0

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

ФЕДЕРАЛЬНИЙ ДЕРЖАВНИЙ АВТОНОМНИЙ ОСВІТНИЙ ЗАКЛАД

ВИЩОЇ ОСВІТИ

"Національний дослідницький ядерний університет "МІФІ"

Обнінський інститут атомної енергетики -

філія федеральної державної автономної освітньої установи «Національний дослідницький ядерний університет «МІФІ»

(ІАТЕ НІЯУ МІФІ)

Технікум ІАТЕ НІЯУ МІФІ

Курсове проектування

з дисципліни «Теоретичні основи забезпечення надійності систем автоматизації та модулів мехатронних систем»

на тему «Надійність технічних систем»

Вступ. 3

1 Загальна частина. 6

1.1. Теорія надійності. 6

1.2 Показники з метою оцінки безвідмовності. 9

1.3 Показники з метою оцінки ремонтопридатності. 11

1.4 Показники з метою оцінки довговічності. 11

1.5 Показники для оцінки збереження. 12

2 Вибір та обґрунтування методів розрахунку 12

2.1 Розрахунок надійності. 12

3 Розрахункова частина. 14

3.1 Розрахунок надійності системи.

3.2 Дерево подій. 20

3.3 Дерево відмов. 20

4 Надійність системи. 21

4.1 Шляхи підвищення надійності системи.

4.2 Побудова схеми з підвищеною надійністю. 23

5 Висновок. 24

6 Висновок. 25

Список використаної литературы.. 26

Вступ

Питанням надійності технічних систем, з кожним роком приділяється все більша увага. Важливість проблеми надійності технічних систем обумовлена ​​їх повсюдним поширенням практично у всіх галузях промисловості.

У нашій країні теорія надійності почала інтенсивно розвиватися з 50-х років, і до теперішнього часу сформувалася в самостійну дисципліну, основними завданнями якої є:

• Встановлення видів показників надійності тих. систем;
• Вироблення аналітичних методів оцінки надійності;
• спрощення оцінки надійності технічних систем;
• Оптимізація надійності на стадії експлуатації системи.

Надійність - властивість системи зберігати у часі та у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність системи виконувати необхідні функції у заданих режимах та умовах експлуатації. Надійність – найважливіший показник якості виробів, який має забезпечуватись на всіх стадіях життєвого циклу виробу (проектування – виготовлення – експлуатація). Від надійності залежать такі основні показники, як якість, ефективність та безпека. Техніка може працювати добре лише за умови, що вона є достатньо надійною.

Надійність по суті є характеристикою ефективності системи. Якщо оцінки якості автоматичної системи досить характеризувати її надійністю виконання системою функцій у різних станах, то надійність збігається з ефективністю системи.

Надійність технічного обладнання залежить від його проектування та виробництва. Щоб створити надійну технічну систему, потрібно правильно розрахувати її надійність у момент проектування, знати методи та програми розрахунку та забезпечення високої надійності. Необхідно також довести на практиці, що показники отриманої надійності технічної системи не нижчі від заданих показників.

Інтуїтивно надійність об'єктів пов'язують із неприпустимістю відмов у роботі. Це розуміння надійності у «вузькому» сенсі — властивість об'єкта зберігати працездатний стан протягом певного часу чи деякого напрацювання. Інакше кажучи, надійність об'єкта полягає у відсутності непередбачених неприпустимих змін його якості в процесі експлуатації та зберігання. Надійність у «широкому» сенсі — комплексна властивість, яка залежно від призначення об'єкта та умов його експлуатації може включати властивості безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності і збереження, а також певне поєднання цих властивостей.

Актуальністю даної курсової роботи є важливість розрахунку надійності, при якому можуть бути використані різні методи та засоби, та досягнення необхідної надійності. У роботі розглянуті методи розрахунку надійності технічних систем, види відмов, методи підвищення надійності, і навіть причини, викликають відмови.

Об'єктом дослідження у цій роботі є електричні схеми.

Основною метою даної курсової є розбір параметрів заданої системи та вимоги, що пред'являються до неї, підбір необхідних методів для розрахунку надійності системи, а також обґрунтування цих методів.

Для реалізації поставленої мети необхідно вирішити низку завдань:

• Розглянути задану систему, а також параметри, опис та вимоги;
• Вибрати та обґрунтувати методи розрахунків;
• Зайнятися розрахунковою частиною: безпосередньо розрахувати надійність системи, побудувати дерево відмов та дерево подій;
• Знайти методи підвищення надійності заданої системи.

Ця курсова робота складатиметься з наступних частин:

1) Введення, в якому описується мета та завдання роботи

2) Теоретична частина, у якій викладаються основні поняття, вимоги та методи розрахунку надійності.

3) Практична частина, де відбувається розрахунок надійності заданої системи.

4) Висновок, в якому містяться висновки щодо даної роботи

Ступінь значущості надійності різних технічних систем у світі дуже високий, оскільки сучасні технічні об'єкти мають бути максимально надійні і безпечні.

1 Загальна частина

1.1 Теорія надійності

Надійність -це властивість об'єкта зберігати в часі у встановлених межах значення параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції у заданих режимах та умовах застосування технічного обслуговування, ремонтів, зберігання та транспортування. Надійність є складною властивістю, яка залежно від призначення об'єкта та умов його застосування складається із поєднання безпеки, ремонтопридатності.

Для абсолютної більшості технічних пристроїв, що цілорічно застосовуються, при оцінці їх надійності найбільш важливими є три властивості: безвідмовність, довговічність і ремонтопридатність.

Безвідмовність - властивість об'єкта безперервно зберігати працездатний стан протягом деякого часу чи напрацювання.

Довговічність - властивість об'єкта зберігати працездатний стан до граничного стану при встановленої системі технічного обслуговування і ремонту.

Ремонтопридатність - властивість об'єкта, що полягає у пристосованості до підтримки та відновлення працездатного стану шляхом технічного обслуговування та ремонту.

Збереженість -властивість об'єкта зберігати в заданих межах значення параметрів, що характеризують здатність об'єкта виконувати необхідні функції протягом і після зберігання та (або) транспортування.

Ресурс (технічний) - напрацювання виробу до досягнення ним граничного стану, узгодженого у технічній документації. Ресурс може виражатися у роках, годинах, кілометрах, гектарах, числі включень. Розрізняють ресурс: повний за весь термін служби до кінця експлуатації; доремонтний - від початку експлуатації до капітального ремонту виробу, що відновлюється; використаний - від початку експлуатації або від попереднього капітального ремонту виробу до моменту часу, що розглядається; залишковий - від моменту часу, що розглядається, до відмови невідновлюваного виробу або його капітального ремонту, міжремонтний.

Напрацювання - тривалість функціонування виробу або обсяг виконуваної ним роботи за деякий проміжок часу. Вимірюється у циклах, одиницях часу, обсягу, довжини пробігу тощо. Розрізняють добове напрацювання, місячне напрацювання, напрацювання до першої відмови.

Напрацювання на відмову - критерій надійності, що є статичною величиною, середнє значення напрацювання виробу, що ремонтується, між відмовими. Якщо напрацювання вимірюється в одиницях часу, під напрацюванням на відмову розуміється середній час безвідмовної роботи.

Перелічені властивості надійності (безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збереження) мають свої кількісні показники.

Так безвідмовність характеризується шістьма показниками, зокрема таким важливим, як ймовірність безвідмовної роботи. Цей показник широко застосовується в народному господарстві для оцінки різних видів технічних засобів: електронної апаратури, літальних апаратів, деталей, вузлів і агрегатів, транспортних засобів, нагрівальних елементів. Розрахунок цих показників проводять з урахуванням державних стандартів.

Відмова - одне з основних визначень надійності, що полягає у порушенні працездатності виробу (один або кілька параметрів виробу виходять за межі, що допускаються).

Відмови класифікуються за такими ознаками:

1) за характером прояву:

• Раптові (характеризуються різкою зміною одного або кількох заданих параметрів виробу);
• Поступові (характеризуються поступовим зміною однієї чи кількох заданих параметрів машини);
• Перемежуються (виникають багаторазово і продовжуються короткий час).

2) відмови як випадкові події можуть бути:

• Незалежними (коли відмова якогось елемента не призводить до відмови інших елементів);
• Залежними (з'являються внаслідок відмови інших елементів);

3) за наявності зовнішніх ознак:

• Очевидні (явні);
• Приховані (неявні);

4) відмови за обсягом:

• Повні (при аварії);
• часткові;

5) відмови з причин виникнення:

• Конструктивні (виникають через недостатню надійність, невдалу конструкцію вузла тощо);
• Технологічні (виникають через застосування неякісних матеріалів чи порушення технологічних процесів під час виготовлення);
• Експлуатаційні (виникають через порушення режимів роботи, зношування сполучених деталей від тертя).

Усі об'єкти ділять на ремонтовані (відновлювані) і неремонтовані (невідновлювані) залежно від способу усунення відмови.

Інтенсивність відмови - умовна щільність ймовірності виникнення відмови відновлюваного об'єкта, визначається за умови, що до моменту часу, що розглядається, відмова не виникла.

Можливість безвідмовної роботи - можливість, що у межах заданої напрацювання відмова об'єкта немає.

Довговічність також характеризується шістьма показниками, що представляють різні види ресурсу та термін служби. З точки зору безпеки найбільший інтерес представляє гамма-відсотковий ресурс — напрацювання, протягом якого об'єкт не досягне граничного стану з ймовірністю g, вираженою у відсотках

Показником якості об'єкта є його надійність. Отже, що вища надійність, то вища якість об'єкта. У процесі експлуатації об'єкт може бути в одному з наступних технічних станів (рис.1.1):

1) Справний стан – стан об'єкта, у якому він відповідає всім вимогам нормативно-технічної документації.

2) Несправний стан - такий стан об'єкта, при якому він не відповідає хоча б одній із вимог нормативно-технічної документації.

3) Працездатний стан - стан об'єкта, у якому значення всіх параметрів, характеризуючих здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативно-технічної документації.

4) Непрацездатний стан - стан об'єкта, у якому значення хоча б одного параметра, що характеризує здатність виконувати певні функції, відповідає вимогам нормативно-технічної документації.

5) Граничний стан - стан, у якому подальша експлуатація об'єкта неприпустима чи недоцільна, або відновлення працездатного стану неможливо чи недоцільно.

1.2 Показники з метою оцінки безвідмовності

Щоб оцінити безвідмовність, застосовують такі показники як:

1) Імовірність безвідмовної роботи - ймовірність того, що в межах заданого напрацювання не виникає відмова об'єкта. Імовірність безвідмовної роботи змінюється від 0 до 1 і розраховується за такою формулою:

де - кількість працездатних об'єктів у початковий момент часу, а - кількість об'єктів, які відмовили на момент t від початку випробувань чи експлуатації.

2) Середнє напрацювання до відмови (або середній час безвідмовної роботи) та середнє напрацювання на відмову. Середнє напрацювання на відмову - математичне очікування напрацювання об'єкта до першої відмови:

де - напрацювання до отказа -го об'єкта, а - кількість об'єктів.

3) Щільність ймовірності відмови (або частота відмов) - відношення числа виробів, що відмовили, в одиницю часу до початкового числа, що знаходяться під наглядом:

де - кількість відмов у розглянутому інтервалі напрацювання;

− загальна кількість виробів, що знаходяться під наглядом;

− величина розглянутого інтервалу напрацювання.

4) Інтенсивність відмов - умовна щільність ймовірності виникнення відмови об'єкта, яка визначається за умови, що до моменту часу, що розглядається, відмова не виникла:

де – частота відмов;

ймовірність безвідмовної роботи;

Кількість виробів, що відмовили, за час від до;

Розглянутий інтервал напрацювання;

Середня кількість виробів, що безвідмовно працюють, яка визначається за наступною формулою:

де − число безвідмовно працюючих виробів на початку розглянутого інтервалу напрацювання;

− кількість виробів, що безвідмовно працюють, в кінці інтервалу напрацювання.

1.3 Показники для оцінки ремонтопридатності

Щоб оцінити ремонтопридатність, застосовують такі показники як:

1) Середній час відновлення – математичне очікування часу відновлення об'єкта, що визначається за формулою:

де - Час відновлення -го відмови об'єкта;

Число відмов за заданий термін випробувань чи експлуатації.

2) Імовірність відновлення працездатного стану – ймовірність того, що час відновлення працездатного стану об'єкта не перевищить задане значення. Для більшої кількості об'єктів машинобудування ймовірність відновлення визначається за експоненційним законом розподілу:

де - Інтенсивність відмов (величина постійна).

1.4 Показники оцінки довговічності

Властивість довговічності може реалізовуватися як протягом деякого напрацювання (тоді говорять про ресурс), так і протягом календарного часу (тоді говорять про термін служби). Деякі основні показники ресурсу та терміну служби:

1) Середній ресурс – математичне очікування ресурсу.

2) Гамма-відсотковий ресурс - сумарна напрацювання, протягом якої об'єкт не досягне граничного стану із заданою ймовірністю.

3) Середній термін служби – математичне очікування терміну служби.

4) Гамма-відсотковий термін служби – календарна тривалість експлуатації, протягом якої об'єкт не досягає граничного стану з ймовірністю.

5) Призначений ресурс - сумарна напрацювання, при досягненні якої експлуатація об'єкта має бути припинена незалежно від його технічного стану.

6) Непризначений термін служби – календарна тривалість експлуатації, при досягненні якої експлуатація об'єкта має бути припинена незалежно від його технічного стану.

1.5 Показники для оцінки збереження

З позиції теорії надійності природно припустити, що об'єкт ставиться на зберігання чи починає транспортуватися у справному стані.

Властивість збереження також реалізується протягом деякого часу, який називається терміном збереження.

1) Термін збереження - календарна тривалість зберігання та/або транспортування об'єкта, протягом якої зберігаються в заданих межах значення параметрів, що характеризують здатність об'єкта виконувати задані функції.

2) Середній термін збереження - математичне очікування терміну збереження об'єкта.

3) Гамма-відсотковий термін зберігання - календарна тривалість зберігання та/або транспортування об'єкта, у продовженні якої показники безвідмовності, ремонтопридатності та довговічності об'єкта не вийдуть за встановлені межі з ймовірністю.

1. Вибір та обґрунтування методів розрахунку

2.1 Розрахунок надійності.

Вивчення надійності технічних систем здійснюється на основі методів з даними про відмови та відновлення, отримані в результаті використання систем та їх елементів. У процесі роботи зазвичай використовуються аналітичні методи розрахунку надійності. Найчастіше, це логіко - імовірнісні методи, а також методи, засновані на теорії випадкових процесів.

Час відновлення елементів систем зазвичай набагато менше часу між відмовами. Цей факт дозволяє використовувати для розрахунку надійності асимптотичні методи. Але дослідження надійності за допомогою цих методів є складним завданням, оскільки формули для опису надійності вдається отримати не завжди, і вони складні для практичного використання.

Тим не менш, для аналізу та розрахунку надійності систем застосовуються й інші методи. Це логіко - імовірнісні, графові, евристичні, аналітико - статичні та машинного моделювання.

В основі логіко-імовірнісних методів лежить безпосереднє застосування теорем та теорій ймовірностей для аналізу та розрахунку надійності технічних систем.

p align="justify"> Графовий метод є більш загальним для опису технічної системи. Він враховує вплив будь-яких чинників, які впливають систему. Але недоліком цього є складність введення даних і визначення характеристик надійності.

Суть евристичного методу оцінки та розрахунку надійності полягає у поєднанні груп елементів системи в один загальний елемент. Таким чином, відбувається зменшення кількості елементів у системі. Цей метод застосовується лише високонадійних елементів без похибки обчислень.

Методи машинного моделювання є універсальними та допускають розгляд систем з великою кількістю елементів. Але використання цього методу дослідження надійності доцільно лише тоді, коли неможливо отримати аналітичне рішення.
При аналізі систем з надійністю виникають проблеми, пов'язані з великими витратами машинного часу. Для збільшення швидкості розрахунків застосовують аналітико-статичний метод. Але такий метод не дозволяє в повному обсязі визначати надійність системи, якщо врахувати велику кількість факторів, що впливають на її правильне функціонування.

В основі розрахунку заданої системи лежить метод експонентного розподілу.

Вибрано саме метод експоненційного розподілу, тому що він визначається одним параметром. Ця особливість експоненційного розподілу вказує на його перевагу в порівнянні з розподілами, що залежать від більшої кількості параметрів. Зазвичай параметри невідомі, і доводиться знаходити наближені значення. Простіше оцінити один параметр, ніж два або три і т.д.

