Главная страница

Конспект лекций по надежности. Конспект лекций по надежности (2). Конспект лекций для студентов специальности 030600 Технология и предпринимательство


Скачать 1.18 Mb.
НазваниеКонспект лекций для студентов специальности 030600 Технология и предпринимательство
АнкорКонспект лекций по надежности
Дата25.11.2021
Размер1.18 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаКонспект лекций по надежности (2).doc
ТипКонспект лекций
#282026
страница4 из 6
1   2   3   4   5   6

Лекция 7. Ремонтопригодность. Свойства и показатели оценки





7.1. Понятие и свойства ремонтопригодности

7.2. Характеристики свойств ремонтопригодности

7.3. Частные показатели оценки ремонтопригодности

Технологичность технической эксплуатации, ремонтопригодность, контролепригодность, легкосъемность, доступность объектов обслуживанию, регулируемость, обслуживаемость, досягаемость, восстанавливаемость, взаимозаменяемость, блочность, вероятность восстановления в заданное время, среднее время восстановления, параметр потока восстановлений


7.1. Понятие и свойства ремонтопригодности
Под ремонтопригодностью технической системы понимается такое ее свойство, которое заключается в приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов путем проведения технического обслуживания и ремонта. Функцию профилактики (предупреждения) несет в себе процесс технического обслуживания, а функцию восстановления работоспособности и ресурса технической системы несет процесс ремонта (текущего или планового).

Ремонтопригодность свойство комплексное, отражаемое следующими первичными составляющими свойствами:

контролепригодность,

легкосъемность,

доступность объектов обслуживанию (доступность),

регулируемость,

обслуживаемость,

досягаемость,

восстанавливаемость,

взаимозаменяемость,

блочность.

В процессе эксплуатации конструктивные особенности машин проявляются в характере реагирования на возможные восстановительные и профилактические работы и отражаются через свойство технологичности технической эксплуатации. Технологичность технической эксплуатации – комплексное свойство, отражающееся в приспособленности к выполнению комплекса работ по технической эксплуатации, разделяется на два свойства: технологичность технической эксплуатации при использовании оборудования по назначению, технологичность его технического обслуживания и ремонта.

Технологичность технической эксплуатации при использовании – приспособленность конструкции к выполнению операций и работ по поддержанию непрерывности технологического процесса при заданных, наивыгоднейших технологических режимах. Эти свойства: технологичность ликвидации нарушений непрерывности процессов (надежность продукта), технологичность устранения отказов, технологичность обслуживания рабочего места (технического и организационного).

Технологичность при техническом обслуживании и ремонте – такое свойство, которое отражает приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту с целью поддержания и восстановления работоспособности.

Структура понятия технологичности технической эксплуатации отражена на рисунке 9.

Рисунок 9. Декомпозиция понятия

технологичность технической эксплуатации
Как видно, понятие технологичности технической эксплуатации шире понятия ремонтопригодности, поскольку учитывает отказы продукта (например, обрыв нитей в текстильных технологиях), не всегда приводящие к потере работоспособности машин (оборудования).
7.2. Характеристики свойств ремонтопригодности
Отдельные составляющие технологичности технической эксплуатации характеризуются разным набором свойств ремонтопригодности. Так, технологичность устранения отказов – всеми свойствами ремонтопригодности, технологичность технического обслуживания – свойствами доступности, обслуживаемости, досягаемости и т.д.

Контролепригодность на нижнем уровне выражается в конструктивном решении механизмов, позволяющем быстро обнаруживать неисправность органолептическими методами. Более высокий уровень контролепригодности обеспечивается применением устройств поиска неисправности. Высший уровень – это автоматическая диагностика места и причины возникновения отказа.

