Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Пензенский государственный технологический университет»

(ПензГТУ)

Факультет Заочного обучения

Кафедра Технического управления качеством

РЕФЕРАТ

на тему:

«Методы обеспечения безотказности»

Пенза

2020

Оглавление

1. Основные свойства технических систем

2. Структурные методы расчета безотказности

3. Подходы к техническому обслуживанию

4. Комплексные показатели надежности

Список используемой литературы

техническая система безотказность надежность долговечность

1. Основные свойства технических систем

Работоспособность как состояние системы означает способность выполнять требуемые функции с заданными рабочими параметрами. В свою очередь, наличие работоспособности системы в течение всего времени ее эксплуатации предполагает безотказность ее функционирования, а также косвенно связано и с остальными свойствами эксплуатационной надежности. Надежность (работоспособность) объекта является комплексным свойством, ее оценивают по четырем количественным показателям - безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости или по сочетанию этих свойств.

Безотказность - свойство объекта сохранять свою работоспособность в течение заданного времени без отказов и вынужденных перерывов.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до предельного состояния с необходимыми перерывами для регламентного обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство приспособленности объекта к предупреждению, выявлению и устранению отказов ее работоспособности путем проведения регламентного технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение и после установленного срока ее хранения или транспортировки.

Объекты подразделяют на невосстанавливаемые, которые не могут быть восстановлены потребителем и подлежат замене (например, электрические лампочки, подшипники, резисторы и т. д.), и восстанавливаемые, которые могут быть восстановлены потребителем (например, телевизор, автомобиль, трактор, станок и т. д.).

2. Структурные методы расчета безотказности

Структурные методы являются основными методами расчета показателей безотказности в процессе проектирования объектов, поддающихся разукрупнению на элементы, характеристики надежности, которых в момент проведения расчетов известны или могут быть определены другими методами. Расчет показателей надежности структурными методами в общем случае включает:

представление объекта в виде структурной схемы, описывающей логические соотношения между состояниями элементов и объекта в целом с учетом структурно-функциональных связей и взаимодействия элементов, принятой стратегии обслуживания, видов и способов резервирования и других факторов;

описание построенной структурной схемы надежности объекта адекватной математической моделью, позволяющей в рамках введенных предположений и допущений вычислить показатели надежности объекта по данным о надежности его элементов в рассматриваемых условиях применения.

В качестве структурных схем надежности могут применяться:

схемы функциональной целостности;

структурные блок-схемы надежности;

деревья отказов;

графы состояний и переходов.

Схема функциональной целостности (СФЦ) - это логически универсальное графическое средство структурного представления исследуемых свойств системных объектов. Описание аппарата схем функциональной целостности было впервые опубликовано Можаевым А.С. в 1982 году. По построению аппарат СФЦ реализует все возможности алгебры логики в функциональном базисе "И", ''ИЛИ" и "НЕ". СФЦ позволяют корректно представлять как все традиционные виды структурных схем (блок-схемы, деревья отказов, деревья событий, графы связности с циклами), так и принципиально новый класс немонотонных (некогерентных) структурных моделей различных свойств исследуемых систем. В настоящее время СФЦ применяются для построения структурных схем для расчета показателей надежности, стойкости, живучести, технического риска, реальной эффективности систем.

Тщательному анализу причин отказов и выработке мероприятий, наиболее эффективных для их устранения, способствует построение дерева отказов и неработоспособных состояний. Такой анализ проводят для каждого периода функционирования, каждой части или системы в целом. Дерево отказов (аварий, происшествий, последствий, нежелательных событий, несчастных случаев и пр.) лежит в основе логико-вероятностной модели причинно-следственных связей отказов системы с отказами ее элементов и другими событиями (воздействиями); анализ возникновения отказа состоит из последовательностей и комбинаций нарушений и неисправностей, и таким образом он представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке, для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения. Ценность дерева отказов заключается в следующем:

· анализ ориентируется на нахождение отказов;

· позволяет показать в явном виде ненадежные места;

