Диагностика и надёжность автоматизированных систем. Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов по направлению подготов

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Филин Ю.И.

Диагностика и надёжность автоматизированных систем

Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов по направлению подготовки

15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств

Брянская область 2025

1

УДК 62-192 (076)

ББК 34.31

Ф 53

Филин, Ю. И. Диагностика и надёжность автоматизированных систем:

учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов по направлению подготовки 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств / Ю. И. Филин. – Брянск: Изд-во Брянский ГАУ, 2025. – 51 с.

Учебно-методическое пособие содержит необходимые теоретические све-

дения и задания для выполнения работ. Пособие предназначено для использова-

ния на лабораторных занятиях по направлению подготовки 15.03.04 Автомати-

зация технологических процессов и производств.

Рецензенты:

к.т.н. доцент кафедры электроэнергетики и электротехнологии Никитин А.М. (ФГБОУ ВО Брянский ГАУ)

к.т.н. доцент кафедры электроэнергетики и электротехнологии Широбо-

кова О.Е. (ФГБОУ ВО Брянский ГАУ)

Рекомендовано к изданию решением методической комиссии института энергетики и природопользования Брянского ГАУ, протокол № 4 от 30.01.2025 г.

© Брянский ГАУ, 2025

© Филин Ю.И., 2025

2

Лабораторная работа № 3 Принципы описания надежности автоматизиро30

ванных систем и их отказы

Лабораторная работа № 4 Общие сведения по технической диагностики 38

Лабораторная работа № 5 Методы и алгоритмы диагностирования автома43

тизированных систем

3

Введение

Данное пособие содержит теоретические сведения и задания, составленные в помощь студентам, изучающим вопросы параметров надежности и диагностики автоматизированных систем. Оно включает в себя информацию по основным понятиям и определениям надежности, показателям надёжности автоматизированных технических систем и их отказы, а также общие сведения по технической диагностики. Работы содержат теоретические сведения и задания для закрепления изученного материала.

Методические указания предназначены для проведения лабораторных занятий по курсу «Диагностика и надежность автоматизированных систем» для студентов по направлению подготовки 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств.

Целью выполнения лабораторных работ является приобретение высокого уровня профессиональной подготовки специалистов в области повышения надежности автоматизированных систем.

Освоение дисциплины направлено на формирование следующих компетенций:

4

5

Лабораторная работа № 1

Основные понятия и определения надежности

Цель практического занятия: ознакомление с основными понятиями и опре-

делениями надежности

Теоретические сведения

Изделие – любая функциональная единица, которую можно рассматривать в отдельности.

Составная часть – рассматриваемая часть изделия.

Восстанавливаемое изделие – изделие, которое при данных условиях после отказа может быть возвращено в состояние, в котором может выполнять требуе-

мую функцию.

Невосстанавливаемое изделие – изделие, которое при данных условиях по-

сле отказа не может быть возвращено в состояние, в котором может выполнять требуемую функцию.

Термины, относящиеся к свойствам.

Надежность – свойство готовности и влияющие на него свойства безот-

казности и ремонтопригодности, и поддержка технического обслуживания.

Примечание. Данный термин используют только для общего неколиче-

ственного описания надежности.

Готовность – способность изделия выполнять требуемую функцию при дан-

ных условиях в предположении, что необходимые внешние ресурсы обеспечены.

Безотказность – способность изделия выполнять требуемую функцию в заданном интервале времени при данных условиях.

Ремонтопригодность – способность изделия при данных условиях ис-

пользования и технического обслуживания к поддержанию или восстановлению состояния, в котором оно может выполнять заданную функцию.

Долговечность – способность изделия выполнять заданную функцию до

6

достижения предельного состояния при данных условиях использования и тех-

нического обслуживания.

Сохраняемость – способность изделия выполнять требуемую функцию в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Термины, относящиеся к состояниям.

Работоспособное состояние – состояние изделия, при котором оно спо-

собно выполнять требуемую функцию при условии, что предоставлены необхо-

димые внешние ресурсы.