Трудоемкость устранения отказа определяется свойствами доступности и легкосъемности. Доступность влияет на производительность труда при выполнении сборно-разборных работ вследствие позы, занимаемой рабочим. Так, если принять производительность при работе в полный рост за 100%, то при работе согнувшись она составит 58-95%, на коленях – 50-60%, вприсядку 36-67%, лежа – всего 30-40%. Легкосъемность определяется количеством одновременно снимаемых деталей для открытия доступа к отказавшему элементу. В первом приближении трудоемкость разборно-сборных работ реально спрогнозировать по соотношению количества деталей по назначению. Например, в машинах прядильного производства крепежные детали составляют от 32 до 49% от общего количества всех деталей. Свойство обслуживаемость определяет как трудоемкость выполнения штатных работ на оборудовании, так и трудоемкость его технического обслуживания (чистки), трудоемкость технического обслуживания рабочего места. Трудоемкость процесса смазки как разновидности технического обслуживания также определяется обслуживаемостью, которая зависит от способа смазки узлов. Если на 75-85% узлов применяются ручные способы смазки (прядильные машины), то это свидетельствует о низком уровне обслуживаемости.

Свойство досягаемости влияет на трудозатраты при выполнении штатных работ, определяет удобство выполнения работ оператором оборудования.

Взаимозаменяемость одно из главных свойств ремонтопригодности, поскольку влияет на саму возможность устранения отказов и восстановления работоспособности объектов обслуживания.

Блочность можно рассматривать как форму резервирования надежности и как организационную форму проведения ремонтов (узлового ремонта).

Свойство восстанавливаемость рассматривает как саму возможность восстановления работоспособности оборудования и его элементов, так и целесообразность ее реализации.

При устранении отказа или проведении планового ремонта все работы делятся на две группы:

- подготовительные сборно-разборные (рассматриваемые как баластные),

- собственно ремонтные.

Трудозатраты первого вида работ определяются свойствами ремонтопригодности: доступностью, легкосъемностью, обслуживаемостью, досягаемостью. Второго (собственно ремонтных) – контролепригодностью, регулируемостью, восстанавливаемостью. Свойства блочности и взаимозаменяемости определяют трудозатраты как на подготовительные, так и на собственно ремонтные работы.
7.3. Частные показатели оценки ремонтопригодности
Наиболее распространенными частными (единичными) показателями оценки ремонтопригодности сложных технических систем выступают:

  • вероятность восстановления в заданное время – Р (tв),

  • среднее время восстановления работоспособности – Тв,

  • параметр (интенсивность) потока восстановлений ‑ .

Вероятность восстановления в заданное время, вероятность того, что время восстановления tв не превысит заданного. Вид зависимости определяется законом распределения времени восстановления работоспособности. Для экспоненциального закона . характеризует вероятность того, что до момента времени t отказ изделия не будет устранен. На практике чаще используют альтернативную величину , т.е. . Среднее время восстановления Тв – математическое ожидание времени восстановления работоспособности

,

где m – количество отказов системы за рассматриваемый промежуток времени работы оборудования.

Физический смысл Тв – среднее время вынужденного нерегламентированного простоя оборудования. Для статистической оценки точности определения Тв используется дисперсия. Параметр потока восстановлений характеризует количество восстановлений в среднем за единицу времени, т.е. характеризует пропускную способность ремонтных служб предприятий.
Вопросы для самоконтроля

  1. Зависит ли ремонтопригодность конструкции от ремонтника?

  2. От кого больше зависит технологичность технической эксплуатации – от конструктора или от технолога?

  3. Чем доступность отличается от легкосъемности?

  4. В чем различие понятий «технологичность технической эксплуатации» и «ремонтопригодность»?

  5. Связана ли обслуживаемость конструкции с уровнем сервиса?

  6. Какое свойство ремонтопригодности характеризует приспособленность конструкции к обнаружению неисправности?

  7. От каких свойств ремонта зависит трудоемкость устранения отказа?

  8. Зачем рассчитывать среднее время восстановления?

«Чем дольше ожидание, тем больше вероятность, что вы стоите не в той очереди»

Законы Мерфи

Лекция 8. Методы исследования и комплексной оценки надежности


8.1. Требования к информации о надежности

8.2. Методы исследования и оценки надежности

8.3. Комплексные показатели надежности

Информация о надежности, ее достоверность, полнота, однородность, сопоставимость, дискретность, своевременность, непрерывность, физическое, имитационное, статистическое моделирование, коэффициенты готовности, технического использования, использования планового времени


8.1. Требования к информации о надежности
В большинстве случаев оценка уровня надежности технологических систем и их элементов (средств технологического оснащения, продукта и персонала) основывается на сборе первичных статистических данных о неисправностях и отказах, возникающих в процессе эксплуатации или испытаний. Случайный характер отказов определяет и специфические особенности требований к информации о них. Эти требования: полнота, достоверность, однородность и сопоставимость, дискретность, своевременность и непрерывность.