3 Розрахункова частина

3.1 Розрахунок надійності системи

1. Завдання 1:

Структурна схема задачі 1:

Мал. 1 - Структурна схема задачі 1

Інтенсивність відмов:

Середнє напрацювання до відмови:

Можливість безвідмовної роботи:

ВБР системи при послідовному з'єднанні елементів:

1. Завдання 2:

Структурна схема задачі 2:

Мал. 2 - Структурна схема задачі

Таблиця 1 - Інтенсивність відмов та середнє напрацювання до відмови:

λ i , x10 -6 1/год

λ i , x10 -6 1/год

Формула для розрахунку ймовірності безвідмовної роботи окремого елемента:

Можливість безвідмовної роботи кожного елемента ланцюга:

Розрахунок надійності електричного ланцюга:

3.2 Дерево подій

Мал. 3 - Дерево подій

3.3 Дерево відмов

Мал. 4 - Дерево відмов

4 Надійність системи

4.1 Шляхи підвищення надійності системи

Серед методів підвищення надійності обладнання можна виділити:
. зменшення інтенсивності відмов елементів системи;
. резервування;
. скорочення часу безперервної роботи;
. зменшення часу відновлення;
. вибір раціональної періодичності та обсягу контролю систем.
Зазначені методи використовуються при проектуванні, виготовленні та в процесі експлуатації обладнання.
Як уже було сказано, надійність систем закладається при проектуванні, конструюванні та виготовленні. Саме від роботи проектувальника та конструктора залежить, як працюватиме обладнання в тих чи інших умовах експлуатації. Організація процесу експлуатації також впливає надійність об'єкта. При експлуатації обслуговуючий персонал може істотно змінити надійність систем як у бік зниження, і у бік підвищення.
До конструктивних способів підвищення надійності відносяться:
- Застосування високонадійних елементів та оптимізація режимів їх роботи;
- Забезпечення ремонтопридатності;
- Створення оптимальних умов для роботи обслуговуючого персоналу тощо;
- раціональний вибір сукупності контрольованих параметрів;
- раціональний вибір допусків на зміну основних параметрів елементів та систем;
- захист елементів від вібрацій та ударів;
- уніфікація елементів та систем;
- розробка експлуатаційної документації з урахуванням досвіду застосування такого обладнання;
- Забезпечення експлуатаційної технологічності конструкції;
- Застосування вбудованих контрольних пристроїв, автоматизація контролю та індикація несправностей;
- зручність підходів для обслуговування та ремонту.
При виробництві обладнання використовують такі способи підвищення надійності, як:
- Вдосконалення технології та організації виробництва, його автоматизація;
- Застосування інструментальних методів контролю якості продукції при статистично обґрунтованих вибірках;
- тренування елементів та систем.
Названі способи підвищення надійності слід застосовувати з урахуванням впливу кожного з них на працездатність системи.
Для підвищення надійності систем у процесі експлуатації використовуються методи, засновані на вивченні досвіду експлуатації. Велике значення підвищення надійності також має кваліфікація обслуговуючого персоналу.

Стан системи визначається станом її елементів і від її структури. Для підвищення надійності систем та елементів застосовують резервування: Резервування - спосіб забезпечення надійності об'єкта за рахунок використання додаткових засобів та (або) можливостей, надлишкових щодо мінімально необхідних для виконання необхідних функцій. Резерв - сукупність додаткових коштів та (або) можливостей, що використовуються для резервування.

Існують три способи включення резерву:

• постійне - при якому елементи функціонують нарівні з основними;
• резервування заміщенням - при якому резервний елемент вводитиметься до складу системи після відмови основного, таке резервування називається активним і воно вимагає використання комутуючих пристроїв;
• ковзне резервування - резервування заміщенням, при якому група основних елементів системи резервується одним або декількома резервними елементами, кожен з яких може замінити будь-який основний елемент, що відмовив в даній групі.

4.2 Побудова схеми з підвищеною надійністю

Структурна схема, яка нам дана:

Мал. 5 – Структурна схема

Елементи 1 і 18 є найбільш не надійними, оскільки при виході з ладу одного з них станеться відмова усієї системи.

Структурна схема підвищеної надійності із застосуванням резервування заміщенням:

Мал. 6 – Структурна схема з підвищеною надійністю

5 Висновок

Резервування заміщенням є зручнішим видом підвищення надійності системи.

Його переваги:

1. Значне збільшення ймовірності безвідмовної роботи системи
2. Невелика кількість резервних елементів
3. Підвищення ремонтопридатності (бо точно відомо який елемент відмовив).

Недоліки цього виду резервування полягають у тому, що:

1. У разі виявлення помилки необхідно перервати роботу основного програмного забезпечення для виявлення несправного елемента та виключення його з роботи
2. Ускладнюється програмне забезпечення, тому що потрібна спеціальна програма виявлення несправних елементів
3. Система не може виявити помилку при відмові одночасно основного та резервного елементів.

6 Висновок

У цій роботі було проведено розрахунок ймовірності безвідмовної роботи складної системи. На основі структурної схеми було побудовано дерево відмов та дерево подій. Також було розглянуто методи підвищення надійності та на основі резервування було побудовано структурну схему з підвищеною надійністю, проведено аналіз переваг та недоліків обраного методу підвищення надійності.

Список використаної літератури

1. Половко, О.М. Основи теорії надійності/А.М. Половка, С.В. Гуров – СПб.: БХВ – Петербург, 2006.-С.
2. Надійність технічних систем: довідник/Ю.К. Біляєв; В.А. Богатирьов
3. Надійність технічних систем [Електронний ресурс]: електронний навчальний посібник. - Режим доступу: http://www.kmtt43.ru/pages/technical/files/pedsostav/krs/Nadejnost"%20tehnicheskih%20sistem.pdf
4. ГОСТ 27.301 - 95 Надійність у техніці. Розрахунок надійності. Основні положення
5. Основні поняття теорії надійності [Електронний ресурс]: електронний навчальний посібник. - Режим доступу: http://www. obzh. ru / nad/4-1. html(Дата звернення 13.02.2017р.)
6. ГОСТ Р 27.002-2009 Надійність у техніці. Терміни та визначення.

Завантажити: У вас немає доступу до завантаження файлів з нашого сервера.

7. Структурно-логічний аналіз технічних систем. Структурно – логічні схеми надійності технічних систем.

8. Структурно-логічний аналіз технічних систем. Аналіз структурної надійності технічних систем. Послідовність операцій.

9. Розрахунки структурної надійності систем. Загальна характеристика.

10. Розрахунки структурної надійності систем. Системи із послідовним з'єднанням елементів.

11. Розрахунки структурної надійності систем. Системи із паралельним з'єднанням елементів.

13. Майже теж що у 12

14. Розрахунки структурної надійності систем. Місткові системи. Метод прямого перебору.

15. Розрахунки структурної надійності систем. Місткові системи. Метод мінімальних перерізів.

16. Розрахунки структурної надійності систем. Місткові системи. Метод мінімальних шляхів.

17. Розрахунки структурної надійності систем. Місткові системи. Метод розкладання щодо особливого елемента.

18. Розрахунки структурної надійності систем. Комбіновані системи.

19. Підвищення надійності технічних систем. Методи підвищення надійності

23. Підвищення надійності технічних систем. Розрахунок надійності систем з полегшеним та ковзним резервуванням.

26 Основні властивості об'єкта технічного діагностування. Ремонтопридатність.

27 Основні властивості об'єкта технічного діагностування. Безвідмовність. Показники безвідмовності.

28. Основні властивості об'єкта технічного діагностування. Довговічність.

29. Основні властивості об'єкта технічного діагностування. Зберігається.

32. Методи прогнозування відмов елементів (статистичний та апаратурний).

33.Методи підвищення надійності.Розробка.Виготовлення.Експлуатація.

44. Сучасний стан питання діагностики процесів механообробки та мехатронних верстатних систем.

45. Діагностика та розпізнавання образів. Основні поняття розпізнавання образів.

46. ​​Мета та основні завдання технічної діагностики. Прикладні питання щодо технічної діагностики.

39 Діагностування цифрових пристроїв. Метод таблиць істинності.

47.Основні завдання, що виникають під час розробки систем

48. Попередня обробка образів та вибір ознак.

52. Короткий огляд зарубіжних та вітчизняних

53. Верстатні системи як об'єкт діагностування.

55. Автоматизований контроль та діагностика інструменту в процесі механообробки. Завдання автоматизованого контролю та діагностики інструменту.

1. Надійність автоматизованих технічних систем. Концепція надійності. Основні проблеми надійності.

Надійністю називають властивість об'єкта зберігати у часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції у заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, ремонтів, зберігання та транспортування. Розширення умов експлуатації, підвищення відповідальності виконуваних радіоелектронними засобами (РЕМ) функцій, їхнє ускладнення призводить до підвищення вимог до надійності виробів.

Надійність є складною властивістю і формується такими складовими, як безвідмовність, довговічність, відновлюваність і збереження. Основним тут є властивість безвідмовності – здатність виробу безперервно зберігати працездатний стан протягом часу. Тому найважливішим у забезпеченні надійності РЕМ є підвищення їхньої безвідмовності.

Особливістю проблеми надійності є її зв'язок з усіма етапами "життєвого циклу" РЕМ від зародження ідеї створення до списання: при розрахунку та проектуванні виробу його надійність закладається у проект при виготовленні надійність забезпечується, при експлуатації - реалізується. Тому проблема надійності – комплексна проблема і вирішувати її необхідно на всіх етапах та різними засобами. На етапі проектування виробу визначається його структура, виробляється вибір чи розробка елементної бази, тому тут є найбільші можливості забезпечення необхідного рівня надійності РЕМ. Основним методом вирішення цього завдання є розрахунки надійності (насамперед - безвідмовності), залежно від структури об'єкта та характеристик його складових частин, з наступною необхідною корекцією проекту.

2. Кількісні властивості безвідмовності. Напрацювання на відмову.

Безвідмовність (та інші складові властивості надійності) РЕМ проявляється через випадкові величини, напрацювання до чергової відмови та кількість відмов за заданий час. кількісними характеристиками якості тут виступають імовірнісні змінні.

Напрацюванняє тривалість чи обсяг роботи об'єкта. для РЕМ природно обчислення напрацювання в одиницях часу, тоді як для інших технічних засобів можуть бути зручнішими інші засоби вимірювання (наприклад, напрацювання автомобіля - в кілометрах пробігу). Для невідновлюваних і відновлюваних виробів поняття напрацювання відрізняється, у першому випадку мається на увазі напрацювання до першої відмови (він же є й останньою відмовою), у другому - між двома сусідніми в часі відмовами (після кожної відмови проводиться відновлення працездатного стану). Математичне очікування випадкового напрацювання Т

(1.1) є характеристикою безвідмовності та називається середнім напрацюванням на відмову (між відмовами).В (1.1) через tпозначено поточне значення напрацювання, а f( t) щільність ймовірності її розподілу.

Можливість безвідмовної роботиtвідмова об'єкта не виникає:

. (1.2)

ймовірністю відмови q(t)=Вір(T£ t) =1 – p(t) = F(t). (1.3)

(1.2) і (1.3) F( tt частотою відмов:

.(1.4)Из (1.4) очевидно, що вона характеризує швидкість зменшення ймовірності безвідмовної роботи у часі.

Інтенсивністю відмов називають умовну щільність ймовірності виникнення відмови виробу за умови, що на момент tвідмова не виникла:
. (1.5)

Функції f( t) та l ( t) Вимірюються в ч -1 .

. (1.6)

t

(1.7)

Потік відмов при l ( t)=const називається найпростішим

t

T 0 = 1/l, (1.8) тобто. при найпростішому потоці відмов середнє напрацювання Т 0 t= Т 0 , Можливість безвідмовної роботи виробу становить 1/е. Часто використовують характеристику, яка називається g - відсотковим напрацюванням

. (1.9)

3.Вірогідність безвідмовної роботи - ймовірність того, що в межах заданого напрацювання tвідмова об'єкта не виникає:

. (1.2)

Імовірність протилежної події називається ймовірністю відмовита доповнює ймовірність безвідмовної роботи до одиниці:

q(t)=Вір(T£ t) =1 – p(t) = F(t). (1.3)

(1.2) і (1.3) F( t) є інтегральна функція розподілу випадкового напрацювання t. Щільність ймовірності f( t) також є показником надійності, званим частотою відмов:

З (1.4) очевидно, що вона характеризує швидкість зменшення ймовірності безвідмовної роботи у часі.

4. Інтенсивністю відмов називають умовну щільність ймовірності виникнення відмови виробу за умови, що на момент tвідмова не виникла:

. (1.5)

Функції f( t) та l ( t) Вимірюються в ч -1 .

Інтегруючи (1.5), легко отримати:

. (1.6)

Цей вираз, званий основним законом надійності, дозволяє встановити тимчасову зміну ймовірності безвідмовної роботи за будь-якого характеру зміни інтенсивності відмов у часі. В окремому випадку сталості інтенсивності відмов l ( t) =l = const (1.6) переходить у відомий теоретично ймовірностей експоненційний розподіл:

(1.7)

Потік відмов при l ( t)=const називається найпростішимі саме він реалізується для більшості РЕМ протягом періоду нормальної експлуатації від закінчення приробітку до початку старіння та зносу.

Підставивши вираз щільності ймовірності f( t) експоненційного розподілу (1.7) до (1.1), отримаємо:

T 0 =1/l, (1.8)

тобто. при найпростішому потоці відмов середнє напрацювання Т 0 обернена інтенсивності відмов l. За допомогою (1.7) можна показати, що за час середнього напрацювання, t= Т 0 , Можливість безвідмовної роботи виробу становить 1/е.

5. Часто використовують характеристику, яка називаєтьсяg - відсотковим напрацюванням - час, протягом якого відмова не настане з ймовірністю g (%):

. (1.9)

Вибір параметра для кількісної оцінки надійності визначається призначенням, режимами роботи виробу, зручністю застосування на стадії проектування.

"

Попередні зауваження

В основу переліку покладено ГОСТ 27.002-89 "Надійність у техніці. Основні поняття. Терміни та визначення", що формулює терміни, що застосовуються в науці та техніці, та визначення в галузі надійності. Однак не всі терміни охоплюються зазначеним ГОСТом, тому в окремих пунктах запроваджено додаткові терміни, зазначені "зірочкою" (*).

Об'єкт, елемент, система

Теоретично надійності використовують поняття об'єкт, елемент, система.

Об'єкт- технічний виріб певного цільового призначення, що розглядається у періоди проектування, виробництва, випробувань та експлуатації.

Об'єктами можуть бути різні системи та їх елементи, зокрема: споруди, установки, технічні вироби, пристрої, машини, апарати, прилади та їх частини, агрегати та окремі деталі.
Елемент системи – об'єкт, що представляє окрему частину системи. Саме поняття елемента умовно і щодо, оскільки будь-який елемент, своєю чергою, завжди можна як сукупність інших елементів.

Поняття система та елемент виражені один через одного, оскільки одне з них слід було б прийняти як вихідне, постулювати. Поняття ці відносні: об'єкт, який вважався системою одному дослідженні, може розглядатися як елемент, якщо вивчається об'єкт більшого масштабу. З іншого боку, саме розподіл системи на елементи залежить від характеру розгляду (функціональні, конструктивні, схемні чи оперативні елементи), від необхідної точності проведеного дослідження, рівня наших уявлень, від об'єкта загалом.

Людина-оператор також є однією з ланок системи людина-машина.

Система - об'єкт, що є сукупністю елементів, пов'язаних між собою певними відносинами і взаємодіючих в такий спосіб, щоб забезпечити виконання системою деякої досить складної функції.

Ознакою системності є структурованість системи, взаємопов'язаність складових її частин, підпорядкованість організації всієї системи певної мети. Системи функціонують у просторі та часі.

Стан об'єкту

Справність- стан об'єкта, у якому він відповідає всім вимогам, встановленим нормативно-технічної документацією (НТД).

Несправність- стан об'єкта, у якому він відповідає хоча б одній із вимог, встановлених НТД.

Працездатність- стан об'єкта, у якому він здатний виконувати задані функції, зберігаючи значення основних параметрів у межах, встановлених НТД.

Основні параметри характеризують функціонування об'єкта під час виконання поставлених завдань та встановлюються у нормативно-технічній документації.

Непрацездатність- стан об'єкта, у якому значення хоча одного заданого параметра характеризує здатність виконувати задані функції, відповідає вимогам, встановленим НТД.

Поняття справність ширше, аніж поняття працездатність. Працездатний об'єкт на відміну справного задовольняє лише тим вимогам НТД, які забезпечують його нормальне функціонування і під час поставлених завдань.

Працездатність та непрацездатність у загальному випадку можуть бути повними або частковими. Повністю працездатний об'єкт забезпечує за певних умов максимальну ефективність його застосування. Ефективність застосування в цих умовах частково працездатного об'єкта менша максимально можливої, але значення її показників при цьому ще знаходяться в межах, встановлених для такого функціонування, яке вважається нормальним. Частково непрацездатний об'єкт може функціонувати, але рівень ефективності при цьому нижче, ніж допускається. Цілком непрацездатний об'єкт застосовувати за призначенням неможливо.
Поняття часткової працездатності та часткової непрацездатності застосовують головним чином складних систем, котрим характерна можливість перебування у кількох станах. Ці стани відрізняються рівнями ефективності функціонування системи. Працездатність і непрацездатність деяких об'єктів може бути повними, тобто. вони можуть мати лише два стани.
Працездатний об'єкт на відміну справного зобов'язаний задовольняти лише тим вимогам НТД, виконання яких забезпечує нормальне застосування об'єкта за призначенням. При цьому він може не задовольняти, наприклад, естетичні вимоги, якщо погіршення зовнішнього вигляду об'єкта не перешкоджає його нормальному (ефективному) функціонуванню.

Очевидно, що працездатний об'єкт може бути несправним, проте відхилення від вимог НТД при цьому не є настільки суттєвими, щоб порушувалося нормальне функціонування.
Граничний стан - стан об'єкта, при якому його подальше застосування за призначенням має бути припинено через непереборне порушення вимог безпеки або непереборне відхилення заданих параметрів за встановлені межі, неприпустиме збільшення експлуатаційних витрат або необхідність проведення капітального ремонту.

Ознаки (критерії) граничного стану встановлюються НТД даний об'єкт.

Невідновлюваний об'єкт досягає граничного стану при виникненні відмови або при досягненні заздалегідь встановленого гранично допустимого значення терміну служби або сумарного напрацювання, що встановлюються з міркувань безпеки експлуатації у зв'язку з незворотним зниженням ефективності використання нижче допустимої або у зв'язку зі збільшенням інтенсивності відмов, закономірним для об'єктів даного типу після встановлений період експлуатації.
Для об'єктів, що відновлюються, перехід у граничний стан визначається настанням моменту, коли подальша експлуатація неможлива або недоцільна внаслідок наступних причин:
- стає неможливим підтримання його безпеки, безвідмовності чи ефективності на мінімально допустимому рівні;
- внаслідок зношування та (або) старіння об'єкт прийшов у такий стан, при якому ремонт вимагає неприпустимо великих витрат або не забезпечує необхідного ступеня відновлення справності чи ресурсу.

