Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
методичка курсового по безнадежности.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
11.11.2019
Размер:
1.19 Mб
Скачать

2. Завдання на курсовий проект

Завдання 1

У табл.1 наведені значення наробки до відмови контрольної партії теплових пожежних сповіщувачів.

Таблиця 1.Значення наробки до відмови і задані значення t0 та Т0

Варіант

Масив значень наробки до відмови Т, 103год.

Задане значення t0, 103 год.

Значення Т0, 103 год.

1

10, 15, 7, 9, 6, 11, 13, 4, 15, 12, 12, 8, 5, 14, 8, 11, 13, 8, 10, 11, 15, 6, 7, 9, 10, 14, 7, 11, 13, 5, 9, 8, 9, 15, 10, 9, 12, 14, 10, 12, 11, 8, 10, 12, 11, 12, 10, 11, 7, 9

11,5

3,5

2

11, 9, 12, 16, 7, 8, 10, 11, 15, 8, 12, 14, 6, 10, 9, 10, 16, 11, 10, 13, 15, 11, 13, 12, 9, 11, 13, 12, 13, 11, 12, 8, 10, 15, 16, 8, 10, 7, 12, 14, 5, 16, 13, 13, 9, 6, 11, 9, 12, 14

12,5

4,5

3

12, 17, 9, 11, 8, 13, 15, 6, 17, 14, 14, 10, 7, 16, 10, 13, 15, 10, 12, 13, 17, 8, 9, 11, 12, 16, 9, 13, 15, 7, 11, 10, 11, 17, 12, 11, 14, 16, 12, 14, 13, 10, 12, 14, 13, 14, 12, 13, 9, 11

13,5

5,5

4

13, 12, 15, 17, 13, 15, 14, 11, 13, 15, 14, 15, 13, 14, 10, 12, 17, 18, 10, 12, 9, 14, 16, 7, 18, 15, 15, 11, 8, 13, 11, 14, 16, 11, 13, 14, 18, 9, 10, 12, 13, 17, 10, 14, 16, 8, 12, 11, 12, 18

14,5

6,5

5

14, 13, 16, 18, 14, 16, 15, 12, 14, 16, 15, 16, 14, 15, 11, 13, 18, 19, 11, 13, 10, 15, 17, 8, 19, 16, 16, 12, 9, 14, 12, 15, 17, 12, 14, 15, 19, 10, 11, 13, 14, 18, 11, 15, 17, 9, 13, 12, 13, 19

15,5

7,5

6

5, 10, 6, 7, 2, 5, 5, 9, 12, 4, 1, 6, 8, 7, 4, 3, 11, 4, 6, 5, 7, 8, 3, 4, 6, 8, 7, 11, 6, 1, 5, 2, 7, 6, 9, 2, 5, 9, 4, 6, 8, 10, 5, 1, 7, 9, 3, 8, 1, 4

6,5

0,5

7

6, 9, 7, 2, 5, 13, 10, 6, 6, 3, 8, 7, 11, 8, 5, 4, 12, 5, 7, 6, 8, 9, 4, 5, 7, 9, 8, 12, 7, 2, 6, 3, 8, 7, 10, 3, 6, 10, 5, 7, 9, 11, 6, 2, 8, 10, 4, 9, 2, 5

7,5

1,5

8

7, 7, 11, 14, 6, 3, 8, 10, 7, 12, 8, 9, 4, 9, 6, 5, 13, 6, 8, 7, 9, 10, 5, 6, 8, 10, 9, 13, 8, 3, 7, 4, 9, 8, 11, 4, 7, 11, 6, 8, 10, 12, 7, 3, 9, 11, 5, 10, 3, 6

8,5

2,5

9

8, 4, 10, 12, 6, 11, 4, 7, 9, 11, 13, 10, 14, 9, 4, 8, 5, 10, 9, 12, 5, 8, 12, 7, 13, 9, 10, 5, 8, 8, 12, 15, 7, 4, 9, 11, 8, 10, 7, 6, 14, 7, 9, 8, 10, 11, 6, 7, 9, 11

9,5

3,5

10

9, 11, 12, 7, 8, 10, 12, 14, 12, 11, 6, 9, 9, 13, 16, 8, 5, 10, 12, 9, 11, 8, 7, 15, 8, 10, 11, 15, 10, 5, 9, 6, 11, 10, 13, 6, 9, 13, 8, 10, 12, 14, 9, 5, 11, 13, 7, 10, 5, 8

10,5

4,5

11

8, 11, 13, 8, 10, 11, 15, 6, 7, 9, 10, 14, 7, 11, 11, 13, 12, 13, 11, 12, 8, 10, 15, 16, 8, 10, 7, 16, 12, 14, 13, 10, 12, 14, 13, 14, 12, 13, 9, 10, 5, 9, 6, 11, 10, 13, 6, 9, 13, 8

5,5

4,5

12

19, 10, 11, 13, 14, 18, 11, 15, 17, 9, 13, 12, 13, 19, 18, 9, 10, 12, 13, 17, 10, 14, 16, 8, 12, 11, 12, 18, 6, 9, 2, 5, 9, 4, 6, 8, 10, 5, 1, 7, 9, 3, 8, 1, 4, 7, 11, 16, 5, 9

6,5

0,5

13

19, 16, 16, 12, 9, 14, 12, 15, 17, 12, 14, 15, 18, 15, 15, 11, 8, 13, 11, 14, 16, 11, 13, 14, 11, 4, 6, 5, 7, 8, 13, 4, 6, 8, 7, 11, 6, 10, 5, 2, 7, 14, 15, 11, 13, 18, 19, 11, 13, 10