Полнота – наличие сведений, позволяющих решать задачи, объяснять явления и давать оценку. Обеспечивается выбором количества объектов под наблюдением, числом наблюдений (временем), учетом всех возникающих отказов.

Достоверность – обеспечивается квалификацией исполнителей, качеством используемых приборов и инструментов, соблюдением требований нормативных документов, объемом выборки.

Однородность и сопоставимость – обеспечивается выбором для оценки и исследования однотипных объектов, близких по срокам изготовления (изготовленных по неизменным технологиям), работающих в типичных и близких условиях и режимах эксплуатации, с использованием единой методики исследования.

Дискретность – требование об обеспечении возможности разделения информации на определенные группы по заданным признакам. Цель – установление причинно-следственных связей различных факторов влияния на надежность по одноаспектных признакам.

Своевременность – определяет возможность и эффективность использования информации для принятия решения. Существенная продолжительность испытаний на надежность осложняет установление быстрой обратной связи для воздействий на процессы изготовления, монтажа, эксплуатации и ремонта оборудования. Непрерывность – достигается организацией наблюдений за эксплуатацией оборудования и позволяет обеспечивать точность оценки надежности. Это требование особенно существенно при выявлении законов распределения времени безотказной работы средств технологического оснащения, времени восстановления их работоспособности (устранения отказов).
8.2. Методы исследования и оценки надежности
Информация о надежности технических систем востребована тремя группами организаций:

  • организацией разработчиком для постоянного конструктивного совершенствования создаваемого оборудования и технологической оснастки;

  • организацией производителем (изготовителем) для усовершенствования технологий изготовления, сборки, контроля и испытаний с целью повышения качества производимой продукции;

  • организацией эксплуатантом для повышения эффективности эксплуатации, сокращения простоев, повышения производительности оборудования, сокращения затрат на эксплуатацию.

Проведение исследований и оценки надежности может осуществляться по условиям их выполнения:

    • в лабораторных условиях,

    • в производственных условиях.

Основные методы исследования и испытания надежности это методы моделирования и статистического исследования.

Различают: физическое, статистическое и имитационное моделирование.

Физическое моделирование проводится при соблюдении следующего условия – сохранения природы процессов, происходящих в исследуемых объектах. При этом должно сохраняться геометрическое подобие, физическое подобие (учитываемые масштабным фактором), подобие режимов испытаний режимам эксплуатации. Такое моделирование осуществляется на стандартных лабораторных установках (например, машинах трения), специальных лабораторных стендах, макетах и стендовых опытных установках.

Статистическое моделирование осуществляется на основе знания закономерностей изменения времени возникновения отказов как случайных величин. Полученные прогнозные расчетные значения показателей надежности могут использоваться для принятия решения. Имитационное моделирование предполагает использование математических моделей процессов функционирования оборудования для машинного воспроизведения этих процессов со значительным количеством итераций, имитирующих длительную эксплуатацию.

Все методы моделирования воспроизводятся в лабораторных условиях.

Методы статистического исследования используются, главным образом, на основе информации, получаемой с объектов эксплуатации. Хотя в отдельных случаях эта информация может быть получена на основе длительных лабораторных исследований.

Первичная информация с объектов эксплуатации может использоваться для предварительной оценки надежности, для установления степени влияния отдельных элементов на общую надежность системы. В данном случае это может быть:

  • анализ рекламаций и замечаний, поступающих от потребителей эксплуатационников,

  • анализ замечаний шефмонтеров, осуществляющих руководство монтажом оборудования в различных регионах и различных условиях.

Сбор статистической информации о работе оборудования в условиях эксплуатации может проводится двумя основными путями:

  • проведением определительных испытаний оборудования на надежность, осуществляемых периодически службами надежности разработчика и/или производителя;

  • получением учетной информации о работе оборудования с базовых предприятий, осуществляющих непрерывные или периодические наблюдения за работой оборудования.