· обеспечивается графикой и представляет наглядный материал для той части работников, которые принимают участие в обслуживании системы;

· дает возможность выполнять качественный или количественный анализ надежности системы;

· метод позволяет специалистам поочередно сосредотачиваться на отдельных конкретных отказах системы;

· обеспечивает глубокое представление о поведении системы и проникновение в процесс ее работы;

· являются средством общения специалистов, поскольку они представлены в четкой наглядной форме;

· помогает дедуктивно выявлять отказы;

· дает конструкторам, пользователям и руководителям возможность наглядного обоснования конструктивных изменений или установления степени соответствия конструкции системы заданным требованиям и анализа компромиссных решений;

· облегчает анализ надежности сложных систем.

Главное преимущество дерева отказов (по сравнению с другими методами) заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии.

Недостатки дерева отказов состоят в следующем:

· реализация метода требует значительных затрат средств и времени;

· дерево отказов представляет собой схему булевой логики, на которой показывают только два состояния: рабочее и отказавшее;

· трудно учесть состояние частичного отказа элементов, поскольку при использовании метода, как правило, считают, что система находится либо в исправном состоянии, либо в состоянии отказа;

· трудности в общем случае аналитического решения для деревьев, содержащие резервные узлы и восстанавливаемые узлы с приоритетами, не говоря уже о тех значительных усилиях, которые требуются для охвата всех видов множественных отказов;

· требует от специалистов по надежности глубокого понимания системы и конкретного рассмотрения каждый раз только одного определенного отказа;

· дерево отказов описывает систему в определенный момент времени (обычно в установившемся режиме), и последовательности событий могут быть показаны с большим трудом, иногда это оказывается невозможным.

Граф переходов составляется на основании словесной формулировки алгоритмов управления, а также введения обозначения сигналов в следующей последовательности:

1. Определяется начальное состояние объекта, из которого начинается процесс управления, и для него вводится начальное состояние на графе переходов. Для этого состояния определяются значения всех выходных сигналов УЛУ, а также соответствующие им состояния ИМ объекта и элементов на пульте управления (ПУ). Все начальные состояния выходных сигналов приписываются в начальном состоянии графа переходов с помощью введенных раннее обозначений.

2. Определяется очередность состояний объекта и необходимое для этого изменение состояний ИМ. Каждый переход из начального состояния в последующие изображается направленной линией, связывающей изображение этих состояний. Стрелка, указывающая направление перехода, обычно изображается в средней части линии. Над стрелкой указывается логическое условие, при выполнение которого осуществляется данный переход, т.е. переход разрешается, когда логическое условие перехода принимает единичное значение. Если из данного состояния возможны несколько переходов, то все они изображаются направленными переходами с соответствующими условиями переходов, при этом все условия должны быть взаимоисключающими, т.е. не должно выполняться более одного условия в данный момент времени (иначе это будет противоречить требованию однозначности алгоритма).

3. Чтобы избежать избыточного числа состояний на графе переходов, каждое новое состояние вводится только тогда, когда аналогичного состояния на графе не вводилось.

Аналогичными или идентичными состояниями графа переходов называют состояния, в которых формируются одинаковые выходные сигналы для объекта и ПУ.

4. Построение графа переходов продолжается до тех пор, пока все последовательности состояний не образуют замкнутые циклы или подграфы.

Наличие или появление тупиковых состояний, из которых нет переходов в другие состояния, свидетельствует, как правило, либо об ошибках построения графа переходов, либо о не полноте или ошибочности исходных данных, приведенных в словесной формулировке алгоритма. В этом случае необходимо доопределить и замкнуть граф соответствующим переходом

3. Подходы к техническому обслуживанию

С момента появления сложного производственного оборудования встал вопрос о поддержании его должного технического состояния, проведения ремонтных работ, обеспечении непрерывности производства и эксплуатации производственных единиц на предельной мощности. С тех пор сформировалось несколько подходов к техническому обслуживанию, обладающие своими преимуществами, недостатками и областями применения. Рассмотрим каждую из них и сравним друг с другом.

