Основные понятия надёжности технических систем
Обеспечение надёжности систем охватывает самые различные аспекты человеческой деятельности. Надёжность является одной из важнейших характеристик, учитываемых на этапах разработки, проектирования и эксплуатации самых различных технических систем.
С развитием и усложнением техники углубилась и развилась проблема её надёжности. Изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка метода проверки надёжности изделий и способов контроля надёжности, методов расчётов и испытаний, изыскание путей и средств повышения надёжности являются предметом исследований надёжности.
Если в результате анализа требуется определить параметры, характеризующие безопасность, необходимо в дополнение к отказам оборудования и нарушениям работоспособности системы рассмотреть возможность повреждений самого оборудования или вызываемых ими других повреждений. Если на этой стадии анализа безопасности предполагается возможность отказов в системе, то проводится анализ риска для того, чтобы определить последствия отказов в смысле ущерба, наносимого оборудованию, и последствий для людей, находящихся вблизи него.
Наука о надёжности является комплексной наукой и развивается в тесном взаимодействии с другими науками, такими как физика, химия, математика и др., что особенно наглядно проявляется при определении надёжности систем большого масштаба и сложности.
При изучении вопросов надёжности рассматривают самые разнообразные объекты — изделия, сооружения, системы с их подсистемами. Надёжность изделия зависит от надёжности его элементов, и чем выше их надёжность, тем выше надёжность всего изделия.
Надёжность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Недостаточная надёжность объекта приводит к огромным затратам на его ремонт, простою машин, прекращению снабжения населения электроэнергией, водой, газом, транспортными средствами, невыполнению ответственных задач, иногда к авариям, связанным с большими экономическими потерями, разрушением крупных объектов и с человеческими жертвами. Чем меньше надёжность машин, тем большие партии их приходится изготовлять, что приводит к перерасходу металла, росту производственных мощностей, завышению расходов на ремонт и эксплуатацию.
01 Сайт: Московский технологический институт «ВТУ» — СДО ...
... литературой, анализировать источники, делать обстоятельные и обоснованные выводы. Курсовая работа по надежности систем энергообеспечения предприятий выполняется на базе теоретических знаний и практических ... словами. Курсовая работа является квалификационной работой и выполняется студентами индивидуально совместная работа студентов над одной научной темой не допускается. Курсовые работы должны ...
Надёжность объекта является комплексным свойством, её оценивают по четырём показателям безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости или по сочетанию этих свойств.
Безотказность — свойство объекта сохранять работоспособность непрерывно в течение некоторого времени или некоторой наработки. Это свойство особенно важно для машин, отказ в работе которых связан с опасностью для жизни людей. Безотказность свойственна объекту в любом из возможных режимов его существования, в том числе при хранении и транспортировке.
Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособное со- стояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
1.1 Показатели безотказности
− вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает;
− средняя наработка до отказа — математическое ожидание наработки объекта до первого отказа;
− средняя наработка на отказ — отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки;
− интенсивность отказов — условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник. Этот показатель относится к невосстанавливаемым изделиям.
1.2 Показатели долговечности
Количественные показатели долговечности восстанавливаемых изделий делятся на две группы.
- Показатели, связанные со сроком службы изделия:
− срок службы — календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или её возобновление после ремонта до перехода в предельное состояние;
- математическое ожидание срока службы;
− срок службы до первого капитального ремонта агрегата или узла
− срок службы между капитальными ремонтами, зависящий преимущественно от качества ремонта, т.е. от того, в какой степени восстановлен их ресурс;
− суммарный срок службы — это календарная продолжительность работы технической системы от начала эксплуатации до выбраковки с учётом времени работы после ремонта;
− гаммапроцентный срок службы — календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах.
Показатели долговечности, выраженные в календарном времени работы, позволяют непосредственно использовать их в планировании сроков организации ремонтов, поставки запасных частей, сроков замены оборудования. Недостаток этих показателей заключается в том, что они не позволяют учитывать интенсивность использования оборудования.
