принципы сбора статистических данных об отказах и ремонте элементов систем управления транспортных средств. 1Анализ надежности 2
 Скачать 85.88 Kb.
|
Анализ надежностиПри анализе надежности необходимо, чтобы математическая модель функционирования систем управления в процессе эксплуатации соответ- ствовала их реальной эксплуатации. Математические модели в соответствии с теорией надежности строятся в предположении, что достоверно известно время между отказами каждого элемента системы управления при условии непрерывной их работы. Тогда можно определить любой показатель надеж- ности. Рассмотрим это на примере существующей методики определения интенсивностей отказов элементов по данным эксплуатации. Интенсивность отказов элементов определяется по формуле [8]: (t)=n(Δt) , (1) NcpΔt где n(Δt) – число отказавших элементов за время Δt; Ncp – среднее число элементов, исправно работающих на участке Δt. Интенсивность отказов характеризует надежность невосстанавливаемых устройств только до первого отказа. Поэтому для определения (Δt) необхо- димо проводить опыт без учета отказавших элементов. Отказавшие элемен- ты не должны заменяться исправными. При отказе сложной системы из-за отказа ее элемента система не сни- мается с экплуатации. Данный элемент заменяется исправным и в опыте оста- ется постоянное число элементов. В этом случае среднее число исправно работающих элементов Ncp на участке Δt остается постоянным и равным первоначальному их количеству. Тогда обработка статистических данных по формуле (1) дает не интенсивность отказов элементов, а параметр потока отказов (среднюю частоту отказов) (t), являющийся характеристикой на- дежности восстанавливаемых систем. Ошибки не будет лишь в единственном частном случае, когда распределение времени между отказами подчиняется закону Пуассона и (t)= (t)= const. На практике закон Пуассона в боль- шинстве случаев не отражает физику отказов, так как имеют место прира- ботка и старение элементов. В заблуждение несведущего исследователя так- же вводит следующее свойство параметра потока отказов [9]: lim (t)= 1 , (2) t→∞ T где T – наработка до первого отказа. Поскольку для экспоненциального закона 1 , то на основании (2) T ошибочно отождествляют параметр потока и интенсивность отказов, т. е. счи- тают (t)= (t). В действительности же (t) может быть убывающей или возрастающей функцией времени, а (t) при достаточно длительном времени эксплуатации становится практически постоянной величиной. Получив из опыта эксплуатации недостоверные данные о надежности элементов, разработчик использует их для оценки надежности вновь проек- тируемой аналогичной техники. При этом, вычисляя показатели надежности сложной системы, он пользуется следующими формулами:  где c,Tc, Pc (t) – интенсивность отказов, наработка на отказ и вероятность безотказной работы системы; i – интенсивность отказов i-го элемента, по- лученная по данным эксплуатации; Tв – среднее время восстановления си- стемы; n – число элементов в системе. Такие расчеты могут привести к большим ошибкам, особенно в случае анализа надежности сложных систем. Здесь три источника ошибок. Во- первых, неверны расчетные формулы; во-вторых, параметр потока отказов системы не равен сумме параметров потоков отказов элементов; в-третьих, i (t)≠ i (t). Отсутствие обоснованных данных о надежности техники затрудняет планирование ее эксплуатации, не дает возможности оценить качество и эф- фективность сложных объектов, не позволяет выполнять расчеты надежности в процессе проектирования. Поэтому создание единой системы сбора и об- работки статистических данных об отказах техники является инженерной задачей большой важности. Статистические данные об отказах должны: подтверждать характеристики надежности технических устройств и систем, указанные разработчиком и изготовителем; дать возможность получить показатели надежности элементов, узлов, устройств для их использования в процессе проектирования и производства сложных технических систем; быть простыми, не требующими большой работы инженерно-техни- ческого персонала, занимающегося эксплуатацией техники; включать методики, алгоритмы и программы сбора и обработки ста- тистических данных об отказах. Анализ критериев и показателей надежности технических средств объ- екта, а также принцип подхода к статистическим данным об отказах и системе их сбора и обработки позволили разработать карту отказов, которую должен заполнять персонал, эксплуатирующий технические средства объекта. Карта имеет вид таблицы 1. Статистические данные этой таблицы позволяют получить все показате- ли надежности. Методики, алгоритмы и программы получения показателей надежности по данным таблицы достаточно просты и основаны на мето- дах математической статистики и зависимостях, известных в теории надеж- ности. Дальнейшее упрощение сбора статистики, по нашему мнению, невоз- можно. Таблица 1. Карта отказов технических устройств
Методики и алгоритмы сбора информации об отказах разработаны на базе аналитических и топологических методов, основанных на теории марковских и немарковских процессов [8]. Они могут служить основой для анализа надежности, сравнения и выбора вариантов вновь разрабатываемых и модернизируемых объектов транспорта. Комплекс методик позволяет учесть следующие факторы эксплуата- ции: восстановление отказавших элементов при техническом обслуживании в работоспособной системе; состояние резерва (нагруженный, облегченный, ненагруженный); последствия отказов; число ремонтных бригад; дисциплина обслуживания отказавших элементов; произвольные законы распределения времени безотказной работы и времени восстановления элементов. Общими допущениями представленных методик являются следую- щие: объект транспорта имеет два возможных состояния – работоспособное и неработоспособное; состояние объекта в каждый момент времени однозначно определяется набором состояний всех его частей; функционирование оборудования контролируется непрерывно, т. е. момент отказа элемента (составной части оборудования) фиксируется сразу после его возникновения; восстановление элемента начинается немедленно после его отказа при наличии свободной ремонтной бригады, обслуживающей данный элемент; при отсутствии свободной ремонтной бригады отказавший элемент стано- вится в очередь на обслуживание; ремонт элемента после отказа полностью восстанавливает его свойства по надежности. Каждая конкретная методика имеет свои дополнительные ограничения и допущения помимо вышеуказанных. Для оценки надежности необходимы следующие исходные данные: перечень элементов исследуемого объекта и структура их соединения в виде надежностно-функциональной схемы; характеристики безотказности и ремонтопригодности элементов; стратегия восстановления отказавших элементов (количество ремонт- ных бригад, приоритет обслуживания); сведения о начальном состоянии процесса функционирования обо- рудования; время непрерывной работы оборудования. Методики позволяют вычислять следующие показатели и характеристи- ки надежности объекта: вероятность безотказной работы за определенное время [0,t] ; среднюю наработку до отказа TI; наработку на отказ T; среднее время восстановления Tв ; коэффициент готовности Kг; функцию готовности Kг (t) в момент t. Компьютерные программы, которые в качестве самостоятельных моду- лей могут быть включены в пакет прикладных программ оценки надежности объекта, позволяют разработать следующие методики и алгоритмы: методика и алгоритм расчета надежности по формулам; методика и алгоритм расчета надежности, основанные на интеграль- ном представлении показателей надежности; методика и алгоритм, основанные на теории марковских процессов; аналитико-статистическая методика и алгоритм оценки надежности систем с большим числом элементов; методика и алгоритм оценки надежности систем при произвольных законах распределения. Рассмотрим реализацию каждой методики. |