1.1. Podstawy teorii niezawodności

a) Niezawodność i rozwiązywanie problemów przyspieszania postępu naukowo-technicznego.

W miarę jak technologia staje się coraz bardziej złożona, rozszerzają się obszary jej zastosowania, wzrasta poziom automatyzacji, zwiększają się obciążenia i prędkości, wzrasta rola zagadnień niezawodności. Ich rozwiązanie jest jednym z głównych źródeł zwiększenia wydajności urządzeń, oszczędności kosztów materiałów, pracy i energii.

Przykład 1. Koszt zwiększenia żywotności opon samochodowych o 10% to 0,2% ich kosztu. Większa niezawodność opon prowadzi do odpowiedniego zmniejszenia ich zapotrzebowania. W rezultacie koszt wyprodukowania opon rozwiązujących konkretny problem transportowy wynosi 0,898 ich pierwotnego kosztu.

Ze względu na rosnącą złożoność sprzętu koszty usterek powstałych podczas jego eksploatacji znacznie wzrosły.

Przykład 2. Koparka E-652 zastępuje pracę 150 koparek. Jedna godzina jego przestoju powoduje znaczne straty materialne.

Niewystarczający wysoki poziom niezawodności jest jedną z głównych przyczyn nieuzasadnionych wysokich kosztów konserwacji, naprawy sprzętu i produkcji części zamiennych.

Przykład 3. Aby utrzymać ciągniki w dobrym stanie, na naprawy i konserwację w okresie ich użytkowania wydaje się dwa razy więcej pieniędzy niż na zakup nowego.

b) Podstawowe pojęcia niezawodności.

Niezawodność jest właściwością systemu zachować w czasie w ustalonych granicach wartości wszystkich parametrów charakteryzujących zdolność do wykonywania wymaganych funkcji w danych trybach użytkowania, konserwacji, naprawy, przechowywania i transportu.

Niezawodność jest złożoną, ale mimo to wyraźnie (na poziomie GOST) uregulowaną właściwością systemu.

Rozważmy kolejno, zgodnie ze związkami przyczynowo-skutkowymi, podstawowe pojęcia stosowane w opisie niezawodności.

Niezawodność jako złożona właściwość systemu jest określana przez kombinację czterech prostszych właściwości, a mianowicie: niezawodności, trwałości, łatwości konserwacji i przechowywania. Ponadto, w zależności od cech konstrukcyjnych i operacyjnych systemu, niezawodność może nie uwzględniać tej lub innej właściwości (lub właściwości). Na przykład, jeśli nie można naprawić łożyska tocznego, wówczas zdolność do naprawy nie jest uwzględniana we właściwości niezawodności. Klasyfikację właściwości niezawodnościowych przedstawiono na rys. 1.1.

Niezawodność jest właściwością systemu bez przerwy utrzymać stan operacyjny podczas pracy przez pewien okres czasu Niektóre(określony) czas lub Niektóre(podany) czas pracy.

Trwałość jest właściwością systemu, która ma działać do ostateczny stanie zgodnie z ustaloną procedurą konserwacji i naprawy.

Łatwość konserwacji jest właściwością systemu składającego się z w zdolności przystosowania się do ostrzegania i wykrywania stany przedawaryjne, awarie i uszkodzenia, utrzymanie i przywracanie stanu operacyjnego poprzez konserwację i naprawy.

Przechowywanie to właściwość systemu polegająca na zachowaniu wartości wskaźników niezawodności, trwałości i łatwości konserwacji podczas i po przechowywaniu i (lub) transporcie.

Przy określaniu właściwości niezawodnościowych wykorzystano pojęcia definiujące różne stany układu. Ich klasyfikację pokazano na ryc. 1.2.

Zdatny do użytku – stan systemu, któremu aktualnie odpowiada wszystkie wymagania, ustalony jak w relacji główne parametry, charakteryzujące funkcjonowanie systemu i w odniesieniu do drobne parametry, charakteryzujące łatwość obsługi, wygląd itp.

Wadliwy – stan systemu, w którym aktualnie się znajduje z wymagań ustalonych zarówno w odniesieniu do główny, Więc wtórny parametry.

Operaable – stan systemu, któremu aktualnie odpowiada wszystkie wymagania ustalone w związku z główne parametry.

Nie działa - stan systemu, w którym aktualnie się znajduje nie pasuje do co najmniej jednego od wymagań ustalonych dla główne parametry.

Limit – stan systemu, w którym czasowo lub trwale nie można go eksploatować. Kryteria stanu granicznego dla różnych systemów są różne i są ustalone w projekcie regulacyjnym i technicznym lub dokumentacji operacyjnej.

Z powyższych definicji wynika, że ​​niesprawny układ może być sprawny (np. samochód z uszkodzonym lakierem nadwozia), ale także układ niesprawny może być uszkodzony.

Przejście układu z jednego stanu do drugiego następuje w wyniku zdarzenia. Klasyfikacja zdarzeń pokazana jest na ryc. 1.3., a wykres wyjaśniający to na ryc. 1.4.

Uszkodzenie to zdarzenie, w wyniku którego system przestaje spełniać wymagania dotyczące mniejszych parametrów.

Awaria to zdarzenie, w wyniku którego system przestaje spełniać wymagania w zakresie parametrów głównych oraz pierwotnych i wtórnych, tj. całkowita lub częściowa utrata wydajności.

Niepowodzenie – niepowodzenie w samonaprawieniu.

Wyczerpanie zasobów to zdarzenie, w wyniku którego system przechodzi w stan graniczny. Spośród wymienionych zdarzeń najważniejsza jest awaria, która jest klasyfikowana:

A. Według znaczenia (krytyczne, istotne, nieistotne).

B. Ze względu na charakter wystąpienia (nagłe, stopniowe).

B. Ze względu na wykrywalność (wyraźną, ukrytą).

D. Ze względu na występowanie (strukturalne, produkcyjne, eksploatacyjne, degradacyjne).

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Opublikowano na http://www.allbest.ru/

TEST

Podstawy teorii i diagnostyki niezawodności

Ćwiczenia

Na podstawie wyników badań niezawodności produktów zgodnie z planem uzyskano następujące dane wstępne do oceny wskaźników niezawodności:

5 przykładowych wartości czasu do awarii (jednostka: tysiąc godzin): 4,5; 5.1; 6,3; 7,5; 9.7.

5 przykładowych wartości czasu pracy przed cenzurą (tj. 5 produktów pozostało na koniec testów w stanie użytkowym): 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0.

Definiować:

Oszacowanie punktowe średniego czasu do awarii;

Z prawdopodobieństwem ufności, niższymi granicami ufności i;

Narysuj poniższe wykresy w odpowiedniej skali:

funkcja dystrybucyjna;

prawdopodobieństwo bezawaryjnej pracy;

górna granica ufności;

dolna granica ufności.

Wstęp

Część obliczeniowa pracy praktycznej zawiera ocenę wskaźników niezawodności na podstawie podanych danych statystycznych.

Oceny wskaźników niezawodności to wartości liczbowe wskaźników wyznaczone na podstawie wyników obserwacji obiektów w warunkach eksploatacyjnych lub specjalnych testów niezawodności.

Przy określaniu wskaźników niezawodności możliwe są dwie opcje:

- znany jest rodzaj prawa dotyczącego rozkładu czasu pracy;

- rodzaj prawa dotyczącego rozkładu czasu pracy nie jest znany.

W pierwszym przypadku stosuje się parametryczne metody oceny, w których w pierwszej kolejności ocenia się parametry prawa dystrybucji zawarte we wzorze obliczeniowym wskaźnika, a następnie wyznacza się wskaźnik wiarygodności w funkcji oszacowanych parametrów prawa dystrybucji.

W drugim przypadku stosuje się metody nieparametryczne, w których wskaźniki niezawodności ocenia się bezpośrednio na podstawie danych eksperymentalnych.

1. Krótka informacja teoretyczna

bezpieczny punkt dystrybucji zaufania

Ilościowe wskaźniki niezawodności taboru można określić na podstawie reprezentatywnych danych statystycznych dotyczących awarii uzyskanych podczas eksploatacji lub w wyniku specjalnych testów przeprowadzonych z uwzględnieniem właściwości eksploatacyjnych konstrukcji, obecności lub braku napraw i innych czynników.