Для деяких об'єктів, що відновлюються, граничним станом вважається таке, коли необхідне відновлення справності може бути здійснене тільки за допомогою капітального ремонту.
Режимна керованість* - властивість об'єкта підтримувати нормальний режим за допомогою керування з метою збереження чи відновлення нормального режиму роботи.

Перехід об'єкта в різні стани

Пошкодження - подія, що полягає у порушенні справності об'єкта за збереження його працездатності.

Відмова- подія, що полягає у порушенні працездатності об'єкта.

Критерій відмови - відмітна ознака чи сукупність ознак, за якими встановлюється факт відмови.

Ознаки (критерії) відмов встановлюються НТД даний об'єкт.
Відновлення - процес виявлення та усунення відмови (пошкодження) з метою відновлення його працездатності (справності).

Відновлюваний об'єкт- об'єкт, працездатність якого у разі виникнення відмови підлягає відновленню в умовах, що розглядаються.

Невідновлюваний об'єкт- об'єкт, працездатність якого у разі виникнення відмови не підлягає відновленню в умовах, що розглядаються.

При аналізі надійності, особливо у виборі показників надійності об'єкта, важливе значення має рішення, що має бути прийнято у разі відмови об'єкта. Якщо в ситуації, що розглядається, відновлення працездатності даного об'єкта при його відмові з яких-небудь причин визнається недоцільним або нездійсненним (наприклад, через неможливість переривання виконуваної функції), то такий об'єкт у цій ситуації є невідновлюваним. Таким чином, один і той же об'єкт в залежності від особливостей або етапів експлуатації може вважатися таким, що відновлюється або не відновлюється. Наприклад, апаратура метеосупутника на етапі зберігання відноситься до відновлюваної, а під час польоту в космосі - відновлюваної. Більше того, навіть один і той же об'єкт можна віднести до того чи іншого типу в залежності від призначення: ЕОМ, яка використовується для неоперативних обчислень, є об'єктом, що відновлюється, тому що в разі відмови будь-яка операція може бути повторена, а та ж ЕОМ, що управляє складним технологічним процесом у хімії є об'єктом невідновлюваним, оскільки відмова або збій призводить до непоправних наслідків.
Аварія* - подія, що полягає в переході об'єкта з одного рівня працездатності або відносного рівня функціонування на інший, значно нижчий, з великим порушенням режиму роботи об'єкта. Аварія може призвести до часткового або повного руйнування об'єкта, створення небезпечних умов для людини та навколишнього середовища.

Тимчасові характеристики об'єкту

Напрацювання – тривалість чи обсяг роботи об'єкта. Об'єкт може працювати безперервно або з перервами. У другому випадку враховується сумарне напрацювання. Напрацювання може вимірюватися в одиницях часу, циклах, одиницях виробітку та ін одиницях. У процесі експлуатації розрізняють добове, місячне напрацювання, напрацювання до першої відмови, напрацювання між відмовими, задане напрацювання і т.д.
Якщо об'єкт експлуатується в різних режимах навантаження, то, наприклад, напрацювання в полегшеному режимі може бути виділено та враховуватися окремо від напрацювання за номінального навантаження.

Технічний ресурс- Напрацювання об'єкта від початку його експлуатації до досягнення граничного стану.

Зазвичай вказується, який саме технічний ресурс мають на увазі: до середнього, капітального, від капітального до найближчого середнього тощо. Якщо конкретної вказівки немає, то мають на увазі ресурс від початку експлуатації до досягнення граничного стану після всіх (середніх і капітальних) ремонтів, тобто. до списання за технічним станом.

Строк служби- Календарна тривалість експлуатації об'єкта від її початку або відновлення після капітального або середнього ремонту до настання граничного стану.

Під експлуатацією об'єкта розуміється стадія його існування у розпорядженні споживача за умови застосування об'єкта за призначенням, що може чергуватись із зберіганням, транспортуванням, технічним обслуговуванням та ремонтом, якщо це здійснюється споживачем.

Термін збереження- календарна тривалість зберігання та (або) транспортування об'єкта в заданих умовах, протягом та після якої зберігаються значення встановлених показників (у тому числі і показників надійності) у заданих межах.

Визначення надійності
Робота будь-якої технічної системи може характеризуватись її ефективністю (рис. 4.1.1), під якою розуміється сукупність властивостей, що визначають здатність системи виконувати при її створенні певні завдання.

Мал. 4.1.1. Основні властивості технічних систем

Відповідно до ГОСТ 27.002-89 під надійністю розуміють властивість об'єкта зберігати у часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції у заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, ремонтів, зберігання та транспортування.

Таким чином:
1. Надійність- властивість об'єкта зберігати у часі здатність виконувати необхідні функції. Наприклад: для електродвигуна - забезпечувати необхідний момент на валу та швидкість; для системи електропостачання – забезпечувати електроприймачі енергією необхідної якості.

2. Виконання необхідних функцій має відбуватися за значеннями параметрів у встановлених межах. Наприклад: для електродвигуна - забезпечувати необхідний момент і швидкість при температурі двигуна, що не перевищує певної межі, відсутність виділення джерела вибуху, пожежі і т.д.

3. Здатність виконувати необхідні функції повинна зберігатись у заданих режимах (наприклад, у повторно-короткочасному режимі роботи); у заданих умовах (наприклад, в умовах запиленості, вібрації тощо).

4. Об'єкт повинен мати властивість зберігати здатність виконувати необхідні функції в різні фази його життя: при робочій експлуатації, технічному обслуговуванні, ремонті, зберіганні та транспортуванні.

Надійність- Важливий показник якості об'єкта. Його не можна протиставляти, ні змішувати з іншими показниками якості. Явно недостатньою, наприклад, буде інформація про якість очисної установки, якщо відомо тільки те, що вона має певну продуктивність і деякий коефіцієнт очищення, але невідомо, наскільки стійко зберігаються ці характеристики при її роботі. Некорисна також інформація, що установка стійко зберігає властиві їй характеристики, але невідомі значення цих характеристик. Ось чому визначення поняття надійності входить виконання заданих функцій і збереження цієї властивості при використанні об'єкта за призначенням.

Залежно від призначення об'єкта воно може містити в різних поєднаннях безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, збереження. Наприклад, для об'єкта, що не відновлюється, не призначеного для зберігання, надійність визначається його безвідмовністю при використанні за призначенням. Інформація про безвідмовність виробу, що відновлюється, який тривалий час перебуває в стані зберігання і транспортування, не повною мірою визначає його надійність (при цьому необхідно знати і про ремонтопридатність, і збереження). У ряді випадків дуже важливого значення набуває властивість виробу зберігати працездатність до граничного стану (зняття з експлуатації, передача в середній чи капітальний ремонт), тобто. необхідна інформація не лише про безвідмовність об'єкта, а й про його довговічність.

Технічна характеристика, кількісним чином визначає одне або кілька властивостей, що становлять надійність об'єкта, називається показник надійності. Він кількісно характеризує, якою мірою даному об'єкту чи цій групі об'єктів притаманні певні властивості, що зумовлюють надійність. Показник надійності може мати розмірність (наприклад, середній час відновлення) або її (наприклад, ймовірність безвідмовної роботи).

Надійність у випадку - комплексне властивість, що включає такі поняття, як безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, сохраняемость. Для конкретних об'єктів та умов їх експлуатації ці якості можуть мати різну відносну значимість.

Безвідмовність - властивість об'єкта безперервно зберігати працездатність протягом деякого напрацювання або протягом деякого часу.

Ремонтопридатність - властивість об'єкта бути пристосованим до попередження та виявлення відмов та пошкоджень, до відновлення працездатності та справності у процесі технічного обслуговування та ремонту.

Довговічність – властивість об'єкта зберігати працездатність до настання граничного стану з необхідним перериванням для технічного обслуговування та ремонтів.

Зберігається - властивість об'єкта безперервно зберігати справний та працездатний стан протягом (і після) зберігання та (або) транспортування.

Для показників надійності використовуються дві форми подання: імовірнісна та статистична. Імовірнісна форма зазвичай буває зручніша при апріорних аналітичних розрахунках надійності, статистична - при експериментальному дослідженні надійності технічних систем. Крім того, виявляється, що одні показники краще інтерпретуються у ймовірнісних термінах, а інші – у статистичних.

Показники безвідмовності та ремонтопридатності
Напрацювання до відмови- ймовірність того, що в межах заданого напрацювання відмова об'єкта не виникне (за умови працездатності у початковий момент часу).
Для режимів зберігання та транспортування може застосовуватися аналогічно визначений термін "імовірність виникнення відмови".

Середнє напрацювання до відмови - математичне очікування випадкового напрацювання об'єкта до першої відмови.
Середнє напрацювання між відмовами - математичне очікування випадкового напрацювання об'єкта між відмовами.

Зазвичай цей показник відноситься до процесу експлуатації, що встановився. В принципі середнє напрацювання між відмовами об'єктів, що складаються з елементів, що старіють у часі, залежить від номера попередньої відмови. Однак із зростанням номера відмови (тобто зі збільшенням тривалості експлуатації) ця величина прагне деякої постійної, або, як кажуть, до свого стаціонарного значення.
Середнє напрацювання на відмову - відношення напрацювання об'єкта, що відновлюється, за деякий період часу до математичного очікування кількості відмов протягом цього напрацювання.

Цим терміном можна назвати коротко середнє напрацювання до відмови і середнє напрацювання між відмовими, коли обидва показники збігаються. Для збігу останніх необхідно, щоб після кожної відмови об'єкт відновлювався до початкового стану.

Задане напрацювання- напрацювання, протягом якого об'єкт повинен безвідмовно працювати для виконання своїх функцій.

Середній час простою- Математичне очікування випадкового часу вимушеного нерегламентованого перебування об'єкта у стані непрацездатності.

Середній час відновлення- Математичне очікування випадкової тривалості відновлення працездатності (власне ремонту).

Імовірність відновлення – ймовірність того, що фактична тривалість відновлення працездатності об'єкта не перевищить заданої.

Показник технічної ефективності функціонування- міра якості власне функціонування об'єкта чи доцільності використання об'єкта до виконання заданих функций.
Це визначається кількісно як математичне очікування вихідного ефекту об'єкта, тобто. залежно від призначення системи набуває конкретного виразу. Часто показник ефективності функціонування окреслюється повна ймовірність виконання об'єктом завдання з урахуванням можливого зниження якості його роботи через виникнення часткових відмов.

Коефіцієнт збереження ефективності- Показник, що характеризує вплив ступеня надійності до максимально можливого значення цього показника (тобто відповідного стану повної працездатності всіх елементів об'єкта).

Нестаціонарний коефіцієнт готовності- ймовірність того, що об'єкт виявиться працездатним у заданий момент часу, що відраховується від початку роботи (або від іншого чітко визначеного моменту часу), для якого відомий початковий стан цього об'єкта.

Середній коефіцієнт готовності- усереднене на заданому інтервалі часу значення нестаціонарного коефіцієнта готовності.

Стаціонарний коефіцієнт готовності(Коефіцієнт готовності) - ймовірність того, що відновлюваний об'єкт виявиться працездатним в довільно обраний момент часу в процесі експлуатації. (Коефіцієнт готовності може бути визначений і як відношення часу, протягом якого об'єкт перебуває в працездатному стані, до загальної тривалості аналізованого періоду. Передбачається, що розглядається процес експлуатації, математичною моделлю якого є стаціонарний випадковий процес. Коефіцієнт готовності є граничним значенням, до якого прагнуть і нестаціонарний, і середній коефіцієнти готовності зі зростанням інтервалу часу, що розглядається.

Часто використовуються показники, що характеризують простий об'єкт, - звані коефіцієнти простою відповідного типу. Кожному коефіцієнту готовності можна поставити у відповідність певний коефіцієнт простою, чисельно рівний доповненню відповідного коефіцієнта готовності до одиниці. У відповідних термінах працездатність слід замінити на непрацездатність.

Нестаціонарний коефіцієнт оперативної готовності - ймовірність того, що об'єкт, перебуваючи в режимі очікування, виявиться працездатним у заданий момент часу, що відраховується від початку роботи (або від іншого чітко визначеного часу), і починаючи з цього моменту часу працюватиме безвідмовно протягом заданого часу.

Середній коефіцієнт оперативної готовності- усереднене на заданому інтервалі значення нестаціонарного коефіцієнта оперативної готовності.

Стаціонарний коефіцієнт оперативної готовності(Коефіцієнт оперативної готовності) - ймовірність того, що відновлюваний елемент виявиться працездатним у довільний момент часу, і з цього моменту працюватиме безвідмовно протягом заданого інтервалу часу.
Передбачається, що розглядається встановлений процес експлуатації, якому відповідають як математичну модель стаціонарний випадковий процес.

Коефіцієнт технічного використання- Відношення середнього напрацювання об'єкта в одиницях часу за деякий період експлуатації до суми середніх значень напрацювання, часу простою, зумовленого технічним обслуговуванням, та часу ремонтів за той же період експлуатації.

Інтенсивність відмов- умовна щільність ймовірності відмови невідновлюваного об'єкта, яка визначається для моменту часу, що розглядається, за умови, що до цього моменту відмова не виникла.
Параметр потоку відмов - щільність ймовірності виникнення відмови відновлюваного об'єкта, що визначається для моменту часу, що розглядається.

Параметр потоку відмови може бути визначений як відношення числа відмов об'єкта за певний інтервал часу до тривалості інтервалу при ординарному потоці відмов.

Інтенсивність відновлення- умовна щільність ймовірності відновлення працездатності об'єкта, визначена для моменту часу, що розглядається, за умови, що до цього моменту відновлення не було завершено.

Показники довговічності та збереження

Гамма-відсотковий ресурс- напрацювання, протягом якої об'єкт не досягає граничного стану із заданою ймовірністю 1-?.

Середній ресурс- Математичне очікування ресурсу.

Призначений ресурс- сумарне напрацювання об'єкта, при досягненні якого експлуатація має бути припинена незалежно від його стану.

Середній ремонтний ресурс- Середній ресурс між суміжними капітальними ремонтами об'єкта.

Середній ресурс до списання- Середній ресурс об'єкта від початку експлуатації до його списання.

p align="justify"> Середній ресурс до капітального ремонту середній ресурс від початку експлуатації об'єкта до його першого капітального ремонту.

Гамма-відсотковий термін служби- Термін служби, протягом якого об'єкт не досягає граничного стану з ймовірністю 1-?.

Середній термін служби- Математичне очікування терміну служби.

Середній міжремонтний термін служби- Середній термін служби між суміжними капітальними ремонтами об'єкта.

Середній термін служби до капітального ремонту- Середній термін служби від початку експлуатації об'єкта до першого капітального ремонту.

Середній термін служби до списання- Середній термін служби від початку експлуатації об'єкта до списання.

Гамма-відсотковий термін зберігання- Тривалість зберігання, протягом якої в об'єкта зберігаються встановлені показники із заданою ймовірністю 1-?.

Середній термін зберігання- Математичне очікування терміну збереження.

Види надійності

Багатоцільове призначення обладнання та систем призводить до необхідності досліджувати ті чи інші сторони надійності з урахуванням причин, що формують надійні властивості об'єктів. Це призводить до необхідності підрозділу надійності на види.

Розрізняють:
- Апаратурну надійність, обумовлену станом апаратів; у свою чергу, вона може підрозділятися на надійність конструктивну, схемну, виробничо-технологічну;
- функціональну надійність, що з виконанням певної функції (чи комплексу функцій), покладених на об'єкт, систему;
- Експлуатаційну надійність, обумовлену якістю використання та обслуговування;
- програмну надійність, зумовлену якістю програмного забезпечення (програм, алгоритмів дій, інструкцій тощо);
- надійність системи "людина-машина", яка залежить від якості обслуговування об'єкта людиною-оператором.

Характеристики відмов

Одним із основних понять теорії надійності є поняття відмови (об'єкта, елемента, системи).
Відмова об'єкта - подія, у тому, що об'єкт повністю чи частково перестає виконувати задані функції. За повної втрати працездатності виникає повна відмова, при частковій - часткова. Поняття повної та часткової відмов щоразу мають бути чітко сформульовані перед аналізом надійності, оскільки від цього залежить кількісна оцінка надійності.

З причин виникнення відмов у цьому місці розрізняють:
відмови через конструктивні дефекти;
відмови через технологічні дефекти;
відмови через експлуатаційні дефекти;
відмови через поступове старіння (зносу).
Відмови внаслідок конструктивних дефектів виникають як наслідок недосконалості конструкції через "промахи" при конструюванні. У цьому випадку найбільш поширеними є недооблік "пікових" навантажень, застосування матеріалів з низькими споживчими властивостями, схемні "промахи" та ін. Відмови цієї групи позначаються на всіх екземплярах виробу, об'єкта, системи.
Відмови через технологічні дефекти виникають як наслідок порушення прийнятої технології виготовлення виробів (наприклад, вихід окремих характеристик за встановлені межі). Відмови цієї групи характерні окремих партій виробів, під час виготовлення яких спостерігалися порушення технології виготовлення.

Відмови через експлуатаційні дефекти виникають через невідповідність необхідних умов експлуатації, правил обслуговування дійсним. Відмови цієї групи характерні окремих екземплярів виробів.

Відмови через поступове старіння (зносу) внаслідок накопичення незворотних змін у матеріалах, що призводять до порушення міцності (механічної, електричної), взаємодії частин об'єкта.

Відмови за причинними схемами виникнення поділяються на такі групи:
відмови з миттєвою схемою виникнення;
відмови з поступовою схемою виникнення;
відмови з релаксаційною схемою виникнення;
відмови з комбінованими схемами виникнення.
Відмови з миттєвою схемою виникнення характеризуються тим, що час настання відмови залежить від часу попередньої експлуатації та стану об'єкта, момент відмови настає випадково, раптово. Прикладами реалізації такої схеми можуть бути відмови виробів під дією пікових навантажень в електричній мережі, механічне руйнування стороннім зовнішнім впливом і т.п.
Відмови із поступовою схемою виникнення відбуваються за рахунок поступового накопичення внаслідок фізико-хімічних змін у матеріалах ушкоджень. При цьому значення деяких "вирішальних" параметрів виходять за допустимі межі, і об'єкт (система) не здатний виконувати задані функції. Прикладами реалізації поступової схеми виникнення можуть бути відмови внаслідок зниження опору ізоляції, електричної ерозії контактів тощо.