- Показатели, связанные с ресурсом изделия:
− ресурс — суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или её возобновление после ремонта до перехода в предельное состояние;
Опасный производственный объект
... устройств, применяемых на опасном производственном объекте; проведению экспертизы промышленной безопасности; подготовке и переподготовке работников опасного производственного объекта. Положение о Федеральной службе по экологическому, технологическому и ... видов деятельности» Федеральный закон о техническом регулировании - docs.cntd.ru/document/901836556 Данный реферат составлен на основе .
− средний ресурс — математическое ожидание ресурса; для технических систем в качестве критерия долговечности используют технический ресурс;
− назначенный ресурс — суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния;
− гамма-процентный ресурс — суммарная наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах. Единицы для измерения ресурса выбирают применительно к каждой отрасли и к каждому классу машин, агрегатов и конструкций отдельно.
В качестве меры продолжительности эксплуатации может быть выбран любой неубывающий параметр, характеризующий продолжительность эксплуатации объекта (для самолётов и авиационных двигателей естественной мерой ресурса служит налёт в часах, для автомобилей — пробег в километрах, для прокатных станов — масса прокатанного металла в тоннах).
2. Расчёт показателей надёжности технических систем 2.1 Структурные модели надёжности сложных систем
Большинство технических систем являются сложными системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов, систем управления и т.п. Под сложной системой понимается объект, предназначенный для выполнения заданных функций, который может быть расчленён на элементы (компоненты), каждый из которых также выполняет определённые функции и находится во взаимодействии с другими элементами системы.
С позиций надёжности сложная система обладает как отрицательными, так и положительными свойствами.
Факторы, отрицательно влияющие на надёжность сложных систем, следующие:
− во-первых
− во-вторых
− в-третьих
− во-первых
− во-вторых
в-третьих
Анализ работоспособности сложной системы связан с изучением её структуры и тех взаимосвязей, которые определяют её надёжное функционирование.
При анализе надёжности сложных систем их разбивают на элементы (компоненты) с тем, чтобы вначале рассмотреть параметры и характеристики элементов, а затем оценить работоспособность всей системы. Под элементом можно понимать составную часть сложной системы, которая может характеризоваться самостоятельными входными и выходными параметрами.
Анализ надёжности сложных систем имеет свои специфические особенности. Влияние различных отказов и снижение работоспособности элементов системы по-разному скажутся на надёжности всей системы.
При анализе надёжности сложной системы все её элементы и компоненты целесообразно разделить на следующие группы:
- элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность системы (деформация ограждающего кожуха машины, изменение окраски поверхности и т.п.).
Отказы (т.е. неисправное состояние) этих элементов могут рассматриваться изолированно от системы;
- элементы, работоспособность которых за рассматриваемый пери- од времени практически не изменяется (станины и корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности);
- элементы, отказ которых приводит к отказам системы.
2.2 Структурная схема надёжности системы с последовательным соединением элементов
Структурные схемы надёжности системы с последовательным соединением элементов (рис. 1) — это случай, когда отказ одного элемента вызывает отказ другого элемента, а затем третьего и т.д. Например, большинство приводов машин и механизмы передач подчиняются этому условию. Так, если в приводе машины выйдет из строя любая шестерня, подшипник, муфта, рычаг управления, электродвигатель, насос смазки, то весь привод перестанет функционировать. При этом отдельные элементы в этом приводе не обязательно должны быть соединены последовательно.
Разработка системы самостоятельных работ и ее комплексного учебно-методического ...
... у выпускников НПО и недостатком методических положений, объясняющих разработку средств учебно-методического обеспечения самостоятельной работы. Проектирование учебно-методического обеспечения в системе НПО затруднено из-за ... многих элементов: творческого восприятия и осмысления учебного материала в ходе лекции, подготовки к занятиям, экзаменам, зачетам, выполнения курсовых и дипломных работ (А.Г ...
Такую структурную схему называют схемой с последовательным соединением зависимых элементов. В этом случае надёжность системы определяют по теореме умножения для зависимых событий.
Рис.1. Структурная схема надёжности системы с последовательным соединением элементов.
