Основы надежности Основы надежности и диагностики и диагностики
 Скачать 2.54 Mb.
|
|
Показатели достаточности запаса. Если наступил отказ системы, потребовавший для восстановления некоторой запасной части, а этой части нет в наличии, то такая ситуация приводит к значительному ущербу (например, из- за простоя системы до момента доставки нужной запасной части). С другой стороны, излишнее количество ЗИП приводит к неоправданному замораживанию материальных ценностей, что также экономически не оправдано. Задача расчета ЗИП и заключается в выборе оптимальной (или рациональной) номенклатуры и числа запасных частей так, чтобы были невелики и убытки от простоев, и замораживание ценностей, вложенных в ЗИП. Вследствие этого число запасных частей в принципе правильнее всего определять из экономических критериев. Однако отсутствие сведений о стоимости простоя изделия из-за отсутствия запасной части вынуждает в большинстве случаев использовать вероятностные критерии. Завод- изготовитель Централизованный склад Склад эксплуатационного предприятия Отказавшие изделия ЗИП на рабочем месте персонала Место установки эксплуатируемых изделий 87 Так как число запасных изделий ограничено, то ясно, что запас может обеспечить эксплуатацию только с определенной вероятностью, называемой вероятностью достаточности. Вероятность достаточности Q Д (t) – вероятность того, что изделие не будет простаивать из-за отсутствия запаса, – может быть показателем, описывающим запас как восстанавливаемых, так и невосстанавливаемых изделий. Следует учесть, что Q Д (t) задается на определенное фиксированное время t. Это время для запаса с периодическим пополнением целесообразно принимать равным периоду пополнения, например одному году. В случае одиночного запаса рассматривается вероятность достаточности для одного изделия, в случае группового запаса – вероятность того, что соответствующая группа изделий обеспечена запасом. Для запаса восстанавливаемых изделий возможен и иной критерий: коэффициент обеспеченности запасом k 3 – вероятность того, что в любой произвольно выбранный момент времени изделие не будет простаивать из-за отсутствия запасных частей. Коэффициент обеспеченности запасом аналогичен коэффициенту готовности. Далее рассмотрим несколько вариантов расчетов числа запасных частей. Расчет числа невосстанавливаемых запасных частей с пе - риодическим пополнением по вероятности достаточности. Рассмотрим задачу определения числа невосстанавливаемых запасных частей при схеме пополнения запасом, несколько упрощенной по сравнению с рисунком 5.3,а — имеется только одно место хранения запасных частей – склад на эксплуатационном предприятии (т. е. задача распределения запасных частей между рабочими местами внутри предприятия не рассматривается). Предположим, что запас пополняют через постоянное время t=t 5 -t 2 =t 7 -t 5 = …, причем задержки между моментами составления заявок и поступления заказа отсутствуют. Зафиксируем некоторый вид невосстанавливаемых изделий и по аналогии с рисунком 5.2 примем, что число этих изделий равно k. Обозначим m=m 1 +m з1 . Расчет запаса сводится копределению такого минимального значения m, при котором имеет место неравенство [7] (5.4) где η(t) – число требований на замену на интервале (t 2 , t 5 ) длиной t. Примем следующие допущения: запасные части при хранении не отказывают; поток отказов, потребовавших запасных частей для восстановления, стационарный; запасные изделия после замены имеют ту же надежность, что и основные. Рассмотрим сначала соотношения, применяемые в том случае, когда запасные части расходуются только на восстановление после отказов. При произвольном стационарном потоке отказов неравенство (5.4) можно переписать в виде (5.5) где p(j, t) —вероятность отказа j изделий за время t. 88 Данная ситуация соответствует резервированию без восстановления ненагруженным резервом с дробной кратностью. В простейшем потоке (5.6) где ω — параметр потока отказов одного изделия. С учетом (5.6) неравенство (5.5) приобретает вид (5.7) 5.2.4 Техническое обслуживание Техническим обслуживанием называют комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности изделий при использовании по назначению, ожиданию, хранению или транспортировке. Техническое обслуживание в АСУ ТП проводится по определенной стратегии на работоспособных технических средствах. При этом устраняются неисправности, которые были замечены в предыдущий период эксплуатации, но не требовали немедленного их устранения, проводятся чистка, контрольно- регулировочные работы, замена изношенных деталей, смазка движущихся частей и т. д. Проведение технического обслуживания повышает безотказность системы благодаря выявлению и устранению скрытых отказов элементов и устройств, увеличивает долговечность благодаря поддержанию нормальных условий эксплуатации и проверке соблюдения правил эксплуатации, дает возможность получить достоверную информацию о