Відмови з релаксаційною схемою виникнення характеризуються початковим поступовим накопиченням ушкоджень, які створюють умови для стрибкоподібної (різкої) зміни стану об'єкта, після якого виникає відмовний стан. Прикладами реалізації релаксаційної схеми виникнення відмов можуть бути пробою ізоляції кабелю внаслідок корозійного руйнування броні.

Відмови з комбінованими схемами виникнення характерні ситуацій, коли одночасно діють кілька причинних схем. Прикладом, що реалізує цю схему, може бути відмова двигуна в результаті короткого замикання з причин зниження опору ізоляції обмоток і перегріву.
При аналізі надійності необхідно виявляти переважаючі причини відмов і лише потім, якщо у цьому є необхідність, враховувати вплив інших причин.

За тимчасовим аспектом та ступенем передбачуваності відмови поділяються на раптові та поступові.
За характером усунення з часом розрізняють стійкі (остаточні) та самоусувні (короткочасні) відмови. Короткочасна відмова називається збоєм. Характерною ознакою збою є те, що відновлення працездатності після його виникнення не потребує ремонту апаратури. Прикладом може бути короткочасна перешкода при прийомі сигналу, дефекти програми і т.п.
Для цілей аналізу та дослідження надійності причинні схеми відмов можна подати у вигляді статистичних моделей, які внаслідок ймовірнісного виникнення ушкоджень описуються ймовірнісними законами.

Види відмов та причинні зв'язки

Відмовлення елементів систем є основними предметами дослідження під час аналізу причинних зв'язків.
Як показано у внутрішньому кільці (рис.4.1.2), розташованому навколо "відмови елементів", відмови можуть виникати в результаті:
1) первинних відмов;
2) вторинних відмов;
3) помилкових команд (ініційовані відмови).

Відмови всіх цих категорій можуть мати різні причини, наведені у зовнішньому кільці. Коли точний вид відмов визначено і дані щодо них отримані, а кінцева подія є критичним, вони розглядаються як вихідні відмови.

Первинний відмова елемента визначають як неробочий стан цього елемента, причиною якого є він сам, і необхідно виконати ремонтні роботи для повернення елемента до робочого стану. Первинні відмови відбуваються при вхідних впливах, значення яких перебуває у межах, які у розрахунковому діапазоні, а відмови пояснюються природним старінням елементів. Розрив резервуара внаслідок старіння (втоми) матеріалу є прикладом первинної відмови.
Вторинна відмова - така сама, як первинна, за винятком того, що сам елемент не є причиною відмови. Вторинні відмови пояснюються впливом попередніх або поточних надлишкових напруг на елементи. Амплітуда, частота, тривалість дії цих напруг можуть виходити за межі допусків або мати зворотну полярність і викликаються різними джерелами енергії: термічною, механічною, електричною, хімічною, магнітною, радіоактивною тощо. Ці напруги викликаються сусідніми елементами чи довкіллям, наприклад - метеорологічними (злива, вітрове навантаження), геологічними умовами (зсуви, осідання грунтів), і навіть впливом із боку інших технічних систем.

Мал. 4.1.2. Характеристики відмов елементів

Прикладом вторинних відмов є "спрацьовування запобіжника від підвищеного електричного струму", "ушкодження ємностей для зберігання при землетрусі". Слід зазначити, що усунення джерел підвищених напруг не гарантує повернення елемента в робочий стан, так як попереднє навантаження могло викликати незворотне пошкодження елемента, що вимагає в цьому випадку ремонту.
Ініційовані відмови (помилкові команди). Люди, наприклад, оператори та обслуговуючий технічний персонал також є можливими джерелами вторинних відмов, якщо їх дії призводять до виходу елементів з ладу. Помилкові команди подаються у вигляді елемента, що знаходиться в неробочому стані через неправильний сигнал керування або перешкод (при цьому лише іноді потрібний ремонт для повернення даного елемента в робочий стан). Мимовільні сигнали керування або перешкоди часто не залишають наслідків (ушкоджень), і в наступних нормальних режимах елементи працюють відповідно до заданих вимог. Типовими прикладами помилкових команд є: "напруга прикладена мимоволі до обмотки реле", "перемикач випадково не розімкнувся через перешкоди", "перешкоди на вході контрольного приладу в системі безпеки викликали помилковий сигнал на зупинку", "оператор не натиснув на аварійну кнопку" (Помилкова команда від аварійної кнопки).

Множинна відмова (відмови загального характеру) є подія, при якій кілька елементів виходять з ладу з однієї і тієї ж причини. До таких причин можуть бути віднесені такі:
- конструкторські недоробки обладнання (дефекти, які не виявлені на стадії проектування та призводять до відмови внаслідок взаємної залежності між електричними та механічними підсистемами або елементами надлишкової системи);
- помилки експлуатації та технічного обслуговування (неправильне регулювання або калібрування, недбалість оператора, неправильне поводження тощо);
- Вплив навколишнього середовища (волога, пил, бруд, температура, вібрація, а також екстремальні режими нормальної експлуатації);
- Зовнішні катастрофічні впливи (природні зовнішні явища, такі, як повінь, землетрус, пожежа, ураган);
- загальний виробник (обладнання, що резервується, або його компоненти, що поставляються одним і тим же виробником, можуть мати загальні конструктивні або виробничі дефекти. Наприклад, виробничі дефекти можуть бути викликані неправильним вибором матеріалу, помилками в системах монтажу, неякісною пайкою тощо);
- загальне зовнішнє джерело живлення (загальне джерело живлення для основного та резервного обладнання, резервованих підсистем та елементів);
- неправильне функціонування (неправильно вибраний комплекс вимірювальних приладів або незадовільно сплановані заходи захисту).

Відомий цілий ряд прикладів багатьох відмов: так, деякі паралельно з'єднані пружинні реле виходили з ладу одночасно і їх відмови були викликані загальною причиною; внаслідок неправильного розчеплення муфт при технічному обслуговуванні два клапани виявилися встановленими у неправильне положення; через руйнування паропроводу мали місце одразу кілька відмов комутаційного щита. У деяких випадках загальна причина викликає не повну відмову резервованої системи (одночасна відмова кількох вузлів, тобто граничний випадок), а менш серйозне загальне зниження надійності, що призводить до підвищення ймовірності спільної відмови вузлів систем. Таке явище спостерігається у разі виключно несприятливих навколишніх умов, коли погіршення характеристик призводить до відмови резервного вузла. Наявність загальних несприятливих зовнішніх умов призводить до того, що відмова другого вузла залежить від відмови першого та спарений з ним.

Для кожної загальної причини необхідно визначити всі вихідні події, що викликаються нею. При цьому визначають сферу дії кожної загальної причини, а також місце розташування елементів та час події. Деякі загальні причини мають лише обмежену сферу дії. Наприклад, витік рідини може обмежуватися одним приміщенням, та електричні установки, їх елементи в інших приміщеннях не будуть пошкоджені внаслідок витоків, якщо ці приміщення не повідомляються один з одним.

Відмову вважають у порівнянні з іншою більш критичною, якщо її краще розглядати в першу чергу при розробці питань надійності та безпеки. При порівняльній оцінці критичності відмов враховують наслідки відмови, можливість виникнення, можливість виявлення, локалізації тощо.

Зазначені вище властивості технічних об'єктів та промислова безпека – взаємопов'язані. Так, при незадовільній надійності об'єкта навряд чи слід очікувати хороших показників щодо його безпеки. У той самий час, перелічені властивості мають самостійні функції. Якщо при аналізі надійності вивчається здатність об'єкта виконувати задані функції (за певних умов експлуатації) у встановлених межах, то при оцінці промислової безпеки виявляють причинно-наслідкові зв'язки виникнення та розвитку аварій та інших порушень із всебічним аналізом наслідків цих порушень.

2 НАДІЙНІСТЬ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ

2.1 Основні поняття надійності. Класифікація відмов. Складові надійності

Терміни та визначення, що використовуються в теорії надійності, регламентовані ГОСТ 27.002-89 «Надійність у техніці. Основні поняття. Терміни та визначення".

2.1.1 Основні поняття

Надійність об'єкта характеризується такими основними станамиі подіями .

Справність– стан об'єкта, у якому він відповідає всім вимогам, встановленим нормативно-технічної документацією (НТД).

Працездатність– стан об'єкта, у якому він здатний виконувати задані функції, зберігаючи значення основних параметрів, встановлених НТД.

Основні параметри характеризують функціонування об'єкта і під час поставлених завдань.

Концепція справність ширше, ніж поняття працездатність . Працездатний об'єкт повинен задовольняти лише тим вимоги НТД, виконання яких забезпечує нормальне застосування об'єкта за призначенням. Отже, якщо об'єкт непрацездатний, це свідчить про його несправності. З іншого боку, якщо об'єкт несправний, це означає, що він непрацездатний.

Граничний стан– стан об'єкта, у якому його застосування за призначенням неприпустимо чи недоцільно.

Застосування (використання) об'єкта за призначенням припиняється у таких випадках:

· При непереборному порушенні безпеки;

· При непереборному відхиленні величин заданих параметрів;

· При неприпустимому збільшенні експлуатаційних витрат.

Для деяких об'єктів граничний стан є останнім у функціонуванні, тобто. об'єкт знімається з експлуатації, для інших – певною фазою в експлуатаційному графіку, що потребує проведення ремонтно-відновлювальних робіт.

У зв'язку з цим об'єкти можуть бути:

· невідновлювані , котрим працездатність у разі виникнення відмови, не підлягає відновленню;

· відновлювані , працездатність яких може бути відновлена, у тому числі шляхом заміни.

До невідновлюваних об'єктів можна віднести, наприклад: підшипники кочення, напівпровідникові вироби, зубчасті колеса і т.п. Об'єкти, що складаються з багатьох елементів, наприклад верстат, автомобіль, електронна апаратура, відновлюються, оскільки їх відмови пов'язані з пошкодженнями одного або небагатьох елементів, які можуть бути замінені.

У ряді випадків один і той же об'єкт в залежності від особливостей, етапів експлуатації або призначення може вважатися таким, що відновлюється або не відновлюється.

Відмова- Подія, що полягає в порушенні працездатного стану об'єкта.

Критерій відмови – відмітна ознака чи сукупність ознак, за якими встановлюється факт виникнення відмови.

2.1.2 Класифікація та характеристики відмов

за типувідмови поділяються на:

· відмови функціонування (Виконання основних функцій об'єктом припиняється, наприклад, поломка зубів шестерні);

· відмови параметричні (Деякі параметри об'єкта змінюються в неприпустимих межах, наприклад, втрата точності верстата).

За своєю природівідмови можуть бути:

· випадкові, обумовлені непередбаченими навантаженнями, дефектами матеріалу, помилками персоналу чи збоями системи управління тощо;

· систематичні, обумовлені закономірними та неминучими явищами, що викликають поступове накопичення ушкоджень: втома, знос, старіння, корозія тощо.

Відмовлення елементів систем можуть виникати в результаті (рис. 2.1):

1) первинних відмов;

2) вторинних відмов;

3) помилкових команд (ініційовані відмови).

(втоми) матеріалу служить прикладом первинної відмови.

Відмови всіх цих категорій можуть мати різні причини, наведені у зовнішньому кільці. Коли точний вид відмов визначено і дані щодо них отримані, а кінцева подія є критичним, вони розглядаються як вихідні відмови.

Первинна відмоваелемента визначають як неробочий стан цього елемента, причиною якого є сам, і необхідно виконати ремонтні роботи для повернення елемента в робочий стан. Первинні відмови відбуваються при вхідних впливах, значення яких перебуває у межах, які у розрахунковому діапазоні, а відмови пояснюються природним старінням елементів. Розрив резервуару внаслідок старіння

Вторинна відмова- Такий самий, як первинний, за винятком того, що сам елемент не є причиною відмови. Вторинні відмови пояснюються впливом попередніх чи поточних надлишкових напругна елементи. Амплітуда, частота, тривалість дії цих напруг можуть виходити за межі допусків або мати зворотну полярність і викликаються різними джерелами енергії: термічною, механічною, електричною, хімічною, магнітною, радіоактивною тощо. Ці напруги викликаються сусідніми елементами чи довкіллям, наприклад - метеорологічними (злива, вітрове навантаження), геологічними умовами (зсуви, осідання грунтів), і навіть впливом із боку інших технічних систем.

Прикладом вторинних відмов є "спрацьовування запобіжника від підвищеного електричного струму", "ушкодження ємностей для зберігання при землетрусі". Слід зазначити, що усунення джерел підвищених напруг не гарантує повернення елемента в робочий стан, так як попереднє навантаження могло викликати незворотне пошкодження елемента, що вимагає в цьому випадку ремонту.

Ініційовані відмови(Помилкові команди). Люди, наприклад, оператори та обслуговуючий технічний персонал також є можливими джерелами вторинних відмов, якщо їх дії призводять до виходу елементів з ладу. Помилкові команди подаються у вигляді елемента, що знаходиться в неробочому стані через неправильний сигнал керування або перешкод (при цьому лише іноді потрібний ремонт для повернення даного елемента в робочий стан). Мимовільні сигнали керування або перешкоди часто не залишають наслідків (ушкоджень), і в наступних нормальних режимах елементи працюють відповідно до заданих вимог. Типовими прикладами помилкових команд є: "напруга прикладена мимоволі до обмотки реле", "перемикач випадково не розімкнувся через перешкоди", "перешкоди на вході контрольного приладу в системі безпеки викликали помилковий сигнал на зупинку", "оператор не натиснув на аварійну кнопку" (Помилкова команда від аварійної кнопки).

Основні ознаки класифікації відмов:

Таблиця 2.1

характер виникнення:		· раптова відмова- Відмова, що виявляється в різкій (мгновенной) зміні характеристик об'єкта;
		· поступова відмова- Відмова, що відбувається в результаті повільного, поступового погіршення якості об'єкта.
Раптові відмови зазвичай проявляються у вигляді механічних пошкоджень елементів (тріщини - крихке руйнування, пробої ізоляції, урвища тощо) і не супроводжуються попередніми видимими ознаками їх наближення. Раптова відмова характеризується незалежністю моменту настання від часу попередньої роботи. Поступові відмови - пов'язані зі зносом деталей та старінням матеріалів.
причина виникнення:	· конструкційна відмова,викликаний недоліками та невдалою конструкцією об'єкта;
	· виробнича відмова,пов'язаний з помилками при виготовленні об'єкта через недосконалість або порушення технології;
	· експлуатаційна відмова,спричинений порушенням правил експлуатації.
характер усунення:	· стійка відмова;
	· відмова, що перемежується(виникає/зникає). наслідки відмови: легка відмова (легковажна);
	· середня відмова(що не викликає відмови суміжних вузлів – вторинні відмови);
	· важка відмова(що викликає вторинні відмови або призводить до загрози життю та здоров'ю людини).
подальше використання об'єкта:	· повні відмови,що виключають можливість роботи об'єкта до їх усунення;
	· часткові відмови,у яких об'єкт може частково використовуватися.
легкість виявлення:	· очевидні (явні) відмови;
	· приховані (неявні) відмови.
час виникнення:	· приробіткові відмови,що виникають у початковий період експлуатації;
	· відмови при нормальній експлуатації;
	· зносові відмови,викликані незворотними процесами зносу деталей, старіння матеріалів та ін.

2.1.3 Складові надійності

Відповідно до ГОСТ 27.002-89 під надійністюрозуміють властивість об'єкта зберігати у часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції у заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, ремонтів, зберігання та транспортування .

Таким чином:

1. Надійність - властивість об'єкта зберігати у часі здатність виконувати необхідні функції. Наприклад: для електродвигуна - забезпечувати необхідний момент на валу та швидкість; для системи електропостачання – забезпечувати електроприймачі енергією необхідної якості.

2. Виконання необхідних функцій має відбуватися при значеннях параметрів встановлених межах. Наприклад: для електродвигуна - забезпечувати необхідний момент і швидкість при температурі двигуна, що не перевищує певної межі, відсутність виділення джерела вибуху, пожежі і т.д.

3. Здатність виконувати необхідні функції повинна зберігатись у заданих режимах (наприклад, у повторно-короткочасному режимі роботи); у заданих умовах (наприклад, в умовах запиленості, вібрації тощо).

4. Об'єкт повинен мати властивість зберігати здатність виконувати необхідні функції в різні фази його життя: при робочій експлуатації, технічному обслуговуванні, ремонті, зберіганні та транспортуванні.

Надійність- Важливий показник якості об'єкта. Його не можна протиставляти, ні змішувати з іншими показниками якості. Явно недостатньою, наприклад, буде інформація про якість установки очищення, якщо відомо тільки те, що вона має певну продуктивність і деякий коефіцієнт очищення, але невідомо, наскільки стійко зберігаються ці характеристики при її роботі. Некорисна також інформація, що установка стійко зберігає властиві їй характеристики, але невідомі значення цих характеристик. Ось чому визначення поняття надійності входить виконання заданих функцій і збереження цієї властивості при використанні об'єкта за призначенням.

Надійність є комплекснимвластивістю, що включає залежність від призначення об'єкта або умов його експлуатації ряд простих властивостей:

· безвідмовність;

· довговічність;

· ремонтопридатність;

· збереження.

Безвідмовність- Властивість об'єкта безперервно зберігати працездатність протягом деякого напрацювання або протягом деякого часу.

Напрацювання- Тривалість або обсяг роботи об'єкта, що вимірюється в будь-яких незменшувальних величинах (одиниця часу, число циклів навантаження, кілометри пробігу тощо).