Początkowy zbiór obiektów obserwacyjnych nazywany jest populacją ogólną. W zależności od zasięgu populacji wyróżnia się dwa rodzaje obserwacji statystycznych: ciągłe i próbne. Obserwacja ciągła, podczas której badany jest każdy element populacji, wiąże się ze znacznymi kosztami i czasem, a czasami jest w ogóle niewykonalna fizycznie. W takich przypadkach uciekają się do obserwacji selektywnej, która polega na wybraniu z populacji ogólnej pewnej jej reprezentatywnej części – populacji próbnej, zwanej także próbą. Na podstawie wyników badania cechy w populacji próbnej wyciąga się wniosek na temat właściwości cechy w populacji ogólnej.

Metodę próbkowania można zastosować na dwa sposoby:

- prosty wybór losowy;

- losowy wybór według typowych grup.

Podział populacji próby na typowe grupy (np. według modeli wagonów gondolowych, lat budowy itp.) pozwala na zwiększenie dokładności szacowania cech całej populacji.

Niezależnie od tego, jak dokładnie prowadzona jest obserwacja próbki, liczba obiektów jest zawsze skończona, a zatem ilość danych eksperymentalnych (statystycznych) jest zawsze ograniczona. Przy ograniczonej ilości materiału statystycznego można uzyskać jedynie pewne szacunki wskaźników rzetelności. Pomimo tego, że prawdziwe wartości wskaźników niezawodności nie są losowe, ich oszacowania są zawsze losowe (stochastyczne), co wiąże się z losowością próby obiektów z populacji ogólnej.

Obliczając szacunki, zazwyczaj staramy się wybrać metodę, która będzie spójna, bezstronna i skuteczna. Estymacja spójna to taka, która wraz ze wzrostem liczby obserwowanych obiektów zbliża się prawdopodobieństwem do prawdziwej wartości wskaźnika (warunek 1).

Bezstronny szacunek to taki, którego oczekiwanie matematyczne jest równe prawdziwej wartości wskaźnika wiarygodności (warunek 2).

Oszacowanie nazywa się efektywnym, którego wariancja w porównaniu z rozproszeniami wszystkich pozostałych szacunków jest najmniejsza (warunek 3).

Jeżeli warunki (2) i (3) są spełnione tylko wtedy, gdy N dąży do zera, to takie oszacowania nazywane są odpowiednio asymptotycznie nieobciążonym i asymptotycznie efektywnym.

Spójność, bezstronność i skuteczność to cechy jakościowe ocen. Warunki (1) - (3) pozwalają nam zapisać jedynie przybliżoną równość dla skończonej liczby obiektów obserwacyjnych N

a~b(N)

Zatem oszacowanie wskaźnika niezawodności w (N), obliczone z próbnej populacji obiektów o objętości N, przyjmuje się jako przybliżoną wartość wskaźnika niezawodności dla całej populacji. Oszacowanie to nazywa się oszacowaniem punktowym.

Biorąc pod uwagę probabilistyczny charakter wskaźników niezawodności oraz znaczny rozrzut danych statystycznych o awariach, stosując punktowe oszacowania wskaźników zamiast ich wartości rzeczywistych, ważne jest, aby wiedzieć, jakie są granice możliwego błędu i jakie jest jego prawdopodobieństwo, czyli ważne jest określenie dokładności i wiarygodności zastosowanych szacunków. Wiadomo, że jakość oszacowania punktowego jest tym wyższa, im więcej materiału statystycznego jest ono uzyskane. Tymczasem samo oszacowanie punktowe nie niesie ze sobą żadnej informacji o objętości danych, na podstawie których zostało uzyskane. Decyduje to o konieczności dokonywania szacunków przedziałowych wskaźników niezawodności.

Wstępne dane do oceny wskaźników niezawodności określa plan obserwacji. Początkowe dane planu (N V Z) to:

- przykładowe wartości czasu do awarii;

- przykładowe wartości czasu pracy maszyn, które pozostały sprawne w okresie obserwacji.

Czas pracy maszyn (produktów), które pozostały sprawne podczas testów, nazywany jest czasem pracy przed cenzurą.

Cenzurowanie (odcięcie) po prawej stronie to zdarzenie prowadzące do zakończenia badań lub obserwacji eksploatacyjnych obiektu przed wystąpieniem awarii (stan graniczny).

Powody cenzury to:

- różne czasy rozpoczęcia i (lub) zakończenia testów lub eksploatacji produktów;

- wycofanie z testów lub eksploatacji niektórych wyrobów ze względów organizacyjnych lub z powodu awarii podzespołów, których niezawodność nie jest badana;

- przeniesienie produktów z jednego sposobu użytkowania na inny podczas testowania lub eksploatacji;

- konieczność oceny niezawodności przed awarią wszystkich testowanych produktów.

Czas pracy przed ocenzurowaniem to czas pracy obiektu od rozpoczęcia badań do rozpoczęcia cenzurowania. Próbkę, której elementami są wartości czasu do awarii i przed cenzurą, nazywamy próbką ocenzurowaną.

Próbka raz ocenzurowana to próbka ocenzurowana, w której wartości wszystkich czasów przed ocenzurowaniem są sobie równe i nie mniejsze niż najdłuższy czas przed awarią. Jeżeli wartości czasu działania przed ocenzurowaniem w próbce nie są równe, wówczas próbka taka jest cenzurowana wielokrotnie.

2. Estymacja wskaźników niezawodności metodą nieparametryczną

1 . Czas do awarii i czas do cenzurowania ustalamy w ogólnym szeregu zmian w kolejności niemalejącego czasu pracy (czas do cenzurowania jest zaznaczony *): 4,0*; 4,5; 5,0*; 5.1; 6,0*; 6,3; 7,5; 8,0*; 9,7; 10,0*.

2 . Oszacowania punktowe funkcji rozkładu czasu pracy obliczamy ze wzoru:

; ,

gdzie jest liczbą sprawnych produktów j-tego uszkodzenia w szeregu zmian.

;

;

;

;

3. Oszacowanie punktowe średniego czasu do awarii obliczamy ze wzoru:

,

Gdzie;

;

.

;

tysiąc godzin

4. Punktowe oszacowanie bezawaryjnej pracy na tysiąc godzin wyznacza się ze wzoru:

,

Gdzie;

.

;

5. Szacunki punktowe obliczamy korzystając ze wzoru:

.

;

;

;

.

6. Na podstawie obliczonych wartości konstruujemy wykresy funkcji rozkładu czasu pracy i funkcji niezawodności.

7. Dolną granicę ufności dla średniego czasu do awarii oblicza się ze wzoru:

,

gdzie jest kwantylem rozkładu normalnego odpowiadającym prawdopodobieństwu. Akceptowane zgodnie z tabelą w zależności od poziomu ufności.

Zgodnie z warunkami zadania prawdopodobieństwo ufności. Wybieramy odpowiednią wartość z tabeli.

tysiąc godzin

8 . Wartości górnej granicy ufności dla funkcji rozkładu obliczamy ze wzoru:

,

gdzie jest kwantylem rozkładu chi-kwadrat z liczbą stopni swobody. Akceptowane zgodnie z tabelą w zależności od poziomu ufności Q.

.

Nawiasy klamrowe w ostatnim wzorze oznaczają przyjęcie części całkowitej liczby zawartej w tych nawiasach.

Dla;

Dla;

Dla;

Dla;

Dla.

;

;

;

;

.

9. Wartości dolnej granicy ufności prawdopodobieństwa bezawaryjnej pracy określa wzór:

.

;

;

;

;

.

10. Dolną granicę ufności prawdopodobieństwa bezawaryjnej pracy w danym czasie pracy, w tysiącach godzin, wyznacza wzór:

,

Gdzie; .

.

Odpowiednio

11 . Na podstawie obliczonych wartości konstruujemy wykresy funkcji górnej i dolnej granicy ufności jako wcześniej zbudowane modele ocen punktowych i

Wnioski z wykonanej pracy

Badając wyniki testów niezawodności produktów zgodnie z planem, uzyskano następujące wskaźniki niezawodności:

- punktowe oszacowanie średniego czasu do awarii, tys. godzin;

- punktowe oszacowanie prawdopodobieństwa bezawaryjnej pracy na tysiąc godzin pracy;

- z prawdopodobieństwem ufności dolne granice ufności tysięcy godzin i;

Wykorzystując znalezione wartości rozkładu, prawdopodobieństwo bezawaryjnej pracy, górną granicę ufności i dolną granicę ufności skonstruowano wykresy.

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń można rozwiązać podobne problemy, z jakimi borykają się inżynierowie podczas produkcji (na przykład podczas eksploatacji wagonów na kolei).

Bibliografia

1. Chetyrkin E.M., Kalikhman I.L. Prawdopodobieństwo i statystyka. M.: Finanse i statystyka, 2012. - 320 s.

2. Niezawodność systemów technicznych: Podręcznik / wyd. I.A. Uszakowa. - M.: Radio i komunikacja, 2005. - 608 s.

3. Niezawodność wyrobów inżynierskich. Praktyczny przewodnik po standaryzacji, potwierdzaniu i zapewnianiu. M.: Wydawnictwo Standardów, 2012. - 328 s.

