Конспект лекций по надежности. Конспект лекций по надежности (2). Конспект лекций для студентов специальности 030600 Технология и предпринимательство
 Скачать 1.18 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова Травин Г.М., Токарев В.А., Родионова Е.А. Основы надежности технологических систем. Краткий конспект лекций для студентов специальности 030600 «Технология и предпринимательство» Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия Кострома2008 УДК Рецензенты: кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ведущий специалист ЦНИИМАШдеталь Кулемкин Ю.В. кафедра технологии художественной обработки материалов и технического сервиса Костромского технологического университета (заведующий кафедрой д-р техн. наук, профессор С.И. Галанин) Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом КГУ им. Н.А. Некрасова Травин Г.М. Основы надежности технологических систем. Краткий конспект лекций для студентов специальности 030600 «Технология и предпринимательство» / Г.М. Травин, В.А. Токарев, Е.А. Родионова. – Кострома: Изд-во КГУ им. Н.А. Некрасова, 2008. – 97 с. ISBN Настоящее учебное пособие отражает теоретические вопросы надежности технологических систем. В его основе лежит материал лекционных курсов цикла «Основы надежности технологических систем», читаемых авторами студентам специальности 030600 «Технология и предпринимательство». УДК ISBN ã Травин Г.М., Токарев В.А., Родионова Е.А. ã Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова, 2008 СодержаниеЛекция 1. Декомпозиция технологических систем 51.1. Понятие системы 5 1.2. Классификация систем 8 1.3. Технологические системы и их элементы 9 1.4. Состояния и события технической системы 12 Лекция 2. Качество и надежность технических систем 15 2.1. Понятие качества 15 2.2. Свойства надежности 17 2.3. Показатели оценки надежности 19 Лекция 3. Факторы и процессы, влияющие на надежность технических систем 21 3.1. Факторы и процессы влияния 21 3.2. Изнашивание 23 3.3. Влияние скорости процессов на надежность технических систем 27 Лекция 4. Анализ отказов технических систем 30 4.1. Классификация отказов 30 4.2. Характеристика потока отказов 32 Лекция 5. Безотказность. Свойства и показатели оценки 36 5.1. Вероятность безотказной работы 36 5.2. Наработка на отказ, до отказа, интенсивность и параметр потока отказов 38 5.3. Законы распределения времени между отказами 40 Лекция 6. Долговечность. Свойства и показатели оценки 45 6.1. Понятие физической и моральной долговечности 45 6.2. Технико-экономическая долговечность 47 6.3. Определение оптимального срока службы оборудования 49 6.4. Количественные показатели долговечности 50 6.5. Выбор показателей долговечности средств технологического оснащения и их элементов 53 Лекция 7. Ремонтопригодность. Свойства и показатели оценки 56 7.1. Понятие и свойства ремонтопригодности 56 7.2. Характеристики свойств ремонтопригодности 58 7.3. Частные показатели оценки ремонтопригодности 60 Лекция 8. Методы исследования и комплексной оценки Надежности 63 8.1. Требования к информации о надежности 63 8.2. Методы исследования и оценки надежности 64 8.3. Комплексные показатели надежности 67 Лекция 9. Методы повышения надежности технических систем 70 9.1. Избыточность как основной метод повышения надежности систем 71 9.2. Понятие о резервировании 72 9.3. Методы резервирования элементов 74 9.4. Методы резервирования систем 76 9.5. Использование алгебры логики для моделирования систем с резервированием 78 Лекция 10. Методы расчета соединений деталей на надежность 81 10.1. Расчет надежности резьбовых соединений 81 10.2. Расчет надежности сварных соединений 85 10.3. Расчет надежности соединений с натягом 87 Лекция 11. Надежность персонала 91 11.1. Понятие и свойства надежности оперативного персонала 91 11.2. Виды и формы отказов персонала 93 11.3. Классификация ошибок оперативного персонала 94 Библиографический список 97 «Система есть тень цели на среде» Лекция 1. Декомпозиция технологических систем
1.1. Понятие системы Развитие науки неизбежно приводит к появлению новых областей знаний. Их зарождение вызывается двумя факторами: - фактором обособления; - фактором обобщения. Обособление приводит к возникновению специфических научных направлений глубокого проникновения в узкий класс объектов. Обобщающие науки занимаются изучением закономерностей явлений, протекающих в широком классе объектов. К числу именно таких наук относятся науки о системах. Системность является всеобщим свойством материи. Оно проявляется в познавательной и практической деятельности, в окружающей природе, что отражено на рисунке 1. Системность познавательной деятельности это синтез, анализ, системный подход. Практической – целенаправленность и алгоритмичность. Системность окружающей природы это системность собственно природы, общества и взаимодействия человека с природой. Частными проявлениями системности выступают время, пространство, движение.  