Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Надежность систем автоматизации. Учебное пособие
.pdf
Средняя наработка до параметрического отказа функции регулирования
пар с учетомоператора
ln p (2000)
парс учетомоператора
2000
3558ч.
2000
ln 0, 57
1а
ТХК
1ж
МЭО
Рис. 8.4. Структурная схема для расчета надежности функции
автоматического регулирования по параметрическим отказам
КЛ
(от 1а)
Алгоблок
регулятора
Оператор
с учетом действий оператора
1з
РО
1в
К-р
Операторская станция
КЛ
(от 1в)
2а
ТХК
Алгоблок
дифференциатора
1в, 2б, 3б, 3г
1д
ПБР
КЛ
(от 2а)
По сравнению со случаем, когда оперативный персонал не имел возможности осуществлять ручное управление, средняя наработка до отказа для функции регулирования по параметрическим отказам увеличилась в 1,34 раза.
Такое незначительное повышение объясняется в основном
отсутствием независимых измерительных каналов в АСР
(сигнал от одного и того же датчика используется и для
вычисления управляющего воздействия, и для индикации
значения на мнемосхеме).
271
Контрольные вопросы к главе 8
С чем связаны требования к надежности систем авто-
1.
матического регулирования?
2. На какие типы делятся отказы систем регулирования?
3. На какие части можно разделить автоматическую си-
стему регулирования с точки зрения расчета надежности?
4. Сформулируйте дополнительные критерии параметриче-
ского отказа АСР, не приведенные в разд. 8.1.
5. Как чаще всего выглядит структурная схема для расче-
та надежности функции автоматического регулирования? Чем это вызвано?
272
ГЛАВА 9. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА
НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
9.1. Задачи экспериментальной оценки
надежности САУ
Далеко не всегда в практических расчетах можно использовать данные о показателях надежности средств автоматики, указываемые заводами-изготовителями в паспорте на техническое средство. Во-первых, конкретные
условия эксплуатации могут в значительной степени повлиять на надежностные характеристики элементов и систем. Во-вторых, для достаточно большого класса средств
(особенно это касается первичных измерительных преобразователей — датчиков) подобные данные просто отсутствуют. Для получения статистических (то есть эксплуатационных) оценок показателей надежности осуществляют
экспериментальную оценку надежности САУ.
Экспериментальная оценка надежности проводится:
путем организации и проведения специальных ис-
пытаний на надежность;
путем сбора и обработки статистических данных о
надежности системы в условиях ее опытного и промышленного функционирования;
комбинированными методами, использующими оба
этих направления;
расчетно-экспериментальными методами.
В данной главе мы изложим материал, относящийся к
первым двум путям экспериментальной оценки. Заметим, что
с точки зрения организации процесса получения информации
первый путь относится к активному, а второй — к пассивному эксперименту. Таким образом, термин «испытания»
в полной мере применим только к первому пути. Но что
2
73
касается определения длительности эксперимента, числа испытываемых систем, выбора наблюдаемых параметров и
способа обработки полученных данных, то отличия будут
несущественными. Так как последующий материал в основном будет касаться указанных аспектов проблемы, то в дальнейшем будем использовать термин «испытания», понимая
под ним как собственно испытания, так и пассивные наблюдения с целью накопления статистических данных.
Конечно, проведение испытаний на надежность ставит
перед исследователем ряд проблем. Первым (и самым существенным) затруднением является то, что испытания
требуют больших временных затрат. Так как прибора, позволяющего напрямую «измерить» показатели надежности,
не существует, то единственно возможным путем является
длительное накопление статистической информации с ее
последующей обработкой.
Второй проблемой является несколько устаревший характер получаемой информации. По результатам испытаний некоторых технических средств можно сказать, что до
испытаний они обладали такими-то значениями показателей надежности. Однако заметим, что приборы и средства
автоматики чаще всего являются серийными изделиями,
у которых показатели надежности (при постоянстве условий их эксплуатации) резко не изменяются. Из этого следует, что мы можем пользоваться полученными данными
и в последующих расчетах.