Довговічність- Властивість об'єкта зберігати працездатність до настання граничного стану при встановленій системі технічного обслуговування та ремонтів.

Ремонтопридатність– властивість об'єкта, що полягає у його пристосованості до попередження та виявлення причин виникнення відмов, підтримання та відновлення працездатності шляхом проведення ремонтів та технічного обслуговування.

Збереженість– властивість об'єкта безперервно зберігати необхідні експлуатаційні показники протягом (і після) терміну зберігання та транспортування.

Залежно від об'єкта надійність може визначатись усіма перерахованими властивостями або частиною їх. Наприклад, надійність колеса зубчастої передачі, підшипників визначається їх довговічністю, а верстата – довговічністю, безвідмовністю та ремонтопридатністю.

2.1.4 Основні показники надійності

Показник надійності кількісно характеризує, якою мірою даному об'єкту притаманні певні властивості, що зумовлюють надійність. Одні показники надійності (наприклад, технічний ресурс, термін служби) можуть мати розмірність, ряд інших (наприклад, ймовірність роботи, коефіцієнт готовності) є безрозмірними.

Розглянемо показники складової надійності – довговічність.

Технічний ресурс – напрацювання об'єкта від початку його експлуатації або відновлення експлуатації після ремонту до граничного стану. Строго кажучи, технічний ресурс може бути регламентований так: до середнього, капітального, від капітального до найближчого середнього ремонту тощо. Якщо регламентація відсутня, то мають на увазі ресурс від початку експлуатації до досягнення граничного стану після всіх видів ремонтів.

Для невідновлюваних об'єктів поняття технічного ресурсу і напрацювання повністю збігаються.

Призначений ресурс – сумарне напрацювання об'єкта, при досягненні якого експлуатація має бути припинена незалежно від його стану.

Строк служби - Календарна тривалість експлуатації (у тому числі, зберігання, ремонт тощо) від її початку до настання граничного стану.

На рис.2.2 наведено графічну інтерпретацію перерахованих показників, при цьому:

t 0 = 0 – початок експлуатації;

t 1 , t 5 - моменти відключення з технологічних причин;

t 2 , t 4 , t 6 , t 8 - моменти включення об'єкта;

t 3 , t 7 – моменти виведення об'єкта у ремонт, відповідно, середній та капітальний;

t 9 - момент припинення експлуатації;

t 10 – момент відмови об'єкта.

Технічний ресурс (напрацювання до відмови)

ТР = t 1 + (t 3 - t 2) + (t 5 - t 4) + (t 7 - t 6) + (t 10 - t 8).

Призначений ресурс

ТН = t 1 + (t 3 -t 2) + (t 5 - t 4) + (t 7 - t 6) + (t 9 - t 8).

Термін служби об'єкту ТС = t 10 .

Для більшості об'єктів електромеханіки як критерій довговічності найчастіше використовується технічний ресурс.

2.2 Кількісні показники безвідмовності та математичні моделі надійності

2.2.1 Статистичні та імовірнісні форми подання показників безвідмовності невідновлюванихоб'єктів

Найважливіші показники надійності невідновлюванихоб'єктів – показники безвідмовності, до яких належать:

· можливість безвідмовної роботи;

· густина розподілу відмов;

· інтенсивність відмов;

· середнє напрацювання до відмови.

Показники надійності видаються у двох формах (визначеннях):

Статистична (вибіркові оцінки);

Ймовірнісні.

Статистичні визначення (вибіркові оцінки)показників виходять за результатами випробувань на надійність

Припустимо, що в ході випробувань якогось числа однотипних об'єктів отримано кінцеве число цікавого для нас параметра - напрацювання до відмови. Отримані числа є вибіркою певного обсягу із загальної «генеральної сукупності», що має необмежений обсяг даних про напрацювання до об'єкта.

Кількісні показники, визначені для «генеральної сукупності», є істинними (імовірнісними) показниками,оскільки об'єктивно характеризують випадкову величину – напрацювання вщерть.

Показники, визначені для вибірки, і дозволяють зробити якісь висновки про випадкову величину, є вибірковими (статистичними) оцінками.Очевидно, що за досить великої кількості випробувань (великої вибірки) оцінки наближаютьсядо ймовірнісних показників.

Імовірнісна форма подання показників зручна при аналітичних розрахунках, а статистична – при експериментальному дослідженні надійності.

Надалі для позначення статистичних оцінок використовуватимемо знак ^ зверху.

У подальших міркуваннях виходитимемо з того, що випробування проходять Nоднакових об'єктів. Умови випробувань однакові, а випробування кожного з об'єктів проводяться до відмови. Введемо такі позначення:

Випадкова величина напрацювання об'єкта повністю;

N(t)-кількість об'єктів, працездатних на момент напрацювання t;

n(t) - t;

- кількість об'єктів, що відмовили в інтервалі напрацювання ;

D t- Тривалість інтервалу напрацювання.

Можливість безвідмовної роботи (ВБР)

та ймовірність відмови (ВО)

Статистичне визначення ВБР (емпірична функція надійності) визначається за такою формулою:

тобто. ВБР є відношення кількості об'єктів ( N ( t )) , які безвідмовно пропрацювали до моменту напрацювання t, до об'єктів, справних до початку випробувань (t=0),тобто. до загальної кількості об'єктів N. ВБР можна розглядати як показник частки працездатних об'єктів на момент напрацювання t .

Оскільки N(t) = N- n(t),то ВБР можна визначити як

(2)

де - ймовірність відмови (ВО).

У статистичному визначенні ВО представляє емпіричну функцію розподілу відмов.

Так як події, що полягають у настанні або ненаступі відмови до моменту напрацювання t, є протилежними, то

(3)

Неважко переконатися, що ВБР є спадною, а ВО - зростаючою функцією напрацювання. Справедливі такі твердження:

1. У момент початку випробувань при t=0 число працездатних об'єктів дорівнює загальному їх числу N(t)=N(0)=N, а кількість об'єктів, що відмовили n(t)=n(0)=0.Тому , а ;

2. При напрацюванні t ® ¥ всі об'єкти, поставлені на випробування, відмовить, тобто. N( ¥ )=0 , а n( ¥ )=N .

Тому, , а .

При великій кількості елементів (виробів) N 0статистична оцінка практично збігається з ймовірністю безвідмовної роботи P(t), а - з .

Імовірне визначення ВБР описується формулою

тобто. ВБР є ймовірність того, що випадкова величина напрацювання до відмови Tвиявиться більше деякого заданого напрацювання t .

Очевидно, що ВО буде функцією розподілу випадкової величини Tі представляє собою ймовірність того, що напрацювання до відмови виявиться менше деякого заданого напрацювання t :

Q(t)= Вер(T (5)

Графіки ВБР та ВО наведено на рис. 2.3.

Мал. 2.3. Графіки ймовірності безвідмовної роботи та ймовірності відмов

Щільність розподілу відмов (ПРО)

Статистичне визначення ПРО:

[од. напрацювання -1], (6)

тобто. ПРО є відношення кількості об'єктів, які відмовили в інтервалі напрацювання до твору загальної кількості об'єктів n D t .

Оскільки D n(t, t+ D t) = n (t + D t)-n(t),де n(t+ D t) -кількість об'єктів, які відмовили до моменту напрацювання t+ D t, то ПРО можна уявити:

де -оцінка ВО в інтервалі напрацювання, тобто. збільшення ВО за D t.

ПРО за змістом становить частоту відмов, тобто. кількість відмов за одиницю напрацювання, віднесене до початкового числа об'єктів.

Імовірне визначення ПРО випливає з (7) при прагненні інтервалу напрацювання D t ® 0 і N ® ¥

ПРО по суті є густиною розподілу випадкової величини Tнапрацювання повністю об'єкта. Один із можливих видів графіка f(t)наведено на Мал. 3 .

Інтенсивність відмов (ІВ)

Статистичне визначення ІВ описується формулою

[од.напрацювання -1] (9)

тобто. ІВ є відношення числа об'єктів D n , які відмовили в інтервалі напрацювання до виконання числа справних об'єктів на момент tна тривалість інтервалу напрацювання D t.

Порівнюючи (6) і (9) можна відзначити, що ІО дещо повніше характеризує надійність об'єкта на момент напрацювання t, т.к. показує частоту відмов, віднесену до фактично працездатного числа об'єктів на момент напрацювання t .

Імовірне визначення ІО отримаємо, помноживши і поділивши праву частину виразу (9) на N

З урахуванням (7) , , можна уявити

,

звідки при прагненні D t ® 0 (інтервалу напрацювання)і N ® ¥ отримуємо: (10)

Можливі види графіків наведені на Мал. 2.4.

Мал. 2.4.

Середнє напрацювання до відмови

Розглянуті вище показники надійності P(t), Q(t), f(t)і повністю описують випадкову величину напрацювання до відмови T=(t). У той же час для вирішення низки практичних завдань буває достатньо знати деякі числові характеристики цієї випадкової величини і, в першу чергу, середнє напрацювання до відмови.

Статистичне визначення середнього напрацювання повністю

де t i- напрацювання до відмови i-го об'єкта.

При імовірнісному визначенні середнє напрацювання вщент є математичне очікування (МО) випадкової величини Т, І тому, як всяке МО, визначається:

. (12)

Очевидно, що зі збільшенням вибірки випробувань ( N ® ¥ ) середня арифметична напрацювання (оцінка) сходиться ймовірно з МОнапрацювання до відмови.

У той самий час середнє напрацювання неспроможна повністю характеризувати безвідмовність об'єкта. Так при рівних середніх напрацюваннях надійність об'єктів 1 і 2 може дуже істотно відрізнятися (Рис. 2.5).

f(t)- Щільність розподілу відмов ПРО

Мал. 2.5. Відмінність кривих ПРО при однаковому середньому доробку до відмови

2.2.2 Математичні моделі надійності

Для вирішення завдань з оцінки надійності та прогнозування працездатності об'єкта необхідно мати математичну модель, яка представлена ​​аналітичними виразами одного з показників: P(t)або f(t) або . Основний шлях для отримання моделі полягає у проведенні випробувань, обчисленні статистичних оцінок та їх апроксимації аналітичними функціями.

Досвід експлуатації показує, що зміна ІО переважної більшості об'єктів описується U-подібної кривої (Рис. 2.6).

Мал. 2.6 – Крива зміни інтенсивності відмови об'єкта

Цю криву можна умовно розділити на три характерні ділянки: перший - період опрацювання об'єкта, другий - нормальна експлуатація, третій - старіння.

Період опрацюванняоб'єкта має підвищену ІВ, викликану приробітними відмовими, зумовленими дефектами виробництва, монтажу, налагодження. Іноді із закінченням цього періоду пов'язують гарантійне обслуговування об'єкта, коли усунення відмов провадиться виробником.

У період нормальної експлуатаціїІВ зменшується і практично залишається постійною, при цьому відмови носять випадковий характер і з'являються раптово, насамперед через недотримання умов експлуатації, випадкових змін навантаження, несприятливих зовнішніх факторів тощо. Саме цей період відповідає основному часу експлуатації об'єкта.

Зростання ІВ відноситься до періоду старінняоб'єкта та викликано збільшенням кількості відмов від зносу, старіння та інших причин, пов'язаних із тривалою експлуатацією.

Вид аналітичної функції, що описує зміну показників надійності P(t) , f(t)або (t), визначає закон розподілу випадкової величини, який вибирається в залежності від властивостей об'єкта, його умов роботи та характеру відмов.

Експонентний розподіл

Експоненційний (показовий) закон розподілузваний також основним законом надійності, часто використовують для прогнозування надійності в період нормальної експлуатації виробів, коли поступові відмовище не виявились і надійність характеризується раптовими відмовами.Ці об'єкти можна віднести до «не старіючим», оскільки вони працюють тільки на ділянці с = l=const (Рис.2.6).Відмови викликаються несприятливим збігом багатьох обставин і тому мають постійну інтенсивність.Експоненційний розподіл визначає напрацювання на відмову тих об'єктів, у яких в результаті здавачів (вихідного контролю) відсутній період опрацювання, а призначений ресурс встановлений до закінчення періоду нормальної експлуатації.

Щільність розподілу експоненційного закону описується співвідношенням

,

функція розподілу цього закону – співвідношенням

,

функція надійності

математичне очікування випадкової величини T

,

дисперсія випадкової величини T

.

Експоненційний закон теоретично надійності знайшов широке застосування, оскільки він простий практичного використання. Майже всі завдання, які вирішуються теоретично надійності, під час використання експоненційного закону виявляються набагато простіше, ніж за використання інших законів розподілу. Основна причина такого спрощення полягає в тому, що при експоненційному законі ймовірність безвідмовної роботи залежить тільки від тривалості інтервалу та не залежить від часу попередньої роботи.

Експонентний розподіл широко застосовується для оцінки надійності енергетичнихоб'єктів.

Графіки зміни показників надійності при експоненційному розподілі наведено на рис.2.7 .

Мал. 2.7.

Нормальний розподіл

Нормальний розподіл є найбільш універсальним, зручним та широко застосовуваним. Вважається, що напрацювання об'єкта підпорядковане нормальному розподілу (нормально розподілено), якщо ПРО описується виразом:

,

де aі b -параметри розподілу, відповідно, МО та СКО, які за результатами випробувань приймаються: , де і - оцінки середнього напрацювання до відмови та дисперсії ( - СКО).

Т.о. ПРО має вигляд

. (- МО напрацювання).

Дзвонова крива щільності розподілу наведена на рис. 2.8.

Інтегральна функція розподілу має вигляд

.

Мал. 2.8 Криві щільності ймовірності (а) та

функції надійності (б) нормального розподілу

Обчислення інтегралів замінюють використанням таблиць нормального розподілу, за якого = 0 і s= 1. Для цього розподілу функція щільності розподілу відмов має одну змінну tі виражається залежністю

Величина tє центрованою (оскільки = 0) і нормованою (оскільки σ t = 1).

Функція розподілу відповідно запишеться у вигляді:

Значення функції розподілу визначається формулою

F ( t ) = 0,5 + Ф( u ) = Q ( t ) ;

де Ф- функція Лапласа, u = (t - T 0)/s- Квантиль нормованого нормального розподілу. Тобто. функція розподілу є ВО.

При використанні функції Лапласа замість інтегральної функції розподілу F 0 (t) маємо

,

ВО та ВБР, виражені через функцію Лапласа, мають вигляд

, (Фвід ( і), а не помножити !!!)

.

Імовірність влучення випадкової величини Ху заданий інтервал значень від α до β обчислюють за формулою

.

Значення функції Лапласа Фі u – табульовані.

Загальний характер зміни показників надійності при нормальному розподілі наведено Мал. 2.9 .

Мал. 2.9.

Нормальний закон розподілучасто називають законом Гауса. Цей закон відіграє важливу роль і найчастіше використовується практично порівняно з іншими законами розподілу.

Основна особливість цього закону полягає в тому, що він є граничним законом,до якого наближаються інші закони розподілу. Теоретично надійності його використовують для опису поступових відмов, коли розподіл часу безвідмовної роботи на початку має низьку щільність, потім максимальну і далі щільність знижується.

Розподіл завжди підпорядковується нормальному закону, якщо зміну випадкової величини впливають багато, приблизно рівнозначні чинники.

2.2.3 Розрахунок характеристик надійності об'єктів, що не відновлюються при основному з'єднанні елементів

Якщо відмова системи настає при відмові одного з елементів, вважають, що така система має основне з'єднання елементів. Тоді ВБР виробу протягом часу tдорівнює добутку ВБР її елементів протягом того самого часу

.

Якщо значення ВБР близькі до 1, то з достатньою для практики точністю можна використовувати таку наближену формулу:

.

Якщо всі елементи рівнонадійні, ІВ системи буде

.,

Де N т- Число типів елементів.

Якщо система складається з кількох елементів із різними значеннями ІВ, то середнє значення визначають за формулою

Якщо елементи функціонують у різних умовах або різною мірою схильні до впливу зовнішніх факторів, що впливають, то ІО елемента обчислюється за формулою

,

де - ІО ел-та, працюючого за нормальних умов, - поправочні коэф-ты, залежні від різних чинників.

Поправочний коеф-т дозволяє врахувати зовнішні впливи, головним чином механічні навантаження і вологість, поправочний коеф-т - вплив температури і внутрішніх напруг (як електричних, так і механічних).

Якщо елементи мають не постійну ІО, але існують чітко виражені часові інтервали, протягом яких ІО Ел-та переважно постійна, то для розрахунку використовується т.зв. еквівалентна інтенсивність відмов. Наприклад, якщо ІО за період t 1 дорівнює l 1 за період t 2 дорівнює l 2 і т.д., то загальна ІО за період часу Т= t 1 + t 2 + t 3 + t 4 +… буде

2.2.4 Показники надійності об'єктів, що відновлюються

Більшість складних технічних систем із тривалими термінами служби є відновлюваними,тобто. що виникають у процесі експлуатації відмови систем усувають під час ремонту. Технічно справний стан виробів у процесі експлуатації підтримують проведенням профілактичних та відновлювальних робіт.

Для робіт з підтримки та відновлення їх працездатності, що здійснюються в процесі експлуатації виробів, характерні значні витрати праці, матеріальних засобів і часу. Як правило, ці витрати за час експлуатації виробу значно перевищують відповідні витрати на виготовлення. Сукупність робіт з підтримки та відновлення працездатності та ресурсу виробів поділяють на технічне обслуговування , та ремонт,які, у свою чергу, поділяють на Профілактичні роботи, що здійснюються в плановому порядку та аварійні,що проводяться у міру виникнення відмов чи аварійних ситуацій.

Властивість ремонтопридатності виробів впливає матеріальні витрати та тривалість простоїв у процесі експлуатації. Ремонтопридатність тісно пов'язана з безвідмовністю та довговічністю виробів. Так, для виробів, з високим рівнем безвідмовності, як правило, характерні низькі витрати праці та коштів на підтримку їхньої працездатності.