4. Wytyczne. Niezawodność w technologii. Metody oceny wskaźników niezawodności na podstawie danych eksperymentalnych. RD 50-690-89. Wchodzić. Str. 01.01.91, M.: Wydawnictwo Standardy, 2009. - 134 s. Grupa T51.

5. Bolyshev L.N., Smirnov N.V. Tablice statystyki matematycznej. M.: Nauka, 1983. - 416 s.

6. Kiselev S.N., Savoskin A.N., Ustich P.A., Zainetdinov R.I., Burchak G.P. Niezawodność układów mechanicznych transportu kolejowego. Instruktaż. M.: MIIT, 2008-119 s.

Opublikowano na Allbest.ru

Podobne dokumenty

Estymacja parametrów prawa rozkładu zmiennej losowej. Estymacje punktowe i przedziałowe parametrów rozkładu. Testowanie hipotezy statystycznej o rodzaju prawa dystrybucji, znajdowanie parametrów systemu. Wykres oszacowania gęstości prawdopodobieństwa.

praca na kursie, dodano 28.09.2014


Obliczanie częstotliwości skumulowanych i konstrukcja empirycznych funkcji prawdopodobieństwa awarii, bezawaryjnej pracy prasy do cegieł wapienno-piaskowych oraz histogramu gęstości rozkładu. Statystyczna ocena parametrów teoretycznego rozkładu zasobów.

test, dodano 01.11.2012


Wyznaczanie prawdopodobieństwa zdarzenia losowego z wykorzystaniem klasycznego wzoru na prawdopodobieństwo, schematu Bernoulliego. Opracowanie prawa rozkładu zmiennej losowej. Hipoteza o rodzaju prawa dystrybucji i jej weryfikacja za pomocą testu chi-kwadrat Pearsona.

test, dodano 11.02.2014


Pojęcie prawdopodobieństwa i przedziału ufności oraz jego granice. Prawo rozkładu ocen. Konstrukcja przedziału ufności odpowiadającego prawdopodobieństwu ufności oczekiwania matematycznego. Przedział ufności dla wariancji.

prezentacja, dodano 11.01.2013


Poznanie istoty i przyjęcie założeń dotyczących prawa rozkładu prawdopodobieństwa danych eksperymentalnych. Pojęcie i ocena asymetrii. Określenie postaci prawa rozkładu prawdopodobieństwa wyniku. Przejście od wartości losowej do wartości nielosowej.

praca na kursie, dodano 27.04.2013


Przetwarzanie wyników informacji o maszynach transportowych i technologicznych z wykorzystaniem metody statystyki matematycznej. Definicja funkcji całkowej rozkładu normalnego, funkcja prawa Weibulla. Wyznaczanie wielkości przesunięcia do początku rozkładu parametrów.

test, dodano 05.03.2017


Liczba możliwych opcji korzystnych dla wydarzenia. Określenie prawdopodobieństwa, że ​​projektowany wyrób będzie standardowy. Obliczanie szans, że studenci pomyślnie ukończą pracę z teorii prawdopodobieństwa. Wykreślanie prawa dystrybucji.

test, dodano 23.12.2014


Obliczanie parametrów rozkładu eksperymentalnego. Obliczanie średniej arytmetycznej i odchylenia standardowego. Wyznaczanie rodzaju prawa rozkładu zmiennej losowej. Ocena różnic pomiędzy rozkładami empirycznymi i teoretycznymi.

praca na kursie, dodano 04.10.2011


Prawdopodobieństwo łącznego spełnienia dwóch nierówności w układzie dwóch zmiennych losowych. Własności funkcji rozkładu. Wyznaczanie gęstości prawdopodobieństwa układu poprzez pochodną odpowiedniej funkcji rozkładu. Warunki prawa dystrybucji.

prezentacja, dodano 11.01.2013


Wyznaczanie oczekiwań matematycznych i odchylenia standardowego w celu doboru prawa rozkładu próby danych statystycznych o awariach elementów pojazdu. Znajdowanie liczby zdarzeń w zadanym przedziale; obliczenie wartości kryterium Pearsona.

Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej

Państwowa instytucja edukacyjna

wyższe wykształcenie zawodowe

„Państwowy Uniwersytet Techniczny w Omsku”

A. V. Fiedotow, N. G. Skabkin

Podstawy teorii niezawodności i diagnostyki technicznej

Notatki z wykładów

Wydawnictwo Omsk Państwowy Uniwersytet Techniczny

UDC 62-192+681.518.54

BBK 30,14+30,82

Recenzenci: n. S. Galdin, doktor inżynierii. Nauki, prof., wydział. PTTMiG SibAdi; Yu. dr P.Kotelewski Tech. Nauki, gen. Dyrektor Adl-Omsk LLC

Fiedotow, A. W.

F34 Podstawy teorii niezawodności i diagnostyki technicznej: Notatki z wykładów / A. V. Fedotov, N. G. Skabkin. – Omsk: Wydawnictwo Państwowego Uniwersytetu Technicznego w Omsku, 2010. – 64 s.

Rozważane są podstawowe pojęcia teorii niezawodności, jakościowe i ilościowe cechy niezawodności. Omówiono matematyczne podstawy teorii niezawodności, obliczenia wskaźników niezawodności, podstawowe pojęcia, definicje i problemy diagnostyki technicznej.

Streszczenie może zostać wykorzystane zarówno do praktycznego utrwalenia materiału teoretycznego na kursie „Diagnostyka i niezawodność systemów zautomatyzowanych” dla studentów studiów stacjonarnych, jak i do samodzielnego przygotowania studentów do nauczania korespondencyjnego i na odległość.

Wydane decyzją rady redakcyjno-wydawniczej

Państwowy Uniwersytet Techniczny w Omsku

UDC 62-192+681.518.54

BBK 30,14+30,82

© GOU VPO „Stan Omsk

Politechnika”, 2010

1. Ogólna charakterystyka niezawodności jako nauki

Pojawienie się technologii i jej szerokie zastosowanie w procesach produkcyjnych sprawiło, że kwestia jej efektywności stała się istotna. Efektywność użytkowania maszyn wiąże się z ich zdolnością do ciągłego i sprawnego wykonywania przypisanych im funkcji. Jednakże w wyniku awarii lub awarii jakość pracy maszyn spada, w ich pracy pojawiają się wymuszone przestoje i pojawia się konieczność napraw w celu przywrócenia funkcjonalności i wymaganych właściwości technicznych maszyn.

Powyższe okoliczności doprowadziły do ​​powstania koncepcji niezawodności maszyn i innych środków technicznych. Pojęcie niezawodności wiąże się ze zdolnością urządzenia technicznego do wykonywania przypisanych mu funkcji w wymaganym czasie i z wymaganą jakością. Od pierwszych kroków w rozwoju technologii zadaniem było wykonanie urządzenia technicznego tak, aby działało niezawodnie. Wraz z rozwojem i złożonością technologii problem jej niezawodności stał się bardziej złożony i rozwinięty. Aby go rozwiązać, konieczne było opracowanie podstaw naukowych nowego kierunku naukowego - nauki o niezawodności.

Niezawodność charakteryzuje jakość produktu technicznego. Jakość to zespół właściwości, które określają przydatność produktu do jego zamierzonego zastosowania i jego właściwości konsumenckich. Niezawodność to złożona właściwość obiektu technicznego, polegająca na jego zdolności do wykonywania określonych funkcji przy zachowaniu jego podstawowych właściwości w ustalonych granicach. Pojęcie niezawodności obejmuje niezawodność, trwałość, łatwość konserwacji i bezpieczeństwo.

Badanie niezawodności jako wskaźnika jakościowego charakteryzującego urządzenie techniczne doprowadziło do powstania nauki o „niezawodności”. Przedmiotem badań naukowych jest badanie przyczyn powodujących awarie obiektów, określenie praw, jakim one podlegają, rozwój metod ilościowego pomiaru niezawodności, metod obliczeń i testowania, rozwój sposobów i środków zwiększenie niezawodności.

Wyróżnia się ogólną teorię niezawodności i stosowaną teorię niezawodności. Ogólna teoria niezawodności składa się z trzech elementów:

1. Matematyczna teoria niezawodności. Definiuje prawa matematyczne rządzące awariami oraz metody ilościowego pomiaru niezawodności, a także inżynierskie obliczenia wskaźników niezawodności.

