книги из ГПНТБ / Сергиевский, Л. В. Наладка, регулировка и испытание станков с программным управлением учебное пособие

для станков и систем ЧПУ определенного типа, берут суммарное время исправной работы аппаратуры Тр в ча­ сах, число отказов п за определенный календарный пе-

т

риод и из соотношения Т’* = —2- определяют среднюю

наработку на отказ. Определение статистической вели­

чины То поясняется рис. 90, где изображены интервалы времени исправной работы станков и аппаратуры ЧПУ — /г- и времени ее восстановления после отказа Т1без учета времени на профилактику и другие виды простоя обору­ дования [для какого-либо интервала (периода), не пока­ занного на рисунке]. Продолжительность времени исправ­ ной работы tt между любыми двумя соседними отказами является величиной случайной, точное значение которой заранее предсказывать невозможно. Поэтому пользуются

усредненной статистической величиной Т0, определяемой по данным опыта эксплуатации.

Общее время работы станков с системами ЧПУ за определенный календарный срок равно сумме интервалов рабочего времени между соседними отказами, т. е.

п

+ и + • • • + tn ■ ■ ъ и .

i—1

Тогда соотношение для определения среднестатисти­

ческой величины

П

Е и

где п — число отказов за время эксплуатации в кален­ дарном периоде;

tt— время исправной работы между отказами в ка­ лендарном периоде.

201

Если наработка на отказ определяется по нескольким станкам и системам ЧПУ одного типа, то необходимо просуммировать время исправной работы по всем систе­ мам и станкам и разделить на общее число отказов, или в математической форме:

М п

Е Е *п

где М — число станков (систем, узлов, блоков или эле­ ментов);

t/[ — время исправной работы всех однотипных стан­ ков (систем, узлов, блоков, элементов);

tij — число отказов всех станков (систем, узлов, блоков, элементов) в календарном периоде.

Точность экспериментальной оценки средней величины наработки на отказ по существу зависит от количества полученных при эксплуатации отказов и времени прове­ дения этого эксперимента. При увеличении накопленного

числа отказов величина Т0 приближается к математи­ ческому ожиданию времени работы станков с ЧПУ между

отказами, т. е. при п —*ооТ1—* Т0. Наработка на отказ является хорошим и удобным для практики критерием надежности, так как при определении его в реальных условиях эксплуатации учитываются все факторы, влияю­ щие на надежность станков с системами ЧПУ.

Для расчета доверительных пределов при оценке точности экспериментального определения среднего вре­ мени наработки на отказ и оценки нижнего и верхнего значений можно воспользоваться формулами, приведен­ ными в работах [1, 49]:

где 80i и 602 коэффициенты точности, зависящие от числа п и коэффициента достоверности у.

Зная минимально возможные значения Tomln и макси­ мальное Готах Для параметра Г0) можно определить дове-

202

Для иллюстрации применения метода определения значения наработки на отказ, экспериментального опре­ деления среднего времени безотказной работы при вне­ запных отказах в станках с системами ЧПУ и при задан­ ной достоверности рассмотрим обработку статистических данных по отказам, проведенную в течение двух лет по группе станков с фазовой системой ЧПУ. Анализ будет проведен по отдельным элементам, узлам, блокам системы и станка. Результаты эксплуатационных данных по стан­ кам с ЧПУ приведены в табл. 4. По данным таблицы рассчитаем среднестатистическое значение наработки на

По таблицам и графикам, приведенным в работах [13, 49], определим коэффициенты точности оценки: для досто­ верности у — 90% они соответственно равны а 01 = 0,883 и а о 2 = 1,117. С учетом коэффициента точности оценки определим нижнюю и верхнюю границы среднего значе-

203

ния безотказной работы электронных блоков системы ЧПУ:

555,3

0,883 = 629,2 = То так*

Значения параметров для всех остальных узлов и бло­ ков помещены в табл. 5. По известным значениям Tomla и Тотах находим наиболее возможные значения вероят­ ности того, что узлы и блоки станков и систем ЧПУ про-

Таблица 5

В ели чи ны средней нараб отки н а отказ по узлам и блокам фазовой систем ы Ч П У

204

Рис. 91. Графики минимальной и максимальной области наиболее воэмоокных значений Р (1) для узлов и блоков станков с фазовой системой ЧПУ (штриховые ли н и и — минимальные вначения, сплошные макси­ мальные вначения)'.