7,5

3,5

14

15, 17, 8, 13, 14, 10, 12, 17, 18, 10, 12, 9, 14, 16, 7, 5, 10, 6, 7, 12, 5, 5, 9, 12, 14, 10, 6, 8, 7, 14, 13, 14, 13, 16, 18, 14, 16, 15, 12, 14, 16, 15, 16, 13, 12, 15, 17, 13, 15, 14

8,9

4,5

15

11, 13, 15, 14, 15, 16, 12, 14, 13, 10, 12, 14, 13, 14, 12, 13, 9, 11, 12, 14, 5, 16, 13, 13, 9, 6, 11, 9, 12, 14, 10, 12, 11, 12, 10, 11, 7, 9, 16, 9, 13, 15, 7, 11, 10, 11, 17, 12, 11, 14

9,5

5,5

16

11, 13, 12, 13, 11, 12, 8, 10, 15, 16, 8, 10, 7, 13, 5, 9, 8, 9, 15, 10, 9, 12, 14, 10, 12, 11, 8, 16, 10, 13, 15, 10, 12, 13, 17, 8, 9, 11, 12, 10, 9, 10, 16, 11, 10, 13, 15, 11, 13, 12

10,5

6,5

17

9, 8, 11, 13, 8, 10, 11, 15, 6, 7, 9, 10, 14, 7, 11, 12, 17, 9, 11, 8, 13, 15, 6, 17, 14, 14, 10, 7, 11, 9, 12, 16, 7, 8, 10, 11, 15, 8, 12, 14, 6, 10, 15, 7, 9, 6, 11, 13, 14, 15

11,5

5,5

18

12, 12, 8, 5, 14, 7, 7, 11, 14, 6, 3, 8, 10, 7, 12, 8, 9, 4, 9, 6, 5, 8, 4, 10, 12, 6, 11, 4, 7, 9, 11, 13, 10, 14, 9, 9, 11, 12, 7, 8, 10, 12, 14, 12, 11, 6, 9, 9, 13, 7

12,5

2,5

19

13, 6, 8, 7, 9, 10, 5, 6, 8, 10, 9, 13, 8, 13, 7, 4, 4, 8, 5, 10, 9, 12, 5, 8, 12, 7, 13, 9, 10, 5, 8, 16, 8, 5, 10, 12, 9, 11, 8, 7, 15, 8, 10, 11, 15, 9, 8, 11, 4, 7

13,5

3,5

20

11, 6, 8, 10, 12, 7, 3, 9, 11, 5, 10, 3, 6, 8, 12, 15, 7, 4, 9, 11, 8, 10, 7, 6, 14, 7, 9, 8, 10, 11, 6, 7, 9, 11, 10, 5, 9, 6, 11, 10, 13, 6, 9, 13, 8, 10, 12, 14, 9, 5

10,5

2,5

21

11, 13, 7, 10, 5, 8, 12, 5, 7, 6, 8, 9, 4, 5, 7, 9, 8, 12, 7, 2, 6, 3, 8, 13, 6, 8, 7, 9, 10, 5, 6, 8, 10, 9, 13, 8, 3, 7, 4, 10, 9, 10, 16, 11, 10, 13, 15, 11, 13, 12

14,5

1,5

22

9, 14, 15, 11, 13, 18, 19, 11, 13, 10, 15, 17, 8, 16, 8, 5, 10, 12, 9, 11, 8, 7, 15, 8, 10, 11, 15, 6, 9, 12, 5, 9, 14, 6, 8, 10, 5, 11, 7, 9, 13, 8, 11, 14, 6, 8, 10, 15, 6, 14

15,5

4,5

23

19, 10, 11, 13, 14, 18, 11, 15, 17, 9, 13, 12, 13, 19, 16, 12, 14, 13, 10, 12, 14, 13, 14, 12, 13, 9, 11, 10, 13, 6, 12, 14, 15, 16, 13, 13, 9, 6, 11, 9, 12, 14, 15, 10, 9, 13, 7, 8, 6, 11

7,5

5,5

24

9, 5, 11, 13, 7, 10, 5, 8, 10, 12, 11, 12, 10, 11, 7, 9, 10, 11, 6, 7, 9, 11, 12, 11, 12, 18, 6, 9, 2, 5, 9, 4, 6, 8, 10, 5, 1, 14, 15, 11, 13, 18, 19, 11, 13, 10, 2, 5, 4, 14

9,5

0,5

25

11, 12, 17, 9, 11, 8, 13, 15, 6, 17, 14, 14, 10, 10, 9, 10, 16, 11, 10, 13, 15, 11, 13, 12, 11, 13, 15, 14, 15, 16, 12, 14, 13, 10, 12, 14, 11, 4, 6, 5, 7, 8, 3, 4, 6, 8, 7, 11, 8, 10

16,5

2,5

Потрібно визначити статистичні ймовірності безвідмовної роботи P(t) і відмови Q(t) сповіщувачів для заданого значення t0, зазначеного в табл.1. Далі необхідно розрахувати значення ймовірності безвідмовної роботи Р*(t) пo першим 20 значенням наробітку до відмови, зазначеним для відповідного варіанта в табл.1. Потім для заданого наробітку t0 потрібно розрахувати математичне очікування кількості працездатних сповіщувачів при загальній кількості сповіщувачів N*, які знаходились в експлуатації (див. табл.2).

Таблиця 2. Обсяг партії сповіщувачів і задане значення k

Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Обсяг партії N*

1000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Значення k

2

6

3

5

4

2

6

3

5

4

Варіант

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Обсяг партії N*

900

1000

7000

500

200

300

500

4000

2000

500

Значення k

6

9

3

7

9

2

4

5

10

8

Варіант

21

22

23

24

25

Обсяг партії N*

3000

500

800

400

1000

Значення k

3

9

5

2

6

Методичні вказівки до завдання 1. Наробка досліджуваних сповіщувачів до відмови є безперервною випадковою величиною Т. За результатами випробування (спостереження і експлуатації) партії з N сповіщувачів отримана дискретна сукупність з N значень , наведених у табл.1.