Изначально, когда состояние оборудования оценивалось специалистом, принимались во внимание значения выходных параметров: температура, шум, вибрация оборудования и другие параметры. Сегодня диагностика предоставлена датчикам, математическим алгоритмам и сложным системам предиктивного анализа. Тем не менее, первые стратегии технического обслуживания используются и в наши дни.

Аварийное обслуживание

Самый первый и простейший подход к техническому обслуживанию -- это аварийное обслуживание. Он заключается в проведении ремонта после отказа и считается пассивным.

В условиях, когда он появился, выбора подходов не было: диагностика технического состояния оборудования производилась специалистом с опытом работы на этом оборудовании и незамысловатыми инструментами. Сегодня эта стратегия используется в отношении недорогого вспомогательного оборудования, которое всегда имеется в резерве.

Многолетние наблюдения и фиксация данных об оборудовании в период использования данной стратегии позволили выявить закономерности, среднюю длительность службы тех или иных деталей и составить регламент технического обслуживания. Так появилась стратегия планово-предупредительных работ.

Преимущество; дешевизна при условии использования стратегии в правильной ситуации: применительно легко заменимых составных частей оборудования.

Недостатки: неожиданность наступления аварии и ремонтных работ, простои и материальные потери случае долгого ремонта или замены оборудования.

Превентивное или планово-предупредительное обслуживание

Превентивное обслуживание позволило перейти на безаварийное функционирование оборудования на предприятии. Планово-предупредительный ремонт основывается на техническом обслуживании оборудования до возникновения поломки по специальному регламенту. К сожалению, эта стратегия дает только иллюзию контроля, при этом «съедает» неиллюзорные деньги. На практике в рамках этой стратегии некоторые детали не отрабатывают весь свой потенциал и заменяются раньше времени. Работа производится без особой необходимости, а вмешательство в оборудование может приводить к дальнейшим неполадкам, которых можно было бы избежать. Другие детали выходят из строя раньше положенного по графику срока так же непредсказуемо и неожиданно, как и раньше.

Преимущества: четкие временные периоды обслуживания оборудования, повышение безотказности работы оборудования.

Недостатки: неэффективность выполняемых работ в силу разности растрачиваемого потенциала, нерациональные материальные затраты, которых можно было бы избежать, простои и материальные потери в случае непредвиденной аварии.

Обслуживание по состоянию

Ремонт по состоянию подразумевает обслуживание составных частей и оборудования с наибольшим износом и риском аварии в определенный момент времени. Данная стратегия позволяет не проделывать лишнюю работу и производить техническое обслуживание и ремонт тогда и в том объеме, в котором это действительно необходимо.

Для стабильного мониторинга технического состояния оборудования необходим относительно высокий уровень цифровизации производства, который часто бывает уже достигнут за счёт встроенных систем самодиагностики оборудования и систем управления им. Для оценки технического состояния их достаточно, а для мониторинга техсостояния достаточно собирать оценки в каждый момент времени. Исходя из оценок, сотрудники службы эксплуатации уточняют график ППР, что является первой стадией обслуживания по фактическому техническому состоянию.

Преимущества: наибольшая эффективность проводимых ремонтных работ, минимизация временных затрат на техническое обслуживание, экономия материальных активов.

Недостатки: существует вероятность того, что техническое обслуживание понадобится большему количеству оборудования разом.

Прогнозное обслуживание

Для прогнозного обслуживания не достаточно знать текущее состояние машины и ее компонент. Необходимо больше данных, чтобы спрогнозировать изменения технического состояния в ближайшие как минимум две недели. Однако даже этого часто бывает недостаточно, потому что непредсказуемые поломки из-за действий человека -- не редкость. Поэтому необходимо ещё и программное обеспечение, способное анализировать большие объёмы потоковых данных в режиме реального времени и помочь человеку своевременно проводить ремонт оборудования для гарантии непрерывности бизнеса.