Показники безвідмовності та ремонтопридатності виробів є складовими частинами комплексних показників, таких як коефіцієнти готовності Дог , оперативної готовності ДоОГ та технічного використання Дот.і. . До показників надійності, властивих лише відновлюваним елементам, слід віднести середнє напрацювання на відмову, напрацювання між відмовами, ймовірність відновлення, середній час відновлення, коефіцієнт готовності, коефіцієнт оперативної готовності та коефіцієнт технічного використання.

Середнє напрацювання на відмову -напрацювання відновлюваного елемента, що припадає, в середньому, на одну відмову в інтервалі сумарного напрацювання, що розглядається, або певної тривалості експлуатації:

де t i - напрацювання елемента до i-говідмови; m -кількість відмов у розглянутому інтервалі сумарного напрацювання.

Напрацювання між відмовамивизначається обсягом роботи елемента від i-го відмови до ( i+ 1)-го, де i =1, 2,..., m.

Середній час відновленняоднієї відмови у розглянутому інтервалі сумарного напрацювання або певної тривалості експлуатації

де t вi- час відновлення i-го відмови.

Коефіцієнт готовностіг є ймовірність того, що виріб буде працездатним у довільний момент часу, крім періодів виконання планового технічного обслуговування, коли застосування виробу за призначенням виключено. Цей показник є комплексним, оскільки він кількісно характеризує одночасно два показники: безвідмовність та ремонтопридатність.

У стаціонарному (встановленому) режимі експлуатації та за будь-якого виду закону розподілу часу роботи між відмовами та часу відновлення коефіцієнт готовності визначають за формулою

,

(Тпро - середнє напрацювання на відмову; Т в- Середній час відновлення однієї відмови).

Таким чином, аналіз формули показує, що надійність виробу є функцією як безвідмовності, а й ремонтопридатності. Це означає, що низька надійність може бути компенсована поліпшенням ремонтопридатності. Чим вища інтенсивність відновлення, тим вища готовність виробу. Якщо час простою велике, то готовність буде низькою.

Інший важливою характеристикою ремонтопридатності є коефіцієнт технічного використання, який є відношенням напрацювання виробу в одиницях часу за деякий період експлуатації до суми цього напрацювання і часу всіх простоїв, обумовлених усуненням відмов, технічним обслуговуванням і ремонтами за цей період. Коефіцієнт технічного використання є ймовірністю того, що виріб працюватиме в належному режимі за час Т. Таким чином, Дот. в. визначається двома основними факторами - надійністю та ремонтопридатністю.

Коефіцієнт оперативної готовностіДо ОГ визначається як ймовірність того, що об'єкт опиниться у працездатному стані у довільний момент часу (крім запланованих періодів, протягом яких застосування об'єкта за призначенням не передбачається) і, починаючи з цього моменту, працюватиме безвідмовно протягом заданого інтервалу часу.

З ймовірнісного визначення випливає, що

ДоОГ = ДоГ* P (t)

Коефіцієнт технічного використанняхарактеризує частку часу знаходження елемента у працездатному стані щодо тривалості експлуатації, що розглядається. Період експлуатації, для якого визначається коефіцієнт технічного використання, повинен містити всі види технічного обслуговування та ремонтів. Коефіцієнт технічного використання враховує витрати часу на планові та непланові ремонти, а також регламенти та визначається за формулою

Kти = tн/( tн + t в + t р + tо),

де tн - сумарне напрацювання виробу в аналізований проміжок часу; t в , t рі tпро - відповідно сумарний час, витрачений на відновлення , ремонті технічне обслуговуваннявироби за той же час.

2.2.5 Резервування систем

Резервування- метод підвищення надійності об'єкта введенням додаткових елементів та функціональних можливостей понад мінімально необхідні нормального виконання об'єктом заданих функций. У цьому випадку відмова настає лише після відмови основного елемента та всіх резервних елементів.

Систему можна уявити з низки щаблів, виконують окремі функції. Завдання резервування полягає у знаходженні такого числа резервних зразків обладнання на кожному щаблі, яке забезпечуватиме заданий рівень надійності системи за найменшої вартості.

Вибір найкращого варіанта залежить головним чином від того збільшення надійності, яке можна досягти за заданих витрат

Основний елемент- Елемент основної фізичної структури об'єкта, мінімально необхідної для нормального виконання об'єктом його завдань.

Резервний елемент- Елемент, призначений для забезпечення працездатності об'єкта у разі відмови основного елемента.

Види резервування

Структурне (елементне) резервування- метод підвищення надійності об'єкта, що передбачає використання надлишкових елементів, що входять до фізичної структури об'єкта. Забезпечується підключенням до основної апаратури резервної так, щоб при відмові основної апаратури резервна продовжувала виконувати її функції.

Резервування функціональне- метод підвищення надійності об'єкта, що передбачає використання здатності елементів виконувати додаткові функції замість основних та поряд з ними.

Тимчасове резервування- метод підвищення надійності об'єкта, що передбачає використання надлишкового часу, виділеного на виконання завдань. Інакше кажучи, тимчасове резервування - таке планування роботи системи, у якому створюється резерв робочого дня виконання заданих функций. Резервний час може бути використаний для повторення операції або для усунення несправності об'єкта.

Інформаційне резервування- метод підвищення надійності об'єкта, що передбачає використання надмірної інформації понад мінімально необхідну виконання завдань.

Навантажувальне резервування- метод підвищення надійності об'єкта, що передбачає використання здатності його елементів сприймати додаткові навантаження понад номінальні.

З позицій розрахунку та забезпечення надійності технічних систем необхідно розглядати структурне резервування.

Способи структурного резервування

За способом підключення резервних елементів та пристроїв розрізняють такі способи резервування (рис. 2.10).

Резервування роздільне (поелементне) із постійним включенням резервних елементів (рис.2.11).

Мал. 2.11 Резервування роздільне з постійним

включенням резервних елементів

Таке резервування можливе тоді, коли підключення резервного елемента істотно не змінює робочий режим пристрою. Перевага його - постійна готовність резервного елемента, відсутність витрати часу на перемикання. Недолік - резервний елемент витрачає свій ресурс як і, як основний елемент.

Мал. 2.10 Класифікація методів структурного резервування

Резервування роздільне із заміщенням елемента, що відмовив, одним резервним елементом (рис. 2.12). Це такий спосіб резервування, у якому резервуються окремі елементи об'єкта чи його групи.

Мал. 2.12 Резервування роздільне із заміщенням

елемента, що відмовив

У цьому випадку резервний елемент знаходиться в різному ступені готовності до заміни основного елемента. Гідність цього способу - резервний елемент зберігає свій робочий ресурс, або може бути використаний для виконання самостійного завдання. Робочий режим основного пристрою не спотворюється. Недолік - необхідність витрачати час підключення резервного елемента. Резервних елементів може бути менше, ніж основних.

Відношення числа резервних елементів до резервованих називається кратністю резервування - m. При резервуванні з кратністю величина mє ціле число, при резервуванні з дробовою кратністю величина mє дробове число, що не скорочується. Наприклад, m=4/2 означає наявність резервування з дробовою кратністю, у якому число резервних елементів дорівнює чотирьом, число основних - двом, а загальна кількість елементів дорівнює шести. Скорочувати дріб не можна , тому що якщо m=4/2=2/1, це означає, що має місце резервування з цілою кратністю, у якому число резервних елементів дорівнює двом, а загальне число елементів дорівнює трьом.

При включенні резерву за способом заміщення резервні елементи до моменту включення в роботу можуть перебувати у трьох станах:

Навантаженому («гарячому») резерві;

Полегшений («теплий») резерв;

Ненавантажений («холодний») резерв.

Навантажений(«Гарячий») резерв - резервний елемент, що знаходиться в тому ж режимі, що і основний.

Полегшений(«теплий») резерв - резервний елемент, що знаходиться в менш навантаженому режимі, ніж основний.

Ненавантажений(«холодний») резерв - резервний елемент, що практично не несе навантажень.

Резервування загальне з постійним підключенням або із заміщенням (рис. 2.13). У цьому випадку резервується об'єкт в цілому, а як резервний - використовується аналогічний складний пристрій. Цей метод менш економний, ніж роздільне резервування. При відмові, наприклад, першого основного елемента виникає необхідність підключати весь технологічний резервний ланцюжок.

Мал. 2.13 - Резервування загальне

Резервування мажоритарне ("голосування" nз mелементів) (рис. 2.14). Цей спосіб заснований на застосуванні додаткового елемента - його називають мажоритарним або логічним або кворум-елементом. Він дозволяє вести порівняння сигналів, що надходять від елементів, що виконують ту саму функцію. Якщо результати збігаються, вони передаються на вихід пристрою. На рис. 2.14 зображено резервування за принципом голосування "два із трьох", тобто. будь-які два збігаються результати з трьох вважаються істинними і проходять на вихід пристрою. Можна застосовувати співвідношення три з п'яти та ін. Головна перевага цього способу - забезпечення підвищення надійності за будь-яких видів відмов працюючих елементів. Будь-який вид одиночної відмови елемента не вплине на вихідний результат.

Ефективно у системах управління процесами.

Мал. 2.14 - Резервування мажоритарне

2.2.6 Типові структури розрахунку надійності

Під структурною схемою надійності розуміється наочне уявлення (графічне чи вигляді логічних висловів) умов, у яких працює чи працює досліджуваний об'єкт (система, пристрій, технічний комплекс тощо.). Типові структурні схеми представлені рис. 2.15.

Мал. 2.15 - Типові структури розрахунку надійності

Найпростішою формою структурної схеми надійності є паралельно-послідовна структура. На ній паралельно з'єднуються елементи, спільна відмова яких призводить до відмови. У послідовний ланцюжок поєднуються такі елементи, відмова будь-якого з яких призводить до відмови об'єкта.

На рис. 2.15 а представлений варіант паралельно-послідовної структури. За цією структурою можна зробити наступний висновок. Об'єкт складається із п'яти частин. Відмова об'єкта настає тоді, коли відмовить елемент 5, або вузол, що складається з елементів 1-4. Вузол може відмовити тоді, коли одночасно відмовить ланцюжок, що складається з елементів 3,4 і вузол, що складається з елементів 1,2. Ланцюг 3-4 відмовляє, якщо відмовить хоча один із складових її елементів, а вузол 1,2 - якщо відмовлять обидва елементи, тобто. Елементи 1,2. Розрахунок надійності за наявності таких структур відрізняється найбільшою простотою та наочністю.

У тих випадках, коли умову працездатності не вдається подати у вигляді простої паралельно-послідовної структури використовують або логічні функції, або графи і структури, що гілкуються, за якими залишаються системи рівнянь працездатності.

2.2.6.1 Розрахунок надійності, заснований на використанні паралельно-послідовних структур

На рис. 2.16 представлено паралельне з'єднання елементів 1, 2, 3. Це означає, що пристрій, який складається з цих елементів, переходить у стан відмови після відмови всіх елементів за умови, що всі елементи системи знаходяться під навантаженням, а відмови елементів статистично незалежні.

Мал. 2.16. Блок-схема системи з паралельним з'єднанням елементів

Умову працездатності пристрою можна сформулювати наступним чином: пристрій працездатний, якщо працездатний елемент 1 або 2 елемент, або елемент 3, або елементи 1 і 2, 1; та 3, 2; та 3, 1; і 2; та 3.

Можливість безвідмовного стану пристрою, що складається з nпаралельно з'єднаних елементів визначається за теоремою складання ймовірностей спільних випадкових подій як

,

тобто. при паралельному поєднанні незалежних (у сенсі надійності) елементів їхньої ненадійності () перемножуються.

Інтенсивність відмов (при інтенсивності відмов елементів λ i), визначається як

.

У разі коли інтенсивності відмов всіх елементів однакові, середній час безвідмовної роботи системи Т 0

2.2.6.2 Увімкнення резервного обладнання системи заміщенням

У цій схемі включення nоднакових зразків обладнання лише один перебуває весь час у роботі (рис. 2.17). Коли працюючий зразок виходить з ладу, його обов'язково відключають, і в роботу вступає один із резервних (запасних) елементів. Цей процес триває доти, доки всі резервні зразки не будуть вичерпані.

Мал. 2.17 – Блок-схема системи включення резервного обладнання заміщенням

Приймемо для цієї системи такі припущення:

1. Відмова системи відбувається, якщо відмовить усі nелементів.

2. Імовірність відмови кожного зразка обладнання залежить від стану інших ( n-1) зразків (відмови статистично незалежні).

3. Відмовляти може тільки обладнання, що знаходиться в роботі, та умовна ймовірність відмови в інтервалі ( t , t+dt)дорівнює λ dt; запасне обладнання не може виходити з ладу до того, як воно буде включено до роботи.

4. Перемикачі пристрої вважаються абсолютно надійними.

5. Усі елементи ідентичні. Резервні елементи мають характеристики, як нові.

Система здатна виконувати необхідні від неї функції, якщо справний принаймні один з nзразків обладнання. І тут при експоненційному законі і «холодному» резерві надійність дорівнює просто сумі ймовірностей станів системи, виключаючи стан відмови, тобто.

т –кратність резервування .

,

Де λ і Т 0 – ІВ та середнє напрацювання до першої відмови основного пристрою.

При «гарячому» резерві –

,

2.3 Методи забезпечення надійності складних систем

2.3.1 Конструктивні засоби забезпечення надійності

Однією з найважливіших характеристик складних технічних систем є їхня надійність. Вимоги до кількісних показників надійності зростають тоді, коли відмови технічної системи призводять до великих витрат матеріальних засобів, або загрожують безпеці (наприклад, під час створення атомних човнів, літаків чи виробів військової техніки). Один із розділів технічного завдання на розробку системи – розділ, що визначає вимоги до надійності. У цьому розділі вказують кількісні показники надійності, які потрібно підтверджувати кожному етапі створення системи.

На етапі розробки технічної документації, що є комплектом креслень, технічних умов, методик та програм випробувань, виконання науково-дослідних розрахунків, підготовки експлуатаційної документації та забезпечення надійності здійснюють способами раціонального проектування та розрахунково-експериментальними методами оцінки надійності.

Існує кілька методів, за допомогою яких можна підвищити конструктивну надійність складної технічної системи. Конструктивні методи підвищення надійності передбачають створення запасів міцності металоконструкцій, полегшення режимів роботи електроавтоматики, спрощення конструкції, використання стандартних деталей та вузлів, забезпечення ремонтопридатності, обґрунтоване використання методів резервування.

Аналіз та прогнозування надійності на стадії проектування дає необхідні дані для оцінки конструкції. Такий аналіз проводять кожному за варіанта конструкції, і навіть після внесення конструктивних змін. При виявленні конструктивних недоліків, що знижують рівень надійності системи, проводять конструктивні зміни та коригують технічну документацію.

2.3.2 Технологічні засоби забезпечення надійності виробів у процесі виготовлення

Одним із основних заходів на стадії серійного виробництва, спрямованих на забезпечення надійності технічних систем, є стабільність технологічних процесів. Науково обґрунтовані методи управління якістю продукції дозволяють своєчасно давати висновок про якість виробів, що випускаються. На підприємствах промисловості застосовують два методи статистичного контролю якості: поточний контроль технологічного процесу та вибірковий метод контролю.

Метод статистичного контролю (регулювання) якості дозволяє своєчасно попереджати шлюб у виробництві та, таким чином, безпосередньо втручатися у технологічний процес.

Вибірковий метод контролю не безпосередньо впливає на виробництво, оскільки він служить для контролю готової продукції, дозволяє виявити обсяг шлюбу, причини його виникнення в технологічному процесі або якісні недоліки матеріалу.

Аналіз точності та стабільності технологічних процесів дозволяє виявити та виключити фактори, що негативно впливають на якість виробу. У загальному випадку контроль стабільності технологічних процесів можна проводити наступними методами: графоаналітичним з нанесенням на діаграму значень вимірюваних параметрів; розрахунковостатистичним для кількісної характеристики точності та стабільності технологічних процесів; а також прогнозування надійності технологічних процесів на основі кількісних характеристик наведених відхилень.

2.3.3 Забезпечення надійності складних технічних систем за умов експлуатації

Надійність технічних систем в умовах експлуатації визначається низкою експлуатаційних факторів, таких як, кваліфікація обслуговуючого персоналу, якість і кількість робіт з технічного обслуговування, наявність запасних частин, використання вимірювальної та перевірочної апаратури, а також наявність технічних описів та інструкцій з експлуатації.

У першому наближенні можна сприйняти, що це відмови, які у процесі експлуатації, є незалежними. Тому надійність усієї системи при припущенні незалежності відмов дорівнює:

Р = Р 1 *Р 2 *Р 3

де Р 1 ;Р 2 ;Р 3 - ймовірності безвідмовної роботи системи відповідно за непрогнозованими раптовими відмовами, раптовими відмовами, які можуть бути відвернені при своєчасному технічному обслуговуванні, та поступових відмов.

Однією з причин відсутності відмов елементів системи є якісне технічне обслуговування, яке спрямоване на запобігання раптовим відмовам. Імовірність безвідмовної роботи системи, обумовлена ​​якістю обслуговування, дорівнює:

де P i про- Імовірність безвідмовної роботи i-го елемента, пов'язана з технічним обслуговуванням.

Принаймні вдосконалення обслуговування значення ймовірності безвідмовної роботи Р пронаближається до одиниці.

Заміна елементів з інтенсивністю відмов, що зростає в часі, можлива у всіх складних технічних системах. З метою зменшення часу інтенсивності відмов вводять технічне обслуговування системи, що дозволяє забезпечити потік відмов у складних систем з кінцевою інтенсивністю протягом заданого терміну експлуатації, тобто. зробити близьким до постійного.

У процесі експлуатації під час технічного обслуговування інтенсивність відмов системи, з одного боку, має тенденцію до збільшення, з другого боку, - тенденцію до зменшення залежно від цього, якому рівні проведено обслуговування. Якщо технічне обслуговування проведено якісно, ​​інтенсивність відмов зменшується, і якщо це обслуговування проведено погано, то збільшується.

