ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 673
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
круглые блоки.
Ошибочные команды – отказ элемента из-за неправильного сигнала управления или помехи. Для возвращения данного элемента в рабочее состояние ремонт зачастую не требуется. Самопроизвольные сигналы управления или помехи не обязательно часто оставляют последствия в виде повреждений, в последующих нормальных режимах элементы работают согласно заданным требованиям.
Типичные примеры ошибочных команд: «напряжение приложено самопроизвольно к обмотке реле», «переключатель случайно не разомкнулся из-за помех», «помехи на входе контрольного прибора в системе безопасности вызвали ложный сигнал на остановку», «оператор не нажал аварийную кнопку» (ошибочная команда от аварийной кнопки).
На основании вышеизложенного делается вывод, что отказы могут возникнуть в результате: 1) первичных отказов, 2) вторичных отказов или 3) ошибочных команд.
Для определения вида отказов нужно воспользоваться общим описанием системы и выполнить следующее:
а) изучить технические характеристики объекта;
б) установить, какие параметры являются выходными, например, для емкостных аппаратов (котлы, реакторы и т. п.) такими параметрами могут быть температура, давление, расход рабочей жидкости или газа; для металлообрабатывающего – соответствие полученных при обработке размеров заданным размерам с учетом предельных отклонений и шероховатости поверхностей.
Пример 8.2. Для двигателя внутреннего сгорания важным параметром является удельный расход топлива, повышенный расход которого не является функциональным отказом, но ухудшает экономические показатели.
Другой важный параметр двигателя – тепловой режим. Отклонение от нормы – перегрев, наступление которого является следствием многих причин, в том числе может объясняться и недостатками системы питания топливом. В случае перегрева двигателя требуется немедленное принятие мер, в частности переключение на низшую передачу при одновременном уменьшении нагрузки (остановка двигателя не рекомендуется во избежание заклинивания кривошипно-шатунного механизма).
5. Разбить систему на подсистемы (механическая, электрическая, гидравлическая, пневматическая и др.).
6. Выделить подсистемы в подсистемах.
Выделение подсистем в подсистемах производится в зависимости от состава рассматриваемой подсистемы. Например, в электрической подсистеме выбирается элемент «электродвигатель» и, в свою очередь, делится на механическую и электрическую подсистемы низшего уровня.
7. Составить перечни элементов для системы и подсистем.
Воспользовавшись имеющейся технической документацией, изучить описания, чертежи, схемы, назначение и последовательность работы элементов. Последовательность составления перечней – сверху вниз и слева направо.
Для этого внимательно проследить за действием каждого элемента в системе и выделить более важные и менее важные, после чего обозначить указанные группы элементов.
8. Выяснить, состояние каких элементов является ключевым для поддержания необходимых параметров в допустимых пределах работоспособности.
На чертежах, электрической, кинематической, гидравлической и других схемах подсистем выбранные элементы показываются выносными линиями с номерами. Это необходимо для повторных обращений к схемам.
9. Построить «дерево неисправностей» (отказов), используя обозначения табл. 8.4.
В. Количественная оценка вероятностей отказов
10. Найти значения интенсивностей отказов для элементов в нормативной документации (ГОСТ, РД и др.).
В приложениях части 2 данного учебного пособия приведены таблицы значений интенсивностей отказов из ССБТ ГОСТ 12.1.004–91 и РД 26-01-143-83.
11. Определить интервалы времени, в которых делаются расчеты.
Помня, что производится расчет надежности с целью определения риска, нужно ориентироваться на типовые случаи для данного класса систем. Возможны ситуации 1) когда известна средняя наработка до отказа таких систем
и 2) когда такие сведения отсутствуют. В последнем случае производится выбор интервала времени для расчета.
Как известно, при оценке надежности в период нормальной эксплуатации принимается, что интенсивность отказов постоянна и не зависит от времени эксплуатации системы
λ(t) = λ = const, (8.1)
где λ =1/mt;mt– средняя наработка до отказа (ч), откуда
mt=1/ λ(8.2)
или
mt ≈
=
, (8.3)
где t – наработка до отказа i-го изделия; N – общее число наблюдений.
Тогда λвыражается числом отказов в час и, как правило, составляет малую величину.
