БАРАШКО О.Г.- ПСА-_лекции_-v.1

сивность отказов)

t

Область Ι – период приработки изделий (элемента) т.е. дефектные элементы выгорают, и остаются элементы, не имеющие больших отклонений от нормы. (для разных элементов различен → от 10 до 1000ч. Обычно проводится заводом – изготовителем)

Область ΙΙ ( (t) = const) – период гарантийной наработки элемента (период эксплуатации), т.е. отсутствие отказов вызванных давлениями износа и старения элементов.

Область ΙΙΙ – период износа и старения.

[P.S. численные значения → в методичке по практике ]

б) Другой важный показатель надежности:

- средняя наработка до первого отказа (ремонтируемые). Средняя наработка до отказа (неремонтируемые).

Получается из опытов по формуле:

N

Tср i 1Tсрi [τ],

N

где Tcpi - средняя наработка до отказа i – го элемента;

N – число испытуемых элементов (формула точнее, чем больше

N).

Интенсивность и наработка связаны следующей формулой:

Tcp 1λ [τ].

в) Вероятность безотказной работы P(τ) – т.е. вероятность того, что отказ произойдет после того, как элемент проработал заданный интервал времени.

Все показатели, т.е. λ, Tcp и P связаны между собой:

Tcp P(t)dt .

0

т.к. имеем случай λ(t) = const, то справедлив экспоненциальный закон распределения времени безотказной работы, т.е. формула (*) примет вид:

λ = 0.05·10-51/τ. Определить вероятность безотказной работы Р и среднюю наработку до отказа за 10000 ч.

Решение:

Анализ задачи:

Т.е. наиболее удобным для расчетов надежности является λ(t) – т.к. она дается в справочнике и технической документации, а наиболее наглядным Р(t). Так, если есть 1000 элементов (из примера), то в течение 10000 часов проработают безотказно 995 (0.995·1000), а только 5 откажут. Показатель Tср почти ничего не говорит:Tcp 2 106 ч (≈ 200лет).

Для САУ За отказ устройства САУ принято считать такое случайное собы-

тие, при наступлении которого выходной сигнал не будет соответствовать его заданному значению, и устройство не будет восстановлено за допустимое время восстановления Tвост (т.е. кроме выше перечис-

ленных показателей ???? невосстанавливаемых изделий элементов

есть (Tвост) для восстанавливаемых).

Если принять, что закон распределения времени восстановления экспоненциальный, то вероятность восстановления Pвост. равна:

где Tвост. − среднее время восстановления устройства. Вероятность безотказной работы (при восстановлении):

Рс( ) Pбез(τ) 1 Pбез( ) Pвосст. (Tдоп.восст)

где Pбез(τ) - вероятность безотказной работы за интервал времени

τ (t0 = 0) без учета возможности восстановления;

[1 Pбез(τ) ] – вероятность отказа в интервале времени τ (P.S. 1-P,

т.е. противоположный по смыслу вероятности безотказной работы); Рвост(Tдоп.вост) - вероятность восстановления за интервал времени

Tдоп.вост .

Для САУ отказом является невыполнение ей заданных функций по управлению ТП в течение заданного интервала времени, и при оценке надежности системы пользуются тем же набором показателей, что для отдельных устройств управления т.е:

λ, Tср, Р и Pвост.

Выбор показателя надежности для проектируемой САУ очень зависит от доминирующего фактора при определении последствий отказа системы. Доминирующими факторами при проектировании САУ могут быть:

а) наличие самого отказа независимо от длительности простоя

→показатель: средняя наработка на отказ Tср → (пример: системы, у которых стоимость потерь из-за простоя мала по сравнению с затратами на ликвидацию самого отказа (Чернобыль);

б) выполнение или невыполнение функций в заданном объеме

→показатель: вероятность безотказной работы за цикл работы Р → (пример: ????? при отказе во время работы происходит потеря результатов предшествующей работы [лабораторный стенд, компьютеры] ); в) наличие факта простоя → показатель: вероятность безотказ-

ной работы с учетом восстановления Pвост. → (пример: системы, в которых потери от простоя значительно превышают затраты на восстановление самого отказа).

[Р.S. есть системы управления (например, пожаротушение) которые находятся в режиме ожидания. Момент включения их случаен, а система должна проработать безотказно определенный интервал времени → показатель: вероятность безотказного функционирования при выполнении ожидаемой задачи].

