14. Эффективность технических систем в эксплуатации

14.1. Управление совмещенностью свойств качества функционирования технических систем

14.1.1. Методика расчета допуска по показателям надежности

Методика учитывает совмещенность двух видов свойств качества функционирования: взаимозаменяемость и надеж­ность. Взаимозависимость между допуском на параметр и по­казателями надежности устанавливается из решения задач синтеза (прямая) и анализа (обратная) в стохастической поста­новке; Методику расчета поясним примером.

Находятся две или несколько переменных на основании уравнения Р_б ( )=P_б.зад, Р_6.зад – заданная величина.

Так как уравнение не имеет однозначного решения относительно и то в качестве дополнительного условия вводится критерии оптимальности , выражающий расходы по эксплуатации в зависимости от обеспечиваемой точности выходных параметров .

Целью решения является нахождение таких значений , , при которых функция ψ приобретает наименьшее значение. Задача решается аналитическим методом неопределенных множителей Лагранжа. Если это невозможно или полученное решение слишком громоздко, используются методы поиска экстремума (метод градиента, метод наискорейшего спуска, метод случайного поиска).

Пример рассматривает решение задачи методом равных аргументов, который заключается в следующем: если вероятность безотказной работы изделия Р₆ выражается как функция F от интервала вероятностей, в аргументы которых входят искомые величины, т. е.

, где j = 1,…, m,

тогда решение задачи по методу равных аргументов имеет вид

.

При этом z находится взаимной подстановкой уравнений,

.

Если получается несколько разных значений одного и того же допуска, то необходимо выбрать более широкое поле допуска.

14.1.2. Обеспечение взаимозаменяемости при эксплуатации

Взаимозаменяемость имеет существенное важное значение для эксплуатации машин.

Надежность машины в эксплуатации определяется непре­рывностью и продолжительностью ее работы без капитального ремонта при возможности простой и быстрой замены деталей. При этом не требуется высококвалифицированных специалистов и специального оборудования. Комплект запасных частей, имеющийся при машине и изготовленный на основе полной взаимозаменяемости, обеспечивает повышение эффективности использования продукции.

Комплект запасных частей определяют из условия, что различные составные части имеют различные технические и межремонтные ресурсы.

Под техническим, ресурсом обычно понимается срок, его службы (наработка), в течение которого обеспечивается надежная работа при соблюдении правил эксплуатации и проведений необходимых ремонтов. Под межремонтным ресурсом – срок службы изделий между, капитальными ремонтами.

За период, соответствующий техническому ресурсу изде­лия, его составные части могут заменяться в широком диапазоне времени. Кроме того, в процессе эксплуатации возможны неплановые повреждения составных частей, вследствие Чего их необходимо заменить раньше, чем это предусмотрено техническим и межремонтным ресурсом.

В проектных расчетах из условия сохранения работоспо­собности изделия в течение определенного времени эксплуатации вводится коэффициент гарантийного запаса точности k_э, который определяется отношением допускаемой погрешности детали в конце срока эксплуатации к допускаемой погрешности в начальной стадии,

.

Например, если радиальное биение шпинделя нового шлифовального станка 0,005 мм, а допускаемое биение в конце срока эксплуатации станка 0,01 мм, то k_э = 0,01/0,005 = 2. Другим примером может служить расчет k_э для толщины стенки корпуса аппарата листовой конструкции. В процессе работы аппарата появляется коррозионный износ (воздействие на металл агрессивной среды). Величина коррозионного износа зависит от агрессивности среды и химической стойкости материала и равна скорости υ проникновения коррозии, помноженной на продолжительность срока службы t аппарата, который принимается равным 10...12 годам. Скорость проникновения коррозии устанавливается на основании коррозионных испытаний, проводимых в условиях, аналогичных или максимально приближающихся к условиям работы аппарата. Для изготовления аппаратов обычно применяют материалы, у которых υ = 0,1... 0,5 см/г. При таких скоростях