2. Statystyczna teoria niezawodności. Przetwarzanie informacji statystycznych o wiarygodności. Charakterystyka statystyczna niezawodności i wzorców awarii.

3. Fizyczna teoria niezawodności. Badanie procesów fizycznych i chemicznych, fizycznych przyczyn awarii, wpływu starzenia i wytrzymałości materiałów na niezawodność.

Stosowane teorie niezawodności opracowywane są w określonej dziedzinie techniki w odniesieniu do obiektów z tej dziedziny. Na przykład istnieje teoria niezawodności układów sterowania, teoria niezawodności urządzeń elektronicznych, teoria niezawodności maszyn itp.

Niezawodność jest powiązana z wydajnością (np. opłacalnością) technologii. Niewystarczająca niezawodność urządzenia technicznego powoduje:

zmniejszona produktywność z powodu przestojów spowodowanych awariami;

obniżenie jakości wyników użytkowania produktu technicznego z powodu pogorszenia jego właściwości technicznych w wyniku nieprawidłowego działania;

koszty napraw urządzeń technicznych;

utrata regularności w uzyskiwaniu wyników (na przykład zmniejszona regularność transportu pojazdów);

obniżenie poziomu bezpieczeństwa użytkowania urządzenia technicznego.

Diagnostyka jest bezpośrednio związana z niezawodnością. Diagnostyka – doktryna metod i zasad rozpoznawania i diagnozowania chorób. Diagnostyka techniczna bada zagadnienia związane z oceną stanu faktycznego systemów technicznych. Zadaniem diagnostyki jest identyfikacja i zapobieganie pojawiającym się awariom urządzeń technicznych w celu zwiększenia ich ogólnej niezawodności.

Proces diagnostyki technicznej wymaga obecności obiektu diagnostycznego, narzędzi diagnostycznych i operatora. Podczas procesu diagnostycznego wykonywane są operacje pomiarowe, sterujące i logiczne. Czynności te wykonywane są przez operatora za pomocą narzędzi diagnostycznych w celu ustalenia rzeczywistego stanu urządzenia technicznego. Wyniki oceny służą podejmowaniu decyzji o dalszym wykorzystaniu narzędzia technicznego.

Profesor T.P. Woskresenskaja

WSTĘP Znaczenie teorii niezawodności

w nowoczesnej technologii.

Współczesny okres rozwoju technologii charakteryzuje się rozwojem i wdrażaniem złożonych systemów i kompleksów technicznych.

Głównymi pojęciami stosowanymi w tej dyscyplinie są koncepcje złożonego układu dynamicznego oraz urządzenia technicznego (TD) lub elementu będącego częścią systemu. Złożoność jest zwykle rozumiana jako złożoność układy poszczególnych elementów, przy czym pod uwagę brana jest nie tylko suma elementów, ale także ich interakcja. Wzajemne oddziaływanie elementów i ich właściwości zmieniają się w czasie. Złożoność interakcji elementów i ich liczba to dwa aspekty koncepcji złożonego układu dynamicznego. O złożoności systemu decyduje nie tyle liczba elementów, co liczba połączeń pomiędzy samymi elementami oraz pomiędzy systemem a otoczeniem.

Złożone układy dynamiczne to układy przesycone wewnętrznymi połączeniami elementów i zewnętrznymi połączeniami z otoczeniem.

Zdefiniujmy złożony układ dynamiczny jako powstawanie elementów o różnym charakterze, które posiadają pewne funkcje i właściwości, których nie ma w każdym z elementów, a które są zdolne do funkcjonowania, statycznie korelując w pewnym zakresie z otoczeniem i dzięki to utrzymanie ich struktury podczas ciągłej zmiany oddziałujących elementów zgodnie ze złożonymi prawami dynamiki.

Złożone układy dynamiczne są w istocie układami nieliniowymi, których matematyczny opis nie zawsze jest na obecnym etapie możliwy.

Każdy złożony system dynamiczny jest tworzony w celu rozwiązania konkretnego problemu teoretycznego lub przemysłowego. Ze względu na pogarszanie się właściwości systemu w trakcie eksploatacji istnieje potrzeba okresowych konserwacji, których celem jest utrzymanie zdolności systemu do wykonywania swoich funkcji. Dlatego procesy informacyjne mają fundamentalne znaczenie dla złożonych systemów dynamicznych. Cykliczność procesów informacyjnych zapewnia mechanizm sprzężenia zwrotnego. Na podstawie informacji o zachowaniu systemu organizuje się zarządzanie jego stanem, biorąc pod uwagę wyniki, których korygowane jest późniejsze zarządzanie systemem.

Projektując systemy techniczne należy uwzględnić kwestie eksploatacyjne w trakcie zamierzonej eksploatacji. Wśród innych problemów w projektowaniu i tworzeniu kompleksu:

Zgodność z określonymi wymaganiami technicznymi;

Opłacalność kompleksu, biorąc pod uwagę badania i warunki zamierzonej eksploatacji;

Opracowanie środków technicznych do obsługi kompleksu i oprogramowania do nich;

Upewnij się, że kompleks jest odpowiedni do pracy w połączeniu „człowiek-maszyna” itp.

Tym samym już przy projektowaniu kompleksu należy skupić uwagę na wszystkich zauważonych, powiązanych ze sobą zagadnieniach jako całości, a nie na każdym z nich z osobna.

Możliwe jest zaprojektowanie kompleksu spełniającego określone wymagania techniczne, ale nie spełniającego wymagań ekonomicznych, wymagań utrzymania i funkcjonowania kompleksu w powiązaniu „człowiek-maszyna”. W związku z tym problem tworzenia kompleksu należy rozwiązać z perspektywy podejścia systemowego. Istotę tego podejścia można pokazać na prostym przykładzie. Załóżmy, że wybraliśmy po jednym samochodzie z każdej z marek dostępnych w sprzedaży. Następnie prosimy grupę ekspertów o ich zbadanie i wybranie najlepszego gaźnika, następnie wybranie najlepszego silnika, rozdzielacza, skrzyni biegów itp., aż zbierzemy wszystkie części z różnych samochodów. Jest mało prawdopodobne, że uda nam się złożyć samochód z tych części, a jeśli to zrobimy, jest mało prawdopodobne, że będzie dobrze działać. Powodem jest to, że poszczególne części nie będą do siebie pasować. Stąd wniosek: lepiej jest, gdy części systemu dobrze do siebie pasują, nawet jeśli pojedynczo nie działają idealnie, niż wtedy, gdy doskonale działające części nie pasują do siebie. Na tym polega istota podejścia systemowego.

Czasami ulepszenie jednej części kompleksu prowadzi do pogorszenia właściwości technicznych innej, tak że ulepszenie traci sens. Systematyczne podejście do analizy rozpatrywanych zjawisk polega na wykorzystaniu zespołu różnych metod matematycznych, metod modelowania i eksperymentów.

Proponowany kurs bada rozwiązywanie poszczególnych problemów obsługi złożonych systemów i ich elementów metodą analityczną oraz zwraca uwagę na cechy rozwiązywania bardziej złożonych problemów eksploatacyjnych metodą modelowania statystycznego. W praktyce wdrożenie uzyskanych metod doprowadzi do analizy kompleksu z perspektywy podejścia systemowego.

Główne cechy złożonego systemu lub urządzenia technicznego (TD) są następujące:

Posiadanie pewnej jedności celu i przyczynianie się do rozwoju optymalnych wyników z istniejącego zestawu wejść; optymalność wyników należy oceniać według wcześniej opracowanego kryterium optymalności;

Wykonywanie dużej liczby różnych funkcji, które są realizowane przez wiele części wchodzących w skład systemu;

Złożoność działania, tj. zmiana jednej zmiennej pociąga za sobą zmianę wielu zmiennych i to z reguły w sposób nieliniowy;

Wysoki stopień automatyzacji;

Umiejętność opisania w sposób ilościowy zakłócenia wchodzącego do systemu.

Eksploatacja złożonego urządzenia technicznego jest procesem ciągłym, na który składa się szereg czynności wymagających planowego, ciągłego oddziaływania na urządzenie techniczne w celu utrzymania go w stanie użytkowym. Do czynności takich zalicza się: konserwację planową, przywracanie funkcjonalności po awarii, magazynowanie, przygotowanie do pracy itp. Powyższa definicja eksploatacji nie obejmuje wszystkich czynności składających się na proces obsługi złożonych systemów. Dlatego też przez szeroko rozumianą eksploatację należy rozumieć proces użytkowania urządzeń technicznych zgodnie z ich przeznaczeniem i utrzymywania ich w dobrym stanie technicznym.