Рисунок 1. Системность как всеобщее свойство материи Система (греческ.) – целое, состоящее из частей, соединение. Система – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство. Всякая система состоит из элементов, каждый из которых может рассматриваться как подсистема. Каждая подсистема есть система более низкого иерархического уровня. Имеет место следующая иерархия систем: мега, мета, мезо, макро, микро, нано системы. Чтобы считаться системой объект должен обладать следующими четырьмя свойствами: - целостностью и членимостью; - связями и отношениями; - организацией; - интегративными качествами. Первое свойство означает, что систему образует объект как единое целое, состоящее из взаимодействующих частей, может быть даже разнокачественных, но одновременно совместимых. Целостность обусловливается тем, что изменение любого компонента (подсистемы, элемента) оказывает воздействие на другие компоненты и, как следствие, на всю систему в целом. В свою очередь любое изменение системы в ее регулировании, управлении или другом неизбежно отзывается на составляющих. Наличие связей и отношений отличает систему от конгломерата и выделяет в виде целого. Связь, по сути, физический канал, по которому обеспечивается обмен между элементами и с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Отношения те же связи, но в абстрактной форме как отображение реальных связей. Свойство организации проявляется в снижении степени неопределенности системы по сравнению со степенью неопределенности факторов, определяющих саму возможность создания системы. Возникновение организации в системе есть упорядоченное распределение элементов и связей в пространстве и времени. Интегративные качества проявляются в том, что существуют такие качества, которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному элементу в отдельности. Т.е. целое не равно сумме частей. Единство обеспечивается взаимодействием (эффект синергии). 1.2. Классификация систем Процессы, происходящие в системах, можно охарактеризовать с помощью следующих понятий, заимствованных из разных наук: состояние, поведение, равновесие, устойчивость. Понятием состояние характеризуют мгновенный срез, остановку в развитии системы; поведение – способность системы переходить из одного состояния в другое. Понятием равновесие характеризуется способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго; устойчивость – способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как была выведена из него. Поведение системы, ее равновесие, устойчивость и развитие связаны с изменениями состояния системы. Вследствие многообразия систем невозможно разработать их единую классификацию. Чаще всего на первом уровне выделяются три класса систем: - естественные, существующие в объективной действительности – в живой, неживой природе и обществе (атом, живая клетка, организм, общество); - концептуальные (идеальные), отражающие реальную действительность, объективный мир (литературные, музыкальные произведения, научные теории); - искусственные, созданные человеком (технические, организационно-технические, организационные). По степени организованности выделяют два класса систем: казуальные и целенаправленные. Формирование казуальных систем есть результат действия причинно-следственных связей. К ним относится широкий круг неживых, искусственных и естественных систем. Особенность таких систем в отсутствии внутренне (имманентно) присущей цели. Если она имеется, то задается извне. Основой формирования целенаправленных систем являются факторы целесообразности и целеполагания. Их главным отличием от казуальных является наличие информационных взаимодействий (программные, самовосстанавливающиеся, адаптивные, самовоспроизводящиеся, самосохраняющиеся, предвидящие, социальные и др. системы). 1.3. Технологические системы и их элементы ГОСТ 27.004.-85 «Системы технологические. Термины и определения» формулирует технологические принципы структурирования и выделяет: - технологические системы подразделений, - технологические системы процессов, - технологические системы операций. Очевидно, что технологические системы подразделений образуются из технологических систем процессов, а они из технологических систем операций. Естественно, что базовым элементом технологических систем является технологическая система операции. Она относится к определенному методу преобразования предмета труда или одному наименованию изготавливаемой продукции. Поскольку технологическая система операции является основным элементом любой технологической системы более высокого иерархического уровня, рассмотрим более подробно ее структуру. В общем случае она представляет собой человеко-машинную систему, включающую технический комплекс как совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предмет производства и исполнителя (оператора), выполняющего в регламентированных условиях определенные действия по реализации технологической операции. Все эти элементы технологической системы взаимосвязаны и взаимодействуют друг с другом как это показано на рисунке 2.  