Статистична ймовірність безвідмовної роботи сповіщувача для наробки t0 визначається як

, (1)

де Nпр(t0) – кількість сповіщувачів, працездатних на момент часу t. Для визначення Nпр(t0) з табл.1 слід вибрати значення Т, що перевищують t0 та звести їх у табл. 3.

Таблиця 3 Кількість сповіщувачів, працездатних на момент часу t0 (на прикладі варіанту 7)

Значення наробки до відмови Т, 103год.

t0, 103 год.

значення Т, що перевищують t0, 103 год.

Значення наробки до відмови Т, 103год.

t0, 103 год.

значення Т, що перевищують t0, 103 год.

6,

7,5

9,

7,5

9

9,

7,5

9

8,

7,5

8

7,

7,5

12,

7,5

12

2,

7,5

7,

7,5

5,

7,5

2,

7,5

13,

7,5

13

6,

7,5

10,

7,5

10

3,

7,5

6,

7,5

8,

7,5

8

6,

7,5

7,

7,5

3,

7,5

10,

7,5

10

8,

7,5

8

3,

7,5

7,

7,5

6,

7,5

11,

7,5

11

10,

7,5

10

8,

7,5

8

5,

7,5

5,

7,5

7,

7,5

4,

7,5

9,

7,5

9

12,

7,5

12

11,

7,5

11

5,

7,5

6,

7,5

7,

7,5

2,

7,5

6,

7,5

8,

7,5

8

8,

7,5

8

10,

7,5

10

9,

7,5

9

4,

7,5

4,

7,5

9,

7,5

9

5,

7,5

2,

7,5

7,

7,5

5

7,5

N=50

Nпр(t0)=20

Під час виконання розрахунків необхідно бути уважним, оскільки отримані результати використовуються надалі, і помилка на першому кроці призводить до невірних результатів усіх наступних обчислень.

Імовірність відмови сповіщувача за період наробки t0 статистично визначається як

(2)

де Nнепр(t0) - кількість сповіщувачів, непрацездатних до наробки t0. Для визначення Nнепр(t0) з табл.1 слід вибрати значення Т, менші t0.

Оскільки

Np(t0) + Nнр(t0) = N,

сума ймовірностей рівна:

P(t) + Q(t) = 1.

Підрахунок цієї суми використовуйте для перевірки правильності своїх обчислень.

Оцінку ймовірності безвідмовної роботи сповіщувачів по першим 20‑ти значенням наробки до відмови позначимо як Р*(t0). Її значення визначається також за формулою (1), але при цьому N = 20, і кількість працездатних об'єктів Nпр(t0) вибирається з цієї сукупності. Результати вибору доцільно приставити у вигляді табл.4.

Таблиця 4 Кількість сповіщувачів, працездатних на момент часу t0 з перших 20-ти значень наробки до відмови (на прикладі варіанту 7)

Значення наробки до відмови Т, 103год.

t0, 103 год.

значення Т, що перевищують t0, 103 год.

6,

7,5

9,

7,5

9

7,

7,5

2,

7,5

5,

7,5

13,

7,5

13

10,

7,5

10

6,

7,5

6,

7,5

3,

7,5

8,

7,5

8

7,

7,5

11,

7,5

11

8,

7,5

8

5,

7,5

4,

7,5

12,

7,5

12

5,

7,5

7,

7,5

6,

7,5

N=20

Nпр(t0)=7

Будемо вважати, що умови дослідження, яке включає 50 спостережень, дозволили однозначно визначити ймовірність безвідмовної роботи сповіщувачів, тобто

P(t) = 1 — F(t).

Де F(t) - функція розподілу випадкової величини "наробка до відмови" — імовірність, що визначає, події при .

Тоді з урахуванням формули (1) математичне очікування кількості сповіщувачів Nпр(t0), працездатних до наробки t0, визначається як

,

де N* - обсяг партії сповіщувачів, згідно табл.2.

Висновки. Поясніть, чим обумовлена можлива відмінність значень P(t0) і Р*(t0)?

Завдання 2

Потрібно розрахувати середню наробку до відмови розглянутих сповіщувачів. Спочатку обчислення зробити безпосередньо за вибірковими значенням Т, зазначеним у табл.1, а потім з використанням статистичного ряду.

Методичні вказівки до завдання 2. Для розрахунку середнього значення випадкової величини Т безпосередньо по її вибіркових значеннях використовують формулу

. (3)

Зауважимо, що N дорівнює кількості значень Т у табл.1 для Вашого варіанта. Помилки, які можна зробити під час розрахунків, поділяють на технічні і методичні.

Технічна помилка є наслідком неправильних дій оператора-виконавця (помилка під час введення числа в калькулятор або комп’ютер, повторне введення того самого числа, пропуск одного або декількох чисел тощо).

Методична помилка визначається використовуваним методом і формулами для розрахунків.

Формула (3) не несе в собі методичної помилки, однак розрахунки з її допомогою звичайно трудомісткі і часто призводять до невірних результатів внаслідок технічних помилок.

Щоб уникнути помилки, розрахунки доцільно виконати, як мінімум, двічі. При цьому вводити в калькулятор значення ti спочатку з 1-го значення до N-гo, а потім з N-гo до 1-го.

Значно спростити та прискорити обчислення можна за допомогою перетворювання результатів спостережень (сукупності значень ti) у статистичний ряд. З цією метою весь діапазон спостережень значень Т ділять на m інтервалів або "розрядів" і підраховують кількість значень ni, які попали в кожний i-ий розряд. Результати такого підрахунку зручно записувати у формі, що відповідає табл.5.