фактическом уровне работоспособности устройств [7]. Техническое обслуживание можно разделить на ряд видов в зависимости от периодичности и объема работ. Минимальная периодичность обычно составляет 8 часов (например, внешний осмотр, проверка функционирования пульта), максимальная может быть равна 12 месяцам и более (выполнение всех видов проверки технического состояния, разборка и чистка механизмов, замена изношенных деталей, продувка и чистка импульсных линий, запорных устройств). Кроме того, обычно имеет место обслуживание с периодичностью в 24 часа (например, проверка качества регистрации), 1 неделю (проверка напряжения источников питания, проверка выполнения тестов), 1 месяц (ревизия вентиляторов), 3 месяца (проверка заземлений), 6 месяцев (чистка разъемов и др.). Работы по техническому обслуживанию можно также разделить на две группы в зависимости от того, проводятся ли они при выключенных (обесточенных) или включенных устройствах. К числу работ, проводимых на выключенных устройствах, относятся: отключение и частичная разборка 89 аппаратуры; осмотр состояния монтажа, электрических контактов, паек и устранение нарушений; осмотр состояний креплений, уплотнений, резьбовых, фланцевых и других соединений и устранение нарушений; удаление пыли, ржавчины, влаги; восстановление нарушенных предохранительных покрытий; замена или добавление смазки; чистка фильтров, замена или восстановление влагопоглотителя; проверка и восстановление исправности переменных рези- сторов, реле, потенциометров. К работам, проводимым на включенных устройствах во время технического обслуживания, относятся: измерение основных параметров устройства, сравнение полученных значений параметров с их паспортными данными; установка номинальных значений параметров путем регулировки или настройки; измерение режимов работы электрорадиоэлементов, сравнение результатов с картами напряжений и устранение отклонений; проверка средств измерений; осмотр линий связи и измерение (контроль) их параметров; проведение тестового контроля; поиск и замена неисправных элементов устройства, повлиявших на уход параметров за пределы нормы, наладка, настройка и регулирование; контроль работы источников питания и установка номинальных значений питающих напряжений; контроль работоспособности устройства в целом, по всем функциям и каналам. Стратегии технического обслуживания. Техническое обслуживание призвано увеличить время работы системы до отказа или до перехода в предельное состояние или же снизить длительность пребывания системы в неработоспособном состоянии и тем самым уменьшить ущерб от ненадежности. В то же время проведение технического обслуживания требует трудозатрат персонала, а в некоторых случаях и отключения средств автоматизации, что также приводит к потерям. Для удовлетворения этим противоречивым требованиям задачу планирования технического обслуживания целесообразно проводить исходя из экономических критериев. Эта задача включает в себя: выбор стратегии технического обслуживания и параметров технического обслуживания при принятой стратегии. Стратегия технического обслуживания зависит от следующих факторов: 1 От превалирующего вида отказов: явных, когда отказы выявляются практически мгновенно, и неявных, когда отказы выявляются только при проведении технического обслуживания, а между отказом и проведением технического обслуживания проходит случайное время. Явные отказы имеют место в устройствах с непрерывным и полным контролем исправности (например, в некоторых средствах вычислительной техники), а также в непрерывно функционирующих устройствах, неправильные действия которых сразу же становятся заметными персоналу (например, в непрерывно работающих автоматических регуляторах). Неявные отказы имеют место в устройствах, где нет непрерывного и полного контроля исправности, а также когда сами устройства функционируют периодически, с интервалами порядка сотен и тысяч часов. К числу таких устройств относятся средства 90 технологической защиты, дистанционного управления и т. п. Специфическим видом технического обслуживания защит является их опробование. Кроме того, неявные отказы, проявляющиеся в ухудшении метрологических характеристик ниже допустимых пределов, имеют место в непрерывно функционирующих средствах измерений, где такие отказы выявляются во время поверок. 2 От глубины восстановления при обслуживании; граничными здесь являются случаи, когда никакого обновления в системе не проводится (например, при осмотре или проверке работоспособности) и когда проводится полное обновление системы при обслуживании. Промежуточными являются случаи, когда обновляется часть системы. 