Интервалы времени выбираются с учетом технических характеристик системы, имеющихся в техническом паспорте или в технической литературе, содержащей данные по параметрам надежности аналогов. Необходимо помнить, что высокая надежность обеспечивается при малом сроке службы, например, вероятность безотказной работы P(t) ≈ 0,9 достижима при малом сроке службы ≈ 0,1 Т.
Учитывается также, что каждый элемент системы имеет свой срок службы и что интенсивность нагрузки на каждый элемент различна. Кроме этого, система может работать с разной интенсивностью, тогда вероятность отказа определится для двух режимов работы по формуле
Q(t) = 1 – Р(t) = 1 – exp(– λ1t1– λ2t2).
В качестве решающего критерия при выборе расчетных значенийTiможет быть принят тот факт, что анализ ограничивается выявлением тех элементов, отказ которых привел к отказу системы, а «дерево» строится для данного конкретного отказа.
Приведенный перечень подходов к выбору расчетных значений Tiпредназначендля практического использования.
12. Определить, какими логическими функциями связаны элементы системы (параллельность или последовательность включения в работу отдельных элементов).
На данном этапе устанавливается степень зависимости состояния системы от положения элемента в структуре и его состояния.
Ранее (п. 8.1) отмечено, что вероятность безотказной работы подчиняется экспоненциальному закону распределения времени безотказной работы и одинакова в любых одинаковых промежутках времени в период нормальной эксплуатации.
Необходимо помнить, что существенное достоинство экспоненциального распределения – его простота: оно имеет только один параметр – время t.
P(t) = exp( –
) = ехр( –λ t) = e – λt. (8.4)
Расчет по (8.4)в пределах четырех знаков после запятой дает точное совпадение.
Вероятности безотказной работы элементов (подсистем) рассчитываются по известным формулам:
а) для параллельного соединения элементов (оператор «ИЛИ»)
, (8.5)
тогда вследствие
Р(t) + Q(t) =1,
;
б) для последовательного соединения элементов (оператор «И»)
, (8.6)
;
в) для операции «инверсия»
,(8.7)
где А1 и А – события на входе и выходе.
Если λ(t) ≤ 0,1, то формула для вероятности безотказной работы упрощается в результате разложения в ряд и отбрасывания малых членов:
. (8.8)
Пример 8.3. Оценить вероятность Р(t) отсутствия внезапных отказов механизма в течение t=10 000 ч, если интенсивность отказов составляет
λ = 1/ mt= 10 –4 1/ч.
Решение. Так как λt = 10–8 · 104 = 10–4 < 0,1, то пользуемся приближенной зависимостью Р(t)= 1 –λt = 1 – 10–4 = 0,9999.
Плотность распределения (в общем случае)
. (8.9)
Значения вероятности безотказной работы определяются в зависимости от приближенного равенства
.
Значения (t)t и Р(t) можно сопоставить следующим образом:
(t)t ………………………………… 1 0,1 0,01 0,001 0,0001
Р(t) ………………………………….. 0,368 0,9 0,99 0,999 0,9999.
Так как при t/T = 1 вероятность P(t)
0,37, то 1 – 0,37 = 63 % отказов возникает за время t < T, а оставшиеся 37 % позднее. Из приведенных значений следует, что для обеспечения требуемой вероятности безотказной работы 0,9 или 0,99 можно использовать только малую долю среднего срока службы
(соответственно 0,1 и 0,01).
14. Рассчитать вероятность отказа системы.
При n = 2 выражение (8.5) преобразуется к виду
, (8.10)
а приn = 3 то же выражение (8.5) принимает вид
. (8.11)
Вообще говоря, во всех случаях следует отдавать предпочтение формуле (8.5), чтобы избежать ошибок при вычислениях.
Система может работать в разных режимах. Это приводит к изменению нагрузки и интенсивности отказов, т. е. интенсивность отказов равна λ1 за время t1 и λ2за время t2и, согласно теореме умножения вероятностей,
. (8.12)
.
В общем случае, если работа изделия происходит при разных режимах и, следовательно, интенсивностях отказов λi, то
.(8.13)
Необходимо учитывать, что каждый элемент системы имеет свой срок службы и что интенсивность нагрузки на каждый элемент различна.
Для определения на основании опытов интенсивности отказов оценивают среднюю наработку до отказа
, (8.14)
где N – общее число наблюдений.