Таблиця 5 Перетворення значень наробки до відмови у статистичний ряд

Інтервал

Число влучень в інтервал

Загальна кількість влучень

Статистична ймовірність

Нижня та верхня межа, 103 год

1

3,5  6,5

n1=5

q1= 0,1

2

6,5  9,5

n2=15

q2= 0,3

3

9,5  12,5

n3=20

q3= 0,4

4

12,5  15,5

n4=10

q4=0,2

Довжини Dt для всіх розрядів, як правило, приймають однаковими, а кількість розрядів m звичайно встановлюють не більше 10. Для виконання даного завдання прийміть .

Як приклад, в табл.5 наведені результати систематизації для варіанту 1.

Заповнювати таблицю нескладно. Послідовно переглядаючи масив значень , оцінюють, до якого розряду належіть кожне число. Факт приналежності числа до певного розряду відзначають рискою у відповідному рядку таблиці. Потім підраховують - число влучень значень випадкової величини (число рисок) відповідно в 1-ий, …, i-ий, … m-ий розряд. Правильність підрахунків визначають, використовуючи наступне співвідношення:

.

Нижню границю інтервалу Т0, встановите, користуючись табл.1.

Статистичний ряд можна відобразити графічно, як показано на рис.1.

Рис.1. Статистичний ряд

З цією метою по осі абсцис відкладають розряди і на кожному розряді будують прямокутник, висота якого дорівнює статистичної ймовірності влучення випадкової величини на даний інтервал. На рис.1 — відповідно верхні границі 1- го, .... i- гo, .... m- гo інтервалів, обумовлені прийнятими значеннями Т0 і Dt.

Статистична ймовірність qi влучення випадкової величини на i‑ий інтервал розраховується як

.

Підрахуйте значення qi для всіх розрядів і перевірте правильність розрахунків, використовуючи вираз

.

Для розрахунків середнього значення випадкової величини як "представника" усіх її значень, що належать i-му інтервалу, приймають його середину . Тоді середня наробка до відмови визначається як

. (4)

Розрахунки з використанням формули (4) вносять деяку методичну помилку. Однак її значення, як правило, знехтуване. Цю помилку у Ваших розрахунках оцініть за формулою:

,

де Т(І) і Т(ІІ) - середні значення, обчислені відповідно з використанням формул (3) і (4).

Висновки. Поясніть, яким чином можна зменшити помилки в розрахунках з використанням другого (ІІ) методу?

Завдання 3

Потрібно розрахувати інтенсивність відмов (t) для заданих значень t0 іDt.

Потім у припущенні, що безвідмовність будь-якого блоку в електронній системі керування пожежогасінням характеризується інтенсивністю відмов, чисельно рівної розрахованої, причому ця інтенсивність не змінюється протягом усього строку його служби, необхідно визначити середню наробку до відмови ТБ такого блоку.

Підсистема керування містить у собі k послідовно з'єднаних електронних блоків (рис.2).

Ці блоки мають однакову інтенсивність відмов, чисельно рівною розрахованої. Потрібно визначити інтенсивність відмов підсистеми lп і середню наробку її до відмови , побудувати залежності ймовірності безвідмовної роботи одного блоку РБ(t) і підсистеми PП(t) від наробки та визначити ймовірності безвідмовної роботи блоку PБ(t) і підсистеми PП(t) до наробки t=T. Значення k наведене в табл.2.

Рис.2 Підсистема керування з послідовно включеними блоками

Методичні вказівки до завдання 3. Інтенсивність відмов (t) розраховується за формулою

, (5)

де q(t0, Dt) - статистична ймовірність відмов обладнання на інтервалі ]t0, t0+Dt] або інакше кажучи - статистична ймовірність влучення на зазначений інтервал випадкової величини Т; P(t0) - імовірність безвідмовної роботи обладнання, яка розрахована під час виконання завдання 1.

Нагадаємо, що значення t0 визначається з табл.1, а прийняте в роботі значення

Якщо інтенсивність відмов не змінюється протягом терміну служби об'єкта тобто l(t0) = l = const, то наробка до відмови розподілена по експоненційному (показниковому) закону.

У цьому випадку ймовірність безвідмовної роботи блоку

, (6)

а середня наробка блоку до відмови знаходиться як

. (7)

При послідовному з'єднанні k блоків інтенсивність відмов підсистеми, яку утворюють k блоків:

. (8)

Якщо інтенсивності відмов усіх блоків однакові, то інтенсивність відмов підсистеми

, (9)

а ймовірність безвідмовної роботи підсистеми

. (10)

З урахуванням (7) і (8) середня наробка підсистеми до відмови визначиться як

(11)

Для побудови залежностей PБ(t) та PП(t) можна скористатися калькулятором, комп’ютером або даними табл.6. Для розрахунків значень PБ(t) і PП(t) інтервал наробки t прийміть рівним 400 год.

Графік побудуйте на міліметровому папері або за допомогою відповідних комп’ютерних прикладних програм, установивши максимальне значення t=5200 год. але при цьому під час обчислення PП(t) розрахунки можна припиняти, досягнув значення 0,05.

Співвідношення (8) та (9) справедливі тільки для експоненційного розподілу.

Для будь-якого розподілу наробки до відмови ймовірність безвідмовної роботи підсистеми, яка складається з k послідовно з'єднаних блоків, пов'язана з ймовірностями безвідмовної роботи цих блоків наступним співвідношенням:

. (12)

Якщо блоки рівнонадійні, як прийнято в завданні, то

(13)

Розрахувавши значення PП(t) за формулою (13) для , порівняйте його зі значенням, розрахованим за формулою (10).