Неработоспособное состояние - состояние изделия, при котором оно не способно выполнять требуемую функцию по любой причине.

Исправное состояние - состояние изделия, при котором оно способно вы-

полнять требуемую функцию и соответствует всем требованиям пользователя.

Неисправное состояние - состояние изделия, характеризующееся приемле-

мой для пользователя неполной способностью выполнять требуемую функцию,

исключая такую неспособность во время профилактического технического об-

служивания или других запланированных действий или из-за нехватки внешних ресурсов.

Состояние функционирования – состояние выполнения изделием требуе-

мых функций.

Наработка – продолжительность или объем работы изделия.

Примечание – наработка может быть непрерывной величиной (продолжи-

тельность работы в часах) и дискретной величиной (число циклов, срабатыва-

ний, запусков и т.п.).

Состояние нефункционирования – состояние невыполнения изделием ни одной из требуемых функций.

Требуемое время - интервал времени, в течение которого потребитель тре-

бует, чтобы изделие находилось в работоспособном состоянии.

Состояние готовности - состояние нефункционирования изделия в тре-

буемое время.

7

Средняя наработка на отказ - отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки.

Показатели долговечности.

Ресурс – суммарная наработка изделия в течение срока службы.

Средний ресурс - математическое ожидание ресурса.

Гамма-процентный ресурс – ресурс, в течение которого изделие не до-

стигнет предельного состояния с вероятностью , выраженной в процентах.

Назначенный ресурс - суммарная наработка объекта, при достижении ко-

торой эксплуатация должна быть прекращена.

Срок службы – продолжительность эксплуатации изделия или ее возоб-

новления после капитального ремонта до наступления предельного состояния.

Средний срок службы - математическое ожидание срока службы.

Гамма-процентный срок службы – срок службы, в течение которого изде-

лие не достигнет предельного состояния с вероятностью , выраженной в про-

центах.

Назначенный срок службы - календарная продолжительность эксплуата-

ции изделия, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена.

Показатели сохраняемости.

Срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения изделия,

в течение и после которого изделие способно выполнять требуемую функцию.

Гамма-процентный срок сохраняемости – календарная продолжитель-

ность хранения изделия, в течение и после которого изделие способно выполнять требуемую функцию с вероятностью , выраженной в процентах.

Показатели ремонтопригодности.

Интенсивность восстановления (t) - предел, если он существует, отно-

шения условной вероятности корректирующего ремонта в интервале времени

(t,t + ∆t) к длине этого интервала ∆t , стремящейся к нулю, при условии,

9

что ремонт был начат во время t = 0 и не был закончен до времени t.

Среднее время восстановления работоспособного состояния - матема-

тическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния.

Вероятность восстановления работоспособного состояния - вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния не превысит заданного.

Гамма-процентное время восстановления – время, в течение которого вос-

становление будет осуществлено с вероятностью , выраженной в процентах.

Средняя продолжительность ТО (ремонта) – математическое ожидание продолжительности ТО (ремонта).

Средняя трудоемкость восстановления работоспособного состояния -

математическое ожидание трудоемкости восстановления работоспособного со-

стояния.

Средняя стоимость восстановления работоспособного состояния - мате-

матическое ожидание стоимости восстановления работоспособного состояния.

Удельное время восстановления работоспособного состояния - время восстановления работоспособного состояния на 1 ч налета.

Удельная трудоемкость восстановления работоспособного состояния -

трудоемкость восстановления работоспособного состояния на 1 ч налета.

Удельная стоимость восстановления работоспособного состояния -

стоимость восстановления работоспособного состояния на 1 ч налета.

Показатели готовности.

Коэффициент готовности (в области надежности в технике) – вероят-

ность того, что изделие в данный момент времени находится в работоспособном состоянии, определенная в соответствии с проектом при заданных условиях функционирования и технического обслуживания.

Коэффициент оперативной готовности - вероятность того, что изделие в данный момент времени находится в работоспособном состоянии и, начиная с этого момента, выполнит функцию при данных условиях в интервале (t1,t2).

10