Все эти показатели (Tср, Р, Pвост.) в зависимости от доминирующего фактора могут быть использованы в различных сочетаниях.

Перечень показателей надежности САУ с указанием их величин задается при разработке технологической части проекта. Основной принцип выбора этих величин → min необходимых затрат на изготовление (Сизгот) и эксплуатацию (Сэкспл) изделия.

Затраты

min С∑

Сизгот

Сэкспл

Надежность

С − затраты суммарные; Сизгот. − затраты на изготовление изделия; Сэкспл. − затраты на эксплуатацию.

Далее, при расчете устройств САУ, используются вышеопределенные числовые значения показателей надежности. На следующем шаге определяют надежность элементов.

Для систем, не имеющих аналогов в эксплуатации, величины показателей надежности не задаются в технологической части проекта. В этом случае проводят ориентированную оценку с учетом назначения технологического оборудования. При этом необходимо следовать правилу:

эксплуатации). Сравнить варианты схем с различным числом типов элементов можно использовать коэффициент типизации элементов:

Ктип К0 .

КТ

где К0 – общее число элементов в схеме; КТ – число типов элементов в той же схеме.

Выбор режимов работы: (3-10% всех отказов происходит за счет неправильного выбора режима работы элементов). Электрические нагрузки на элементы определены действующей документацией в виде Iном, Uном, Pном. Принимается, что постоянно действующие рабочие параметры не должны превышать 0.5-0.6 от номинальных значений. Кроме электрических нагрузок на элементы действуют механические, а также климатические факторы (их необходимо учитывать).

Унификация – необходимы унифицированные схемные решения и элементы, апробированные предшествующим опытом эксплуатации.

Конструктивные методы

Размещение элементов – элементы, расположенные на щитах, пультах и т. д. и выделяющие тепло, должны быть расположены так, чтобы обеспечивался достаточно полный отвод тепла.

Защита от наводок и механических воздействий – должна быть предусмотрена защита некоторых элементов экранами от наводок. При учете механических воздействий необходимо, чтобы крепление элементов строго соответствовало рекомендациям.

Технологичность конструкции – конструктивное оформление устройства должно быть таким, чтобы каждый элемент был доступен для осмотра и замены в случае его отказа.

Унификация конструкций – предполагает использование только апробированных практикой и отработанных решений.

Эксплуатационные методы

Учет требований эргономики – (Р.S. от 20 до 53% отказов во время эксплуатации происходит из–за ошибок операторов).

Обеспечение режимов эксплуатации элементов – т.е. поддержание нормальной температуры, влажности в щитовых помещениях, а также обогрева приборов в неотапливаемых помещениях.

Обеспечение ЗИПом – ЗИП выбирается, исходя из вероятности отказов отдельных элементов САУ.

3 . 1 . 3 . 2 . Специальные методы обеспечения надежности САУ

Наиболее эффективный метод повышения надежности. Основан на введении избыточных элементов, которые могут продолжать работу САУ в случае отказа (разрыв соединений, незамыкание контакта реле, отказ лампы, обрыв резистора и т. д.)

Резервирование

Резервирование замещением бывает:

а) нагруженное – т.е. основные и резервные изделия находятся под одинаковой нагрузкой (не дает преимуществ перед постоянным резервированием, и даже ухудшает показатели надежности из–за коммутирующих элементов);

б) облегченное – резервные изделия до момента отказа основных находятся под более слабыми нагрузками, чем основные;

в) ненагруженное – резервные изделия до момента отказа основных отключены.

Основные правила и особенности резервирования

а) резервирование теоретически позволяет построить сколь угодно надежную систему из малонадежных элементов;

б) резервирование целесообразно применять в случаях, когда основное изделие имеет высокие показатели надежности, и система работает кратковременно;

в) раздельное резервирование частей системы выгоднее общего; г) резервирование замещением ненагруженное эффективнее постоянного резервирования в случае надежных коммутирующих устройств, а также оно дает больший эффект для систем длительного ис-

пользования.

Сокращение времени работы элементов в схемах

Этот метод требует введения дополнительных устройств, которые позволяют отключать элементы в случае постоянного сигнала на входе устройства. Особенно эффективным является применение метода сокращения времени работы элементов в сочетании с методами резервирования.

Сокращение времени работы элементов может быть получено также в результате периодического опроса датчиков системы.