fd02aed

получающихся «сплавов» заранее установленного состава. Другой метод – нанесение тонких пленок в вакууме. Для этого частицы испаряющегося металла наносят на подложку с помощью магнитного поля.

В молекулярной электронике используют свойства твердого тела. Для кристаллической структуры тел характерно расположение атомов в виде правильной решетки, сохраняемой внутренними электростатическими силами. Кристаллическая решетка может быть перестроена для осуществления генерирования выходного сигнала, его усиления, накопления, задержки и т. д. При этом различные части одной пластины могут выполнять различные функции. Отдельные элементы сливаются с соединительными цепями и образуют единое целое из твердого материала.

Применение молекулярной электроники позволяет снизить размеры и массу радиоэлектронного оборудования на три порядка с одновременным значительным повышением его надежности.

3.7.8. Пути повышения надежности систем электроавтоматики при изготовлении

Чаще всего отказы систем происходят из-за наличия в них элементов со скрытыми дефектами, т. е. элементов, неоднородных по своему качеству. Поэтому основной задачей производства является проведение мероприятий, направленных на улучшение однородности выпускаемой продукции. Все эти мероприятия можно подразделить на четыре группы.

1. Совершенствование технологии производства – одна из сто-

рон общего прогресса науки и техники. В большинстве отраслей промышленности технический прогресс является достаточно медленным и постепенным. Все мероприятия в этой области основываются не только на последних достижениях науки, но и в значительной мере на накопленном опыте производства продукции.

Совершенствование технологии с целью получения однородной (т. е. надежной) продукции может быть успешным только в том случае, если оно охватывает все стадии производственного процесса – от получения сырья до сборки и регулирования систем. При

271

изготовлении и подборе исходных материалов и полуфабрикатов большое внимание необходимо уделять стабильности и однородности их свойств как основы обеспечения надежности изготовленных из этих материалов элементов.

При изготовлении систем очень опасен период сборки механических деталей и регулирования схем, т. к. могут появиться предпосылки возникновения будущих отказов. Все эти скрытые потенциальные отказы очень трудно, а иногда и невозможно, обнаружить, поэтому большое значение имеет комплекс мероприятий по повышению внимательности и аккуратности в работе сборщиков и настройщиков систем. В этом случае очень велика роль как условий труда (освещение, окраска стен, тишина, состояние рабочего места

ит. д.), так и психофизического состояния работников.

2.Большое значение имеет автоматизация технологических операций. Например, обычную пайку заменяют пайкой погружением в ванну с расплавленным оловом или ручную намотку трансформаторов – автоматизированной с равномерным натяжением провода при намотке, из-за чего резко уменьшается число обрывов. Автоматизация производства обеспечивает высокую однородность продукции, а следовательно, и высокую надежность изделий. Существует два основных направления полной автоматизации производства аппаратуры. При первом из них используют существующие технологические методы, когда обычные элементы монтируются в блоки автоматическими способами. При втором направлении используют новые элементы схем и новые технологические приемы.

3.Тренировка элементов и систем является одним из способов повышения однородности продукции выбраковкой «слабых» элементов. Кроме нормальной тренировки элементов и систем в условиях, близких к эксплуатационным, можно применять жесткую тренировку с повышенной нагрузкой. В этом случае сокращается время тренировки, однако такое сокращение усложняет выбор режима и сроков тренировки. Эти параметры процесса должны быть такими, чтобы полностью удалить слабые элементы и вместе с тем не ухудшить качество нормальных элементов.

4.Статистическое регулирование качества продукции также значительно повышает однородность продукции.

272

3.8. Абсолютно надежные системы

Многие технические системы, призванные решать важные для людей задачи, не должны отказывать. К ним относятся системы энергетики (особенно атомной), космические аппараты, информационные и многие другие системы. Их отказ приводит к катастрофам. Цена отказа столь велика, что часто нет смысла создавать такие системы, если не обеспечить их абсолютную надежность. К таким системам могут относиться системы с вероятностью безотказной работы не менее 0,999 или коэффициентом готовности

Kг ≥ 0,995.

