NOŢIUNI DE FIABILITATE

Calitatea este definită ca „ansamblul însuşirilor esenţiale ale obiectivelor şi fenomenelor care fac ca aceasta să fie ce sunt să se deosebească unele de altele”

Fiabilitatea, în general, este definită ca probabilitatea ca un produs, în condiţii bine determinate de utilizare şi exploatare, să fie în stare de folosire (funcţionare) după timpul „t”.

Pentru a caracteriza calitatea sau noncalitatea unui produs indiferent de natura şi destinaţia sa, este necesară aptitudinii de menţinere în timp a caracteristicilor de performanţă (fiabilitatea).

a

c a)curba de variaţie a costului

produsului în funcţie de calitate;

b)curba de variaţie a costului de

exploatare (întreţinere curentă,

reparaţii curente, reparaţii capitale)

în funcţie de calitate;

c) variaţia costului global în funcţie

de calitate

Fig.1. Costul global al calităţii

Nivelul calitativ optim se determină pornind de la costul global (costul de achiziţie plus costul de întreţinere al produsului pe toată durata de utilizare normală). Nivelul care corespunde unui cost global minim se numeşte nivel calitativ optim.

b

"fiabilitate“ <- "fiabilité" (franceză) = caracterizează securitatea funcţionării, măsura probabilităţii de funcţionare în condiţii prescrise.

corespondenți

engleză -> "reliability" (reliable = demn de încredere = sigur = pe care te poţi bizui = trainic = solid),

rusă -> "nadiojnosti" (soliditate, siguranţă, securitate).

Fiabilitatea este probabilitatea ca părţile, componentele, produsele sau sistemele să-şi îndeplinească funcţiile pentru care au fost proiectate fără a se defecta, în condiţii specificate, pentru o anumită perioadă de timp şi cu un nivel de încredere dat.

Ingineria fiabilităţii oferă metodele teoretice şi tehnicile practice conform cărora probabilitatea şi capacitatea părţilor, componentelor, echipamentelor, produselor şi sistemelor de a-şi îndeplini funcţiile pentru care au fost proiectate şi realizate, pe durate prestabilite de timp, în condiţii precizate şi cu nivele cunoscute de încredere pot fi specificate, anticipate, proiectate, testate, demonstrate inclusiv în condiţiile în care au fost depozitate, ambalate, transportate apoi instalate, puse în funcţiune, monitorizate iar informaţiile transmise către toţi cei implicaţi şi interesaţi.

Scop

Fiabilitatea are ca obiect:

studiul defecţiunilor (cauze, procese de apariţie şi dezvoltare, metode de combatere);

aprecierea cantitativă a comportării produselor în timp, ca funcţie de factorii de influenţare interni şi externi;

stabilirea metodelor şi modelelor de calcul şi de prognoză a fiabilităţii, pe baza încercărilor specifice şi a urmăririi comportării în exploatare a produselor;

stabilirea metodelor constructive tehnologice şi de exploatare pentru menţinerea şi creşterea fiabilităţii sistemelor, dispozitivelor şi elementelor componente;

stabilirea metodelor de selectare şi prelucrare a datelor privind fiabilitatea produselor;

determinarea valorilor optime pentru indicatorii de fiabilitate.

Definirea fiabilităţii include 3 idei de bază:

1. fiabilitatea este o probabilitate;

2. fiabilitatea impune exploatarea unei construcţii conform parametrilor avuţi în vedere la proiectare;

3. timpul „t” variază în funcţie de tipul de construcţie (provizorie, definitivă) şi destinaţie.

Raportul dintre calitate şi fiabilitate

Abordarea calitativă

Fiabilitatea este capacitatea (aptitudinea) entităţii considerate (sistem, componentă, produs) de a îndeplini cerinţele de funcţionare nominale (funcţia specificată), în condiţii de mediu şi solicitare în funcţionare definite şi într-o perioadă de timp prestabilită.

În funcţie de condiţii, poate fi caracterizată şi prin diverşi indicatori:

capacitatea de a nu se defecta; durata de viaţă; capacitatea de a fi restabilit (repus în funcţiune după defectare, de exemplu prin reparare).

Etapele analizei calitative de fiabilitate sunt: - analiza modurilor de defectare şi a efectelor defectărilor prin care se identifică defectele şi se evaluează consecinţele acestora asupra funcţionării entităţii analizate; - organizarea şi reprezentarea grafică a informaţiilor rezultate din analiza precedentă sub forma unei scheme logice (diagramă bloc sau arbore de defectare).

Obiectivele analizei calitative de fiabilitate sunt: - identificarea punctelor slabe în faza de proiectare, montaj şi exploatare; - evidenţierea defectelor potenţiale sub aspectul importanţei sau criticităţii acestora; - furnizarea informaţiilor necesare pentru analiza cantitativă de fiabilitate.

Abordarea cantitativă

Fiabilitatea este probabilitatea ca sistemul să-şi îndeplinească funcţiunile pentru care a fost conceput şi realizat, cu o anumită performanţă şi fără defecţiuni, într-un anumit interval de timp şi în condiţii date, cu un nivel de încredere impus.