Stan specyfikacji technicznej określa suma wartości jej właściwości technicznych. Podczas pracy parametry techniczne urządzenia zmieniają się w sposób ciągły. Aby zorganizować działanie, ważne jest rozróżnienie stanów wyposażenia technicznego, które odpowiadają ekstremalnym lub dopuszczalnym (granicznym) wartościom właściwości technicznych, które odpowiadają stanowi pracy, awarii, stanowi utrzymania, przechowywania, renowacji itp. Na przykład silnik jest w stanie roboczym, jeśli zapewnia niezbędny ciąg, pod warunkiem, że wartości wszystkich pozostałych cech mieszczą się w granicach określonych w dokumentacji technicznej. Silnik musi znajdować się w stanie konserwacji, jeśli jego specyfikacje osiągnęły odpowiednie wartości graniczne. W takim przypadku jego natychmiastowe wykorzystanie zgodnie z przeznaczeniem jest niemożliwe.

Głównym zadaniem teorii operacji jest naukowe przewidywanie stanów złożonych układów lub urządzeń technicznych oraz opracowywanie, przy wykorzystaniu specjalnych modeli i matematycznych metod analizy i syntezy tych modeli, zaleceń dotyczących organizacji ich działania. Przy rozwiązywaniu głównego problemu operacyjnego stosuje się podejście probabilistyczno-statystyczne do przewidywania i kontrolowania stanów złożonych systemów oraz modelowania procesów operacyjnych.

Niektóre zagadnienia teorii działania, takie jak przewidywanie niezawodności wyposażenia technicznego w warunkach eksploatacyjnych, organizacja odbudowy wyposażenia technicznego podczas zadania, diagnozowanie awarii w złożonych układach, określanie wymaganej liczby elementów zapasowych itp., zostały dostatecznie rozwinięte w teoria niezawodności, teoria odbudowy i teoria kolejkowania, w diagnostyce technicznej i teorii zarządzania zapasami.

1. Podstawowe pojęcia i definicje

teoria niezawodności.

Teoria niezawodności to nauka o metodach zapewniania i utrzymywania niezawodności w projektowaniu, wytwarzaniu i działaniu systemów.

Zdolność dowolnego produktu lub systemu do zachowania oryginalnych właściwości technicznych podczas pracy zależy od jego niezawodności. Fizyczne znaczenie niezawodności to zdolność urządzenia do zachowania swoich właściwości w czasie.

Charakterystyka operacyjna obejmuje również gotowość do użycia, możliwość odtworzenia i parametry konserwacji. Niezawodność można określić zarówno na podstawie niezależnej cechy operacyjnej specyfikacji technicznej, jak i może służyć jako składnik innych cech operacyjnych.

Pod niezawodność rozumiana jest jako właściwość wyposażenia technicznego umożliwiająca wykonywanie określonych funkcji, utrzymywanie jego wskaźników wydajności w określonych granicach przez wymagany okres czasu lub wymagany czas pracy w określonych warunkach pracy.

Jak wynika z definicji, niezawodność zależy od tego, jakie funkcje spełnia wyrób w czasie, w którym te funkcje muszą być zapewnione, oraz od warunków pracy.

Każdy produkt ma wiele wskaźników wydajności i w każdym przypadku konieczne jest ścisłe określenie, kiedy przy określaniu jego niezawodności należy brać pod uwagę parametry techniczne lub właściwości specyfikacji.

W związku z tym koncepcja została wprowadzona wydajność , który definiuje się jako stan urządzenia technicznego, w którym jest ono zdolne do wykonywania określonych funkcji, przy parametrach określonych wymaganiami dokumentacji technicznej. Wprowadzenie pojęcia operatywności jest konieczne w celu określenia parametrów technicznych i właściwości specyfikacji technicznych, które decydują o wykonywaniu określonych funkcji i dopuszczalnych granicach ich zmian.

Z definicji niezawodności wynika również, że niezawodność polega na zdolności urządzenia technicznego do zachowania w czasie swoich pierwotnych właściwości technicznych. Jednak nawet najbardziej niezawodna specyfikacja nie może zachować swoich pierwotnych właściwości technicznych przez nieograniczony czas. Dlatego mówienie o niezawodności bez określenia konkretnego okresu, w którym te cechy muszą być zapewnione, jest pozbawione sensu. Ponadto rzeczywista niezawodność każdego urządzenia technicznego w dużej mierze zależy od warunków pracy. Każda z góry określona wartość niezawodności obowiązuje tylko dla określonych warunków pracy, w tym sposobów użytkowania urządzeń technicznych.

W teorii niezawodności wprowadzane są pojęcia elementu i układu. Różnica między nimi jest czysto warunkowa i polega na tym, że przy określaniu niezawodności element uważa się za niepodzielny, a system przedstawia się jako zbiór pojedynczych części, z których niezawodność każdej z nich jest określana osobno.

Pojęcia element i system są względne. Nie można na przykład zakładać, że samolot jest zawsze systemem, a jeden z jego silników jest elementem. Silnik można uznać za element, jeżeli przy określaniu niezawodności traktuje się go jako jedną całość. Jeśli podzielimy go na części składowe (komorę spalania, turbinę, sprężarkę itp.), z których każda ma swoją wartość niezawodności, wówczas silnik jest systemem.

Określenie ilościowe lub zmierzenie wiarygodności specyfikacji jest znacznie trudniejsze niż zmierzenie którejkolwiek z jej właściwości technicznych. Z reguły mierzy się jedynie niezawodność elementów, dla których przeprowadza się specjalne, czasem dość skomplikowane i długotrwałe badania lub wykorzystuje się wyniki obserwacji ich zachowania w eksploatacji.

Niezawodność systemu jest obliczana na podstawie danych dotyczących niezawodności elementów. Jako dane wyjściowe do określenia ilościowych wartości niezawodności wykorzystuje się zdarzenia polegające na zakłóceniach w pracy urządzeń technicznych i tzw. awariach.

Pod odmowa rozumie się przez to zdarzenie, po którym urządzenie techniczne przestaje (częściowo lub całkowicie) pełnić swoje funkcje. Pojęcie awarii ma fundamentalne znaczenie w teorii niezawodności, a prawidłowe zrozumienie jej fizycznej istoty jest najważniejszym warunkiem pomyślnego rozwiązania zagadnień niezawodności.

W niektórych przypadkach system w dalszym ciągu wykonuje określone funkcje, ale niektóre elementy wykazują naruszenia właściwości technicznych. Ten stan elementu nazywa się awarią.

Awaria – stan elementu, w którym aktualnie nie spełnia on przynajmniej jednego z wymagań ustalonych zarówno w odniesieniu do parametrów głównych, jak i drugorzędnych.

Rozważmy kilka innych koncepcji charakteryzujących charakterystykę wydajności specyfikacji. W niektórych przypadkach wymagane jest, aby urządzenie nie tylko działało bezawaryjnie przez określony czas, ale pomimo wystąpienia awarii w czasie przerw w pracy, zachowało przez długi czas ogólną zdolność do wykonywania określonych funkcji.

Właściwość wyposażenia technicznego polegającą na pozostawaniu w sprawności z niezbędnymi przerwami na konserwację i naprawy do stanu granicznego określonego w dokumentacji technicznej nazywa się trwałość . Stany graniczne wyposażenia technicznego mogą obejmować: awarię, ekstremalne zużycie, utratę mocy lub produktywności, spadek dokładności itp.

Może utracić swoją funkcjonalność nie tylko podczas eksploatacji, ale także podczas długotrwałego przechowywania na skutek starzenia. Aby podkreślić właściwość urządzeń technicznych do zachowania sprawności podczas przechowywania, wprowadzono pojęcie magazynowalności, które oznacza niezawodność urządzeń technicznych w warunkach przechowywania.

Możliwość przechowywania cechą specyfikacji technicznych jest posiadanie określonych wskaźników wydajności podczas i po okresie przechowywania i transportu określonym w dokumentacji technicznej.

Pojęcia żywotności, czasu pracy i zasobów są ważne przy określaniu właściwości operacyjnych wyposażenia technicznego.

Żywotność nazywa się kalendarzowym czasem pracy urządzenia technicznego do momentu wystąpienia stanu granicznego określonego w dokumentacji technicznej. Pod czas operacyjny odnosi się do czasu trwania (w godzinach lub cyklach) lub ilości pracy urządzenia (w litrach, kilogramach, t-km itp.) przed wystąpieniem awarii . Ratunek nazywany jest całkowitym czasem pracy specyfikacji do stanu granicznego określonego w dokumentacji technicznej.