Нельзя отождествлять понятие «абсолютно надежная система» с системой, которая никогда не отказывает, имея вероятность безотказной работы, равную единице, т. е. P(t)=1 при любом t. Из свойства вероятности безотказной работы следует, что определение понятия «абсолютно надежная система» требует ограничения на время ее функционирования. Время t, в течение которого система должна удовлетворять условиям абсолютной надежности, следует ограничивать временем выполнения ею задачи, которое не может превышать срока ее службы.

Из теории вероятностей известно, что если справедлив нормальный закон распределения случайной величины, то вероятность ее появления, равная 0,997, соответствует трехсигмовому диапазону изменения случайной величины, и это событие считается практически достоверным. Интерпретируя случайные события как отказы, можно утверждать, что если вероятность безотказной работы технической системы в течение времени выполнения задания не менее 0,997, то такая система является абсолютно надежной.

При расчете надежности сложной системы исходными данными являются интенсивности отказов элементов, которые получают по результатам их испытаний или данным эксплуатации техники. Поскольку статистические испытания по определению показателей надежности дорогостоящие, число образцов и время испытания ограничены. По этим причинам данные об интенсивностях отказов элементов получают с точностью, не превышающей две значащие цифры. По данным об отказах элементов в процессе эксплуатации техники также не удается получить λ с более высокой точностью. Показатели надежности системы, рассчитанные по данным интенсивностей отказов элементов, не могут быть получены с точностью

273

выше, чем точность исходных данных, т. е. с точностью двух значащих цифр. Если P(t) = 0,997, то для получения верного результата необходимо округлить это число до P(t) = 1, т. е. система абсолютно надежна.

Создание абсолютно надежной системы требует знания методов повышения надежности и способов их практической реализации. Надежность системы зависит от ее сложности, интенсивности отказов элементов, времени непрерывной работы системы, интенсивности восстановления и дисциплины обслуживания. Из этого следует, что путями повышения надежности являются упрощение системы, снижение интенсивности отказов элементов, сокращение времени непрерывной работы, улучшения качества обслуживания путем повышения интенсивности восстановления. Если этих способов недостаточно для создания абсолютно надежной системы, то применяется резервирование.

Выбор критериев абсолютно надежной системы зависит от используемого метода обеспечения надежности. При этом возможны два типа критериев: одинарные и комплексные.

Одинарным называется критерий, позволяющий создать абсолютно надежную систему путем применения одного метода повышения надежности. Примерами могут быть следующие критерии:

•система абсолютно надежна, если число ее элементов n < m;

•система абсолютно надежна, если время ее непрерывной работы t < τ;

•система абсолютно надежна, если время ее восстановления Тв не превышает Тз.

Комплексным называется критерий, позволяющий создать надежную систему путем применения двух или более методов повышения надежности. Примерами могут быть следующие критерии:

•система абсолютно надежна, если она состоит из числа элементов N ≤ m и отказ одного любого элемента не ведет к отказу системы;

•система абсолютно надежна, если время ее непрерывной ра-

боты не превышает Тз и все ее элементы работают с нагрузкой, не превышающей k% от номинальной;

•система абсолютно надежна, если время ее восстановления не превышает заданного и отказ одного любого механического элемента не ведет к ее отказу.

274

3.8.1. Кратность общего резервирования абсолютно надежной системы

Попытаемся создать абсолютно надежную систему, используя структурное резервирование.

Вероятность работы системы при общем резервировании с постоянно включенным резервом при кратности резервирования m вычисляется по формуле

Pc(t) = 1–[(1–P0(t)]m,

где P0(t) – вероятность безотказной работы исходной нерезервированной системы. Из формулы получаем следующее выражение кратности резервирования:

m= ln[[1− Pc (t)]]−1.

ln 1− P0 (t)

Внашем случае Pc(t) = 0,997, P0(t) = 0,784. Подставляя эти данные в формулу, получим m = 2,78, т. е. m = 3. Отсюда следует качественный критерий абсолютно надежной системы: система абсолютно надежна, если отказ трех ее любых элементов не ведет к отказу системы.