Рассмотрим систему, состоящую из двух или более элементов. Пусть А — событие, состоящее в том, что система работает безотказно, a Ai (i = 1, 2, …, п) — события, состоящие в исправной работе всех её элементов. Далее предположим, что событие А имеет место тогда и только тогда, когда имеют место все события Ai, т.е. система исправна тогда и только тогда, когда исправны все её элементы. В этом случае систему называют последовательной системой.
Известно, что отказ любого элемента такой системы приводит, как правило, к отказу системы. Поэтому вероятность безотказной работы системы определяют как произведение вероятностей для независимых событий. Таким образом, надёжность всей системы равна произведению надёжностей подсистем или элементов:
где Р — надёжность.
Сложные системы, состоящие из элементов высокой надёжности, могут обладать низкой надёжностью за счёт наличия большого числа элементов. Например, если узел состоит всего из 50 деталей, а вероятность безотказной работы каждой детали за выбранный промежуток времени составляет рi = 0,99, то вероятность безотказной работы узла будет P(t) = (0,99)50 = 0,55.
Если же узел с аналогичной безотказностью элементов состоит из 400 деталей, то P(t) = (0,99)400 = 0,018, т.е. узел становится практически неработоспособным.
труктурные схемы надёжности систем с параллельным соединением элементов
В практике проектирования сложных технических систем часто используют схемы с параллельным соединением элементов (рис. 2), которые построены таким образом, что отказ системы возможен лишь в случае, когда отказывают все её элементы, т.е. система исправна, если исправен хотя бы один её элемент. Такое соединение часто называют резервированием. В большинстве случаев резервирование оправдывает себя, несмотря на увеличение стоимости. Наиболее выгодным является резервирование отдельных элементов, которые непосредственно влияют на выполнение основной работы.
При конструировании технических систем в зависимости от выполняемой системой задачи применяют горячее или холодное резервирование.
Рис.2. Структурная схема надёжности системы с параллельным соединением элементов
Горячее резервирование применяют тогда, когда не допускается перерыв в работе на переключение отказавшего элемента на резервный с целью выполнения задачи в установленное время.
Чаще всего горячему резервированию подвергают отдельные элементы. Используют горячее резервирование элементов и подсистем, например источников питания (аккумуляторные батареи дублируются генератором и т.п.).
Дипломная работа внедрение erp системы на предприятии
... деятельности предприятия на единое информационное пространство. Знания, заложенные в ERP-системы, позволяют решить основную задачу корпоративной автоматизации представить работу всех функциональных подразделений компании как работу единой сложной системы. Перечислим основные преимущества внедрения ...
Холодное резервирование используют в тех случаях, когда необходимо увеличение ресурса работы элемента, и поэтому предусматривают время на переключение отказавшего элемента на резервный.
Существуют технические системы с частично параллельным резервированием, т.е. системы, которые оказываются работоспособными даже в случае отказа нескольких элементов.
p(t) и соответственно ненадёжностью
q(t) = 1 — p(t)
n элементов, которые соединены параллельно, вероятность отказа системы равна
а вероятность безотказной работы
При частично параллельном резервировании вероятность безотказной работы системы, состоящей из общего числа элементов n, определяют по формуле
где p(t; j — число исправных элементов, при котором обеспечивается работоспособность системы; С элементов по k.
С =n! / [k!(n — k)!]
j= система будет полностью параллельной, в остальных случаях — частично параллельной.
труктурные схемы надёжности систем с другими видами соединения элементов
техногенный риск надежность отказ
Следует отметить, что в практике проектирования технических систем часто используют структурные схемы надёжности с параллельно- последовательным соединением элементов. Так, например, часто при проектировании систем с радиоэлектронными элементами применяют схемы, работающие по принципу два из трёх, когда работоспособность обеспечивается благодаря исправному состоянию любых двух элементов. Надёжность такой схемы соединения определяют по формуле
p(t) одинакова;
- q(t) = 1 — p(t).
Широкое применение в проектировании нашли так называемые мостиковые схемы. Надёжность такой схемы определяют из соотношения вида.
Здесь все элементы также имеют одинаковую надёжность.
Рис.3. Структурная схема надёжности с поканальным резервированием
Различают структурные схемы надёжности с поканальным и поэле- ментным резервированием. Структурная схема надёжности с поканаль- ным резервированием показана на рис. 3.