Тогда
Ошибочные команды – отказ элемента из-за неправильного сигнала управления или помехи. Для возвращения данного элемента в рабочее состояние ремонт зачастую не требуется. Самопроизвольные сигналы управления или помехи не обязательно часто оставляют последствия в виде повреждений, в последующих нормальных режимах элементы работают согласно заданным требованиям.
Типичные примеры ошибочных команд: «напряжение приложено самопроизвольно к обмотке реле», «переключатель случайно не разомкнулся из-за помех», «помехи на входе контрольного прибора в системе безопасности вызвали ложный сигнал на остановку», «оператор не нажал аварийную кнопку» (ошибочная команда от аварийной кнопки).
На основании вышеизложенного делается вывод, что отказы могут возникнуть в результате: 1) первичных отказов, 2) вторичных отказов или 3) ошибочных команд.
Для определения вида отказов нужно воспользоваться общим описанием системы и выполнить следующее:
а) изучить технические характеристики объекта;
б) установить, какие параметры являются выходными, например, для емкостных аппаратов (котлы, реакторы и т. п.) такими параметрами могут быть температура, давление, расход рабочей жидкости или газа; для металлообрабатывающего – соответствие полученных при обработке размеров заданным размерам с учетом предельных отклонений и шероховатости поверхностей.
Пример 8.2. Для двигателя внутреннего сгорания важным параметром является удельный расход топлива, повышенный расход которого не является функциональным отказом, но ухудшает экономические показатели.
Другой важный параметр двигателя – тепловой режим. Отклонение от нормы – перегрев, наступление которого является следствием многих причин, в том числе может объясняться и недостатками системы питания топливом. В случае перегрева двигателя требуется немедленное принятие мер, в частности переключение на низшую передачу при одновременном уменьшении нагрузки (остановка двигателя не рекомендуется во избежание заклинивания кривошипно-шатунного механизма).
5. Разбить систему на подсистемы (механическая, электрическая, гидравлическая, пневматическая и др.).
6. Выделить подсистемы в подсистемах.
Выделение подсистем в подсистемах производится в зависимости от состава рассматриваемой подсистемы. Например, в электрической подсистеме выбирается элемент «электродвигатель» и, в свою очередь, делится на механическую и электрическую подсистемы низшего уровня.
7. Составить перечни элементов для системы и подсистем.
Воспользовавшись имеющейся технической документацией, изучить описания, чертежи, схемы, назначение и последовательность работы элементов. Последовательность составления перечней – сверху вниз и слева направо.
Для этого внимательно проследить за действием каждого элемента в системе и выделить более важные и менее важные, после чего обозначить указанные группы элементов.
8. Выяснить, состояние каких элементов является ключевым для поддержания необходимых параметров в допустимых пределах работоспособности.
На чертежах, электрической, кинематической, гидравлической и других схемах подсистем выбранные элементы показываются выносными линиями с номерами. Это необходимо для повторных обращений к схемам.
9. Построить «дерево неисправностей» (отказов), используя обозначения табл. 8.4.
В. Количественная оценка вероятностей отказов
10. Найти значения интенсивностей отказов для элементов в нормативной документации (ГОСТ, РД и др.).
В приложениях части 2 данного учебного пособия приведены таблицы значений интенсивностей отказов из ССБТ ГОСТ 12.1.004–91 и РД 26-01-143-83.
11. Определить интервалы времени, в которых делаются расчеты.
Помня, что производится расчет надежности с целью определения риска, нужно ориентироваться на типовые случаи для данного класса систем. Возможны ситуации 1) когда известна средняя наработка до отказа таких систем
и 2) когда такие сведения отсутствуют. В последнем случае производится выбор интервала времени для расчета.
Как известно, при оценке надежности в период нормальной эксплуатации принимается, что интенсивность отказов постоянна и не зависит от времени эксплуатации системы
λ(t) = λ = const, (8.1)
где λ =1/mt;mt– средняя наработка до отказа (ч), откуда
mt=1/ λ(8.2)
или
mt ≈
= , (8.3)где t – наработка до отказа i-го изделия; N – общее число наблюдений.
Тогда λвыражается числом отказов в час и, как правило, составляет малую величину.
