книги из ГПНТБ / Казацкер, А. А. Надежность систем автоматизации в пищевой промышленности

проверками правильности функционирования данного канала управляющего устройства. Критерием неправильного функцио­ нирования служит критерий отказа данного канала, внесенный в техническое задание на разработку управляющего устройства. Величина т^ов должна быть указана в техническом задании и служить дополнением к критерию отказа данного канала. По­ сле окончания разработки опытного образца величина тТпров должна быть внесена в инструкцию по эксплуатации управляю­ щего устройства.

Т а б л и ц а 15

При выборе величины т^ров необходимо руководствоваться следующими соображениями: чем она больше, т. е. проверки правильности функционирования данного канала производятся редко, тем больше вероятность того, что при возникновении от­ каза потери П\ будут велики, и наоборот. Однако при этом

требуется учесть дополнительные затраты на оснащение САУ -специальными контрольными устройствами, особенно в том слу­ чае, если в результате автоматизации предусматривается сокра­ щение обслуживающего персонала.

Если не представляется возможность количественно обосно-

.вать величину ^пров, то ее необходимо принять равной времени между соседними проверками правильности ведения технологи­ ческого процесса на участке, оснащенном данными управляющи­ ми устройствами, исходя из требований ГОСТа и соответствую­ щих технологических инструкций данного производства (от­ расли) .

90

Для определения величины т[ необходимо Воспользоваться графиком функции m—--s(t/T), приведенным на рис. 9.

Вграфе 4 табл. 15 приводится величина показателя /7((^)=

=П[ тп[. Суммируя n \ ( t ) по всем и каналам управляющего устройства, получают значение показателя потерь I рода, кото­ рое необходимо привести в последней строке графы 4.

Величина показателя П " рассчитывается по выражению (95). Если при этом не представляется возможным определить значе­

ние коэффициента К 1/ , то его принимают равным единице. При расчете показателя П '/ принимают

хИ— J 1

j — х пров 1

где т ^ ов — среднее время между двумя соседними проверками правильности функционирования управляемого объекта. Критерием неправильного функционирования управляемого объекта служит

91

критерий отказа последнего, внесенный в техническую докумен­ тацию управляемого объекта.

Величина показателя П l/(t) = П 1/ mff приводится в графе 7

табл. 15. Суммируя I7r/(t) по всем I каналам управляющего устройства, подучают значение показателя потерь И рода, кото­ рое необходимо внести в последнюю строку графы 7 табл. 15.

Величина показателя П[и рассчитывается по выражению (99).

При расчете показателя П{и принимают Z -—^пров*

Величину показателя П{и (1) рассчитывают по выражению (99).

Суммируя П{и (t) по всем и каналам управляющего устройства, получают значение потерь III рода, которое необходимо внести в последнюю строку графы 10.

Потери от отказов управляющего устройства за период t — 17(t) рассчитывают по выражению (90) путем подстановки ве­ личин, приведенных в последней строке граф 4, 7 и 10 табл. 15.

Рассмотрим пример расчета экономических последствий отказов устрой­ ства автоматического регулирования температуры и процесса горения в хле­

Согласно техническому заданию на разработку данное управляющее устройство предназначено для автоматической стабилизации заданных зна­ чений температуры среды пекарной камеры в 1-й и 2-й зонах выпечки; ав­

осуществляющих регулирование температуры среды пекарной камеры и регу­

2дежности, специальные Г=2020 ч показатели безотказности САР

3Общие показатели на­ (О1о=100-10—6 ч - 1 дежности

Анализ режимов и условий функционирования управляющего устройства дает основания предполагать, что отказы элементов 1-го и 2-го каналов, как правило, не приводят к отказам управляемого объекта, а отказ элемен­ тов канала № 3 может привести к отказу печи.

В табл. 15 приведен расчет показателя потерь Л(1).

92

Величина Я ,1 рассчитывается по формуле (92).

Согласно предварительному расчету экономической эффективности внед­ рения управляющего устройства величина условно-годовой экономии Эуг от

тЭут 5000-е- 7291

При расчете экономической эффективности внедрения автоматизации принято, что нормальное функционирование канала № 1 обеспечивает полу­ чение до 80% всей условно-годовой экономии. Следовательно, величина Эi1, т. е. удельная (за 1 ч нормального функционирования печи и управляющего устройства) условно-годовая экономия при нормальном функционировании канала № 1 составляет

Э\ = 0 , = 0,8 (0,656 = 0,958) = 0,525-^0,766 руб./ч.