Во втором случае первичные формы учета информации представляют собой:

  • журнал учета отказов и простоев оборудования;

  • журнал учета технического обслуживания и ремонта;

  • разовые учетные документы (карточки, опросные листы и др.).


8.3. Комплексные показатели надежности
К комплексным показателям надежности, оценивающим одновременно несколько свойств надежности, например, безотказность и ремонтопригодность, относятся различные коэффициенты надежности:

  • коэффициент готовности Кг,

  • коэффициент технического использования Кти,

  • коэффициент использования планового времени Ки.пл.

Коэффициент готовности Кг отражает вероятность того, что изделие окажется работоспособным в произвольный момент времени в промежутках между выполнением планового профилактического обслуживания. Он определяет ремонтопригодность и безотказность изделия и рассчитывается как отношение времени исправной работы изделия к сумме времени его исправной работы и суммарного времени восстановления работоспособности за период испытания:

,

где m – количество отказов, возникших за период испытаний;

ТП – суммарное время безотказной работы за период испытания;

Тв – суммарное время устранения отказов, возникших за период испытания.

Таким образом, коэффициент готовности показывает долю, которую составляет время безотказной работы оборудования, от суммы времени безотказной работы и восстановления работоспособности. Этот показатель целесообразнее всего использовать для оценки надежности систем, работающих в сторожевом режиме (системы сигнализации пожара, системы пожаротушения, предупреждения взрыва на шахте и т.п.), для которых важно, чтобы в момент востребованности они были в состоянии готовности, а не находились в плановом обслуживании.

Коэффициент технического использования Кт.и – отношение наработки изделия в еденицах времени за некоторый промежуток эксплуатации к суммарной продолжительности этой наработки и всех видов простоев, вызванных техническим обслуживанием и ремонтом за этот же период эксплуатации:

,

где Тр – суммарное время технического обслуживания и планового ремонта за период испытания.

Коэффициент технического использования, являясь комплексным показателем надежности, более полно характеризует ремонтопригодность изделия, чем коэффициент готовности, так как учитывает все виды простоев, связанных с техническим обслуживанием и ремонтом оборудования.

Коэффициент использования планового времени Ки.пл – отношение наработки изделия в единицах времени за период эксплуатации к плановому времени его работы за тот же период эксплуатации:

,

где Тор – суммарное время простоев оборудования по организационным причинам; Тпл – плановое время работы оборудования.

Как правило, расчеты коэффициентов производятся исходя из планового времени работы оборудования (Тпл). Знаменатель при определении коэффициентов Кт.и и Кг находится путем вычитания из планового времени последовательно простоев по организационным причинам (Тор) и в техническом обслуживании и ремонте (Тр).
Вопросы для самоконтроля

  1. Какие требования предъявляются к информации о надежности?

  2. Чем обеспечивается полнота информации о надежности?

  3. К чему приведет использование неоднородной и несопоставимой информации о надежности?

  4. Кто является пользователем информации о надежности?

  5. Чем отличается физическое моделирование от имитационного?

  6. Что отражает коэффициент готовности?

  7. Что отражает коэффициент технического использования?

«Приказываю ружейной канцелярии из Петербурга переехать в Тулу и денно и нощно блюсти исправность ружей. Пусть дьяки и подьячие смотрят, как олдерман клейма ставит, буде сомненье возьмет самим проверять и смотром и стрельбою. А 2 ружья каждый месяц стрелять, пока не испортятся.

Буде заминка в войске приключится, особливо по недогляду дьяков и подьячих, бить оных кнутами нещадно.»

Из указа Петра I

Лекция 9. Методы повышения надежности технических систем


9.1. Избыточность как основной метод повы-шения надежности систем

9.2. Понятие о резервировании

9.3. Методы резервирования элементов

9.4. Методы резервирования систем

9.5. Использование алгебры логики для моделирования систем с резервированием

Избыточность, резервирование, резервирование элементов, нагруженное, ненагруженное резервирование, резервирование замещением, дублирование с восстановлением, резервирование систем, общее, раздельное, смешанное резервирование, булева алгебра, дизъюнкция, конъюнкция, логическая модель


Для обеспечения требуемых показателей надежности сложных систем необходимо управлять процессом их формирования, направленно воздействуя на его отдельные этапы и контролируя ход процесса. При этом вопросы управления начальным качеством и надежностью изделия как свойством сохранять начальные показатели во времени, взаимосвязаны между собой и образуют единую систему.
9.1. Избыточность как основной метод повышения надежности систем
Принцип избыточности заключается в удалении области состояния изделия от предельных значений параметров. Это выражается в установлении запасов: прочности, износостойкости, жесткости, устойчивости, теплостойкости, хладостойкости, виброустойчивости и др. Как следствие создается запас надежности. Графическая модель избыточности отражена на рисунке 10.