Abordarea cantitativă a fiabilităţii are ca obiectiv cuantificarea, sub forma unor indicatori numerici, a nivelului de fiabilitate a entităţilor stabilite pentru: compararea a două sau mai multe soluţii din punctul de vedere al performanţelor dorite; demonstrarea încadrării valorilor indicatorilor de fiabilitate în anumite limite impuse, în punctele de interfaţă cu alte entităţi (instalaţii, linii electrice); depistarea unor verigi slabe în cadrul entităţilor analizate; preliminarea unor indicatori de garanţie incluşi în oferte şi contracte.

Fiabilitatea este, ca urmare, o funcţie de probabilitate având ca variabile timpul şi comportarea sistemului:

R(t) = P [T > t] pentru t 0

Pentru un elemente binar la care deosebim doar două stări, funcţionare → defect sau succes → refuz, fiabilitatea poate fi definită matematic cu relaţia:

R(t) = P [Tf > t]

unde Tf este timpul de funcţionare neîntreruptă în condiţii date care constau în solicitările interne sau externe (date de mediul exterior), datorate mentenanţelor, etc. Intervalul de timp defineşte perioada de viaţă normată (proiectată).

Nivelul de fiabilitate bazat pe cheltuieli are la bază cheltuielile de:

producţie – KPp;

garanţie - KPg ce privesc producătorul;

total cheltuieli producător: KP = KPp + KPg;

cheltuieli de achiziţie la utilizator – KUac;

post garanţie, KUpg , care privesc utilizatorul (cumpărătorul) produsului:

KUpg = Krep + Knf

total cheltuieli utilizator KU = KUac + KUpg

Krep = cheltuieli legate de mentenanţă în perioada de postgaranţie;

Knf = cheltuieli legate de nefuncţionarea produsului, compuse din pierderea de producţie datorată nefuncţionării şi penalităţi.

Fiabilitatea optimă la producător (Rp) şi la utilizator (Ru)

Fiabilitatea estimată rezultată din exploatarea experimentală controlată şi din încercările de laborator:

de anduranţă (cu stres nominal); accelerate (cu stres crescut); la distrugere.

Fiabilitatea operaţională este rezultatul obţinut din exploatarea experimentală controlată (statistici de exploatare).

Fiabilitatea preliminată, pentru sisteme, rezultată din calcule pe baza fiabilităţii elementelor şi a structurii sistemului. Mai poate fi numită fiabilitatea structurală a sistemelor.

Fiabilitatea extrapolată, rezultată din calcule de extrapolare din încercări de laborator accelerate (cu stress sporit). Necesită rezultatele încercării accelerate şi legea de dependenţă dintre fiabilitate şi stress.

Fiabilitatea se poate exprima în patru forme distincte: previzională (proiectată), experimentală (de laborator); efectivă nominală.

Fiabilitatea construcţiilorIndicatorii de fiabilitate

media timpilor de bună funcţionare () MTBF, calculabilă în construcţii pentru cicluri de exploatare între două reparaţii curente succesive;

rata avariilor sau „căderilor” (), exprimând numărul de avarii ce necesită reparaţii curente în unitatea de timp;Din punct de vedere matematic, , fiind de 10-15 ani pentru instalaţii şi 100 de ani pentru structuri de construcţii.

funcţia fiabilităţii este exprimat matematic prin ecuaţia R(t) = e-t, unde este rata avariilor şi e = 2,718 (numărul lui Euler).Valoric R(t) este cuprins între valorile 0 şi 1

Curba fiabilităţii

Analizând curba fiabilităţii (fig. ), se constată că pentru un timp t egal cu MTBF fiabilitatea este de 37%.

Pentru produse cu durate mai mici de exploatare din sistemul complex al construcţiilor, de exemplu instalaţiile şi componentele acestora, în analiza fiabilităţii subsistemului mai intervin şi parametrii probabilitatea de defectare (conform Legii lui Weibull) şi durata medie de viaţă (Dm)

Situaţii caracteristice:

în care primează criteriul tehnic=> R -> 1;

în care primează criteriu economic => Reconomic

Efectele economice ale lipsei de fiabilitate a produselor pot fi evidenţiate după mai multe aspecte: costul reparaţiilor în materiale şi forţă de muncă (poate atinge până la 9% din forţa de muncă); nerealizarea producţiei (6% din timp pentru utilaje complexe);

Limitele studiului fiabilităţii pot fi găsite în lipsa datelor de intrare pentru calcule, rezultată din: nivelul redus al civilizaţiei industriale; viteza mare de reînnoire a produselor; complexitatea modelelor care, pentru a reflecta fidel realitatea devin inabordabile matematic iar pentru a fi abordabile nu mai corespund realităţii; situaţia se rezolvă prin compromis (optimizare).

•intenţionată, din raţiuni economice

preponderente; defecţiunile apar, de

regulă, în perioada de garanţie.

Cheltuielile cu garanţia < câştigul

obţinut prin ieftinirea fabricaţiei

•neintenţionată

- necunoaşterea solicitărilor reale;

- proiectarea sau fabricarea

defectuoase.

Suprapunerea curbelor solicitărilor şi

rezistenţelor:

Evoluţia în timp a poziţiei reciproce a celor două curbe:

Fiabilitatea reprezintă aptitudinea unui sistem tehnic

(echipament) de a-şi îndeplini corect funcțiile

specificate într-un interval de timp dat și în condiții

bine stabilite.