2. Ilościowa miara niezawodności systemów złożonych

Aby wybrać racjonalne środki mające na celu zapewnienie niezawodności, bardzo ważna jest znajomość ilościowych wskaźników niezawodności elementów i systemów. Osobliwością ilościowych cech niezawodności jest ich probabilistyczno-statystyczny charakter. Prowadzi to do specyfiki ich definicji i zastosowania. Jak pokazuje praktyka, ten sam rodzaj urządzeń technicznych wprowadzanych do użytku, np. samochodów, nawet produkowanych w tym samym zakładzie, wykazuje odmienne zdolności do utrzymania swoich parametrów użytkowych. Podczas pracy awarie sprzętu technicznego zdarzają się w najbardziej nieoczekiwanych, nieprzewidzianych momentach. Powstaje pytanie, czy istnieją jakieś wzorce w występowaniu awarii? Istnieć. Tylko do ich ustalenia konieczna jest obserwacja nie jednego, a wielu urządzeń technicznych w działaniu i przetwarzanie wyników obserwacji przy wykorzystaniu metod statystyki matematycznej i teorii prawdopodobieństwa.

Stosowanie ilościowych szacunków niezawodności jest konieczne przy rozwiązywaniu następujących problemów:

Naukowe uzasadnienie wymagań dla nowo tworzonych systemów i produktów;

Poprawa jakości projektu;

Tworzenie naukowych metod badania i monitorowania poziomu niezawodności;

Uzasadnienie sposobów obniżenia kosztów ekonomicznych i skrócenia czasu rozwoju produktu;

Poprawa jakości i stabilności produkcji;

Opracowanie najskuteczniejszych metod działania;

Obiektywna ocena stanu technicznego użytkowanego sprzętu;

Obecnie w rozwoju teorii niezawodności istnieją dwa główne kierunki :

Postęp technologii i doskonalenie technologii wytwarzania elementów i systemów;

Racjonalne wykorzystanie elementów w projektowaniu systemów - synteza systemów w oparciu o niezawodność.

3. Ilościowe wskaźniki niezawodności

elementy i systemy.

Ilościowe wskaźniki niezawodności elementów i systemów obejmują:

Współczynnik niezawodności R G ;

Prawdopodobieństwo bezawaryjnej pracy przez określony czas P ( T ) ;

Średni czas do pierwszej awarii T śr dla systemów nieodzyskiwalnych;

MTBF T Poślubić dla przywróconych systemów:

Współczynnik awaryjności λ( T ) ;

Średni czas regeneracji τ śr ;

μ( T ) ;

Funkcja niezawodności R G ( T ).

Definicje wymienionych wielkości:

R G – prawdopodobieństwo znalezienia produktu w stanie użytkowym.

P ( T ) – prawdopodobieństwo, że w danym okresie czasu ( T ) system nie zawiedzie.

T śr – matematyczne oczekiwanie czasu pracy systemu do pierwszej awarii.

T Poślubić - matematyczne oczekiwanie czasu pracy systemu pomiędzy kolejnymi awariami.

λ( T ) – matematyczne oczekiwanie liczby awarii w jednostce czasu; dla prostego przepływu awarii:

λ( T )= 1/ T Poślubić .

τ śr – matematyczne oczekiwanie czasu przywracania systemu.

μ( T ) - matematyczne oczekiwanie liczby uzysków w jednostce czasu:

μ( T ) = 1/ τ śr.

R G ( T ) – zmiana niezawodności systemu w czasie.

4. Klasyfikacja systemów do celów obliczeń niezawodnościowych.

Na potrzeby obliczeń niezawodności systemy klasyfikuje się według kilku kryteriów.

1. Według cech funkcjonowania w okresie użytkowania:

Systemy jednorazowe; są to systemy, których ponowne wykorzystanie jest z jakiegoś powodu niemożliwe lub niepraktyczne;

Systemy wielokrotnego użytku; Są to systemy, których ponowne wykorzystanie jest możliwe i może nastąpić po wykonaniu przez system przypisanych mu funkcji w poprzednim cyklu użytkowania.

2. Według możliwości przystosowania się do odtwarzania po awariach:

Możliwość odzyskania, jeżeli ich wydajność utracona w wyniku awarii może zostać przywrócona w trakcie eksploatacji;

Nieodwracalne, jeżeli ich właściwości utracone w wyniku awarii nie mogą zostać przywrócone.

3. W celu realizacji konserwacji:

Niekonserwowane – systemy, których stan techniczny nie jest monitorowany w trakcie eksploatacji i nie podejmuje się działań zapewniających ich niezawodność;

Utrzymane – systemy, których stan techniczny jest monitorowany w trakcie eksploatacji i podejmowane są odpowiednie działania w celu zapewnienia ich niezawodności.

4. Według rodzaju wykonanej konserwacji:

Z konserwacją okresową - systemy, w których środki zapewniające niezawodność są wdrażane tylko podczas planowych prac konserwacyjnych i naprawczych w określonych odstępach czasu To ;

Z losowym okresem konserwacji – systemy, w których wdrażane są środki zapewniające niezawodność w losowych odstępach czasu, odpowiadających wystąpieniu awarii lub osiągnięciu przez system stanu granicznego pracy;

Przy konserwacji kombinowanej – systemy, w których w przypadku planowych prac konserwacyjnych i naprawczych odbywają się elementy konserwacji o losowym okresie.

5. Klasyfikacja systemów ze względu na strukturę.

Wskaźniki niezawodności systemu zależą nie tylko od wskaźników niezawodności elementów, ale także od sposobów „włączenia” elementów w system. W zależności od sposobu „łączenia” elementów w system wyróżnia się schematy blokowe: a. szeregowy (połączenie główne); B. równoległe (połączenie redundantne); V. połączone (na schemacie blokowym występuje zarówno główne, jak i redundantne połączenie elementów); patrz rys. 1.

Ryż. 1. Struktury systemów do celów obliczeń niezawodnościowych.

Klasyfikacja struktury systemu jako podstawowej lub redundantnej nie zależy od fizycznego względnego rozmieszczenia elementów w systemie, zależy jedynie od wpływu awarii elementów na niezawodność całego systemu.

Główne struktury systemu charakteryzują się tym, że awaria jednego elementu powoduje awarię całego systemu.

Struktury systemów redundantnych to takie, w których awaria następuje w przypadku awarii wszystkich lub określonej liczby elementów tworzących system.

Struktury redundantne mogą mieć redundancję ogólną, redundancję grup elementów i redundancję element po elemencie (patrz ryc. 2, a., b., c.).

Rysunek 2. Opcje redundancji systemu.

Klasyfikacja systemu ze względu na jego strukturę nie jest stała, ale zależy od celu obliczeń. Ten sam system może być podstawowy i nadmiarowy; na przykład, jakie „połączenie” mają silniki czterosilnikowego samolotu? Odpowiedź jest dwojaka.

Jeśli spojrzymy na system z punktu widzenia technika obsługującego statek powietrzny, to silniki są „połączone” szeregowo, ponieważ samolot nie może zostać wystrzelony, jeśli co najmniej jeden silnik jest uszkodzony; zatem awaria jednego elementu (silnika) oznacza awarię całego układu.

Jeśli weźmiemy pod uwagę ten sam system w locie, to z punktu widzenia pilotów będzie on zbędny, ponieważ system ulegnie całkowitej awarii, jeśli wszystkie silniki ulegną awarii.

6. Klasyfikacja uszkodzeń i usterek układów i elementów.

Awarie mają różny charakter i są klasyfikowane według kilku kryteriów. Najważniejsze z nich są następujące:

- wpływ awarii na bezpieczeństwo pracy : niebezpieczne bezpieczne;

- wpływ awarii na działanie głównego mechanizmu : prowadzące do przestojów; zmniejszenie wydajności głównego mechanizmu; nie prowadzi do przestoju głównego mechanizmu;

- charakter eliminacji awarii : pilny; nie pilne; kompatybilny z działaniem mechanizmu głównego; niezgodny z działaniem głównego mechanizmu;

- zewnętrzny przejaw odmowy : wyraźny (oczywisty); ukryty (ukryty);

- czas usuwania awarii : krótkoterminowe; długi;

- charakter porażki : nagły; stopniowy; zależny; niezależny;

- przyczyna niepowodzenia : strukturalny; produkcja; operacyjny; błędny; naturalny;

- czas niepowodzenia : podczas przechowywania i transportu; w okresie startowym; przed pierwszym poważnym remontem; po kapitalnym remoncie.

Wszystkie powyższe rodzaje awarii mają charakter fizyczny i są uważane za techniczne.

Oprócz nich mogą wystąpić awarie technologiczne w układach składających się z elementów autonomicznych (maszyn, mechanizmów, urządzeń).