Вероятность работы системы при общем резервировании замещением при кратности резервирования m вычисляется по формуле

В данном случае получить в явном виде выражение для кратности резервирования m нельзя. Решение, полученное численным методом, дает ответ m = 2. Отсюда следует: система абсолютно надежна, если она дублирована по принципу замещения.

Пример 3.20. Дана нерезервированная восстанавливаемая система, состоящая из n = 5 устройств. Интенсивности отказов λ и интенсивности восстановления μ приведены в табл. 3.6.

275

Необходимо разработать качественные критерии абсолютно надежной системы, коэффициент готовности которой Kг = 0,997.

Решение. Определим вначале коэффициент готовности исходной системы:

Результат расчета показал, что система не удовлетворяет требованиям надежности.

Изменим режимы работы элементов, уменьшив интенсивность их отказа на порядок. Рассчитав вновь коэффициент готовности, получим Kг = 0,993. Применение нагрузочного резервирования методом облегчения режимов работы элементов не позволило создать абсолютно надежную систему. Увеличим вдвое интенсивность восстановления системы за счет повышения качества диагностики и улучшения дисциплины обслуживания. Повторяя расчеты при новых значениях μ, получим: Kг = 0,997.

По результатам расчетов можно сформулировать следующий критерий абсолютно надежной системы: система абсолютно надежна, если применено нагрузочное резервирование с облегчением режимов работы элементов до предельно возможных и вдвое увеличена интенсивность восстановления элементов.

3.8.2. Анализ абсолютно надежных технических систем

Анализ абсолютно надежных технических систем необходим на этапах разработки требований и в процессе эксплуатации.

276

Целью анализа на этапе разработки требований является установление критериев абсолютно надежной системы. Если такие критерии установлены, то на этапе проектирования расчеты надежности не нужны.

В процессе эксплуатации абсолютно надежной системы должны проводиться два вида испытаний: качественные и количественные. Качественные испытания необходимы для установления факта: является ли в данный момент система абсолютно надежной. Если она удовлетворяет качественным критериям, то этого достаточно для продолжения дальнейшей эксплуатации. Если не удовлетворяет, то должны проводиться профилактические работы или ремонты до доведения ее до абсолютно надежной.

Статистические испытания необходимы для получения данных о надежности элементов системы и проверки соответствия абсолютно надежной системы качественным критериям. Данные о надежности элементов необходимы для расчета показателей надежности системы при разработке качественных критериев систем, подобных эксплуатируемой.

Обработка данных об отказах элементов абсолютно надежной системы должна вестись по методике обработки данных об отказах обычной восстанавливаемой системы.

Отметим достоинства и недостатки абсолютно надежных сис-

тем.

Достоинства:

•абсолютно надежные системы не требуют расчетов показателей надежности в процессе их проектирования;

•нет необходимости в определительных испытаниях с целью доказательства того, что показатели надежности системы соответствуют требуемым показателям.

Недостатки:

•абсолютно надежные системы требуют разработки для каждой конкретной системы качественных критериев;

•эксплуатация системы требует непрерывной диагностики ее состояния с целью определения статуса абсолютно надежной системы;

•расчет показателей надежности в процессе эксплуатации системы более сложный, чем в традиционных системах в связи с многовариантностью понятия «отказ».

277

Контрольные вопросы к главе 3

1.Назвать допущения, принимаемые при расчете надежности сложного объекта.

2.Какова последовательность расчета надежности сложного объекта?

3.Дать определение структурной схемы надежности объекта.

4.Определить различия между конструктивной (монтажной)

иструктурной схемами надежности объекта.

5.Как рассчитывается надежность объекта с последовательным соединением элементов?