Рисунок 10. Модель создания избыточности
Таким образом, избыточность проявляется в том, что ресурс технической системы устанавливается много меньше среднего срока службы. Недоиспользование потенциальной долговечности – гарантия безотказной работы оборудования. Избыточность позволяет непрерывно повышать надежность до необходимого уровня за счет повышения работоспособности отдельных элементов. Дискретное повышение надежности обеспечивается частным вариантом создания избыточности – резервированием.
9.2. Понятие о резервировании
Резервирование – способ создания избыточности, основанный на введении в систему дополнительных элементов, не требующихся для ее работы в штатном режиме. Примеры резервирования (создания резервных элементов) весьма часто встречаются в окружающей нас действительности. Это ручной тормоз на автомобиле, запасное колесо, сдвоенные колеса на грузовых автомобилях – примеры ненагруженного и нагруженного резервирования. Параллельные технологии в автоматизированных поточных линиях, многоходовые золотники в гидросистемах.

Как видим, резервированию могут подвергаться системы (оборудование в технологических цепочках), отдельные элементы (колеса, тормоза), а также рабочие поверхности деталей (например, сдвоенные эксцентрики, имеющие две рабочих поверхности при действующей ‑ одной). В случае, когда имеет место только один резервный элемент кроме основного, такое резервирование называют дублированием.

При разработке схем резервирования следует обязательно исходить из природы возможных (потенциальных) отказов. Рассмотрим конкретный пример. В гидравлической системе с целью повышения надежности фильтрации рабочей жидкости установлен дополнительный (резервный) фильтр. Конструктивная схема такого резервирования представлена на рисунке 11.



Рисунок 11. Конструктивная схема резервирования
Если воспроизводить структурную схему надежности, то модель, отображающая конструктивное соединение, будет определяться физикой отказа. Полагая, что фильтрующий элемент представляет собой мелкоячеистую сетку, можно предположить два вида отказов: засорение сетки или ее разрыв. Модели структур надежности при двух вариантах отказов представлены на рисунке 12.



а) б)

Рисунок 12. Структурные модели надежности

а – при засорении сетки, б – при разрыве сетки
Как видно при возможном засорении сетки конструктивное последовательное соединение фильтров не обеспечивает повышение надежности фильтрации. Такое конструктивное решение эффективно в случае разрыва сетки. Для повышения надежности фильтрации при возможном засорении фильтра последние конструктивно должны быть соединены параллельно, как это показано на рисунке 13.



Рисунок 13. Эффективное резервирование

при возможном отказе засорении фильтра
9.3. Методы резервирования элементов
Резервирование элементов используется в тех случаях, когда необходимо создавать высоконадежные системы из малонадежных элементов. Различают методы нагруженного и ненагруженного резервирования. Ненагруженное резервирование или резервирование замещением осуществляется путем включения резервного элемента при отказе в системе основного. До отказа это включение невозможно. Схема резервирования приведена на рисунке 14.



Рисунок 14. Ненагруженное резервирование (замещением)
Вероятность безотказной работы системы в этом случае рассчитывается .

Замещение отказавшего элемента осуществляется в два этапа:

  • обнаружение отказавшего элемента органолептическими способами или с помощью специального прибора (устройства);

  • включение резервного в ручном режиме или с помощью автоматического устройства.

Нагруженное резервирование реализуется в двух вариантах:

  • резервный элемент работает в одинаковом режиме с основным;

  • резервный элемент работает в облегченном режиме.

Структурная модель такого резервирования представлена на рисунке 15.



Рисунок 15. Структурная модель нагруженного резервирования
Всего элементов включая резервный – n.

