement et les silencieux, détruit les éléments de carrosserie directement adjacents au tuyau d'échappement du moteur ou au tuyau d'admission (par exemple, la jupe de la carrosserie du bus, le tampon arrière des voitures particulières).

La corrosion électrochimique se produit à la suite de l'exposition du métal à l'environnement (électrolyte). Elle est associée à l'émergence et à la circulation du courant électrique d'une surface à une autre.

L'intensité du processus de corrosion électrochimique dépend de l'accès de l'oxygène à la surface du métal, de la composition chimique de l'alliage, de la densité des produits de corrosion qui peuvent considérablement ralentir le processus électrochimique de l'hétérogénéité structurelle du métal, de la présence et de la distribution de contraintes internes.

La corrosion gazeuse se produit à des températures élevées dans un environnement de gaz agressifs en l'absence d'humidité.

Corrosion intergranulaire. Invisible à l'œil nu, c'est la destruction du métal entre les cristaux sous l'action de charges alternées.

La corrosion de contact se produit lorsque deux métaux de potentiels différents se rejoignent et en présence d'un électrolyte.

La corrosion sous contrainte se produit lorsqu'une pièce se corrode sous une contrainte dynamique ou statique.

La corrosion caverneuse est particulièrement courante dans les corps en raison du grand nombre de crevasses et d'interstices. La corrosion caverneuse se développe aux endroits où des boulons, des rivets et des soudures par points sont placés.

La cavitation corrosive se produit dans les parties du corps exposées à l'eau, telles que le soubassement. Des gouttes d'humidité, tombant sur le fond, créent une fermeture de bulles de cavitation, des chocs hydrauliques.

La corrosion continue se produit lorsque les véhicules sont exploités dans une atmosphère polluée, commençant sur la surface inférieure du fond, à l'intérieur des ailes, et dans les cavités internes des portes et des éléments de puissance (seuils, barres transversales, amplificateurs). A l'intérieur, il se produit généralement sous des tapis de sol.

La corrosion locale est intergranulaire et se présente sous la forme d'ulcères, de points, de fils. La corrosion sous forme d'ulcères laisse des foyers de destruction séparés sur le métal, dans le cas d'une tôle mince - à travers. La corrosion par piqûres se produit sur des pièces avec des films de passivation, et a la forme de points, ses produits tombent sous forme de colonnes. La corrosion des filaments est proche de la nature intergranulaire et se produit sous une couche de peinture ou autre revêtement protecteur sous la forme d'un fil sinueux qui affecte profondément le métal.

Les méthodes de protection contre la corrosion sont classiquement divisées en trois groupes :

a) méthodes pour augmenter la résistance à la corrosion des métaux :

- application de peintures et vernis, de revêtements de protection par galvanoplastie (chromage, nickelage, zingage), chimiques (oxydation, phosphatation) ou plastiques (flamme, vortex et autres méthodes de pulvérisation) ;

- l'utilisation d'alliages, homogènes en composition ou avec des additifs d'alliage, par exemple, chrome, aluminium, silicium ;

b) méthodes d'influence sur l'environnement - scellement des interfaces, élimination des lacunes, introduction d'additifs anti-corrosion dans l'environnement des matériaux d'exploitation ;

c) méthodes combinées.

1. Expliquer le concept et l'importance du problème de la corrosion pour le transport routier.

2. Lister les types de corrosion, selon la nature de l'environnement corrosif, les conditions de destruction par corrosion, le type de destruction par corrosion.

3. Quels sont les mécanismes de la corrosion chimique et électrochimique ?

4. Énumérez et expliquez, à l'aide d'exemples précis, les principales méthodes de lutte contre la corrosion.

6. DIAGNOSTICS TECHNIQUES

L'état technique de la machine (unité, unité) est évalué par des paramètres, qui sont subdivisés en paramètres structurels et de diagnostic.

Le paramètre structurel est une grandeur physique qui caractérise directement l'état technique (performance) de la machine (par exemple, les dimensions des pièces d'accouplement et les écarts entre elles); elle est déterminée par des mesures directes.

Paramètre de diagnostic - une grandeur physique qui caractérise indirectement l'état de la machine (par exemple, le nombre de gaz s'échappant dans le carter, la puissance du moteur, l'épuisement de l'huile, le cliquetis, etc.); elle est surveillée à l'aide d'outils de diagnostic. Les paramètres diagnostiques reflètent les changements structurels.

Il existe une certaine relation quantitative entre les paramètres structurels et les paramètres diagnostiques correspondants. Par exemple, la taille des écarts dans les accouplements des groupes cylindre-piston (CPG) est diagnostiquée par la quantité de gaz s'échappant dans le carter et les fumées d'huile de carter ; la taille des jeux dans les roulements de vilebrequin - en fonction de la pression dans la conduite d'huile; le degré de raréfaction de l'accumulateur - en fonction de la densité de l'électrolyte.

La mesure quantitative des paramètres d'état (structurels et diagnostiques) sont leurs valeurs, qui peuvent être nominales, acceptables, limites et courantes (Fig. 6.1).