1 — электронные блоки; 2 — пускорегулирующая аппаратура; 3 — лентопро­ тяжной механизм; 4 — узлы гидравлической системы; 5 — механические узлы

работают безотказно в течение времени t, т. е. определяем доверительные области наиболее возможных значений

Графики этих значений изображены на рис. 91.

§ 4. О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Н А И Б О Л Е Е В Е Р О Я Т Н Ы Х З Н А Ч Е Н И Й С Р Е Д Н Е Г О В Р Е М Е Н И В О С С Т А Н О В Л Е Н И Я П О С Л Е О Т К А З А

Надежным является то металлорежущее оборудование, которое, хотя и отказывает в работе, но, во-первых, сравнительно редко, а во-вторых, поиск и устранение возникшей неисправности возможно за небольшой про­ межуток времени. Станки с системами ЧПУ являются системами длительного использования, которые после отказов восстанавливаются и продолжают функциони­ ровать. Под восстанавливаемостью понимают свойства устройства, которые заключаются в возможности его использования после проведения ремонта или каких-либо

205

других мероприятий по устранению отказа с учетом ка­ чества обслуживания. Процесс восстановления заклю­ чается в обнаружении и устранении отказа, причем про­ цесс восстановления отказов является вероятностным. В качестве случайной величины здесь выступает время восстановления, зависящее от многих факторов, харак­ тера возникшего отказа, приспособленности устройства к быстрому обнаружению отказа, степени подготовлен­ ности обслуживающего персонала, быстроты замены отка­ завшего элемента, узла, блока. При этом небезыинтересно отметить, что некоторые узлы (например, электро- и гидросхемы) современных станочных систем настолько сложны, что поиск неисправности занимает нередко зна­ чительно больше времени, чем сама операция по устране­ нию этой неисправности. По данным Н. Г. Бруевич, диагностика отказа занимает до 56% общего времени восстановления электросхемы.

Наиболее удобным критерием восстановления, при статистической оценке восстанавливаемости станков с ЧПУ, систем, узлов и блоков, является среднее время восстановления Тв. Для большинства автоматизирован­ ных систем, в том числе и станков с системами ЧПУ, восстановление работоспособности в основном осуществля­ ется обслуживающим персоналом с применением ручного труда. Для таких систем характерно малое число восста­ новлений за малые и большие промежутки времени т и довольно частые случаи восстановления за время, близ­ кое к среднему времени восстановления Тв. Количественно восстанавливаемость станков с системами ЧПУ может быть оценена как среднее арифметическое. В этом случае

определение статистического значения величины Та ана­ логично определению среднего времени наработки на отказ. Если за определенный период эксплуатации стан­ ков с ЧПУ произошло п отказов, то, просуммировав про­ межутки времени, затраченные на обнаружение и устра­ нение отказов и разделив эту величину на число восста­ новлений, равное числу отказов, получим величину сред­ него времени восстановления

П

тi=i

в=

пп

где %['— время, затраченное на восстановление i-го отказа; п — число отказов в календарном периоде.