Рисунок 2. Структура технологической системы операции Технический комплекс средств технологического оснащения согласно ГОСТ включает оборудование и дополняющее технологическое оборудование или технологическую оснастку, которая непосредственно формирует, преобразует, позиционирует, направляет предмет труда или взаимодействует с другой оснасткой. В зависимости от вида технологической операции в структуру средств технологического оснащения может входить и рабочая среда, которая при воздействии на предмет труда вызывает изменение его физико-механических свойств или химического состава. Рабочей средой могут служить газы, растворы (крашение тканей), горячий воздух, инфракрасное излучение (сушка ткани) и др. Оператор воздействует на предмет труда и средства технологического оснащения или взаимодействует с ними через интерфейс, представляющий собой средства управления, контроля и отображения. Таким образом, исходя из выполненного структурного анализа, можно сделать заключение о том, что надежность технологической системы операции, а, следовательно, процесса и подразделений, определяется надежностью средств технологического оснащения, самого предмета труда и надежностью оператора (человеческий фактор). Следует подчеркнуть, что все эти составляющие как объекты влияния на общую надежность технологической системы оказывают влияние на надежность друг друга. Так, под воздействием предмета труда происходит износ, разладка, засорение и т.п. рабочих органов оборудования и оснастки, а последние, воздействуя на предмет труда, могут привести к появлению пороков и брака продукции, а также появлению технологической наследственности (влиянию свойств и дефектов, приобретенных на предыдущих операциях технологического процесса, на надежность предмета труда на данной операции). Обратное влияние оборудования, рабочей среды, технологического продукта на персонал связано с возникновением вредных и опасных производственных факторов, а также утомления, что может привести к снижению уровня производительности, появлению ошибок и неадекватных действий. Можно утверждать, что надежность технологической системы определяется главным образом средствами технологического оснащения, т.к. влияние персонала реализуется также через оборудование, оснастку, рабочую среду. 1.4. Состояния и события технической системы Под технической системой как подсистемой технологической системы будем понимать средства технологического оснащения: оборудование и технологическую оснастку. Существует два класса технических систем: восстанавливаемые и невосстанавливаемые. К первым относятся системы, которые в случае возникновения отказа могут быть восстановлены. Ко вторым такие, которые в случае возникновения отказа вообще не поддаются восстановлению или не подлежат восстановлению (например пружины, подшипники качения и др.). Всякая система с позиций функционального назначения может находится в двух альтернативных состояниях – работоспособности и неработоспособности. Работоспособность это такое состояние системы, при котором она способна выполнять заданные функции в заданных условиях эксплуатации с допустимыми отклонениями от установленных параметров и требований. Соответственно, неработоспособность – состояние технической системы, при котором она не способна выполнять предназначенные ей функции. В отношении технических систем следует выделять еще два альтернативных состояния – исправное и неисправное. Неисправность – состояние системы, при котором она не соответствует хотя бы одному из требований технической документации как в отношении основных параметров, характеризующих возможность выполнения заданных функций, так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих удобство эксплуатации, внешний вид и т.п. Следовательно, можно сделать вывод о том, что работоспособная система может быть неисправной, если неисправность не влияет на процесс функционирования системы (например, неисправность касается внешнего вида и т.п.). Неработоспособное состояние может быть устранимым и неустранимым (технически невозможно или экономически нецелесообразно). Отдельные виды технических систем (оборудование) могут находится более чем в двух состояниях, каждое из которых характеризуется своим уровнем функционирования (производительность, энергоемкость, трудоемкость и др.). Особо выделяется предельное состояние, при котором дальнейшая эксплуатация технической системы должна быть прекращена. Следует различать неремонтируемое и ремонтируемое предельное состояние. Для неремонтируемого предельного состояния переход в него определяется наступлением момента, когда дальнейшая эксплуатация технически невозможна или нецелесообразна по причинам: - если невозможно поддержание безопасности, безотказности или эффективности эксплуатации на допустимом уровне; - когда восстановление требует недопустимо больших затрат или не обеспечивается необходимая степень восстановления работоспособности и исправности. Событие, переводящее систему из исправного состояния в неисправное называется повреждением или неисправностью. Отказ – это событие, переводящее систему из работоспособного состояния в неработоспособное. При отказе техническая система или перестает функционировать, или функционирование происходит с пониженным уровнем эффективности. |