2.4. Испытания на надёжность машин и оборудования

Часто надёжность сложных систем аналитически не определить. Для этого используются испытания на надёжность.

Основная цель испытаний на надежность — определить уровень надежности изделия и оце­нить его числовыми показателями. Знание уровня надежности из­делия и его зависимости от основных факторов позволяет решить широкий круг вопросов, таких, как подтверждение установленных характеристик надежности, выявление слабых мест изделия и раз­работка мероприятий по повышению его надежности, применение рациональной системы ремонта и ТО машины, определение эффек­тивности и экономической целесообразности дальнейшей эксплуа­тации машины, а также произвести проверку расчетов и прогнозов, выполняемых при проектировании изделия и оценить качество тех­нологического процесса, обеспечившего его изготовление.

Испытания на надежность любого, а тем более сложного изде­лия являются весьма трудной задачей, поскольку они связаны со значительными затратами времени и должны учитывать широкий диапазон режимов и условий работы изделия. Результаты испыта­ния, как правило, дают сведения о надежности изделий данного типа с большей или меньшей полнотой и степенью достоверности.

Информация о надежно­сти может быть получена не только в результате испытаний, но и из сферы эксплуатации путем сбора и классификации соответству­ющих данных.

По месту проведения испытаний они могут быть стендовыми, полигонными и эксплуатационными.

Стендовые испытания обеспечивают постоянное наблюдение за процессом потери машиной, узлом или сопряжением работоспособ­ности и дают возможность получать необходимые сведения о на­дежности и долговечности объекта испытаний.

На стендах испытываются как отдельные узлы и механизмы машины, так и машина в целом. При разработке методики испыта­ний нужно стремиться к тому, чтобы режимы и условия испытаний в наибольшей степени соответствовали эксплуатационным.

Наибольшая трудность при испытании на надежность и долго­вечность заключается в длительности испытаний. Стендовые испы­тания продолжаются обычно до тех пор, пока не возникнет отказ или пока изделие не проработало заданного срока без отказа.

Поскольку сроки службы деталей и узлов современных машин достаточно велики, то во многих случаях приходится проводить испытания в более тяжелых условиях, чем нормальные условия эксплуатации.

Эксплуатационные и полигонные испытания опытных и серий­ных образцов машин широко применяются для получения данных о надежности и долговечности изделий. При этом стремятся соз­дать наиболее тяжелые условия эксплуатации, чтобы проверить работоспособность всех узлов и механизмов. Так, опытные образцы автомобилей перед их серийным производством испытываются на специально выбранных или даже искусственно созданных плохих дорогах и в различных климатических условиях. Эксплуатационные испытания позволяют выявить недолговечные элементы ма­шины, правильность взаимодействия узлов и механизмов и их работоспособность в реальных условиях функционирования.

Недостатком таких испытаний является, во-первых, не всегда достижимая длительность испытания, соответствующая нормальной эксплуатации, и, во-вторых, результат испытания, характеризующий параметры надёжности выбранного объекта, не дает представления о дисперсии сроков службы и даже об их средних значениях для данной модели машины.

Поэтому большое значение имеют ускоренные испытания, при которых необходимый объём информации о надежности получается в более короткий срок, чем при нормальных условиях и режимах эксплуатации.

При проведении контрольных испытаний на надёжность в ряде случаев рекомендуется их подразделять на испытания на безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость и долговечность.

Испытания изделий на безотказность сводятся к контролю вероятности безотказной работы за заданное время или к определению наработки на отказ. Испытания на ремонтопригодность обычно проводятся для определения среднего времени восстановления или вероятности восстановления работоспособности изделия за заданное время. Испытания на долговечность предназначаются для контроля среднего или гамма-процентного ресурса. Испытания на сохраняемость предусматриваются для контроля вероятности сохранения показателей изделия в течение заданного срока. Часто требуется информация обо всех основных показателях надежности изделия, и проведенные контрольные испытания должны одновременно дать сведения о безотказности, долговечности, сохраняемости, ремонтопригодности и других показателях.

Объектом испытания на надёжность могут быть:

- образцы, если испытываются свойства материалов, определяющих долговечность изделий;

- детали, сопряжения и кинематические пары – для учёта влияния конструктивных и технологических факторов на срок службы данных сопряжений;

- узлы машин, когда учитывается взаимодействие отдельных механизмов и элементов конструкции и их влияние на показатели работоспособности;

- машина в целом, когда учитывается взаимодействие всех механизмов и узлов в машине, условия её эксплуатации и режимы работы;

- система машин, показатели надёжности учитывают взаимодействие отдельных машин, связанных в единый производственный комплекс.