Интервалы времени выбираются с учетом технических характеристик системы, имеющихся в техническом паспорте или в технической литературе, содержащей данные по параметрам надежности аналогов. Необходимо помнить, что высокая надежность обеспечивается при малом сроке службы, например, вероятность безотказной работы P(t) ≈ 0,9 достижима при малом сроке службы ≈ 0,1 Т.
Учитывается также, что каждый элемент системы имеет свой срок службы и что интенсивность нагрузки на каждый элемент различна. Кроме этого, система может работать с разной интенсивностью, тогда вероятность отказа определится для двух режимов работы по формуле
Q(t) = 1 – Р(t) = 1 – exp(– λ1t1– λ2t2).
В качестве решающего критерия при выборе расчетных значенийTiможет быть принят тот факт, что анализ ограничивается выявлением тех элементов, отказ которых привел к отказу системы, а «дерево» строится для данного конкретного отказа.
Приведенный перечень подходов к выбору расчетных значений Tiпредназначендля практического использования.
12. Определить, какими логическими функциями связаны элементы системы (параллельность или последовательность включения в работу отдельных элементов).
На данном этапе устанавливается степень зависимости состояния системы от положения элемента в структуре и его состояния.
-
Рассчитать вероятность безотказной работы каждого элемента.
Ранее (п. 8.1) отмечено, что вероятность безотказной работы подчиняется экспоненциальному закону распределения времени безотказной работы и одинакова в любых одинаковых промежутках времени в период нормальной эксплуатации.
Необходимо помнить, что существенное достоинство экспоненциального распределения – его простота: оно имеет только один параметр – время t.
P(t) = exp( –
) = ехр( –λ t) = e – λt. (8.4)Расчет по (8.4)в пределах четырех знаков после запятой дает точное совпадение.
Вероятности безотказной работы элементов (подсистем) рассчитываются по известным формулам:
а) для параллельного соединения элементов (оператор «ИЛИ»)
, (8.5)тогда вследствие
Р(t) + Q(t) =1,
;б) для последовательного соединения элементов (оператор «И»)
, (8.6) ;в) для операции «инверсия»
,(8.7)где А1 и А – события на входе и выходе.
Если λ(t) ≤ 0,1, то формула для вероятности безотказной работы упрощается в результате разложения в ряд и отбрасывания малых членов:
. (8.8) Пример 8.3. Оценить вероятность Р(t) отсутствия внезапных отказов механизма в течение t=10 000 ч, если интенсивность отказов составляет
λ = 1/ mt= 10 –4 1/ч.
Решение. Так как λt = 10–8 · 104 = 10–4 < 0,1, то пользуемся приближенной зависимостью Р(t)= 1 –λt = 1 – 10–4 = 0,9999.
Плотность распределения (в общем случае)
. (8.9)Значения вероятности безотказной работы определяются в зависимости от приближенного равенства
.Значения (t)t и Р(t) можно сопоставить следующим образом:
(t)t ………………………………… 1 0,1 0,01 0,001 0,0001
Р(t) ………………………………….. 0,368 0,9 0,99 0,999 0,9999.
Так как при t/T = 1 вероятность P(t)
0,37, то 1 – 0,37 = 63 % отказов возникает за время t < T, а оставшиеся 37 % позднее. Из приведенных значений следует, что для обеспечения требуемой вероятности безотказной работы 0,9 или 0,99 можно использовать только малую долю среднего срока службы (соответственно 0,1 и 0,01).
14. Рассчитать вероятность отказа системы.
При n = 2 выражение (8.5) преобразуется к виду
, (8.10)а приn = 3 то же выражение (8.5) принимает вид
. (8.11)Вообще говоря, во всех случаях следует отдавать предпочтение формуле (8.5), чтобы избежать ошибок при вычислениях.
Система может работать в разных режимах. Это приводит к изменению нагрузки и интенсивности отказов, т. е. интенсивность отказов равна λ1 за время t1 и λ2за время t2и, согласно теореме умножения вероятностей,
. (8.12) .В общем случае, если работа изделия происходит при разных режимах и, следовательно, интенсивностях отказов λi, то
.(8.13)Необходимо учитывать, что каждый элемент системы имеет свой срок службы и что интенсивность нагрузки на каждый элемент различна.
Для определения на основании опытов интенсивности отказов оценивают среднюю наработку до отказа
, (8.14)где N – общее число наблюдений.
Тогда