Поскольку не представляется возможным оценить действительное значе­ ние коэффициента потерь величины Эi1 от отказов элемента канала № 1, то принимаем Ki1 = 1.

При определении величины т,1 исходим из того, что проверка правиль­ ности ведения процесса выпечки хлебобулочных изделий производится лабо­ раторным путем после каждой выпечки, т. е. через 18—45 мин. Иными сло­ вами, принимаем -Ti1 = 18-4-45 мин или 0,3-р0,75 ч.

зов, критерий которых задан в виде общих показателей надежности, могут иметь место также отказы, критерий которых задан в виде специальных

93

тельной вероятностью 0,9 число отказов, критерий которых задан в виде общих показателей надежности, составит п^опн ^

В соответствии с техническим заданием на разработку управляющего устройства в период его эксплуатации могут иметь место динамические и статические отказы.

Определим количество динамических отказов канала № 1 за период L

,— y j , — 43,7.

с доверительной вероятностью 0,9 число динамических отказов цгдин составит tn дин *+ 54.

Число статических отказов тстат за период t равно числу отказов, кри­ терий которых задан в виде общих показателей надежности, т. е. т 0пн "

= /7 + с т а т ‘"7- 7.

Таким образом, суммарное количество отказов канала № 1

т\ = т\ опн + т\ дин + Ч стат = 7 + 54 + 7 = 68.

Полученное суммарное количество отказов mi1 необходимо интерпрети­ ровать таким образом:

Вероятность (т\ •< 68) = 0,9,

казов канала № 2 выполняется аналогично выше изложенному. Ниже при­

Поскольку при отказах канала № 3 потерь I рода не возникает, то суммарные потери I рода за период t составляют:

Я 1 (0 = П\ (t) + n\ (t) = (10,75-4-39,1) + (0,234-4-8,65) ■»

= 10,98-4-47,75 руб.

Отказы канала № 3 приводят к потерям III рода.

94

боты управляющего устройства.

Для определения прибыли в распоряжении разработчика имеется сле­ дующая информация: оптово-отпускная цена Ц 1 т хлеба и хлебобулочных изделий — 220 р. 90 к.; полная себестоимость С I т хлеба и хлебобулочных изделий— 173 р. 46 к.

В данном случае прибыль Пр от реализации 1 т продукции составит:

Пр = Ц — С = 220 р. 90 к. — 173 р. 46 к. = 47 р. 44 к.

Известно, что фактическая часовая производительность хлебопекарной печи в зависимости от типа печи составляет 0,625 -ь 1,04 т/ч.

Располагая указанными данными, можно оценить величину Эи .

З 11 = (0,625-з- 1,04) 47,44 = 29,6-5-49,4 руб./ч.

Отказ канала защиты практически обнаружить в период функциониро­ вания печи не представляется возможным. ' Поэтому продолжительность нахождения рассматриваемого объекта в состоянии отказа Тзш целесооб­ разно принять равной продолжительности одной выпечки, т. е. т3ш = 18 4- 45 мин = 0,3 4- 0,75 ч.

В результате отказа канала № 3 может оказаться испорченной вся про­ дукция за период данной выпечки. Поэтому величину себестоимости изго­ товленного и испорченного продукта С„ следует интерпретировать как себе­ стоимость испорченной и не поддающейся повторной переработке продукции, произведенной за 0,3-1-0,75 ч. С учетом указанной выше часовой произво­ дительности за время т3П1 может быть испорчено (0,6254-1,04) (0,3-1-0,75) = = 0,18754-0,7800 т продукции. Так как полная себестоимость 1 т продукции составляет 173 р. 46 к., то

С„ = 173,46 (0,1875-5-0,78) = 32,5-4-135,3 руб.

Располагая всеми исходными данными, определяем показатель Я3Ш по формуле (99), т. е.

Л"1= [(0,656-5-0,958) + (29,6-5-49,4)] (0,3-5-0,75) +

+(32,5 -*-135,3) = 41,7-5- 173,0 руб.

Вданном примере не учтена стоимость затрат на восстанов­ ление разрушенной печи, которые возможны при отказе кана­ ла № 3.

Для вычисления величины mlxl воспользуемся графиком функ­

ции m = ^(tjT), учтя при этом, что норматив показателя на­ дежности канала № 3 составляет: ш10 = 100-10~6 ч, или Т 10 =

^ 100-ю-0 = Ю000 ч-

При t = 7608 ч и доверительной вероятности а = 0,95 шххх<^2;

95-

принимаем яг’п= 1. В таком случае потери от отказов III рода /7зИ(/) за период t в случае отказов канала защиты составляют:

n f (t ) = Я ^/и'11 = 41,7 т - 173,0 руб.