3 От графика технического обслуживания и отказов системы. Назначение момента обслуживания может не зависеть от того, произошли ли отказы на периоде, предшествующем обслуживанию. Обслуживание назначается в определенные календарные сроки (такое обслуживание называют календарным). В ином случае после отказа обслуживание перепланируется (например, если отказ был явным и после него последовало полное обновление). Для некоторых технических средств обслуживание проводится тогда, когда параметры этих средств достигают определенных регламентированных значений (такое обслуживание называют регламентным). При планировании технического обслуживания весьма существенным является вопрос об исходной информации. Иногда можно считать, что случайная величина — наработка до отказа задана в виде функции распределения F(t), плотности распределения f(t) или интенсивности отказов λ(t). Такие задачи будут рассмотрены ниже. Во многих практических случаях эти характеристики неизвестны, а известны только моменты этого распределения (математическое ожидание, дисперсия) или же значения функции распределения для отдельных моментов времени. 5.3 Методы повышения надежности систем автоматизации, управления и программно-технических средств При анализе факторов, влияющих на надежность, выявлено, что надежность объектов закладывается при проектировании, реализуется при изготовлении и снижается при эксплуатации. Поэтому естественным является рассмотрение методов повышения надежности на этих трех этапах жизненного цикла объектов. Напомним, что надежность является комплексным, сложным свойством, состоящим в общем случае из безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Следовательно, и методы повышения надежности должны рассматриваться с позиции повышения этих четырех составляющих надежность свойств. 91 5.3.1 Классификация методов повышения надежности Все методы повышения надежности оборудования принципиально могут быть сведены к следующим основным: • резервированию; • уменьшению интенсивности отказов элементов системы; • сокращению времени непрерывной работы; • уменьшению времени восстановления; • выбору рациональной периодичности и объема контроля систем. Реализация указанных методов может осуществляться при проекти- ровании, изготовлении и в процессе эксплуатации оборудования. Очевидно, что надежность систем в основном закладывается при проектировании, конструировании и изготовлении. От работы проектировщика и конструктора, в первую очередь, зависит, как будет работать оборудование в тех или иных условиях эксплуатации. Из этого вовсе не следует, что организация процесса эксплуатации не влияет на надежность объекта. При эксплуатации обслуживающий персонал может существенным образом изменить надежность систем как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. В процессе проектирования и конструирования используются схемные и конструктивные методы повышения надежности систем. Схемные методы включают в себя: -создание схем с минимально необходимым числом элементов; - применение резервирования; - разработку схем, не допускающих опасных последствий отказов их элементов; - оптимизацию последовательности работы элементов схемы; - предварительный расчет надежности проектируемой схемы. Уменьшение числа элементов при прочих равных условиях приводит к увеличению вероятности безотказной работы системы (рисунок 5.4), а также благоприятно сказывается на ее массе, габаритах и стоимости. Однако при этом необходимо помнить, что сокращение числа элементов не должно увеличивать коэффициент нагрузки у оставшихся элементов, в противном случае эффект может быть прямо противоположным. Резервирование — это один из наиболее эффективных методов по- вышения надежности объектов. При резервировании в конструкции заранее предусматривается замена неисправного элемента исправным. При создании схем с ограниченным последствием отказов применяется включение в схемы специальных защитных и предохранительных устройств, которые предотвращают аварийные последствия отказов. Под оптимизацией последовательности работы элементов схемы по- нимается согласование тактов автоматической работы схем не только по времени, но и по достижении тем или иным параметром заданного значения. 92 Рисунок 5.4 – Зависимость вероятности безотказной работы системы от надежности и числа элементов В число конструктивных методов повышения надежности входит: – использование элементов с малой величиной интенсивности отказов при заданных условиях эксплуатации; – обеспечение благоприятного режима работы элементов; – рациональный выбор совокупности контрольных параметров; – рациональный выбор допусков на изменение основных параметров элементов и систем; – защита элементов от вибраций и ударов; – унификация элементов и систем; – разработка эксплуатационной документации с учетом опыта при- менения системы, подобной конструируемой; – обеспечение эксплуатационной технологичности конструкции (применение встроенных контрольных устройств, автоматизация контроля и индикация неисправностей, удобство подходов для обслуживания и ремонта). Среди способов повышения надежности при производстве основными являются следующие: – совершенствование технологии и организации производства, его автоматизация; – применение инструментальных методов контроля качества продукции при статистически обоснованных выборках; – тренировка элементов и систем. Перечисленные методы повышения надежности должны применяться в совокупности с учетом влияния каждого из них на работоспособность системы. В тех случаях, когда меры противоречивы, нужно принимать компромиссное решение. 