4. Технологічна надійність автоматичних систем
4.1 Загальні положення
Надійність – властивість системи зберігати значення встановлених параметрів функціонування у визначених межах, які відповідають заданим режимним умовам використання і технологічності обладнання. Проблема високої надійності є основною проблемою науково – технічного прогресу. Надійність є першочерговою умовою при виготовленні деталей таких галузей як атомна енергетика, авіація, зброя, машини, транспорт.
Надійність – комплекс властивостей, які може включати безвідмовність, стабільність роботи. Технологічна надійність – властивість автоматизованої оброблюваної системи зберігати в часі початкову точність та відповідну якість обробки чи складання. Надійність автоматизованих систем залежить від багатьох чинників:
конструкторських
технологічних
експлуатаційних
від надійності механізмів верстатів, завантажувальних, транспортувальних пристроїв, від елементів автоматики та електроніки, від системи автоматичного керування, стійкості робочого інструменту тощо.
Працездатністю називається такий стан автоматизованої системи, коли вона здатна виконувати задані функції, випуск програмної продукції, яка відповідає технічним вимогам. Непрацездатність – неспроможність виконання однієї або декількох функцій. Порушення працездатності може наступити одразу або поступово. Розрізняють відмови складових і відмови параметрів.
Відмови складових спостерігаються, коли є непрацездатність конструктивних елементів, робочий цикл не виконується, продукція не випускається. Це функціональні відмови і відмови параметричні – всі елементи працюють, робочий цикл виконується, проте випускається бракована продукція.
Чинники, які викликають відмову:
циклічні
монотонні.
Циклічні чинники – чинники, які з’являються в кожному інтервалі з моменту початку інтервалу. Монотонні - з’являються поступово, з часом в процесі роботи машини.
Циклічні:
несталість вихідного матеріалу, їх геометричних розмірів, форми, твердості, фізико – хімічних властивостей тощо
похибка виготовлення та складання окремих конструктивних елементів
несталість швидкості та руху виконавчих поверхонь механізмів
коливання температури та тиску робочих рідин і газів
температура навколишнього середовища, неоднакова жорсткість вузлів, ланок, сил тертя, різання. Нестабільність положення заготовок в процесі транспортування і обробки.
Монотонні:
спрацювання механізмів та з’єднань
зменшення міцності деталей з часом
корозія поверхонь, забруднення робочої зони, зміна геометричної форми деталей системи, їх жолоблення, деформація. Несталість призводить до того, що коли є сприятливе поєднання чинників буде відбуватися робота, а при несприятливому поєднанні йде відмова параметрів і елементів системи – внаслідок чого виникає потреба у втручанні робітника в систему для відновлення її працездатності.
4.2. Критерії надійності
В теорії надійності є ряд критеріїв надійності автоматизованої системи:
ймовірність безвідмовної роботи впродовж заданого часу
інтенсивність відмов
середній час безвідмовної роботи
Імовірність безвідмовної роботи на протязі заданого часу визначається як
Якщо
,
то періодично.
Час безвідмовної
роботи і є безвідмовністю відмов
.
Ця ймовірність і ймовірність безвідмовної
роботи протилежної величини, їх сума
дорівнює одиниці.
Імовірність відмов можна визначити як
Якщо
,
це гарантія того що протягом часу “0”
відмов не відбудеться. Якщо
,
то навпаки.
При
,
а при
.
В автоматизовану систему входить велика кількість різноманітних елементів автоматичних, електричних механічних систем, ріжучі інструменти. Тому в залежності від конкретної системи імовірність розподілу роботи буде різною і буде підкорятися законам.
Середній час безвідмовної роботи
Середній час можна визначити наближено як середнє арифметичне
- час безвідмовної
роботи і-го елемента
- кількість елементів у системі.
При
,
то
Інтенсивність відмов – це відношення середньої кількості елементів системи, які відмовили до середньої кількості безвідмовно працюючих елементів системи за час в межах кількості елементів, які досліджуються.
Інтенсивність відмов висока, потім зменшується. Внаслідок конструктивних, технологічних недоробок починають виникати відмови елементів чи їх сукупності. Доопрацювання їх, внаслідок чого спадає відмова і далі стабілізується. За деякий час інтенсивність відмов майже не змінюється, або навіть трошки зменшується. До нуля не падає, бо йде спрацювання елементів, старіння матеріалів, збільшуються зазори в з’єднаннях, внаслідок чого зростає рух в робочих з’єднаннях. Наступає другий час, коли інтенсивність відмов значно збільшується, внаслідок старіння, критичного спрацювання з’єднань і таке інше. Після наступу цього часу машина втрачає свою цінність.
Термін служби машини і механізму
Якщо ресурс випрацьовується, то змінювати машину чи механізм або проводити її ремонт недоцільно.
Показники надійності визначаються розрахунками на основі проведених досліджень, обробкою результатів статистичних даних, експлуатацією та моделюванням на ЕОМ. Розрахунок показників визначається при програмуванні системи з метою прогнозування даної надійності даного варіанту автоматизованої системи. . дослідження проводиться за допомогою експериментального зразка (скільки відмов і т.п.).
Обробка результатів статистичних даних проводиться на підприємстві бюро чи групою надійності, які слідкують за надійністю. Вони розсилають, які можуть виникнути (чи виникнули) відмови, як працює виріб і т.д.
Моделювання на ЕОМ найбільш ефективний шлях. Задається модель, режими, після опрацювання ЕОМ видає те, що може бути.
В процесі експлуатації автоматизованої системи велике значення має довговічність роботи системи. Довговічність – ознака системи зберігати працездатність до початку граничного стану. Граничний стан буває різним в залежності від системи і від виду виробу. Якщо система не ремонтується (електрична лампа, підшипники кочення) для таких систем граничний стан збігається з відмовою. В деяких випадках граничний стан виявляється підвищеною інтенсивністю відмов.
Граничний стан систем, які ремонтуються визначається їх подальшою експлуатацією з приводу старіння та відмов, або підвищення витрат на ремонт. Граничний стан визначається моральною застарілістю системи, вона працює не приносячи економічної ефективності.