Для такого подхода необходимо внедрение новых датчиков, систем анализа собираемых данных и решения по предиктивной аналитике. Такой набор способен предсказывать наиболее точное время и место появления неполадок и давать рекомендации по необходимому ремонту, автоматически создавать рабочие задания в информационной системе управления ТОиР и контролировать их исполнение, принимать отчётность от работников и отслеживать влияния их работы на фактическое состояние машины.

Цифровизация и инновационные решения по предиктивной аналитике способствовали появлению и развитию эффективных стратегий технического обслуживания оборудования. Современный подход к проблеме имеет много преимуществ, однако требует масштабных предварительных работ и материальных вложений. Это может не соответствовать уровню и стоимости обслуживаемого оборудования.

В некоторых ситуациях наиболее целесообразным будет выбор простейшего подхода к техническому обслуживанию и ремонту: как с материальной, так и с технической точки зрения.

Чаще всего парк оборудования делится сообразно его готовности к тому или иному подходу ТОиР: прессы ремонтируют по факту поломки, а критически-важные компоненты самолётов -- по прогнозу их технического состояния. Современные ИТ-решения позволяют выбирать правильный подход и правильную стратегию под каждый компонент каждой единицы оборудования в многотысячных парках машин.

4. Комплексные показатели надежности

К ним относятся коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности,коэффициент сохранения эффективностии коэффициент технического использования.

Коэффициент готовности Kг - вероятность того, что система окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение системы по назначению не предусматривается. В общем случае Kг(t) является функцией времени.

Для больших интервалов времени его определяют по формуле

Из этой формулы видно, что коэффициент готовности характеризует одновременно два различных свойства системы: безотказность и ремонтопригодность (восстанавливаемость). T0 - средняя наработка на отказ. Тв - среднее время восстановления.

Коэффициент оперативной готовности характеризует надежность систем, необходимость применения которых возникает в произвольный момент времени и которые должны проработать определенное время с заданной вероятностью безотказной работы:

где

tp - требуемое время безотказной работы после начала оперативного использования ТС.

До момента оперативного использования ТС может находиться в режиме дежурства (при полных или облегченных нагрузках, но без выполнения заданных рабочих функций) или в режиме применения - для выполнения других рабочих функций. В обоих режимах возможно возникновение отказов и восстановления работоспособности системы.

Коэффициент сохранения эффективности - это отношение реального значения показателя эффективности использования ТС по назначению за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению показателя эффективности, вычисленному при условии, что отказы ТС в течение этого периода не возникают.

В практике, как правило, ограничиваются расчетом коэффициента оперативной готовности .

Коэффициент технического использования Kти - это отношение математического ожидания интервала времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к длительности этого периода. Коэффициент технического использования (Kти) характеризует долю времени нахождения объекта в работоспособном состоянии за данный период эксплуатации, включающий все виды технического обслуживания и ремонтов, и определяется зависимостью

где Траб - общее время полезной работы машины при ее использовании по назначению за заданный период эксплуатации;

УTiрем - суммарное время простоев машины из-за ее ремонта и технического обслуживания за тот же период.

Коэффициент технического использования является безразмерной величиной (0?Кти?1), и чем выше его значение, тем машина более приспособлена к длительной работе. Коэффициент Кти численно равен вероятности того, что в данный, произвольно взятый момент времени ТС работает, а не ремонтируется и не находится на техническом обслуживании.

На этапах проектирования и разработки ТС и устройств указанные показатели оцениваются расчетным путем, на этапах производства и эксплуатации определяются на основе результатов испытаний.

Список использованной литературы

1. Глазунов Л.П. и др. Основы теории надежности автоматических систем управления: Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, ленингр. отд., 1984.

2. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем: - М.: Энергоатомиздат, 1986.

3. Ястребенецкий М.А., Иванова Г.М. Надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Матвеевский В.Р. Надежность технических средств управления: Учеб. пособие. - М.: МГИЭМ, 1993.

5. Фомин А.В. и др. Технология, надежность и автоматизация производства БГИС и микросборок: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1981.

6. ГОСТ 27.301-95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения

7. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения

Размещено на Allbest.ru