La valeur nominale du paramètre correspond à la valeur établie par calcul et garantie par le constructeur conformément aux TU. La valeur nominale est respectée pour les composants neufs et révisés.

La valeur admissible (écart) du paramètre est sa valeur limite, à laquelle un composant de la machine, après contrôle, est autorisé à fonctionner sans opérations de maintenance ou de réparation. Cette valeur est indiquée dans la documentation technique pour l'entretien et la réparation des machines. Avec une valeur admissible du paramètre, le composant de la machine fonctionne de manière fiable jusqu'à la prochaine inspection programmée.

Valeur limite de paramètre - la valeur de paramètre la plus grande ou la plus petite qu'un composant sain peut avoir. Dans le même temps, le fonctionnement ultérieur d'un composant ou d'une machine dans son ensemble sans effectuer de réparations est inacceptable en raison d'une forte augmentation de l'intensité de l'usure des interfaces, d'une diminution excessive de l'efficacité de la machine ou d'une violation des exigences de sécurité .

Figure 6.1. Définition des notions de valeurs de paramètres nominales, admissibles, limites : I - état de service et de service ;

II - état de pré-défaillance (fonctionnel, mais défectueux) ;

III - état inopérant (respectivement défectueux) La valeur actuelle du paramètre - la valeur du paramètre à chaque instant spécifique.

Les valeurs limites des paramètres d'état, en fonction des critères (signes) sur lesquels ils sont établis, sont divisées en trois groupes:

- technique ;

- technique et économique ;

- technologique (qualité).

Des critères techniques (signes) caractérisent l'état limite des composants lorsqu'ils ne peuvent plus remplir leurs fonctions pour des raisons techniques (par exemple, l'augmentation limite du pas de chaîne au-delà de 40 % de la valeur nominale entraîne son glissement sur les pignons et sa chute ) ou lorsque la poursuite du fonctionnement de l'objet entraînera une défaillance d'urgence (par exemple, le fonctionnement à la pression d'huile maximale dans la conduite entraîne la défaillance du moteur diesel).

Les critères techniques et économiques caractérisant l'état limite indiquent une diminution de l'efficacité d'utilisation de l'objet en raison d'un changement de l'état technique (par exemple, avec la limitation de l'usure du CPG, la combustion de l'huile de carter augmente de plus de 3,5%, ce qui indique l'inopportunité de travailler sur un tel moteur).

Les critères technologiques caractérisent une forte dégradation de la qualité du travail due à l'état limite des organes de travail des machines.

Par le volume et la nature des informations, les paramètres de diagnostic sont divisés :

a) général (intégrale) ;

b) élément par élément.

Les paramètres généraux sont des paramètres qui caractérisent l'état technique d'un objet dans son ensemble. Dans la plupart des cas, ils ne fournissent pas d'informations sur un dysfonctionnement spécifique de la machine.

En ce qui concerne le transport routier, il s'agit de :

la puissance des roues motrices, la puissance du moteur, la consommation de carburant, la distance de freinage, les vibrations, le bruit, etc.

Les paramètres élément par élément sont des paramètres qui indiquent un dysfonctionnement très spécifique d'une unité ou d'un mécanisme d'une machine.

6.2. Tâches du diagnostic technique Les principales tâches du diagnostic technique sont :

- établir le type et la quantité de travail d'entretien de la machine après qu'elle ait terminé un certain temps de fonctionnement ;

- détermination de la durée de vie résiduelle de la machine et de son degré de préparation à l'exécution de travaux mécanisés ;

- contrôle qualité des opérations préventives lors de la maintenance ;

- identification des causes et de la nature des dysfonctionnements survenant dans le processus d'utilisation de la machine.

La tâche principale du diagnostic technique est de déterminer l'état technique d'un objet (machine) au moment requis. Lors de la résolution de ce problème, en fonction du moment où il est nécessaire de déterminer l'état technique de la machine, trois directions interdépendantes et complémentaires sont distinguées :

- diagnostics techniques, c'est-à-dire détermination de l'état technique de la machine dans laquelle elle se trouve actuellement ;

- la prévision technique, c'est-à-dire prédiction scientifique de l'état technique de la machine, dans laquelle elle se trouvera à un moment futur ;

- la génétique technique, c'est-à-dire détermination de l'état technique de la machine, dans lequel elle se trouvait à un moment donné dans le passé (dans la littérature technique, le terme « rétrospection » est souvent utilisé à la place du terme « génétique technique »).

La mise en place du diagnostic technique permet :

- 2 ... 2,5 fois réduire les temps d'arrêt des voitures et autres machines dus à des dysfonctionnements techniques en empêchant les pannes ; 1,3 ... 1,5 fois pour augmenter le temps entre les révisions des unités d'assemblage et des unités de machine ;

- éliminer les démontages prématurés d'unités et d'ensembles et ainsi réduire l'intensité d'usure des pièces, interfaces ;

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