Висновки. Поясніть, у який період експлуатації - початковий або при наближенні до граничного стану - інтенсивність відмов об'єктів як правило різко та неухильно зростає, і чому?

Таблиця 6 Значення функції е

x

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,0

1,0000

0,9900

0,9802

0,9704

0,9608

0,9512

0,9418

0,9324

0,9231

0,9139

0,1

0,9048

0,8958

0,8869

0,8781

0,8694

0,8607

0,8521

0,8437

0,8353

0,8270

0,2

0,8187

0,8106

0,8025

0,7898

0,7866

0,7788

0,7711

0,7634

0,7558

0,7483

0,3

0,7408

0,7334

0,7261

0,7189

0,7118

0,7047

0,6977

0,6907

0,6839

0,6771

0,4

0,6703

0,6637

0,6570

0,6505

0,6440

0,6376

0,6313

0,6250

0,6188

0,6126

0,5

0,6065

0,6005

0,5945

0,5886

0,5827

0,5769

0,5712

0,5655

0,5599

0,5543

0,6

0,5488

0,5434

0,5379

0,5326

0,5273

0,5220

0,5169

0,5117

0,5066

0,5016

0,7

0,4966

0,4916

0,4868

0,4819

0,4771

0,4724

0,4677

0,4630

0,4584

0,4538

0,8

0,4493

0,4449

0,4404

0,4360

0,4317

0,4274

0,4232

0,4190

0,4148

0,4107

0,9

0,4066

0,4025

0,3985

0,3946

0,3906

0,3867

0,3829

0,3791

0,3753

0,3716

1,0

0,3679

0,3642

0,3606

0,3570

0,3535

0,3499

0,3465

0,3430

0,3396

0,3362

1,1

0,3329

0,3296

0,3263

0,3230

0,3198

0,3166

0,3135

0,3104

0,3073

0,3042

1,2

0,3012

0,2982

0,2952

0,2923

0,2894

0,2865

0,2837

0,2808

0,2780

0,2753

1,3

0,2725

0,2698

0,2671

0,2645

0,2618

0,2592

0,2567

0,2541

0,2516

0,2491

1,4

0,2466

0,2441

0,2417

0,2393

0,2369

0,2346

0,2322

0,2299

0,2276

0,2254

1,5

0,2231

0,2209

0,2187

0,2165

0,2144

0,2122

0,2101

0,2080

0,2060

0,2039

1,6

0,2019

0,1999

0,1979

0,1959

0,1940

0,1920

0,1901

0,1882

0,1864

0,1845

1,7

0,1827

0,1809

0,1791

0,1773

0,1755

0,1738

0,1720

0,1703

0,1686

0,1670

1,8

0,1653

0,1637

0,1620

0,1604

0,1588

0,1572

0,1557

0,1541

0,1526

0,1511

1,9

0,1496

0,1481

0,1466

0,1451

0,1437

0,1423

0,1409

0,1395

0,1381

0,1367

2,0

0,1353

0,1340

0,1327

0,1313

0,1300

0,1287

0,1275

0,1262

0,1249

0,1237

2,1

0,1225

0,1212

0,1200

0,1188

0,1177

0,1165

0,1153

0,1142

0,1130

0,1119

2,2

0,1108

0,1097

0,1086

0,1075

0,1065

0,1054

0,1044

0,1033

0,1023

0,1013

2,3

0,1003

0,0993

0,0983

0,0973

0,0963

0,0954

0,0944

0,0935

0,0926

0,0916

2,4

0,0907

0,0898

0,0889

0,0880

0,0872

0,0863

0,0854

0,0846

0,0837

0,0829

2,5

0,0821

0,0813

0,0805

0,0797

0,0789

0,0781

0,0773

0,0765

0,0758

0,0750

2,6

0,0743

0,0735

0,0728

0,0721

0,0714

0,0707

0,0699

0,0693

0,0686

0,0679

2,7

0,0672

0,0665

0,0659

0,0652

0,0646

0,0639

0,0633

0,0627

0,0620

0,0614

2,8

0,0608

0,0602

0,0596

0,0590

0,0584

0,0578

0,0573

0,0567

0,0561

0,0556

2,9

0,0550

0,0545

0,0539

0,0534

0,0529

0,0523

0,0518

0,0513

0,0508

0,0503

3,0

0,0498

0,0493

0,0488

0,0483

0,0478

0,0474

0,0469

0,0464

0,0460

0,0455

Завдання 4

Для наробки потрібно розрахувати ймовірність безвідмовної роботи системи пожежогасіння (рис.3), що складається з двох підсистем, одна з яких є резервною.

Рис.3 Схема системи з резервуванням

Методичні вказівки до завдання 4. Розрахунки провести з припущенням, що відмови кожної з двох підсистем незалежні, тобто відмова першої підсистеми не порушує працездатність другої, і навпаки.

Імовірності безвідмовної роботи кожної підсистеми однакові та дорівнюють . Тоді ймовірність відмови однієї підсистеми

.

Імовірність відмови всієї системи визначається з умови, що відмовила й перша, і друга підсистеми, тобто:

.

Тоді ймовірність безвідмовної роботи системи:

,

або

.

Висновки. Поясніть, які недоліки Ви бачите в прийнятій схемі резервування? Які шляхи їх подолання Ви можете запропонувати?

Завдання 5

За даними табл.5 потрібно визначити залежності математичного очікування (середнього значення) зношування шатунних шийок колінчатого валу ДВЗ і дисперсії зношування D(у(t)) від наробки (пробігу пожежної машини). Отримані рівняння необхідно записати. Параметри шуканих залежностей слід розрахувати з використанням правила визначення рівняння прямої, що проходить через дві точки з відомими координатами.