Суммарные потери от отказов управляющего устройства за период t составят:

n { t ) = IJl {t) + n m (t) = (10,98 -s- 47,75) -+- (41,7=- 173,0) =

= 52,68-;-220,75 руб.

УЩЕРБ, ОБУСЛОВЛЕННЫЙ ВЫНУЖДЕННЫМ ПРОСТОЕМ

Ущерб, обусловленный вынужденным простоем уп­ равляющего устройства вследствие его отказов за период t в наиболее общем случае может быть представлен в таком виде, (в руб.):

где У1^), y u (t) и Уш (1)— ущербы I, II и III родов соответственно.

Ущерб I рода возникает в том случае, когда в результа­ те отказа управляющего устройства имеет место вынужденный

:96

Ущерб II рода возникает в том случае, если в результате отказа управляющего устройства имеет место вынужденный простой САУ в делом, т. е. простой управляющих устройств и объекта. Вынужденный простой управляемого ■объекта может быть обусловлен двумя причинами: отказом управляемого объ­ екта в результате отказа управляющего устройства; нарушени­ ем функционирования исправного управляемого объекта, т. е. прерыванием производственного процесса для восстановления работоспособного состояния управляющего устройства.

Ущерб II рода (в руб.) может быть рассчитан по формуле

5=1

где y sn — средний ущерб II рода, обусловленный вынужденным простоем управляющего устройства и управляемого объекта по причине отказа 5-го канала управляющего устройства, руб.

средний ущерб II рода в единицу времени вынужденного про-

Tups11 — средняя продолжительность одного вынужденного простоя САУ по причине отказа 5-го канала управляющего устройства, ч;

которых приводит к ущербу II рода.

Причины возникновения ущерба III рода аналогичны причи­ нам, при которых возникает ущерб II рода. Однако природа ущерба III рода несколько иная. Ущерб III рода (в руб.) мо­ жет быть рассчитан по формуле

ем управляющего устройства и управляемого объекта по при­ чине отказа r-го канала управляющего устройства, руб.

простоя и не поддающегося повторной переработке, руб./ч; См — стоимость вспомогательных материалов, испорченных в, резуль­

Расчет ущерба выполняют раздельно по каждому каналу управляющего устройства (табл. 18). Величина показателя У/ рассчитывается -по выражению (102). При расчете показателя У}

Т а б л и ц а 18

98

принимают ТпР / !> 7 В при наличии необходимого комплекта за­ пасных частей к управляющему устройству (где 7В— среднее время восстановления управляющего устройства, ч).

Если не представляется возможным определить значение

то его рекомендуется принять равным 0,17 [64].

Значение показателя Ъ\ устанавливают, исходя из предполо­

жения о том, что вынужденный простой имеет место лишь по причине отказа, критерий которого задан в виде общих пока,

зателей надежности. Для определения величины b\ можно вос­ пользоваться графиком' функции m = ^(tjT), приведенным на рис. 9.

В графе 4 табл. 18 приведена величина показателя Уу1(1) —

— У/b}. Суммируя y){t) по всем h каналам управляющего устрой­ ства, получают значение показателя ущерба I рода, который необходимо внести в последнюю строку графы 4.

продолжительность проведения работ по ремонту управляемого объекта. Величину tpeM принимают равной соответствующему значению, указанному в инструкциях по ремонту управляемого объекта.

В графе 7 приведена величина показателя У1} (t) = y ]}blJ.

Суммируя У](£) по всем w каналам управляющего устройства, получают значение показателя ущерба II рода, который необ­ ходимо внести в последнюю строку графы 7.

Величина показателя У,п рассчитывается по выражению (110). В графе 10 приводится величина показателя У"1(^) = у " 1^ 11.

Суммируя У”1(t) по всем г каналам управляющего устройства, получают значение показателя ущерба III рода, который необ­ ходимо внести в последнюю строку графы 10 табл. 18.

Ущерб У (0, обусловленный вынужденным простоем управ­ ляющего устройства за период t, рассчитывают по выражению (100) путем подстановки в него величин, приведенных в послед­ ней строке граф 4, 7 и 10 табл. 18.

Рассчитанные в соответствии с изложенными рекоменда­ циями величины IJ(t) и y(t) подставляют в следующее урав­ нение:

Полученная величина представляет собой показатель ожида­ емых экономических последствий отказов (ЭПО) разрабатывае­ мого образца управляющего устройства за расчетный период эксплуатации t.

Ожидаемая в результате внедрения образца управляющего