При испытании на надежность могут оцениваться две группы характеристик изделия:

- характеристики процессов старения и разрушения и определение соответствующей им степени повреждения изделия (протекание процессов изнашивания, коррозии, деформации и т. д.);

- характеристики изменения выходных параметров изделия (тормозной эффективности автомобиля, параметров световых приборов, рулевого управления, двигателя и т. д.).

­ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Как классифицируются отказы и неисправности автомобилей?

2. Какие существуют основные виды разрушений, приводящие к отказам автотранспортных средств?

3. Что понимается под случайным событием и случайным процессом на автомобильном транспорте?

4. Какие законы распределения случайных величин характерны для распределений параметров автомобилей их узлов и агрегатов, явлений и процессов на автомобильном транспорте?

5. Какие числовые характеристики выражают наиболее существенные особенности распределения случайных величин?

6. Как характеризуются надежность невосстанавливаемых элементов?

7. Как характеризуются надежность восстанавливаемых элементов?

8. Какова основная цель испытаний на надежность?

9. Каковы особенности испытания стойкости материалов?

10. Как определяется объём необходимой информации при стендовых испытаниях?

3. ПОНЯТИЕ О МЕТОДАХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ

При работе с данным разделом Вам предстоит:

1. Изучить теоретический материал.

2. Ответить на вопросы для самопроверки.

3. Ответить на вопросы тренировочных тестов № 3.

Изучаемые вопросы:

мозговая атака; экспертные оценки Дельфи; морфологический анализ; теория решения изобретательских задач; математическое моделирование; метод дифференциального исчисления; линейное программирование; нелинейное программирование; динамическое программирование; корреляционный анализ; методы теории массового обслуживания.

3.1. Методы творческого мышления

Мозговая атака. Мозговая атака (мозговой штурм) — один из наиболее широко применяемых методов коллек­тивного поиска решений. Прямая мозговая атака основана на гипотезе, что среди большого количества идей, которые могут быть выдвинуты ее участниками, найдутся хотя бы несколько хороших. Основные правила ее проведения для 5—15 участников при продолжительности обсуждения 15 — 30 мин следующие:

а) формулируется основная проблема в четких терминах (в первую очередь: что, где, почему должно быть сделано);

б) ни одна высказанная идея по проблеме не объявляется ложной и не подвергается кри­тике ни одним из участников совещания, наоборот, любая новая идея должна поощряться.

Экспертные оценки Дельфи. Обобщение и статистическая обработка результатов экспертизы, проведенной группой экспертов, могут быть сделаны с помощью получившего большое распространение метода Дельфи.

Удобство этого метода заключается в отсутствии необ­ходимости сбора экспертов, так как он осуществляется путем рассылки и сбора анкет. Кроме того, обеспечивается достаточная надежность итоговых результатов, ибо обра­ботка ведется статистическими методами. Процедура ме­тода основывается на следующих принципах:

а) вопросы ставятся в четкой форме, позволяющей дать количествен­ную оценку ответам;

б) проводится несколько туров опроса с промежутком не более месяца между ними;

в) эксперты знакомятся с результатом опроса перед каждым следую­щим туром;

г) обосновываются оценки и мнения, отличающиеся от мнения большинства;

д) для получения обобщаю­щих результатов проводится статистическая обработка ответов в каждом туре.

Может быть рекомендована следующая схема реали­зации:

- выбирается группа высококвалифицированных экспертов;

- у выбранных специалистов-экспертов запраши­вается перечень тех безразмерных характеристик, кото­рые должны быть учтены в анализе эффективности. Раз­рабатывается единый перечень безразмерных характе­ристик;

- каждый из экспертов высказывает мнение о значи­мости каждой безразмерной характеристики единого пе­речня. При этом им предлагается попарно сравнить вы­бранные характеристики. Оценки, даваемые экспертами при попарном сравнении, не должны быть больше единицы. При этом не следует вычислять последующие оценки на основании предыду­щих — каждый раз эксперт должен видеть перед собой только данную пару безразмерных характеристик.

- устанавливается диапазон изменения шкалы балль­ной оценки (единый для всех характеристик перечня), например, от 0 до 10 баллов. При этом 0 означает, что дан­ная характеристика отсутствует или находится на мини­мальном уровне; 10 — максимальный уровень реализа­ции в процессе данного качества — безразмерной характеристики;

- эксперты (каждый из них) назначают по новому и ба­зовому вариантам (по конструкционным, технологическим и т. д. вариантам) соответ­ствующее количество баллов по каждой безразмерной характеристике единого перечня, например;

- каждый из экспертов указывает, на сколько про­центов следует изменить определенную размерную харак­теристику при улучшении безразмерной характеристики на один балл, например, на сколько процентов (или на сколько рублей) уменьшается цена (себестоимость) перевозок при улучшении каждой характеристики на один балл (стоимостной множитель).