Методичні вказівки до завдання 5. Дане завдання виконується з припущенням, що математичне очікування (середнє значення) і дисперсія зношування шатунних шийок колінчатого вала представляють собою лінійні функції пробігу пожежної машини. Це підтверджується дослідженнями, проведеними в різних відділеннях аварійно-рятувальної служби та обробкою статистичних даних.

Позначимо зношування шийок як деяку змінну величину Y. Залежність Y від наробки (пробігу пожежної машини) представляє собою випадкову функцію, реалізації якої є монотонними неспадними функціями. Для опису такої випадкової функції часто цілком достатньо знати, як змінюється залежно від наробки її математичне очікування (середнє значення) і дисперсія: и D(у(t)).

Дослідження, проведені в різних відділеннях аварійно-рятувальної служби, показують, що для опису залежності зношування від пробігу пожежної машини можуть бути використані лінійні функції

, (у мм) (14)

(у мм2) (15)

де і D(у0) відповідно - середнє значення та дисперсія зношування шийок при t=0, при цьому початком відліку є останнє обточування колінчатих валів;

а - середня швидкість збільшення зношування, мм/тис.км;

b - швидкість збільшення дисперсії зношування, мм2/тис.км;

t - пробіг пожежної машини, тис.км.

Таблиця 5 Результати обробки виміру зношування шатунних шийок колінчатих валів двигуна пожежної машини

Розрахункова величина

Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

Перше вимірювання

Пробіг t1, тис.км

25

20

40

50

30

45

70

35

55

18

20

23

27

32

38

45

53

62

49

62

55

15

22

37

33

Середнє зношування , мм

0,935

0,775

1,2

1,33

0,97

1,18

1,56

0,9

1,22

0,761

1,02

0,99

0,91

0,97

1,12

1,17

1,35

1,25

1,21

1,27

1,15

0,8

1,2

1,3

0,88

Дисперсія зношування D(у1), мм2

0,098

0,05

0,147

0,157

0,079

0,118

0,176

0,06

0,128

0,04

0,095

0,08

0,06

0,05

0,1

0,11

0,13

0,12

0,14

0,08

0,06

0,067

0,15

0,17

0,056

Друге вимірювання

Пробіг t2, тис.км

75

100

95

115

105

135

145

150

120

130

70

83

97

112

128

145

188

125

179

155

175

105

220

250

95

Середнє зношування , мм

1,35

1,82

1,67

1,81

1,83

1,92

2,08

2,1

1,86

1,9

1,26

1,42

1,39

1,95

1,76

1,63

2,2

1,85

1,51

1,96

2,07

1,02

1,54

1,5

1,0

Дисперсія зношування D(у2), мм2

0,192

0,144

0,241

0,251

0,173

0,212

0,27

0,154

0,222

0,134

0,11

0,1

0,08

0,09

0,15

0,14

0,177

0,2

0,174

0,127

0,108

0,115

0,21

0,21

0,09

Шуканими параметрами функцій (14) і (15) є , а, D(у0) та b. На практиці для їх знаходження необхідно область можливих значень наробки (нижня межа якої t = 0, а верхня знаходиться з умови досягнення граничного значення зношування) розбити на декілька (як правило на 10…20) інтервалів. Для кожного з поділюваних цими інтервалами пробігів пожежної машини роблять виміри зношування великої кількості колінчатих валів і обчислюють відповідні до пробігів середні значення , а потім дисперсії . За наявності такого набору значень ti і уi або ti и D(уi), можна за допомогою методу найменших квадратів визначити шукані залежності та D(у(t)).

В курсовому проекті завдання суттєво спрощене. Передбачається, що масиви даних про зношування шийок для кожного ti вже оброблені. Вважається також можливим визначити шукані лінійні залежності, користуючись координатами тільки двох точок.

У такому випадку параметри а і b залежностей (14) та (15) можуть бути визначені відповідно

(16)

та

(17)

Після цього, використовуючи координати кожної з відомих двох точок, наприклад, другій або , можна знайти два інших параметра

; (18)

(19)

Підставивши значення (16), (17), (18) і (19) у рівняння (14) та (15), отримаєте вирази, що визначають залежності від пробігу середнього зношування шатунних шийок ДВЗ та дисперсії зношування

та

.

Зробіть необхідні обчислення і запишіть отримані вирази (14) і (15) з числовими значеннями параметрів.

Висновки. Поясніть, чи можуть вихідні значення середнього зношування шийок та дисперсії зношування D(у0), які відповідають t = 0, бути рівними 0 або бути від’ємними числами?

Завдання 6

Потрібно розрахувати середні значення , дисперсії та середні квадратичні відхилення зношування для декількох значеннях пробігу, користуючись залежностями, отриманими під час виконання попереднього завдання. Потім потрібно для тих же значень пробігу визначити нижню y(ti)min і верхню y(ti)max, межі практично можливих значень зношування. Результати розрахунків слід занести в таблицю, виконану за формою табл.6, і побудувати по них лінії, що представляють собою залежність середнього зношування шийок від пробігу, нижню і верхню межу практично можливих значень зношування.

Таблиця 6 Результати розрахунків середніх значень, дисперсій і середніх квадратичних відхилень зношування шийок колінчатих валів

Величина

Пробіг, тис. км

0

50

100

300

350

1

Середнє зношування , мм

2

Дисперсія зношування , мм2

3

Середнє квадратичне відхилення зношування , мм

4

Потроєне значення , мм

5

Нижня межа y(t)min

6

Верхня межа y(t)max

Граничне значення упр зношування шийок колінчатих валів ДВЗ типу ЧН21/21 встановлене рівним 1,7 мм. На практиці обточування прагнуть робити при прокаті 1,5 мм, тому при виконанні курсового проекту прийміть упр рівним 1,5 мм. Заданий пробіг зазначений у табл.7.