Для случая работы резервных элементов в одном режиме с основным вероятность безотказной работы системы Рс(t) рассчитывается:

;

, тогда .

При равной надежности элементов .

Дублирование с восстановлением предполагает, что при отказе основного элемента его заменяет резервный. Основной после восстановления работоспособности становится в резерв. На одном из таких циклов может возникнуть ситуация, когда произойдет отказ элемента, а ранее отказавший еще не восстановлен. В этом случае вероятность безотказной работы системы при экспоненциальном законе распределения времени безотказной работы рассчитывается:

; ,

где и ‑ интенсивность отказов соответственно основного и резервного элементов,

‑ вероятность отказа пары на одном из циклов.

.

Закон распределения Рс(t) зависит не от закона распределения времени восстановления работоспособности (устранения отказов) G(t), а только от среднего времени ремонта М(τр) – математического ожидания времени восстановления.
9.4. Методы резервирования систем
Резервирование систем предполагает резервирование всех входящих в систему элементов. Различают: общее резервирование, раздельное и смешанное (комбинированное) резервирование.

Общее резервирование имеет место, когда при отказе любого из элементов основной системы последняя заменяется резервной. Структурная схема общего резервирования представлена на рисунке 16.

Число элементов в системе – n, число резервных цепей m-1, общее число систем – m.

Вероятность безотказной работы системы при общем резервировании

.



Рисунок 16. Модель общего резервирования



При равной безотказности элементов упрощенное выражение для расчета общей безотказности системы

.

При раздельном резервировании избыточность создается за счет резервирования каждого элемента системы в отдельности. Структурная схема раздельного резервирования отражена на рисунке 17.



Рисунок 17. Модель раздельного резервирования

Вероятность безотказной работы системы с раздельным резервированием элементов

.

При равной безотказности элементов

.

Проанализируем эффективность как общего, так и раздельного резервирования. Пусть Pij(t)=0,9; n=4; m=3.

При общем резервировании .

При раздельном резервировании .

Как видно, раздельное резервирование более эффективно, чем общее. Однако технически его гораздо сложнее осуществить.

Комбинированное (смешанное) резервирование, т.е. сочетание общего и раздельного, применяется тогда, когда необходимо в большей степени повысить надежность некоторых элементов. В этом случае именно эти элементы резервируются раздельно, а все остальные элементы системы по схеме общего резервирования.
9.5. Использование алгебры логики для моделирования систем с резервированием
Для сложных технических систем структурные модели надежности с целью упрощения преобразуются в логические модели, построенные на основе алгебры логики или булевой алгебры (с использованием аппарата алгебры логики).

Безотказная работа объекта (событие) обозначается буквами латинского алфавита – А, альтернативное событие – отказ обозначается Ā (читается «не А»). При графическом изображении эти же события соответственно обозначаются А, А.

Л
не
огические действия:


или
‑ логическое сложение (или) – дизъюнкция, графическое обозначение ;


и
‑ логическое умножение (и) – конъюнкция, графическое обозначение .

Рассмотрим на примере, представленном структурной схемой на рисунке 19, использование данного аппарата.



Рисунок 19. Исходная структурная схема
Построим аналитическую модель всех вариантов безотказной работы данной системы в символах алгебры логики. Безотказная работа системы (В):

В=(А1А2 А3А4)1 Ошибка! Ошибка связи.А3А4)1А2 А3А4)

Логическая модель записывается так, как «логично» читается: система работает безотказно если исправны элемент А1 и А2 и А2 и А3 и А4, или исправен А1, отказал А2 и исправен А2 и А3 и А4, или исправен А1 и А2 и отказал А2 и исправны А3 и А4.

Преобразуем модель в символах теории вероятностей при Р2= :

Рс(t)=Р1·Р2· ·Р3·Р41·(1–Р2 ·Р3·Р41·Р2·(1– )·Р3·Р4=

1·Р2·Р3·Р42+(1–Р2)+(1-Р2)=Р1·Р2·Р3·Р4(2–Р2)

Построим графическую логическую модель безотказности системы (рисунок 20).

Рисунок 20. Графическая логическая модель безотказности системы

1   2   3   4   5   6


написать администратору сайта