Формула надёжности выглядит так:
При
Если то
Анализ последних двух схем показывает, что структурная схема с поэлементным резервированием имеет более высокую надёжность по сравнению с поканальным резервированием.
Рис. 4. Структурная схема надёжности с поэлементным резервированием
3. Расчёт безотказности технических систем
Исходные данные:
T=160
λ 1 =0,014 R1 = e(- λ * t ) = 0,106459
λ 2 =0,022 R2 = 0,029599
λ 3 =0,017 R3 =0,065875
λ 4 =0,019 R4 = 0,047835
λ 5 =0,012 R5 = 0,146607
λ 6 =0,015 R6 = 0,090718
λ 7 =0,013 R7 = 0,12493
Схема:
Расчёт ведём способом преобразования с помощью разложения сложной структуры по некоторому базовому элементу.
Согласно схеме базовым элементом выбираем 5 элемент.
Курсовая работа по техническим средствам автоматизации
... нас линейный поиенциометрический датчик. Задачи курсовой работы : Рассчитать по методике расчета двухтактного потенциометрического датчика ... условия работы, тактно-технические и эксплуатационные требования, предъявляемые к потенциометрам – основным элементам этих ... непрерывного типа. Рисунок1. Электрическая схема потенциометрического датчика По способу выполнения сопротивления потенциометрические ...
На схеме 1 базовый элемент находится в работоспособном состоянии.
На схеме 2 базовый элемент находится в отказавшем состоянии.
Схема 1. Базовый элемент находится в работоспособном состоянии
Схема №1 R(ф=1;Ϭ 5 =1) — 5 элемент абсолютно надежен
Вычисляем вероятность безотказной работы участка I.
R 26 =1-(1-R2 )*(1-R6 )=1-(1- 0,029599)*(1- 0,090718)= 0,117632
Вычисляем вероятность безотказной работы участка II.
R 17 =1-(1-R1 )*(1-R7 )=1-(1- 0,106459)*(1- 0,12493)= 0,218089
R(ф=1;Ϭ5=1)
Вероятность безотказной работы схемы 1 вычисляется по формуле:
- R(ф=1;Ϭ5=1)=R3*R26*R17*R4
R(t)=0,065875*0,117632*0,218089*0,047835=0,000080
Схема 2. Базовый элемент находится в отказавшем состоянии
Вычисляем вероятность безотказной работы участка I.
R 12 =R1 *R2 = 0,106459* 0,029599=0,00315108
Вычисляем вероятность безотказной работы участка II.
R 67 =R6 *R7 =0,090718*0,12493=0,0113334
Вычисляем вероятность безотказной работы участка III
R1267 =1-(1-R12 )*(1-R67 )(t) = R1267 = 1- (1-R12 ) * (1-R67 ) = 1 — (1-0,00315108) * (1-0,0113334) = =0,014448768
Вероятность безотказной работы схемы 2 вычисляется по формуле:
- R(ф=1;Ϭ 5 =0)= R1267 *R3 *R4
R(ф=1;Ϭ 5 =0)=0,014448768*0,065875*0,047835=0,00004553
По теории разложения функции логики по произвольному элементу вероятность безотказной работы вычисляется по формуле:
R(t)=R 5 * R(ф=1;Ϭ5 =1)+ (1-R5 )*(ф=1;Ϭ5 =0)
Где R(t) — вероятность безотказной работы системы
R 5 -вероятность безотказной работы 5 элемента (ф=1;Ϭ5 =1) — вероятность безотказной работы при условии что 5 элемент надежен(ф=1;Ϭ5 =0) — вероятность безотказной работы при условии что 5 элемент отказал
R(t)= 0,146607*0,000080+(1-0,146607)* 0,00004553=0,00005058
R(t)= 0,00005058
1. Надёжность технических систем: справочник / Ю.К. Беляев и др. —
М. : Радио и связь, 1985.
- ГОСТ 27.002-89. Надёжность в технике. Основные понятия, термины и определения.
- Надёжность технических систем и техногенный риск: учебное пособие / Р.А.
Шубин. — Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. — 80 с. — 50 экз. — ISBN 978-5-8265-1086-5.