Таблиця 7. Задана серія та пробіг Тзад

Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Заданий пробіг Тзад, тис. км

150

240

170

230

190

280

180

260

160

250

Варіант

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Заданий пробіг Тзад, тис. км

80

50

90

100

40

42

30

50

150

140

Варіант

21

22

23

24

25

Заданий пробіг Тзад, тис. км

60

120

200

180

130

Методичні вказівки до завдання 6. Заповніть таблицю, послідовно виконуючі обчислення за формулами, отриманими під час виконання завдання 5, для різних значень пробігу пожежної машини. Розрахунки середньоквадратичних відхилень зробіть за формулою

,

де і - номер інтервалу в табл.6.

Прийнятої моделі процесу зношування шейки, обумовленої виразами (14) і (15), відповідає таке поступове збільшення зношування, при якому середнє значення та дисперсія збільшення зношування за деякий інтервал пробігу Dt пропорційні довжині цього інтервалу й не залежать від досягнутого значення у. У такому випадку цілком припустиме, ґрунтуючись на основних теоремах теорії ймовірностей, вважати, що для будь-якого ti (поки y < уПР) значення зношування розподілені за нормальним законом з густиною розподілу:

.

Звуження області визначення функції f(yi) до інтервалу ]0, упр] практично не впливає на результати розрахунків. Для знаходження області практично можливих значень випадкової величини уi, розподіленої за нормальним законом, користуються "правилом трьох сигм". Відповідно до цього правила для кожного пробігу пожежної машини ti верхня і нижня межа практично можливих значень зношування шийок визначають як

. (20)

Криві, що показують верхню і нижню межу практично можливих значень зношування, визначаються виразами:

, (21)

(22)

Отримані залежності ілюструє рис.4.

Зображуючи на таких графіках криву розподілу, мають на увазі, що осі f(yi) і f(y) направлені перпендикулярно площині t0y.

За результатами розрахунків, зведеними у табл.6, побудуйте графік залежності середнього зношування шийок від пробігу (рис.4). Проведіть на графіку пряму у = yпр. Користуючись даними табл.6, побудуйте на цьому ж графіку криві, що показують верхню та нижню межу практично можливих значень зношування шийок. Покажіть на графіку точки (t1, y1),(t2, y2) і відмітьте їх координати.

При побудові графіка рекомендується використовувати такий масштаб: пробіг - в 1 мм - 1 тис. км, зношування - в 1мм - 0,01мм зношування.

Рис.4 Залежність середнього зношування шийок колінчатих валів від пробігу

Висновки. Поясніть, чи доречно при заданих умовах обчислювати значення середнього зношування та дисперсії зношування для наробки t = 360 тис.км і більше?

Завдання 7

Потрібно розрахувати - середній пробіг (наробку) до поточного ремонту, а також найменший Тн і критичний (найбільший) Тк - практично можливі пробіги до обточування шийок колінчатих валів внаслідок зношування.

Далі необхідно розрахувати Y - імовірність того, що до заданого пробігу Тзад буде зроблено обточування шийок колінчатого вала по зношуванню.

При розрахунках імовірності скористайтеся графіком, наведеним на рис.5.

або таблицями значень нормальної функції розподілу:

.

що приводяться в додатках до монографій по теорії ймовірностей.

Методичні вказівки до завдання 7. Поточний ремонт представляє собою обточування шатунних шийок колінчатих валів з розбиранням ДВЗ. Факторами, що визначають необхідність проведення обточування шатунних шийок, можуть бути:

— збільшення зношування до граничного значення,

— прояв дефектів на поверхні ковзання,

— необхідність зрівняти діаметри шийок колінчатих валів для постановки вкладишів ремонтних градацій тощо.

У даній роботі будемо вважати, що основною причиною постановки пожежної машини на ремонт є збільшення зношування шийок, що цілком відповідає практиці роботи більшості відділень аварійно-рятувальної служби.

За таких умов середній пробіг до поточного ремонту можна розрахувати, підставивши у вираз (14) значення y(t) = упр:

.

Щоб знайти найменший Тн та критичний (найбільш пізній) Тк строки провадження поточного ремонту, необхідно підставити y(t)max = yпр та y(t)min = yпр відповідно у вирази (21) і (22).

Зробивши необхідні перетворення, знаходимо

, тис.км;

,тис.км.

На рис.4 густина розподілу зношування при наробки, що відповідає заданому пробігу Тзад позначена як f(y). Частина, що лежить вище упр, є мнимою, оскільки перевищення граничного значення зношування неприпустимо. Заштрихована площа відповідає ймовірності того, що до пробігу Тзад вже буде зроблено обточування шийок. Ця ймовірність знаходиться як

,

де

. (23)

У формулі (23) - середнє значення зношування, що визначається шляхом підстановки t = Тзад у вираз (14). Середнє квадратичне відхилення s(y) розрахуйте шляхом підстановки t = Тзад у вираз (15):

.

Інтеграл (23) не можна записати через елементарні функції, тому для його обчислення користуються таблицями нормальної функції розподілу Ф*(х).

Виразити функцію розподілу (23) через нормальну функцію розподілу можна за допомогою виразу:

,

де х знаходиться в результаті заміни змінної як

.

За розрахованим значенням X знайдіть по таблицях або за допомогою графіка, що приводиться на мал.5, значення Ф*(х) і далі Y.

Висновки. Поясніть, чому дорівнює ймовірність проведення обточування шийок колінчатих валів к моменту t = Тпр?

Завдання 8

На випробуванні знаходилось N0 = 1 000 зразків електричних ламп, які належать до класу неремонтованої апаратури. Кількість відмов n(Dt) фіксувалося через кожні 100 год. роботи (t=100 ч).