93 Методы повышения надежности систем, применяемые в эксплуатации, могут быть разбиты на две группы. В первую группу входят все изложенные методы. На основе изучения опыта эксплуатации инженер-эксплуатационник имеет возможность разработать ряд рекомендаций для проектировщиков и конструкторов, направленных на улучшение качества систем (изменение схемы, замена элементов, изменение конструкции, материалов и т.п.). Эти рекомендации согласовываются с конструкторами и вводятся специальными указаниями (доработками). Однако нельзя считать, что в эксплуатации только устраняются ошибки конструктора и производства, хотя доля таких ошибок еще велика. Вторая группа мероприятий, повышающих качество систем при эк- сплуатации, относится к воздействию обслуживающего персонала. К этим мероприятиям относятся: – повышение квалификации обслуживающего персонала; – применение инструментальных методов контроля технического состояния систем; – обоснование объема и сроков проведения профилактических ме- роприятий, основанных на применении методов теории надежности; – обоснование сроков службы элементов и состава ЗИПа; – разработка и внедрение способов прогнозирования неисправностей. Остановимся на вопросе повышения надежности систем в процессе эксплуатации. Существует мнение, что надежность объекта в процессе эксплуатации можно лишь поддерживать на определенном уровне, который заложен при проектировании и изготовлении. Превзойти же этот уровень невозможно. Действительно, объекты, находящиеся в эксплуатации, обладают так называемой встроенной надежностью с параметром Т ср . Под встроенной надежностью понимается рассчитанное конструктором значение средней наработки до отказа Т ср . Это значение определяется исходя из интенсивности отказов комплектующих элементов λ i , которые получены для условий работы, оговоренной нормами или заказчиком в техническом задании (ТЗ), и необходимости выполнения предписанных инструкций по эксплуатации. Параметр встроенной надежности можно определить из выражения , ср пост вн t t T n n n = = + (5.8) где n — общее число отказов за период работы t, n пост — ожидаемое рас- четное число постепенных отказов; n вн — среднее число внезапных отказов. В процессе эксплуатации систем имеется возможность активно воз- действовать на величину фактического уровня параметра надежности Т ср , который может измениться в зависимости от эффективности обслуживания объектов. Можно показать, что вероятность выявления дефектного элемента в процессе обслуживания и, тем самым, предотвращения постепенного отказа в 94 интервале времени t равна ( ) (1 ), n t t пост пост вн n P t e n n − = − + (5.9) где t n — среднее время , затрачиваемое на обнаружение дефектного эле - мента Время t n зависит от числа обслуживаемых элементов , методики и производительности аппарата прогнозирования , а также от квалификации и опыта работы обслуживающего инженерно - технического состава Следовательно , величина P(t) определяется процессом эксплуатации объекта Так что число постепенных отказов может быть фактически уменьшено до значения (1 ) э пост пост пост n n P n = − < (5.10) В случае когда реальные условия эксплуатации мало отличаются от расчетных (или оговоренных разработчиком) условий, усилиями обслу- живающего персонала воздействие факторов внешней среды может быть ослаблено и, следовательно, интенсивность отказов λ э элемента в условиях эксплуатации будет меньше расчетной λ i Тогда число внезапных отказов элементов уменьшится э вн э вн n t n λ = < (5.11) Таким образом, в процессе эксплуатации общее число отказов может быть уменьшено и э пост ср э э пост вн t T T n n = > + (5.12) В этом заключается сущность активного воздействия эксплуатационных мероприятий по повышению надежности, которое, к сожалению, часто отрицается некоторыми авторами, утверждающими, что надежность объекта при эксплуатации не может быть выше встроенной. Ряд мероприятий по повышению надежности систем может быть отнесен к категории организационных. Такими мероприятиями являются: – постановка широких экспериментальных исследований надежности объектов на всех этапах их разработки, изготовления и эксплуатации; – создание единой системы информации о работоспособности объектов; – обоснование, выбор и включение в ТЗ норм надежности; – организация доработок и рекламационная практика. Очевидно, что приведенный перечень путей по повышению надежности объектов представляет собой весьма широкий комплекс мероприятий, в том числе требующих проведения в государственном масштабе. |