Сформированные данные экспертной оценки безраз­мерных характеристик качества могут явиться необходи­мой составной частью обоснованного расчета некоторых экономических показателей нового технологического процесса, особенно при многовариантном анализе.

Метод контрольных вопросов предполагает анализ ответов на вопросы, касающиеся той или иной тематики. Существует много разновидностей данного метода, различаемых по именам авторов вопросов. Так, известны списки вопросов Бонзака, Буша, Грегори, Крика, Юнга, Вольфа и многих других.

Метод записной книжки Хефеле предполагает предвари­тельное ознакомление всех участников поиска решения проб­лемы с задачей и выдачу им записных книжек. Все привле­ченные специалисты записывают в эти записные книжки все идеи, которые им приходят в процессе работы над решением задачи. Одновременно им выдаются опросные листы со спис­ком контрольных вопросов. Через некоторое время записные книжки собираются и проводится анализ полученных ответов.

Метод фокальных объектов разработан американским специалистом Ч. Вайтингом и используется для поиска новых оригинальных решений модернизации исследуемого объекта. Слово фокальный здесь используется для того, чтобы подчерк­нуть, что все возможные признаки исследуемого объекта на­ходятся как бы в его фокусе. Процедура работы заключается в рассмотрении возможностей исполнения вариантов совер­шенствуемого объекта, объединенного с одним из различных признаков случайно выбранных или названных предметов.

Интегральный метод «Метра» разработан французским исследователем И. Бувеном и объединяет процедуры мозгово­го штурма, синетики, свободных ассоциаций и морфологиче­ских матриц. На первом этапе просматривают первоначальную формулировку задачи, переводя ее на понятийную основу. За­тем в новой постановке применяют метод мозгового штурма. После этого осуществляют экскурс в мир аналогий посредст­вом фантастических модельных представлений.

Метод маленьких человечков является вспомогательным и служит для наглядного представления процессов, которые должны происходить в идеализированной системе для полу­чения идеального конечного результата. Все процессы, проис­ходящие в системе, представляются в виде набора рисунков, каждый из которых отображает выполнение одной технологи­ческой операции. Такое художественно-графическое пред­ставление облегчает переход к конкретной конструктивной схеме.

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) разра­ботана ученым Г. Альтшулером и его учениками. Эта теория включает большое коли­чество инструментальных средств, каждое из которых в отдельности или в совокупности с другими решает задачи модернизации и усовершенствования объектов, а также их дизайна. Эти средства включают: законы развития техни­ческих систем, приемы устранения технических противоре­чий, банки данных физико-технических, химических, гео­метрических, биологических, психологических и других эффектов, вещественно-полевые ресурсы, стандарты и ал­горитмы решения изобретательских задач. В общем случае ТРИЗ предполагает следующий алгоритм работы:

- анализ исходной ситуации;

- анализ задачи;

- анализ модели задачи;

- разрешение физического противоречия;

- анализ возможности устранения физического противо­речия;

- развитие полученного решения;

- анализ хода решения.

Морфологический анализ. Одним из наиболее интерес­ных методов поиска новых решений является морфологический анализ, который позволяет проектировать альтернативные решения по пер­вичным параметрам и выбирать из них сна­чала технически реальные, затем наиболее удовлетворяю­щие целям разработки и, наконец, наиболее экономически эффективные.

Последовательность проведения анализа морфологи­ческим методом впервые была описана его родоначальни­ком швейцарским астрономом Цвикки и может быть представлена в модернизированном виде с учетом техни­ко-экономического анализа следующим алгоритмом:

- дается точная формулировка проблемы, подлежащей решению (например, создание нового технологического процесса перевозок с увеличенной производительностью против сущест­вующего);

- выявляются характерные параметры Р_ki , от которых зависит решение проблемы (параметры погрузки и разгрузки, использование типов подвижного состава, параметры маршрута и т. д.);

- определяется возможное число k_l свойств каждого параметра (скорость сообщения, время задержек на маршруте и т. д.);

- параметры и свойства записываются в виде матрич­ной модели — так называемого «морфологического ящика»;

- соединение параметров и свойств Р_ki цепочкой и ис­следование вариантов цепочек в пределах морфологиче­ского ящика;

- определение технической возможности полученного решения;

- определение функциональной ценности получен­ного решения;

- отбор наиболее функционально ценных решений;

- сравнительный технико-экономический анализ ото­бранных решений и выбор наиболее экономически эффек­тивного;

- исследование возможных путей реализации решения.