6.Как рассчитывается надежность объекта с параллельным соединением элементов?

7.Составить структурную схему надежности объекта, условие безотказности которого имеет следующий вид: объект безотказен, если безотказны первый, второй и третий, а также четвертый или пятый элементы. Рассчитать надежность объекта, полагая вероятность безотказной работы каждого элемента равной 0,9. Ответ: 0,722.

8.Пояснить методику расчета надежности мостиковых струк-

тур.

9.Пояснить методику расчета надежности избирательных схем.

10.Дать методику проведения определительных испытаний.

11.Способ построения доверительных интервалов средней наработки до отказа.

12.Основные задачи исследования надежности на этапе разработки конструкторской документации и проведения испытаний опытных образцов.

13.Методы повышения надежности системы электроавтоматики на стадии проектирования.

14.Дать определение абсолютно надежных систем.

278

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ

4.1. Общая характеристика технического диагностирования объектов

4.1.1. Основные понятия и определения технической диагностики

Используемые основные понятия и определения соответствуют ГОСТ 20911–89 (Техническая диагностика. Термины и определения).

Техническое диагностирование − это определение технического состояния объекта, результатом которого является заключение о техническом состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причины отказа. Применяемый в литературе термин «контроль технического состояния» характеризует определение вида технического состояния (исправности, неисправности, работоспособности, неработоспособности) объекта. В соответствии с этим техническое диагностирование, являющееся процессом определения технического состояния, может быть как законченным самостоятельным процессом с не установленными заранее значениями показателей его исправности или работоспособности, так и частью процесса прогнозирования технического состояния объекта. Поскольку для контроля и прогнозирования технического состояния объекта необходимо знание его фактического технического состояния, эти процессы всегда содержат в своем составе техническое диагностирование.

Следует отметить, что термин «контроль» предполагает множество мероприятий, включая и организационно-технические, например технический контроль на предприятии. Поэтому понятие «контроль технического состояния» объекта часто заменяется понятием «техническое диагностирование». Конечным этапом диагностирования является получение технического диагноза − результата диагностирования.

для диагностирования. В соответствии с этим различают рабочее и тестовое техническое диагностирование. Рабочее техническое

279

диагностирование осуществляется во время функционирования объекта, на который поступают только рабочие воздействия. Тестовое техническое диагностирование осуществляется только при тестовых воздействиях.

Совокупность средств и объекта диагностирования и, при необходимости, исполнителей образует систему технического диагностирования (СТД). Составляющими СТД являются:

•объект технического диагностирования (ОТД) − изделие или его составные части, техническое состояние которых подлежит определению;

•средство технического диагностирования (СрТД) − совокупность измерительных приборов, средств коммутации и сопряжения

сОТД.

Система технического диагностирования работает в соответствии с алгоритмом технического диагностирования, который представляет собой совокупность предписаний о проведении работ. Алгоритм устанавливает состав и порядок проведения так называемых элементарных проверок объекта и правила анализа их результатов.

Элементарная проверка определяется рабочим или тестовым воздействием, поступающим или подаваемым на объект, а также составом признаков (параметров), образующих ответ объекта на соответствующее воздействие. Конкретные значения параметров, получаемые при диагностировании, являются результатами элементарных проверок или значениями ответов объекта.

С точки зрения общей теории управления и контроля система рабочего диагностирования является системой контроля, а систему тестового диагностирования можно рассматривать как систему управления, в которой управление осуществляется в соответствии с алгоритмом диагностирования.

4.1.2. Структура системы технического диагностирования

Развернутая структура системы технического диагностирования представлена на рис. 4.1. Первой операцией процесса диагностирования является выведение сигналов, параметры которых характеризуют состояние ОТД. Эта операция осуществляется с помощью датчиков 1. Информация через линии связи 2 транслируется в СрТД. Главной подсистемой СрТД является измерительное устройство 5, обеспечивающее заданную точность диагностирования.

280