Technologiczne to awarie związane z wykonywaniem przez poszczególne elementy czynności pomocniczych, wymagające zatrzymania pracy głównego mechanizmu układu.

Awarie technologiczne występują w następujących przypadkach:

Wykonywanie operacji poprzedzających cykl pracy głównego mechanizmu systemu;

Wykonywanie operacji, które następują po cyklu głównego mechanizmu, ale nie są zgodne z wykonaniem nowego cyklu;

Cykl pracy głównego mechanizmu układu jest krótszy niż cykl pracy elementu pomocniczego w procesie technologicznym;

Operacja technologiczna wykonywana przez jakikolwiek element jest niezgodna z działaniem głównego mechanizmu systemu;

Przejście systemu do nowego stanu;

Niezgodność warunków pracy systemu z warunkami określonymi w charakterystyce paszportowej mechanizmów systemu.

7. Podstawowe zależności ilościowe przy obliczaniu niezawodności systemów.

7.1. Analiza statystyczna pracy elementów i układów.

Jakościowe i ilościowe charakterystyki niezawodności systemów uzyskuje się w wyniku analizy danych statystycznych dotyczących pracy elementów i układów.

Przy ustalaniu rodzaju prawa rozkładu zmiennej losowej, które obejmuje okresy bezawaryjnej pracy i czas regeneracji, obliczenia przeprowadza się w następującej kolejności:

Przygotowanie danych eksperymentalnych; operacja ta polega na tym, że pierwotne źródła o działaniu systemów i elementów są analizowane w celu zidentyfikowania jednoznacznie błędnych danych; rad statystyczny jest przedstawiany w postaci wariacyjnej, tj. umieszczane w miarę wzrostu lub spadku zmiennej losowej;

Konstruowanie histogramu zmiennej losowej;

Aproksymacja rozkładu eksperymentalnego za pomocą zależności teoretycznej; sprawdzenie poprawności aproksymacji rozkładu eksperymentalnego przez rozkład teoretyczny z wykorzystaniem kryteriów dobroci dopasowania (Kołmogorowa, Pearsona, omega-kwadrat itp.).

Jak pokazują obserwacje prowadzone w różnych dziedzinach techniki, przepływ awarii i napraw jest najprostszy, tj. Jest zwyczajny, stacjonarny i nie ma żadnych następstw.

Niezawodność złożonych systemów z reguły podlega prawu wykładniczemu, które charakteryzuje się zależnościami:

Prawdopodobieństwo bezawaryjnej pracy:

Funkcja dystrybucji czasu pracy:

Gęstość rozkładu czasu bezawaryjnej pracy:

	f(t)

Zależności te odpowiadają najprostszemu przebiegowi awarii i charakteryzują się stałymi:

Współczynnik awaryjności λ( T ) = konst ;

Intensywność regeneracji μ( T ) = konst ;

MTBF T Poślubić = 1/λ( T ) = konst ;

Czas regeneracji τ av = 1/μ( T ) = konst .

Opcje λ( T ), T Poślubić ; μ( T ) I τ śr – uzyskany w wyniku przetworzenia szeregu zmian w oparciu o obserwację czasową pracy elementów i układów.

7.2. Obliczanie współczynnika niezawodności elementu.

Współczynnik niezawodności elementu wyznacza się na podstawie statystycznego przetwarzania szeregów zmienności, korzystając ze wzorów:

Lub (1)

jak również pod względem wskaźników awaryjności i odzysku λ( T ) I μ( T ) :

. (2)

W systemach transportu przemysłowego należy wyróżnić awarie techniczne i technologiczne. Odpowiednio, charakterystyką niezawodności elementów pod względem technicznym i technologicznym są współczynniki techniczne R T I i technologiczne r ci niezawodność elementów. Niezawodność elementu jako całości określa zależność:

R G I = R T I · r ci . (3)

7.3. Obliczanie niezawodności technicznej systemu.

Niezawodność układu głównego (układu elementów połączonych szeregowo) określa się w obecności wyłącznie usterek technicznych z zależności:

z równie niezawodnymi elementami:

Gdzie N – liczba elementów połączonych szeregowo w systemie;

Obliczając wskaźniki ilościowe redundantnych i połączonych struktur systemowych, należy znać nie tylko ich niezawodność, ale także zawodność elementu; ponieważ niezawodność r ja i zawodność q ja elementem jest całkowita suma prawdopodobieństw równa jeden, wówczas:

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

Zawodność systemu redundantnego (z równoległym połączeniem elementów) definiuje się jako prawdopodobieństwo, że wszystkie elementy systemu uległy awarii, tj.:

(7)

Niezawodność odpowiednio określa zależność:

(8)

Lub z równie niezawodnymi elementami

, (9)

Gdzie M – liczba elementów rezerwowych.

Stopień ( M + 1) przy obliczaniu niezawodności systemu tłumaczy się to faktem, że w systemie jeden element jest obowiązkowy, a liczba rezerwowych może wynosić od 1 do M .

Jak już wspomniano, redundancja w systemach połączonych może obejmować element po elemencie, grupę elementów lub element po elemencie. Wskaźniki niezawodności systemu zależą od rodzaju redundancji w połączonym systemie. Rozważmy te opcje dla różnych sposobów rozwoju systemu.

Niezawodność połączonych systemów redundantnych z redundancją ogólną (redundancją systemu) określa zależność:

(10)

z równie niezawodnymi elementami (a więc podsystemami):

(11)

Niezawodność systemów kombinowanych z redundancją grup elementów określa się sekwencyjnie; W pierwszej kolejności określa się niezawodność podsystemów redundantnych, następnie określa się niezawodność systemu podsystemów połączonych szeregowo.

Niezawodność połączonych systemów z redundancją element po elemencie (oddzielną) określa się sekwencyjnie; najpierw określa się niezawodność elementów blokowych (element zarezerwowany przez jeden, dwa itd. do M elementy), następnie - niezawodność układu połączonych szeregowo elementów blokowych.

Niezawodność elementu blokowego wynosi:

; (12)

R Do J przy rezerwacji element po elemencie jest równa:

; (13)

lub dla równie niezawodnych elementów:

(14)

Rozważmy przykład obliczanie niezawodności systemu bez redundancji i przy różnych formach jego rozwoju (redundancja).

Dany jest układ składający się z czterech elementów (patrz rys. 1):

	R 1 = 0,95		R 2 = 0,82		R 3 = 0,91		R 4 = 0,79

Rysunek 1. Schemat blokowy systemu (głównego).

Główna niezawodność systemu:

0,95·0,82·0,91·0,79 = 0,560.

Niezawodność połączonego systemu z redundancją ogólną (systemową) będzie równa (patrz rys. 2):

R 1 = 0,95

R 2 = 0,82

R 3 = 0,91

R 4 = 0,79

R 1 = 0,95

R 2 = 0,82

R 3 = 0,91

R 4 = 0,79

Rysunek 2. Schemat blokowy systemu kombinowanego z redundancją systemu.

1- (1- 0,560) 2 = 1 – 0,194 = 0,806.

Niezawodność połączonego systemu, gdy jest on wspierany przez grupy elementów, będzie zależeć od sposobu, w jaki elementy są zgrupowane; w naszym przykładzie grupujemy elementy w następujący sposób (patrz rys. 3):

R 1 = 0,95

R 2 = 0,82

R 3 = 0,91

R 4 = 0,79

R 1 = 0,95

R 2 = 0,82

R 3 = 0,91

R 4 = 0,79

Rysunek 3. Schemat blokowy układu kombinowanego z redundancją w grupach elementów.

Rzetelność pierwszej podgrupy R o1 pierwszego i drugiego elementu połączonych szeregowo będzie równa:

0,95 · 0,82 = 0,779;

Niezawodność elementu blokowego pierwszej podgrupy:

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

Rzetelność drugiej podgrupy R OP elementów 3. i 4. połączonych szeregowo będzie równa:

0,91 · 0,79 = 0,719.

Niezawodność elementu blokowego drugiej podgrupy:

= 1 – (1 – 0,719) 2 = 0,921.

Niezawodność systemu R ks dwóch połączonych szeregowo podsystemów będzie równa:

0,951 · 0,921 = 0,876.

Niezawodność połączonego systemu R Do J przy redundancji element po elemencie jest równy iloczynowi niezawodności elementów blokowych, z których każdy składa się z jednego elementu systemu (patrz rys. 4)

R 1 = 0,95

R 2 = 0,82

R 3 = 0,91

R 4 = 0,79

R 1 = 0,95

R 2 = 0,82

R 3 = 0,91

R 4 = 0,79

Rysunek 4. Schemat blokowy układu kombinowanego z redundancją element po elemencie.