Испытания на надежность в зависимости от их целей
делят на три класса:
контрольные;
определительные;
специальные.
Контрольные испытания проводятся для проверки соответствия действительных значений показателей надежности требуемым. В этом случае нас не будет интересовать
274
точное значение показателя. Нам необходимо всего лишь
прийти к одному из двух заключений: «хуже заданного» или
«не хуже заданного».
Обычно контрольные испытания являются испытаниями на безотказность. В начале испытаний выдвигается гипотеза о том, что некоторая партия одинаковых элементов
(или систем) соответствует требованиям, предъявляемым
к ней с точки зрения надежности. Затем случайным образом из этой партии комплектуют некоторую выборку и
подвергают устройства, составляющие выборку, испытаниям на надежность. Затем (с помощью обработки полученных данных с помощью специальных методов математической статистики) принятая гипотеза или принимается,
и вся партия признается соответствующей надежностным
требованиям, или отвергается, и вся партия бракуется.
Определительные испытания имеют своей целью
найти фактические значения показателей надежности.
Специальные испытания предназначены для анализа явлений, связанных с оценкой надежности, например,
для исследования влияния отдельных факторов на показатели надежности.
Сбор и обработка статистической информации о функционировании САУ необходимы:
1. Для получения характеристик надежности автоматических систем в условиях их эксплуатации на промышленных объектах.
2. Для анализа причин возникновения отказов и влияющих на них факторов.
3. Для разработки мероприятий по повышению
надежности.
4. Для определения количества запасных частей и
продолжительности и периодичности технического обслуживания.
2
75
9.2. Планирование испытаний
Первым этапом в организации работ по сбору и обработке информации о надежности является планирование
испытаний. Оно включает в себя выбор характеристик
надежности испытываемых систем, условий их эксплуатации, режима работы и плана испытаний.
Характеристиками безотказности большинства промышленных автоматических систем является интенсивность потока их отказов, средняя наработка на отказ и
ВБР; характеристиками ремонтопригодности — среднее
время восстановления и среднее время простоя. Для многоканальных и многофункциональных систем эти характеристики определяются в отдельности по каналам и функциям, а затем для всей системы в целом.
Исследование эксплуатационной надежности серийных
автоматических систем и приборов, как правило, производится выборочным методом. Поэтому в процессе планирования необходимо учитывать, что «качество» получаемых оценок показателей надежности будет напрямую зависеть от
объема статистических данных. Следовательно, при возможности необходимо увеличивать как число испытываемых систем, так и общее время проведения испытаний. Кроме того,
для систем, отказы которых связаны с опасностью для жизни
людей или приводят к крупному ущербу, рекомендуется
проводить постоянные испытания на надежность.
Заметим, что для одних и тех же систем результаты
наблюдений могут быть разными в зависимости от того,
каким образом они были получены. Поэтому перед началом испытаний необходимо выработать правила, согласно
которым следует проводить испытания. Выработка этих
правил называется планированием испытаний, а сами
правила — планом испытаний. Выбор плана диктуется
целями поставленного исследования.
276
В планирование испытаний входит также определение
продолжительности испытаний и числа испытуемых изделий, если последнее не определено заранее количеством
имеющихся технических средств.
При планировании испытаний автоматизированных систем управления необходимо учитывать следующие особен-
ности:
1. Испытания САУ должны представлять систему взаимосвязанных операций, позволяющих проследить изменение надежностных показателей на всех этапах работы с
системой, начиная еще с этапа проектирования. Если есть
возможность получить информацию о результатах контрольных испытаний на надежность, проведенных предприятием — изготовителем технического средства, то ее
необходимо обязательно использовать и рассматривать
полученные данные в качестве первого приближения
оценки показателей надежности.
2. Одной из сторон надежности является способность
систем не приобретать, а всего лишь сохранять свою работоспособность. Поэтому испытаниям на надежность следует подвергать только изделия, полностью подготовленные
к выполнению заданных функций (то есть не просто установленные на технологическом объекте, но и предварительно настроенные и отрегулированные).
3. При определении вида испытаний необходимо
учитывать конкретные особенности испытываемых элементов.