Дані про відмови по варіантах шифру наведені в табл.8.

Потрібно обчислити кількісні характеристики надійності та побудувати залежності характеристик від часу.

Методичні вказівки до завдання 8. Електричні лампи належать до класу невідновлюваних виробів. Тому критеріями надійності будуть P(t); f(t), l(t), Tcp.

Обчислимо P(t).

Таблиця 8. Дані про відмови

Dti

n(ti) по останній цифрі шифру

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

0...100

50

51

52

53

54

55

50

49

48

47

100

96

36

203

40

36

65

123

70

66

42

98

72

18

149

100...200

40

41

42

43

44

45

40

39

38

37

95

105

39

168

40

59

65

49

50

59

58

83

69

19

96

200...300

32

33

34

35

36

37

32

31

30

29

40

42

37

50

25

25

40

36

40

42

39

74

56

22

29

300...400

25

26

27

28

29

30

24

23

22

21

33

36

25

26

23

21

40

20

30

36

19

52

41

16

28

400...500

20

21

22

23

24

25

19

18

17

16

21

29

24

22

18

23

35

5

20

25

23

29

32

9

25

500...600

17

18

19

20

21

22

16

15

16

14

10

18

12

18

15

24

30

6

10

14

20

21

12

5

20

600...700

16

17

18

19

20

21

15

14

13

12

12

14

10

19

12

19

26

7

10

15

10

20

13

5

19

700...800

16

17

18

19

20

21

15

14

13

12

19

12

13

18

18

16

15

9

10

16

9

23

12

6

19

800...900

15

16

17

18

19

20

14

13

12

11

16

10

13

19

17

15

14

4

5

16

9

21

11

8

17

900...1000

14

15

16

17

18

19

13

12

11

10

12

10

10

18

18

16

15

5

5

15

9

19

10

8

17

1000...1100

15

16

17

18

19

20

14

13

12

11

9

9

9

18

17

15

14

3

5

14

8

20

12

7

18

1100...1200

14

15

16

17

18

19

13

12

11

10

11

10

10

17

17

15

14

8

5

12

10

24

12

7

16

1200...1300

14

15

16

17

18

19

13

12

11

10

8

9

12

18

16

14

13

10

5

14

10

21

13

7

15

1300...1400

13

14

15

16

17

18

12

11

10

9

8

9

12

17

17

15

14

6

5

16

11

22

13

7

18

1400...1500

14

15

16

17

18

19

13

12

11

10

9

9

13

17

16

14

13

7

5

16

13

23

13

7

16

1500...1600

13

14

15

16

17

18

12

11

10

9

12

10

11

17

16

14

13

9

5

15

14

19

12

8

18

1600...1700

13

14

15

16

17

18

12

11

10

9

10

8

11

18

16

14

13

11

5

15

12

18

15

9

19

1700...1800

13

14

15

16

17

18

12

11

10

9

9

8

12

16

17

15

14

13

5

15

8

19

13

7

15

1800...1900

14

15

16

17

18

19

13

12

11

10

15

9

11

16

15

13

12

15

5

18

9

17

14

6

19

1900...2000

12

13

14

15

16

17

11

10

9

8

12

8

12

17

15

13

12

11

5

19

16

19

15

5

18

2000...2100

12

13

14

15

16

17

11

10

9

8

16

9

13

16

16

14

13

14

15

26

29

21

38

5

17

2100...2200

13

14

15

16

17

18

12

11

10

9

18

10

12

17

15

13

12

14

15

39

35

29

39

12

25

2200...2300

12

13

14

15

16

17

11

10

9

8

17

11

18

18

16

14

13

12

15

40

21

46

42

13

27

2300...2400

13

14

15

16

17

18

12

11

10

9

21

9

23

16

17

15

14

19

15

46

49

39

41

19

24

2400...2500

14

15

16

17

18

19

13

12

11

10

23

12

25

19

16

16

25

22

15

49

49

29

36

18

28

2500...2600

16

17

18

19

20

21

15

14

13

12

19

16

21

18

22

19

50

25

25

46

50

25

35

26

26

2600...2700

20

21

22

23

24

25

19

18

17

16

27

23

24

23

49

32

59

39

25

53

56

33

59

29

38

2700...2800

25

26

27

28

29

30

24

23

22

21

36

29

55

36

95

66

61

40

50

62

47

58

62

88

39

2800...2900

30

31

32

33

34

35

29

28

27

26

38

38

59

50

156

78

62

50

100

61

68

40

78

95

42

2900...3000

40

41

42

43

44

45

39

38

37

36

52

45

73

55

210

123

65

55

100

57

105

38

80

126

53

Для розрахунків характеристик f(t) і l(t) застосовуються формули:

де — середня кількість працездатних елементів на інтервалі [t, t + Dt].

Значення, обчислені для всіх Dti, зводимо в таблицю наступної форми (табл.9):

Таблиця 9. Обчислені значення

ti, год

P(t)

, 1/год

, 1/год

0...100

100...200

2800...2900

2900...3000

За даними, наведеними у табл.9, будуються на міліметровому папері, або на комп’ютері за допомогою прикладних програм залежності P(t); f(t), l(t).

Обчислимо середній час безвідмовної роботи, припустивши, що на випробуванні знаходились тільки ті зразки, які відмовили:

.

ДОДАТОК А

Зразок оформлення титульного аркушу курсового проекту

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

УКРАЇНСЬКА ІНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГІЧНА АКАДЕМІЯ

кафедра охорони праці, стандартизації та сертифікації

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

по дисципліні «Безпека та надійність антропотехнічних систем»

Виконав: ст.гр.(назва групи)

(призвіще, ім’я та по-батькові)

шифр ___

Харків

(рік)