Використовуючи накопичений досвід, можна вибрати той чи інший обсяг функціонування, який забезпечить нормальну роботу системи до чергового технічного обслуговування із заданою ймовірністю безвідмовної роботи. Або, навпаки, задаючи послідовність обсягів функціонування, можна визначити прийнятні терміни проведення технічного обслуговування, що забезпечує роботу системи на заданому рівні надійності.

2.3.4 Шляхи підвищення надійності складних технічних систем під час експлуатації

Для підвищення надійності складних технічних систем в умовах експлуатації проводять ряд заходів, які можна поділити на чотири групи:

1) розроблення наукових методів експлуатації;

2) збирання, аналіз та узагальнення досвіду експлуатації;

3) зв'язок проектування із виробництвом виробів;

4) підвищення кваліфікації обслуговуючого персоналу.

Наукові методи експлуатації включають науково обґрунтовані методи підготовки виробу до роботи, проведення технічного обслуговування, ремонту та інших заходів щодо підвищення надійності складних технічних систем у процесі їх експлуатації. Порядок та технологію проведення цих заходів описують у відповідних посібниках та інструкціях з експлуатації конкретних виробів. Більше якісне виконання експлуатаційних заходів щодо забезпечення надійності виробів машинобудування забезпечується результатами статистичного дослідження надійності цих виробів. При експлуатації виробів велику роль відіграє досвід. Значну частину досвіду експлуатації використовують на вирішення приватних організаційно-технічних заходів. Однак накопичені дані необхідно використовувати не тільки для вирішення задач сьогоднішнього дня, але й для створення майбутніх виробів із високою надійністю.

Велике значення має правильна організація збору відомостей про відмови. Зміст заходів щодо збирання таких відомостей визначається типом виробів та особливостями експлуатації цих виробів. Можливими джерелами статистичної інформації можуть бути відомості, отримані за результатами різних видів випробувань та експлуатації, які періодично оформлюються у вигляді звітів про технічний стан та надійність виробів.

Вивчення особливостей їхньої поведінки дає можливість використовувати накопичені дані для проектування майбутніх виробів. Таким чином, збір та узагальнення даних про відмови виробів - одне з найважливіших завдань, на яке має бути звернена особлива увага.

Ефективність експлуатаційних заходів багато в чому залежить від кваліфікації обслуговуючого персоналу. Проте вплив цього чинника неоднаковий. Так, наприклад, при виконанні в процесі обслуговування досить простих операцій вплив високої кваліфікації працівника дається взнаки мало, і навпаки, кваліфікація обслуговуючого персоналу відіграє велику роль при виконанні складних операцій, пов'язаних з прийняттям суб'єктивних рішень (наприклад, при регулюванні клапанів і систем запалювання в автомобілях, при ремонті телевізора тощо).

2.3.5 Організаційно-технічні методи відновлення та підтримання надійності техніки при експлуатації

Відомо, що в процесі експлуатації виріб певний час використовують за призначенням для виконання відповідної роботи, якийсь час вона транспортується та зберігається, а частина часу йде на технічне обслуговування та ремонт. При цьому для складних технічних систем у нормативно-технічній документації встановлюють види технічного обслуговування (TO-1, TO-2,...) та ремонтів (поточний, середній або капітальний).

На стадії експлуатації виробів проявляються техніко-економічні наслідки низької надійності, пов'язані з простоями техніки та витратами на усунення відмов та придбання запасних частин. З метою підтримки надійності виробів на заданому рівні в процесі експлуатації необхідно проводити комплекс заходів, який може бути представлений у вигляді двох груп - заходи щодо дотримання правил та режимів експлуатації; заходи щодо відновлення працездатного стану.

До першоюгрупі заходів відносяться навчання обслуговуючого персоналу, дотримання вимог експлуатаційної документації, послідовності та точності робіт, що проводяться при технічному обслуговуванні, діагностичний контроль параметрів і наявність запасних частин, здійснення авторського нагляду тощо.

До основних заходів другийгрупи відносяться коригування системи технічного обслуговування, періодичний контроль за станом виробу та визначення засобами технічного діагностування залишкового ресурсу та передвідмовного стану, впровадження сучасної технології ремонту, аналіз причин відмов та організація зворотного зв'язку з розробниками та виробниками виробів.

Багато виробів значну частину експлуатації перебувають у стані зберігання, тобто. не пов'язані з виконанням основних завдань. Для виробів, що працюють у такому режимі, переважна частина відмов пов'язана з корозією, а також впливом пилу, бруду, температури та вологи. Для виробів, що перебувають значну частину часу в експлуатації, переважна частина відмов пов'язана зі зносом, втомою або механічним пошкодженням деталей та вузлів. У стані простою інтенсивність відмов елементів значно менше, ніж у робочому стані. Так, наприклад, для електромеханічного обладнання це співвідношення відповідає 1:10, для механічних елементів це співвідношення становить 1:30, для електронних елементів 1:80.

Необхідно відзначити, що з ускладненням техніки та розширенням областей її використання зростає роль етапу експлуатації техніки у сумарних витратах на створення та використання технічних систем. Витрати на підтримку у працездатному стані за рахунок технічного обслуговування та ремонтів перевищують вартість нових виробів у таку кількість разів: тракторів та літаків у 5-8 разів; металорізальних верстатів у 8-15 разів; радіоелектронної апаратури у 7-100 разів.

Технічна політика підприємств має бути спрямована на зниження обсягів та термінів проведення робіт з технічного обслуговування та ремонту техніки за рахунок підвищення надійності та довговічності основних вузлів.

Консервація машини у стані постачання допомагає зберегти її працездатність, зазвичай, протягом 3-5 років. Для підтримки надійності машини в процесі експлуатації на заданому рівні обсяги виробництва запасних частин повинні становити 25-30 % вартості машин.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

СХЕМА, НАДІЙНІСТЬ, ВІДМОВИ, МОДЕЛЮВАННЯ, ЗРАЗОК, БЕЗВІДМОВНІСТЬ, РЕМОНТОПРИГОДНІСТЬ, ІНТЕНСИВНІСТЬ ВІДМОВ, РЕЗЕРВУВАННЯ.

Мета курсової роботи полягає у виконанні двох завдань. Перше завдання пов'язані з побудовою структурної схеми надійності технологічного процесу. Друге завдання пов'язане з перетворенням заданої згідно з варіантом структурної схеми та визначенням показників надійності.

Об'єктом даної є оцінка надійності технічних систем. Вирішувалося завдання щодо підвищення параметрів надійності при заданому гамма-відсотковому напрацюванні.

Складено структурну схему надійності технологічного процесу. Здійснено розрахунок одиничних показників надійності елементів технічного устрою. Виконано побудову графіка залежності Р = f(t).

В результаті були розроблені пропозиції щодо підвищення параметрів надійності при заданому гамма-процентному напрацюванні. Зроблено висновки щодо роботи та методів підвищення надійності технічних процесів пристроїв.

надійність технологічний пристрій

терміни та визначення

Вступ

2. Розрахункова частина

2.2 Перетворення заданої структурної схеми та визначення показників надійності

Висновок

Додаток А (інформаційний) Розрахунок ймовірності безвідмовної роботи системи

нормативні посилання

У цій роботі використані такі нормативні документи:

ГОСТ 7.1 – 2003 СІБІД. Бібліографічний запис. Бібліографічне опис. Загальні вимоги та правила складання

ГОСТ 27.301 – 95 ССНТ. Розрахунок надійності. Основні положення

ГОСТ 27.310 – 95 ССНТ. Аналіз видів, наслідків та критичності відмов. Основні положення

СТП КубДТУ 1.9.2 – 2003 СУЯ. Документування системи управління якістю. Стандарт підприємства

СТП КубДТУ 4.2.6 – 2004 СУЯ. Навчально-організаційна діяльність. Курсове проектування

терміни та визначення

У цій роботі застосовуються такі терміни з відповідними визначеннями:

1 Надійність - це властивість системи або елемента виконувати задані функції, зумовлене безвідмовністю, довговічністю та ремонтопридатністю.

2 Безвідмовність - це властивість системи або елемента безперервно зберігати працездатний стан протягом деякого часу або деякого напрацювання.

3 Ймовірність безвідмовної роботи - ймовірність того, що в заданому інтервалі часу або в межах заданого напрацювання відмова не виникає.

4 Елемент – складова частина системи.

5 Технічна система - це сукупність технічних пристроїв (елементів), призначених для виконання певної функції або функцій.

Вступ

В умовах переходу до ринкової економіки завдання всесвітнього поліпшення технічного рівня та якості продукції набуває першорядного значення. Надійність та якість машин необхідно для підвищення ступеня автоматизації, зменшення величезних витрат на ремонт та збитків від простою обладнання та техніки, що забезпечує безпеку людей та охорону навколишнього середовища. Розширення умов експлуатації, підвищення відповідальності виконуваних технічними системами функцій, їхнє ускладнення призводить до підвищення вимог до надійності виробів.

Надійність є складною властивістю і формується такими складовими, як безвідмовність, довговічність, відновлюваність і збереження. Основним тут є властивість безвідмовності. Тому найважливішим у забезпеченні надійності технічних систем є підвищення їхньої безвідмовності.

Особливістю проблеми надійності є її зв'язок із усіма етапами "життєвого циклу" технічних систем від зародження ідеї створення до списання: при розрахунку та проектуванні виробу його надійність закладається у проект, при виготовленні надійність забезпечується, при експлуатації – реалізується. Тому проблема надійності – комплексна проблема і вирішувати її необхідно на всіх етапах та різними засобами. На етапі проектування виробу визначається його структура, проводиться вибір чи розробка елементної бази, тому є найбільші можливості забезпечення необхідного рівня надійності технічних систем. Основним методом вирішення цього завдання є розрахунки надійності (насамперед - безвідмовності), залежно від структури об'єкта та характеристик його складових частин, з наступною необхідною корекцією проекту.

1. Основні показники надійності

Надійність систем, що не відновлюються, характеризується такими показниками: інтенсивністю відмов ((t)), напрацюванням на відмову (Тср), ймовірністю безвідмовної роботи (P(t)). Для систем, що відновлюються, крім зазначених показників надійності, визначається коефіцієнт готовності (kr).

Інтенсивність відмов (t) є відношення числа відмов виробів (n(t)) за деякий проміжок часу (t) до працездатних виробів (N-n(t)) на початку цього проміжку.

(t) = n(t)/(t*) (1)

де N – загальна кількість виробів;

n(t) - кількість виробів, що відмовили, до початку розглянутого проміжку часу.

Розрахунок основних показників надійності апаратури ґрунтується на наступних припущеннях:

а) відмова будь-якого елемента спричиняє відмову даного екземпляра апаратури;

б) відмови окремих елементів є випадковими та незалежними подіями;

в) інтенсивність відмов елементів виробу визначається виключно режимами їх роботи і залежить від часу їх використання (старіння елементів відсутня), тобто. = Сonst, що відповідає експоненційному закону розподілу часу безвідмовної роботи. Такі відмови прийнято називати раптовими. Вони випадково виявляються при експлуатації і принципово не можуть бути виявлені профілактичним контролем або усунуті тренуванням виробів.

Надійність елемента системи характеризується ймовірністю

безвідмовної роботи елемента у заданих режимах та умовах протягом потрібного часу. Надійність елементів схеми змінюється залежно від режимів та умов роботи.

Режим роботи елемента визначається характерів включення його (тривалим, короткочасним, імпульсним) та величиною навантаження. Для характеристики навантаження елемента зазвичай вводять поняття коефіцієнта навантаження (kн), під яким розуміють відношення значення деякого параметра, що характеризує роботу елемента в реальному режимі до його номінального значення, передбаченого технічними умовами. Наприклад, у опорів таким параметром є потужність, що розсіюється, у конденсаторів - прикладена напруга.

Умовами роботи елемента визначаються параметрами довкілля: її температурою, вологістю, тиском тощо, а також механічними, електричними, магнітними та іншими зовнішніми впливами.

Кінцевою метою розрахунку надійності технічних пристроїв є оптимізація конструктивних рішень та параметрів, режимів експлуатації, організація технічного обслуговування та ремонтів. Тому на ранніх стадіях проектування важливо оцінити надійність об'єкта, виявити найбільш ненадійні вузли і деталі, визначити найефективніші заходи підвищення показників надійності. Вирішення цих завдань можливе після попереднього структурно-логічного аналізу системи.

Більшість технічних об'єктів є складними системами, які з окремих вузлів, деталей, агрегатів, пристроїв контролю, управління тощо.

Розчленування технічної системи на елементи досить умовне залежить від постановки завдання розрахунку надійності. Наприклад, при аналізі працездатності технологічної лінії її елементами можуть вважатися окремі установки та верстати, транспортні та завантажувальні пристрої. У свою чергу верстати та пристрої також можуть вважатися технічними системами та при оцінці їх надійності повинні бути розділені на елементи – вузли, блоки, які, у свою чергу – на деталі.

При визначенні структури технічної системи насамперед необхідно оцінити вплив кожного елемента та його працездатності на працездатність системи загалом. З цієї точки зору доцільно розділити всі елементи на чотири групи:

а) елементи, відмова яких практично не впливає на працездатність системи (наприклад, деформація кожуха, зміна фарбування поверхні тощо);

б) елементи, працездатність яких за час експлуатації практично не змінюється та ймовірність безвідмовної роботи близька до одиниці (корпусні деталі, малонавантажені елементи з великим запасом міцності);

в) елементи, ремонт або регулювання яких можливе під час роботи виробу або під час планового технічного обслуговування (налагодження або заміна технологічного інструменту обладнання, налаштування частоти селективних ланцюгів ТЗ тощо);

г) елементи, відмова яких сама по собі або у поєднанні з відмовами інших елементів призводить до відмови системи.

Вочевидь, під час аналізу надійності технічної системи можна буде включати до розгляду лише елементи останньої групи.

Для розрахунків параметрів надійності зручно використовувати структурно-логічні схеми надійності технічної системи, що графічно відображають взаємозв'язок елементів та їх вплив на працездатність системи загалом. Структурно - логічна схема є сукупність раніше виділених елементів, з'єднаних друг з одним послідовно чи паралельно. Критерієм визначення виду з'єднання елементів (послідовного чи паралельного) при побудові схеми вплив їх відмови на працездатність технічної системи.

Системою з послідовним з'єднанням елементів називається система, де відмова будь-якого елемента призводить до відмови всієї системи. Таке з'єднання елементів у техніці зустрічається найчастіше, тому його називають основним з'єднанням.

У системі з послідовним з'єднанням для безвідмовної роботи протягом деякого напрацювання t необхідно і достатньо, щоб кожен з її n елементів працював безвідмовно протягом цього напрацювання. Вважаючи відмови елементів незалежними, ймовірність одночасної безвідмовної роботи n елементів визначається за теоремою множення ймовірностей: ймовірність спільної появи незалежних подій дорівнює добутку ймовірностей цих подій:

Відповідно, ймовірність відмови такої ТЗ

Якщо система складається з рівнонадійних елементів (), то

Якщо всі елементи системи працюють у періоді нормальної експлуатації та має місце найпростіший потік відмов, напрацювання елементів та системи підпорядковуються експоненційному розподілу та на підставі (2) можна записати

Існує інтенсивність відмов системи. Таким чином, інтенсивність відмов системи при послідовному з'єднанні елементів та найпростішому потоці відмов дорівнює сумі інтенсивностей відмов елементів.

Системою з паралельним з'єднанням елементів називається система, відмова якої відбувається лише у разі відмови її елементів. Такі схеми надійності притаманні ТЗ, у яких елементи дублюються чи резервуються, тобто. паралельне з'єднання використовується як засіб підвищення надійності. Однак такі системи зустрічаються і самостійно (наприклад, системи двигунів чотиримоторного літака або паралельне включення діодів у потужних випрямлячах).

Для відмови системи з паралельним з'єднанням елементів протягом напрацювання t необхідно і достатньо, щоб усі її елементи відмовили в

протягом цього напрацювання. Отже відмова системи полягає у спільній відмові всіх елементів, ймовірність чого (при допущенні незалежності відмов) може бути знайдена за теоремою множення ймовірностей як добуток ймовірностей відмови елементів:

Відповідно, ймовірність безвідмовної роботи

Для систем із рівнонадійних елементів ()

тобто. надійність системи з паралельним з'єднанням підвищується зі збільшенням кількості елементів.

Оскільки, твір у правій частині (7) завжди менший за будь-якого з співмножників, тобто. ймовірність відмови системи не може бути вищою від ймовірності найнадійнішого її елемента (“краще кращого”) і навіть із порівняно ненадійних елементів можливе побудова цілком надійної системи.

Місткова структура не зводиться до паралельного або послідовного типу з'єднання елементів, а являє собою паралельне з'єднання послідовних ланцюжків елементів з діагональними елементами, включеними між вузлами різних паралельних гілок. Працездатність такої системи визначається не тільки кількістю елементів, що відмовили, але і їх становищем у структурній схемі.

Для розрахунку надійності місткових систем, представленої на малюнку 1, можна скористатися методом прямого перебору, але при аналізі працездатності кожного стану системи необхідно враховувати не тільки кількість елементів, що відмовили, але і їх положення в схемі. Імовірність безвідмовної роботи системи окреслюється сума ймовірностей всіх працездатних станів.

Для аналізу надійності ТЗ, структурні схеми яких не зводяться до паралельного або послідовного типу, можна скористатися також методом логічних схем із застосуванням логіки алгебри (бульової алгебри).

Малюнок 1- Місткові системи

Застосування цього зводиться до складання для ТЗ формули алгебри логіки, що визначає умова працездатності системи. При цьому для кожного елемента та системи в цілому розглядаються дві протилежні події - відмова та збереження працездатності.

Для складання логічної схеми можна скористатися двома методами – мінімальних шляхів та мінімальних перерізів.