206

Если имеется несколько станков одного типа, то сле­ дует просуммировать промежутки времени восстановления по всем экземплярам и разделить эту сумму на общее число отказов. Величина Гв показывает, сколько в сред­ нем затрачивается времени на обнаружение и устранение одного отказа. Следует отметить, что величина Тв будет тем точнее, чем больше используется статистических дан­ ных при расчете. Очевидно также, что величина Тв в зна­ чительной мере зависит от технической подготовленности обслуживающего персонала и наличия у него опыта по обнаружению и устранению отказов. Поэтому при вы­

с различной степенью подготовленности и квалификацией,

Для определения доверительных пределов при оценке точности эксплуатационного времени восстановления вос­ пользуемся оценочными коэффициентами, зависящими от коэффициента достоверности у и числа отказов л; тогда среднее время восстановления с учетом коэффициентов

где 6Bi и бв2 — коэффициенты точности.

В качестве примера воспользуемся статистическими данными, приведенными в табл. 4, и рассчитаем средне­ статистическое время восстановления лентопротяженного механизма системы числового программного управления станка с фазовой системой. Оно составит

674,8 = 4,13.

163

По таблицам и графикам, приведенным в работах [1, 49], определяем коэффициенты точности оценки; они для коэффициента достоверности у = 90% и числа отказов п 6в1 = 0,905 и 6в2 = 1,095. Тогда определяем

доверительные границы

:4,56 = ГВ

2 0 7

Значения среднестатистического времени восстановле­ ния узлов и блоков станка с фазовой системой ЧПУ при­ ведены в табл. 6. Принимая, что время восстановления

Таблица 6

Величины среднего времени восстановления узлов

иблоков ф азовой систем ы Ч П У

станков с ЧПУ подчиняется закону Эрланга, и зная до­ верительные границы и Гвтах, определим довери­ тельную область для вероятности восстановления v (т), лежащую в границах Твта и ТвШЛК [49]:

2т

\* в шах /

208

поскольку чем больше времени отводится на выполнение операции по восстановлению системы после отказа, тем больше должна быть вероятность успешного выполнения работы по обнаружению и устранению отказа. Таким образом, при заданном достаточном количестве времени любое устройство может быть восстановлено до своей эксплуатационной эффективности.

§ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕГО ЧИСЛА НЕРАБОТАЮЩИХ УЗЛОВ, БЛОКОВ И ЭЛЕМЕНТОВ СТАНКОВ С ЧПУ

меняют еще один критерий, определяющий надежность, так называемый коэффициент готовности. Под готовностью будем понимать способность системы находиться в про­ цессе эксплуатации в работоспособном и готовом к при­ менению состоянии.

209

Рассмотрим процесс эксплуатации непрерывно функ­ ционирующей системы при наличии окончательных отка­ зов. В случае отказа система некоторое время находится в нерабочем состоянии — ремонтируется. Очевидно, время эксплуатации системы будет состоять из чередований случайных интервалов времени нахождения в исправном и неисправном состоянии. Иначе говоря, непрерывную работу системы нужно понимать в том смысле, что она в течение времени эксплуатации находится в двух состоя­ ниях: работы и ремонта. При этом система может выклю­ чаться на некоторое время и не работать, например, из-за отсутствия рабочего. Если в период выключения системы она не отказывает и не ремонтируется, то эти периоды просто исключают из рассмотрения и считают, что время эксплуатации состоит только из чередующихся последо­ вательных случайных интервалов времени работы и ре­ монта.

Если рассматривать среднюю наработку на отказ Т*0 как рабочее время (исправное состояние системы), а время

восстановления Тв как простой (неисправное состояние системы), то формулу коэффициента готовности можно написать в следующем виде [1, 13]:

фициент восстанавливаемости, по которому оценивается отношение /(в = Т*■О.

Как следует из формулы, значение коэффициента готовности может быть получено близким к единице за счет увеличения среднего времени безотказной работы Т0 (среднего значения наработки на отказ) при фиксирован­ ном среднем значении времени восстановления Ть либо за счет уменьшения среднего времени восстановления после отказа при фиксированном Т0. Больший эффект может быть получен при одновременном увеличении сред­ него времени Т0 и уменьшении Тв.

Для статистической правильной оценки значений Кт можно рассчитать возможные значения неизвестных коэф­ фициентов точности в зависимости от требуемой достовер-

210