Файл: Конспект лекций по надежности (2).doc

К комплексным показателям надежности, оценивающим одновременно несколько свойств надежности, например, безотказность и ремонтопригодность, относятся различные коэффициенты надежности:

коэффициент готовности К_г,
коэффициент технического использования К_ти,
коэффициент использования планового времени К_и.пл.

Коэффициент готовности К_готражает вероятность того, что изделие окажется работоспособным в произвольный момент времени в промежутках между выполнением планового профилактического обслуживания. Он определяет ремонтопригодность и безотказность изделия и рассчитывается как отношение времени исправной работы изделия к сумме времени его исправной работы и суммарного времени восстановления работоспособности за период испытания:

где m– количество отказов, возникших за период испытаний;

Т_П– суммарное время безотказной работы за период испытания;

Т_в– суммарное время устранения отказов, возникших за период испытания.

Таким образом, коэффициент готовности показывает долю, которую составляет время безотказной работы оборудования, от суммы времени безотказной работы и восстановления работоспособности. Этот показатель целесообразнее всего использовать для оценки надежности систем, работающих в сторожевом режиме (системы сигнализации пожара, системы пожаротушения, предупреждения взрыва на шахте и т.п.), для которых важно, чтобы в момент востребованности они были в состоянии готовности, а не находились в плановом обслуживании.

Коэффициент технического использования К_т.и– отношение наработки изделия в еденицах времени за некоторый промежуток эксплуатации к суммарной продолжительности этой наработки и всех видов простоев, вызванных техническим обслуживанием и ремонтом за этот же период эксплуатации:

где Т_р– суммарное время технического обслуживания и планового ремонта за период испытания.

Коэффициент технического использования, являясь комплексным показателем надежности, более полно характеризует ремонтопригодность изделия, чем коэффициент готовности, так как учитывает все виды простоев, связанных с техническим обслуживанием и ремонтом оборудования.

Коэффициент использования планового времени К_и.пл– отношение наработки изделия в единицах времени за период эксплуатации к плановому времени его работы за тот же период эксплуатации:

где Т_ор– суммарное время простоев оборудования по организационным причинам; Т_пл– плановое время работы оборудования.

Как правило, расчеты коэффициентов производятся исходя из планового времени работы оборудования (Т_пл). Знаменатель при определении коэффициентов К_т.ии К_гнаходится путем вычитания из планового времени последовательно простоев по организационным причинам (Т_ор) и в техническом обслуживании и ремонте (Т_р).

Вопросы для самоконтроля

Какие требования предъявляются к информации о надежности?
Чем обеспечивается полнота информации о надежности?
К чему приведет использование неоднородной и несопоставимой информации о надежности?
Кто является пользователем информации о надежности?
Чем отличается физическое моделирование от имитационного?
Что отражает коэффициент готовности?
Что отражает коэффициент технического использования?

«Приказываю ружейной канцелярии из Петербурга переехать в Тулу и денно и нощно блюсти исправность ружей. Пусть дьяки и подьячие смотрят, как олдерман клейма ставит, буде сомненье возьмет самим проверять и смотром и стрельбою. А 2 ружья каждый месяц стрелять, пока не испортятся.

Буде заминка в войске приключится, особливо по недогляду дьяков и подьячих, бить оных кнутами нещадно.»

Из указа Петра I

Лекция 9. Методы повышения надежности технических систем

9.1. Избыточность как основной метод повы-шения надежности систем

9.2. Понятие о резервировании

9.3. Методы резервирования элементов

9.4. Методы резервирования систем

9.5. Использование алгебры логики для моделирования систем с резервированием

Избыточность, резервирование, резервирование элементов, нагруженное, ненагруженное резервирование, резервирование замещением, дублирование с восстановлением, резервирование систем, общее, раздельное, смешанное резервирование, булева алгебра, дизъюнкция, конъюнкция, логическая модель

Для обеспечения требуемых показателей надежности сложных систем необходимо управлять процессом их формирования, направленно воздействуя на его отдельные этапы и контролируя ход процесса. При этом вопросы управления начальным качеством и надежностью изделия как свойством сохранять начальные показатели во времени, взаимосвязаны между собой и образуют единую систему.

9.1. Избыточность как основной метод повышения надежности систем

Принцип избыточности заключается в удалении области состояния изделия от предельных значений параметров. Это выражается в установлении запасов: прочности, износостойкости, жесткости, устойчивости, теплостойкости, хладостойкости, виброустойчивости и др. Как следствие создается запас надежности. Графическая модель избыточности отражена на рисунке 10.

Рисунок 10. Модель создания избыточности

Таким образом, избыточность проявляется в том, что ресурс технической системы устанавливается много меньше среднего срока службы. Недоиспользование потенциальной долговечности – гарантия безотказной работы оборудования. Избыточность позволяет непрерывно повышать надежность до необходимого уровня за счет повышения работоспособности отдельных элементов. Дискретное повышение надежности обеспечивается частным вариантом создания избыточности – резервированием.

9.2. Понятие о резервировании

Резервирование – способ создания избыточности, основанный на введении в систему дополнительных элементов, не требующихся для ее работы в штатном режиме. Примеры резервирования (создания резервных элементов) весьма часто встречаются в окружающей нас действительности. Это ручной тормоз на автомобиле, запасное колесо, сдвоенные колеса на грузовых автомобилях – примеры ненагруженного и нагруженного резервирования. Параллельные технологии в автоматизированных поточных линиях, многоходовые золотники в гидросистемах.

Как видим, резервированию могут подвергаться системы (оборудование в технологических цепочках), отдельные элементы (колеса, тормоза), а также рабочие поверхности деталей (например, сдвоенные эксцентрики, имеющие две рабочих поверхности при действующей ‑ одной). В случае, когда имеет место только один резервный элемент кроме основного, такое резервирование называют дублированием.

При разработке схем резервирования следует обязательно исходить из природы возможных (потенциальных) отказов. Рассмотрим конкретный пример. В гидравлической системе с целью повышения надежности фильтрации рабочей жидкости установлен дополнительный (резервный) фильтр. Конструктивная схема такого резервирования представлена на рисунке 11.

Рисунок 11. Конструктивная схема резервирования

Если воспроизводить структурную схему надежности, то модель, отображающая конструктивное соединение, будет определяться физикой отказа. Полагая, что фильтрующий элемент представляет собой мелкоячеистую сетку, можно предположить два вида отказов: засорение сетки или ее разрыв. Модели структур надежности при двух вариантах отказов представлены на рисунке 12.

а) б)

Рисунок 12. Структурные модели надежности

а – при засорении сетки, б – при разрыве сетки

Как видно при возможном засорении сетки конструктивное последовательное соединение фильтров не обеспечивает повышение надежности фильтрации. Такое конструктивное решение эффективно в случае разрыва сетки. Для повышения надежности фильтрации при возможном засорении фильтра последние конструктивно должны быть соединены параллельно, как это показано на рисунке 13.