Розглянемо метод мінімальних шляхів до розрахунку ймовірності безвідмовної роботи з прикладі місткової схеми (рис. 1,а).

Мінімальним шляхом називається послідовний набір працездатних елементів системи, який забезпечує її працездатність, а відмова будь-якого з них призводить до її відмови.

Мінімальних шляхів у системі може бути один чи кілька. p align="justify"> Метод мінімальних шляхів дає точне значення тільки для порівняно простих систем з невеликим числом елементів. Для складніших систем результат розрахунку є нижньою межею ймовірності безвідмовної роботи.

Для розрахунку верхньої межі ймовірності безвідмовної роботи системи є метод мінімальних перерізів.

Мінімальним перетином називається набір непрацездатних елементів, відмова яких призводить до відмови системи, а відновлення працездатності будь-якого з них - відновлення працездатності системи. Як і мінімальних шляхів, мінімальних перерізів може бути кілька. Очевидно, що система з паралельним з'єднанням елементів має тільки один мінімальний переріз, що включає всі її елементи (відновлення будь-якого відновить працездатність системи). У системі з послідовним з'єднанням елементів число мінімальних шляхів збігається з числом елементів, і кожен переріз включає один із них.

2. Розрахункова частина

2.1 Побудова структурної схеми надійності

Для розрахунку використовується установка фтористоводневого алкілування ізобутану олефінами, представлена ​​на малюнку 2.

1 - колони для осушення; 2 – реактори; 3 - піч; 4 – колона-регенератор; 5 – відстійник; 6 - пропанова колона; 7-парові нагрівачі; 8 – теплообмінники; 9 – відцентрові насоси.

Потоки: I – олефіни; II – ізобутан; III – каталізатор на регенерацію; IV – новий каталізатор; V - циркулюючий ізобутан; VI - суміш каталізатора з вуглеводнями; VII – алкілат; VIII - пропан

Малюнок 2 - Установка фтористоводневого алкілування ізобутану олефінами

Вихідна сировина проходить бокситну осушування в колонах 1 і надходить у реактори 2. Реактори застосовуються трубчастого типу з водяним охолодженням, так як реакція протікає при 20 - 40 °С. На деяких установках реактори конструктивно поєднані з відстійниками. Особливість установок фтористоводневого алкілування – наявність системи регенерації каталізатора. Алкілат після відстою від основного об'єму фтористоводневої кислоти надходить у колону-регенератор 4, де циркулюючий ізобутан відокремлюється у вигляді бічного погону. Колона-регенератор 4 обігрівається внизу за допомогою циркуляції залишку через піч 3. При цьому від алкілат відпарюється ізобутан, пропан і каталізатор. При нагріванні залишку до 200 - 205 °С руйнуються також органічні фториди, що утворюються як побічний продукт реакції. З верху колони-регенератора 4 йдуть пари пропану, фтористого водню і кілька изобутана. Після конденсації частина цієї суміші повертають в реактори, частину подають на зрошення колони 4, а решту потік направляють у пропановую колону 6, з верху якої йде відпарена фтористоводнева кислота, а з низу - пропан зі слідами ізобутану.

Для більш повного повернення каталізатора передбачена також регенерація в окремому блоці частини кислотного шару з відстійника. Алкілат з низу колони 4 після охолодження проходить через бокситні колони, де звільняється від залишку фтористих сполук.

Для розрахунків параметрів надійності використовують структурно – логічні схеми надійності технічної системи.

Структурна схема надійності виробництва морозива представлена ​​малюнку 3.

Малюнок 3 - Структурна схема надійності установки фтористоводневого алкілування

Спочатку спростимо цю схему. Замінимо паралельно з'єднані елементи 2 квазіелемент А і паралельно з'єднані елементи 7 - квазіелемент В. Перетворена схема зображена на малюнку 4.

Малюнок 4 - Перетворена структурна схема надійності

Імовірність безвідмовної роботи квазіелемента А дорівнюватиме:

Ймовірність безвідмовної роботи квазіелемента дорівнює:

Імовірність безвідмовної роботи всієї системи:

Отримана ймовірність є ймовірністю безвідмовної роботи вихідної схеми.

2.2 Перетворення заданої структурної схеми та визначення показників надійності

Структурна схема надійності наведена малюнку 5. Значення інтенсивності відмов елементів дані в 106 1/ч:

л2 = л3 = л4 = л5 = л6 = л7 = л8 = 5

л11 = л12 = л13 = 9

Малюнок 5 - Вихідна схема системи

Так як за умовою всі елементи системи працюють у періоді нормальної експлуатації, то ймовірність безвідмовної роботи елементів з 1 по 17 (рис. 4) підпорядковуються експоненційному закону:

У вихідній схемі елементи 5 та 6 з'єднані послідовно. Замінюємо їх квазіелементом A.

Елементи 7 та 8 утворюють послідовне з'єднання. Замінюємо їх квазіелементом B.

Елементи 9 та 10 утворюють паралельне з'єднання. Замінюємо їх квазіелементом C.

Елементи 11,12 та 13 утворюють паралельне з'єднання. Замінюємо їх квазіелементом D.

Елементи 14,15,16 та 17 утворюють послідовне з'єднання. Замінюємо їх квазіелементом E.

Після перетворень схема зображена малюнку 6.

Малюнок 6- Проміжна схема після перетворень

Елементи 2, 3, 4, A і Утворюють місткове з'єднання. Замінюємо їх квазіелементом F. Для розрахунку ймовірності безвідмовної роботи скористаємося методом розкладання щодо особливого елемента, як виберемо елемент (4).

Тоді ймовірність безвідмовної роботи квазіелемента (F) визначається так:

де pF - ймовірність безвідмовної роботи квазіелемента (F);

pF(p4=1) - ймовірність безвідмовної роботи місткової системи при абсолютно надійному елементі (4), що представлено малюнку 7;

Малюнок 7 - Перетворена місткова схема при абсолютно надійному елементі (4)

pF(p4=0) - ймовірність роботи місткової схеми при абсолютно відмови елементі (4), що показано на малюнку 8.

Малюнок 8 - Перетворена місткова схема при абсолютно відмови елемент (4)

Враховуючи, що отримаємо

Після перетворень схема зображена малюнку 9.

Малюнок 9 - Остаточна перетворена схема

У перетвореній схемі елементи 1, F, C, D та E утворюють послідовне з'єднання. Тоді ймовірність безвідмовної роботи всієї системи:

Оскільки за умовою всі елементи системи працюють у періоді нормальної експлуатації, то ймовірність безвідмовної роботи елементів з (1) до (15) підпорядковуються експоненційному закону:

Розрахуємо ймовірність безвідмовної роботи елементів та ймовірність безвідмовної роботи всієї системи при різному напрацюванні.

При напрацюванні t=1104 год:

При напрацюванні t=3104 год:

При напрацюванні t=5 104 год:

При напрацюванні t = 7104 год:

Результати розрахунків ймовірностей безвідмовної роботи елементів з (1) по (17) вихідної схеми для напрацювання до 7·104 годин, а також результати розрахунків ймовірностей безвідмовної роботи квазіелементів (А, В, С, D, E, F) та всієї системи представлені в таблиці A.1.

Малюнок 10 - графік залежності ймовірності безвідмовної роботи системи (Р) від напрацювання (t)

Графік залежності ймовірності безвідмовної роботи системи (Р) від напрацювання (t) представлений малюнку10.

На ньому знаходимо для г = 65%, Рг = 0,65 г - відсоткове напрацювання системи tг = 2,7 104 год.

Проведемо перевірочний розрахунок ймовірностей безвідмовної роботи елементів та всієї системи при напрацюванні t=2,7 104 год:

Таким чином, перевірочний розрахунок при tг=2,7 104 год показує, що Рг=0,6428.

За умовами завдання підвищене г - відсоткове напрацювання системи:

де Tг - підвищена г - відсоткове напрацювання системи, год.

Розрахунок ймовірностей безвідмовної роботи елементів та всієї системи для підвищеного напрацювання t=4,05 104 год:

Розрахунок показує, що при Tг=4,05 104 год для елементів остаточно перетвореної схеми p1=0,9799, pF=0,8512, pС=0,9390, pD=0,9385, pE=0,6276. Отже, із усіх послідовно з'єднаних елементів мінімальне значення ймовірності безвідмовної роботи має квазіелемент (E) і саме збільшення його надійності дасть максимальне збільшення надійності системи загалом.

Для того щоб при Tг=4,05 104 год система в цілому мала ймовірність безвідмовної роботи Рг=0,65, необхідно, щоб квазіелемент (E) мав ймовірність безвідмовної роботи, виходячи з формули (11):

де необхідна можливість безвідмовної роботи квазіелемента (E).

При цьому значення квазіелементу (E) стане більш надійним.

Очевидно, отримане значення() є мінімальним для виконання умови збільшення напрацювання не менше, ніж у півтора рази, при більш високих значеннях () збільшення надійності системи буде більшим. До складу квазіелемента (E) входять елементи (14, 15, 16, 17).

Для визначення мінімально необхідної ймовірності безвідмовної роботи цих елементів збудуємо графіки:

За графіком, представленим малюнку 11, при =0,8542 знаходимо р14?0,955.

За графіком, представленим малюнку 12, при =0,8542 знаходимо р15?0,97.

За графіком, представленим малюнку 13, при =0,8542 знаходимо р16?0,957.

За графіком, представленим малюнку 14, при =0,8542 знаходимо р17?0,94.

Рисунок 11 - Графік залежності ймовірності безвідмовної роботи квазіелемента E від ймовірності безвідмовної роботи його елементів

Рисунок 12 - Графік залежності ймовірності безвідмовної роботи квазіелемента E від ймовірності безвідмовної роботи його елементів

Рисунок 13 - Графік залежності ймовірності безвідмовної роботи квазіелемента E від ймовірності безвідмовної роботи його елементів

Рисунок 14 - Графік залежності ймовірності безвідмовної роботи квазіелемента E від ймовірності безвідмовної роботи його елементів

Так як за умовами завдання всі елементи працюють у періоді нормальної експлуатації та підпорядковуються експоненційному закону, то для елементів 14 ,15, 16 і 17 при Tг=4,05 104 год знаходимо:

Розрахуємо ймовірності безвідмовної роботи елементів (14, 15, 16, 17,), квазіелемента (E), а також усієї системи (РE).

При напрацюванні t = 1 · 104 год.

При напрацюванні t = 3 · 104 год.

При напрацюванні t = 5 · 104 год.

При напрацюванні t = 7 · 104 год.

При напрацюванні t = 2,7 · 104 год.

Результати розрахунків для системи із збільшеною надійністю

елементів (14, 15, 16, 17) наведено у таблиці А.1. Там же наведено розрахункові значення ймовірності безвідмовної роботи для квазіелемента (E) та системи в цілому (P`). При Tг=4,05 104 год можливість безвідмовної роботи системи, що відповідає умовам завдання.

Для другого способу збільшення ймовірності безвідмовної роботи системи - структурного резервування - з тих самих міркувань вибираємо квазіелемент (E), ймовірність безвідмовної роботи якого після резервування повинна бути не нижче.

Для квазіелемента (E) вибираємо роздільне резервування елементами з інтенсивністю відмови такий самий, як і елемента (E).

Додаємо паралельно елементу (Е) елемент 18. Замінюємо ці елементи на квазіелемент (G).

Імовірність безвідмовної роботи квазіелемента (G) розраховується за такою формулою:

де ймовірність безвідмовної роботи квазіелемента G.

Таким чином, для підвищення надійності необхідного рівня необхідно у вихідній схемі елемент (Е) добудувати елементом (18). Резервування квазіелемента (Е) представлене малюнку 15.

Малюнок 15 - Резервування квазіелемента (Е)

Перетворена схема представлена ​​малюнку 16.

Малюнок 16 - Перетворена схема після резервування

Тоді, ймовірність безвідмовної роботи квазіелемента (G) та ймовірність безвідмовної роботи всієї системи при напрацюванні t = 104 год.

При напрацюванні t = 3 · 104 год.

При напрацюванні t = 5 · 104 год.

При напрацюванні t = 7 · 104 год.:

При напрацюванні t = 2,7 · 104 год.

При напрацюванні t = 4,05 · 104 год.

Результати розрахунків ймовірностей безвідмовної роботи елемента (G) та системи загалом (P``) представлені в таблиці А.1.

Розрахунки показують, що за год, що відповідає умові завдання.

На малюнку 17 нанесені криві залежностей ймовірності безвідмовної роботи системи після підвищення надійності елементів (14, 15, 16, 17) (крива) та після структурного резервування (крива).

Р – вихідна системи; Р` – система з підвищеною надійністю;

Р`` - система зі структурним резервуванням.

Рисунок 17 - Зміна ймовірності безвідмовної роботи системи

а) малюнку 10 представлена ​​залежність ймовірності безвідмовної роботи системи (крива). З графіка видно, що 65% - напрацювання вихідної системи складає годинника;

б) для підвищення надійності та збільшення 65% - напрацювання системи в 1.5 рази (до годин) запропоновано два способи:

Підвищення надійності елементів (14, 15, 16 та 17) та зменшення їх відмов;

Роздільна резервування елементом (18) основного елемента (Е) відповідно ідентичним за надійністю;

в) аналіз залежностей ймовірності безвідмовної роботи системи від часу (напрацювання) показує, що другий спосіб підвищення надійності системи (структурне резервування) краще першого, тому що в період напрацювання до годин ймовірність безвідмовної роботи системи при структурному резервуванні (крива) вище, ніж при збільшенні надійності елементів (крива).Однак, даний метод економічно невигідний, оскільки вимагає більше матеріальних витрат ніж перший метод. Отже, ми вибираємо спосіб підвищення надійності системи шляхом підвищення надійності елементів (14, 15, 16 та 17) та зменшення їх відмов.

Висновок

За виконання цієї курсової роботи було виконано два завдання. Перше завдання пов'язане з побудовою структурної схеми надійності виробництва морозива та розрахунком надійності даної системи.

Друге завдання - перетворення заданої, згідно з варіантом, структурної схеми та визначення показників надійності. А також розробка варіантів підвищення надійності даної схеми.

Аналіз залежностей ймовірності безвідмовної роботи системи від часу (напрацювання) на малюнку 17 показує, що перший спосіб підвищення надійності системи (підвищення надійності елементів (14, 15, 16 і 17) і зменшення їх відмов) краще другого, оскільки є більш вигідним з точки зору економічності.

Список використаних джерел

1 Марінін С.Ю. Методичні вказівки до виконання курсових проектів з дисциплін кафедри. Краснодар: КубДТУ, 2006. 29с.

2 Нечипоренко В.І. Структурний аналіз систем. М: Рад. радіо, 1977. 214 с.

3 Острейковський В.А. Теорія надійності: Навч. для вузів. М: Вища. шк., 2003. 463 с.

4 Рябінін І.А. Логіко-ймовірнісні методи дослідження надійності структурно-складних систем. М.: Радіо та зв'язок, 1981. 216 с.

5 Сотсков Б.С. Основи теорії та розрахунку надійності елементів та пристроїв автоматики та обчислювальної техніки. М: Вища. школа, 1970. 270 с.

6 Ушаков І.А. Надійність технічних систем Довідник. М.: Радіо та зв'язок, 1985. 608 с.

Додаток А

(Інформаційне)

Таблиця А.1 – Розрахунок ймовірності безвідмовної роботи системи

		Напрацювання t, x 104 год

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Методологія аналізу та оцінки техногенного ризику, математичні формулювання, що використовуються при оцінці основних властивостей та параметрів надійності технічних об'єктів, елементи фізики відмов, структурні схеми надійності технічних систем та їх розрахунок.

курсова робота , доданий 15.02.2017


Місце питань надійності виробів у системі керування якістю. Структура системи забезпечення надійності з урахуванням стандартизации. Методи оцінки та підвищення надійності технологічних систем. Передумови сучасного розвитку робіт із теорії надійності.

реферат, доданий 31.05.2010


Визначення основних показників надійності технічних об'єктів із застосуванням математичних методів. Аналіз показників надійності сільськогосподарської техніки та розробка заходів щодо її підвищення. Організація випробування машин на надійність.

курсова робота , доданий 22.08.2013


Поняття та основні етапи життєвого циклу технічних систем, засоби забезпечення їх надійності та безпеки. Організаційно-технічні заходи щодо підвищення надійності. Діагностика порушень та аварійних ситуацій, їх профілактика та значення.

презентація , додано 03.01.2014


Основні кількісні показники надійності технічних систем. Методи підвищення надійності. Розрахунок структурної схеми надійності системи. Розрахунок для системи із збільшеною надійністю елементів. Розрахунок для системи зі структурним резервуванням.

курсова робота , доданий 01.12.2014


Критерії надійності. Надійність верстатів та промислових роботів. Економічний аспект надійності Рівень надійності як визначальний фактор розвитку техніки за основними напрямками, а також економії матеріалів та енергії.

реферат, доданий 07.07.2007


Короткий опис конструкції двигуна. Нормування рівня надійності лопатки турбіни. Визначення середнього часу безвідмовної роботи. Розрахунок надійності турбіни при повторно-статичних навантаженнях та надійності деталей з урахуванням тривалої міцності.

курсова робота , доданий 18.03.2012


Збір та обробка інформації про надійність. Побудова статистичного ряду та статистичних графіків. Визначення математичного очікування, середньоквадратичного відхилення та коефіцієнта варіації. Завдання мікрометражу партії деталей, методика вимірів.

курсова робота , доданий 18.04.2013


Аналіз зміни ймовірності безвідмовної роботи системи від часу напрацювання. Поняття процентного напрацювання технічної системи, особливості забезпечення її збільшення за рахунок підвищення надійності елементів та структурного резервування елементів системи.

контрольна робота , доданий 16.04.2010


Визначення вимог надійності та працездатності системи промислового тахометра ІЛМ1. Розподіл вимог її надійності за різними підсистемами. Проведення аналізу надійності системи та техногенного ризику на основі методів надійності.