Niezawodność elementu blokowego określa wzór:

;

Dla pierwszego elementu: r j 1 = 1 – (1 – 0,95) 2 = 0,997;

Dla drugiego elementu: r j 2 = 1 – (1 – 0,82) 2 = 0,968;

Dla trzeciego elementu: r j 3 = 1 – (1 – 0,91) 2 = 0, 992;

Dla czwartego elementu: r j 4 = 1 – (1 – 0,79) 2 = 0,956.

Dla układu połączonych szeregowo elementów blokowych:

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

Jak pokazuje przykład obliczeniowy, im więcej połączeń pomiędzy elementami systemu, tym wyższa jest jego niezawodność.

7.4. Obliczanie gotowości technicznej systemu.

Parametry gotowości systemu w przypadku awarii technicznych i technologicznych określa się według wzoru:

.

Gdzie R G I – niezawodność techniczna elementu;

r ci – niezawodność technologiczna elementu;

R G I - uogólniona niezawodność elementu.

Przy rezerwacji elementów zmiana niezawodności technicznej i technologicznej następuje na różne sposoby: techniczny - według schematu multiplikatywnego, technologiczny - według schematu addytywnego, przy czym maksymalna niezawodność technologiczna może być równa jedności.

Stąd przy podwójnej redundancji elementu uzyskujemy jego niezawodność jako elementu blokowego:

Dla dowolnej liczby elementów rezerwowych m:

gdzie m jest liczbą elementów rezerwowych.

Gotowość połączonych systemów określa się analogicznie jak przy określaniu niezawodności w przypadku wystąpienia wyłącznie usterek technicznych, tj. określa się gotowość elementów blokowych i według ich wskaźników określa się gotowość całego systemu.

7. Kształtowanie optymalnej struktury systemu.

Jak pokazują wyniki obliczeń, w miarę rozwoju struktury układu jego niezawodność asymptotycznie zbliża się do jedności, natomiast koszt uformowania układu rośnie liniowo. Ponieważ wydajność operacyjna systemu jest iloczynem jego niezawodności i wydajności nominalnej (certyfikowanej), szybki wzrost kosztów tworzenia systemu przy spowolnionym wzroście jego niezawodności doprowadzi do tego, że koszty na jednostkę wydajności wzrośnie, a dalszy rozwój struktury systemu stanie się ekonomicznie nieopłacalny. Zatem podjęcie decyzji o odpowiedniej niezawodności systemu jest problemem optymalizacyjnym.

Funkcja celu optymalizacji systemu ma postać:

gdzie jest całkowity koszt systemu; - współczynnik dostępności połączonego systemu uzyskany na podstawie tych kosztów.

PRZYKŁAD Warunki początkowe: określony jest główny system formularza (patrz rysunek):

Rysunek 5. Struktura systemu głównego, wskaźniki niezawodności

elementy i koszty warunkowe elementów.

Należy określić optymalny stopień redundancji dla trzeciego elementu systemu (pozostałe elementy nie są redundantne).

Rozwiązanie:

1. Określ niezawodność głównego systemu:

0,80 · 0,70 · 0,65 · 0,90 = 0,328.

2. Określ koszt głównego systemu:

do o == 20+30+12+50 = 112 j.m.

3. Określ koszty jednostkowe osiągnięcia zadanego współczynnika dostępności systemu głównego:

DIAGNOSTYKA

PODSTAWY TEORII NIEZAWODNOŚCI

DIAGNOSTYKA

PODSTAWY TEORII NIEZAWODNOŚCI I

INSTRUKTAŻ

Sankt Petersburg

MINISTERSTWO EDUKACJI I NAUKI FEDERACJI ROSYJSKIEJ

Państwowa instytucja edukacyjna wyższej edukacji zawodowej

„North-Western State Korespondencyjny Uniwersytet Techniczny”

Katedra Samochodów i Gospodarki Motoryzacyjnej

INSTRUKTAŻ

Instytut Transportu Samochodowego

Specjalność

190601.65 - Samochody i przemysł motoryzacyjny

Specjalizacja

190601.65 -01 – Eksploatacja techniczna pojazdów

Kierunek kształcenia licencjackiego

190500.62 – Eksploatacja pojazdów

Sankt Petersburg

Wydawnictwo NWTU

Zatwierdzone przez Radę Redakcyjną i Wydawniczą Uniwersytetu

UDC 629.113.02.004.5

Podstawy teorii i diagnostyki niezawodności: podręcznik / komp. Yu.N. Katsuba, [itd.]. - St. Petersburg: Wydawnictwo Północno-Zachodniego Uniwersytetu Technicznego, 2011. - 142 s.

Podręcznik został opracowany zgodnie z państwowymi standardami kształcenia wyższego szkolnictwa zawodowego.

Podręcznik zawiera koncepcje dotyczące starzenia i renowacji maszyn i ich podzespołów; jakościowe i ilościowe cechy niezawodności; czynniki wpływające na niezawodność produktu; niezawodność jako główny wskaźnik jakości samochodu; metody statystycznej analizy stanu wyrobów, środki i metody monitorowania stanu; strategie i systemy ciągłości działania; parametry diagnostyczne stanu technicznego maszyn i ich podzespołów; miejsce diagnostyki w systemie utrzymania stanu technicznego pojazdów; klasyfikacja metod diagnozowania stanu technicznego; koncepcja niezawodności procesu transportowego.

Rozpatrzony na posiedzeniu Katedry Samochodów i Gospodarki Motoryzacyjnej w dniu 10 listopada 2011 r., protokół nr 6, zatwierdzony przez Radę Metodologiczną Instytutu Transportu Samochodowego w dniu 24 listopada 2011 r., protokół nr 3.

Recenzenci: Katedra Samochodów i Ekonomiki Motoryzacji Północno-Zachodniego Uniwersytetu Technicznego (Yu.I. Sennikov, kandydat nauk technicznych, prof.); VA Yanchelenko, dr. technologia nauk ścisłych, profesor nadzwyczajny Katedra Organizacji Transportu Politechniki Północno-Zachodniej.

Opracował: Yu.N. Katsuba, dr. technologia Nauki, profesor nadzwyczajny;

A.B. Jegorow, dr. technologia nauki ścisłe, prof.;

© Northwestern State Correspondence Technical University, 2010

© Katsuba Yu.N., Egorov A.B. , 2011

Nie można zapewnić poprawy jakości produktu bez rozwiązania problemu zwiększenia niezawodności wytwarzanych produktów, ponieważ niezawodność jest główną właściwością determinującą jakość.

Rosnąca złożoność urządzeń technicznych, rosnąca odpowiedzialność za funkcje realizowane przez systemy techniczne, rosnące wymagania dotyczące jakości wyrobów i warunków ich pracy, rosnąca rola automatyzacji w sterowaniu systemami technicznymi to główne czynniki, które wyznaczyły główny kierunek w rozwoju nauki o niezawodności.

Zakres zagadnień wchodzących w zakres kompetencji teorii niezawodności najpełniej sformułował akademik A.I. Berg: teoria niezawodności ustala wzorce uszkodzeń i odbudowy systemu i jego elementów, uwzględnia wpływ wpływów zewnętrznych i wewnętrznych na procesy w systemach, tworzy podstawy do obliczania niezawodności i przewidywania awarii, poszukuje sposobów zwiększania niezawodności w projektowaniu i produkcja systemów i ich elementów itp. Te same sposoby utrzymania niezawodności podczas pracy.

Problem zwiększenia niezawodności produktów jest szczególnie istotny w transporcie drogowym. Problem ten staje się coraz bardziej dotkliwy w miarę jak konstrukcja samych pojazdów staje się bardziej złożona i wzrasta intensywność warunków eksploatacji.

Przy podejmowaniu zagadnień modernizacji taboru samochodowego istotny jest problem zwiększania niezawodności, a także przy tworzeniu struktur nowej generacji i eksploatacji nowoczesnych pojazdów.

Podczas eksploatacji pojazdów ważna jest znajomość ich konstrukcji, a także mechanizmu awarii podzespołów (zespołów, zespołów i części). Znając przewidywany czas wystąpienia awarii podzespołów samochodu, można zapobiec ich wystąpieniu. Rozwiązywaniem tych problemów zajmuje się teoria diagnostyki.

Biorąc pod uwagę powyższe, przyszli specjaliści w zakresie eksploatacji pojazdów muszą posiadać wiedzę i umiejętności z zakresu zwiększania i utrzymywania niezawodności pojazdów podczas ich tworzenia, eksploatacji, konserwacji i naprawy.

Rozdział 1. Podstawy teorii niezawodności