4. Для крупной САУ испытания необходимо спланировать на несколько этапов:
– на первом этапе проводят испытания с целью опреде-
ления показателей надежности элементов системы;
– на втором этапе проводят испытания системы в це-
лом с учетом данных о надежности ее элементов;
2
77
– на заключительном этапе осуществляют уточнение
расчетной оценки надежности системы по результатам испытаний, проводимых с контролем влияющих
факторов.
5. Сочетание комбинированных (расчетно-экспериментальных) методов позволяет значительно снизить объем планируемых испытаний.
При испытании аппаратуры промышленной автоматики в условиях эксплуатации можно выделить несколько
планов, которые будут достаточно общими для того, чтобы
к ним можно было свести большинство встречающихся
схем испытаний аппаратуры (пусть даже и за счет небольшой потери данных). В то же время эти планы достаточно
просты как с точки зрения постановки эксперимента,
так и с точки зрения методики обработки.
9.3. Планы испытаний
Все разнообразие применяемых планов можно свести к
четырем стандартным, являющимся наиболее общими.
При указании конкретного плана применяется как его полное название, так и краткое кодовое обозначение.
Код плана состоит из трех частей:
– первая обозначает число испытываемых систем;
– вторая определяет возможность (R) или невозмож-
ность (U) проведения восстановления;
– третья часть дает представление о критерии пре-
кращения испытаний.
Например, план NUT соответствует испытанию N
невосстанавливаемых элементов, проводимому до достижения заданной наработки T, а план NRr — испытанию N
восстанавливаемых элементов, проводимому до получения
заданного числа отказов r.
278
9.3.1. Испытания восстанавливаемых элементов
до достижения заданной наработки (план NRT)
Наблюдения производятся над N одинаковыми восста-
навливаемыми элементами. Наблюдения над j-м элементом начинаются в момент времени tj (j = 1, 2, …, N), не за-
висящий от моментов наступления отказов, и продолжаются в течение фиксированного интервала времени
[tj, tj +tj], также не зависящего от моментов наступления
и числа возникших отказов.
Считаем, что восстановление отказавшего элемента
производится мгновенно. При испытаниях фиксируется
момент наступления Т
(i = 1, 2, … , nj; j = 1, 2, … , N) каж-
ij
дого отказа. Результатом наблюдений являются реализации nj(t) потока отказов j(t), а при планировании испытаний задается наработка каждого элемента tj (естественно,
что для упрощения проведения испытаний наработки для
всех элементов часто принимают одинаковыми: tj = T).
По результатам испытаний рассчитывают суммарную
наработку t и суммарное число зарегистрированных
отказов элементов n:
N
tt
j1
nn
j1
,
j
N
.
j
На рис. 9.1 показана одна из реализаций плана испытаний NRT при N = 5 и Т = 15 000 часов (для упрощения задачи испытания всех элементов начаты в одно и то же
время), моменты отказов отмечены звездочками.
2
79
N
5
4
n5 = 4
n
= 2
4
3
n3 = 3
2
1
= 75 000 часов
t
n
= 16
Рис. 9.1. Реализация плана испытаний NRT
Рассмотрим реальные схемы экспериментов, которые
можно свести к этому плану. Вне зависимости от того, выполняется ли восстановление путем ремонта или путем замены, требуется определенное время на производство восстановительных работ. Но наработка на отказ для большинства
устройств автоматики составляет величину порядка сотен
часов и более, а время восстановления не превышает нескольких часов. Поэтому временем восстановления можно
пренебречь. Таким образом, мы имеем случай испытаний
одинаковых элементов в одинаковых условиях работы при
условии, что испытание каждого элемента начинается и заканчивается в фиксированные моменты времени, не зависящие от реализации потока. Моменты начала и окончания испытания для разных элементов могут совпадать.
Широко распространен случай, когда испытания начинаются в момент установки аппаратуры. Эта схема испытаний не соответствует рассматриваемому плану, так как
начало испытаний совпадает с моментом включения.
n2 = 4
n1 = 3
15 0 5 10
t, тыс. час.
280
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]