Порівняльний аналіз ефективності резервування відновлюваної радіоелектронної апаратури

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти та науки України

Національний авіаційний університет

Інститут Аеронавігації

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни

«Основи теорії надійності, експлуатації та ремонту РЕА»

ТЕМА: «Порівняльний аналіз ефективності резервування відновлюваної радіоелектронної апаратури»

Виконав: студент РС-408 групи

Товмаш Олег

Прийняв: Соломенцев О.В.

Київ 2014 р.



ЗАВДАННЯ

1. Для основного відновлюваного об'єкта, що складається з трьох елементів, виконати розрахунок чисельних значень ряду показників надійності, використовуючи орієнтовний і повний розрахунок надійності об'єкта, а також визначити очікувані середні сумарні витрати на ремонт на заданому інтервалі часу й оцінити зміну значень цих показників за умови неврахування й врахування умов експлуатації об'єкта.

2. Вирішити задачу підвищення надійності досліджуваного об'єкта на основі резервування частини його елементів і виконати порівняльний аналіз результатів резервування об'єкта за допомогою техніко-економічного критерію ефективності.

3. Для найбільш ефективного варіанту резервування досліджуваного об'єкта виконати розрахунок чисельних значень ряду показників надійності й побудувати графіки ймовірності безвідмовної роботи об'єкта без резервування та з резервуванням його елементів.

Вихідні дані: надійність резервування ремонт витрата

Порядковий номер в списку групи - 17, отже, варіант № 17

1. Основний досліджуваний об'єкт є відновлюваним об'єктом і складається з 3-х послідовно з'єднаних елементів.

Размещено на http://www.allbest.ru/



Дані про розподіл числа радіокомпонент (РК) для 3-х елементів основного об'єкта й інтенсивності відмов РК наведені відповідно в таблицях 1 і 2.

Таблиця 1

Номер варіанту	Номер групи РК	Номер елемента
		Кількість радіокомпонент
		1	2	3
17	1	7	5	10
	2	12	14	24
	3	8	10	26

Таблиця 2

Номер групи радіокомпоненти	Номер варианта
	Інтенсивність відмов радіокомпоненти (10-71/год)
	17
1	1,1
2	140
3	19

2. У таблиці 3 наведені дані про значення поправкових коефіцієнтів , які характеризують вплив умов експлуатації на надійність об'єкта.

Таблиця 3

Номер варіанту	17
Вібрації й ударні навантаження К1	1,41
Вологість і температура К2	1,19
Висота над рівнем моря К3	1,3

1-а група радіокомпонент - мікросхеми

2-а група радіокомпонент - резистори

3-а група радіокомпонент - конденсатори

3. У таблиці 4 наведені дані про середню тривалість відновлення працездатності кожного з 3-х елементів основного об'єкта.

Таблиця 4

Номер варіанту	17
Середня тривалість відновлення елемента (у відносних часових одиницях - в.ч.о.)	tB1	3,9
	tB2	4,3
	tB3	3,6

4. У таблиці 5 наведені дані про вартість однієї РК.

Таблиця 5

Номер варіанту	Вартість однієї радіокомпоненти у групах 1,2,3 (умовні грошові одиниці - у.г.о.)
17	24	31	41

5. У таблиці 6 наведені дані про середню вартість ремонту кожного елемента основного об'єкта.

Таблиця 6

Номер варианту	Середня вартість ремонту елементів 1,2,3 РЕА (умовні грошові одиниці - у.г.о.)
	m1(Cp1)	m1(Cp2)	m1(Cp3)
17	250	280	260

6. Тривалість періода спостереження Т_сп дорівнює 10000 годин.



1. Короткі відомості з теорії надійності РЕА

Надійність - це властивість об'єкта зберігати у часі в установлених межах значення всіх параметрів, які характеризують здатність виконувати потрібні функції в заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування.

Об'єкти підрозділяють на відновлювані і невідновлювані.

Відновлювані об'єкти -- відновлення їх працездатного полягання в тій, що розглядається ситуацій передбачено нормативно технічною і (або), конструкторською документацією.

Невідновлювані об'єкти -- відновлення їх працездатного полягаючи ні я не передбачено нормативно-технічною і конструкторською документацією.

Не дивлячись на різноманітність об'єктів і умов їх роботи, формування показників надійності відбувається по загальних законах, підкоряється єдиній логіці зв'язків, розкриття яких є основою для оцінки, розрахунку і прогнозування надійності, а також для побудови раціональних систем виробництва, випробувань і експлуатації об'єктів

Надійність -- це складне поняття, об'єднуюче ряд властивостей об'єкту, пов'язаних з якістю виконання їм певних функцій протягом заданого часу. В техніці надійність має цілком конкретне значення. Вона не тільки може бути точно визначена, але і розрахована, об'єктивно оцінена, зміряна і випробувана.

Показник надійності - кількісна характеристика одного або декількох властивостей, що становлять надійність об'єкту.

Справність -- полягання об'єкту при якому він відповідає всім вимогам, встановленим нормативно-технічною і (або) конструкторською документацією.

Несправність -- полягання об'єкту, при якому він не відповідає хоча б одній з вимог нормативно-технічний і (або) конструкторської документації.

Працездатність -- полягання об'єкту, при якому значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації.

Непрацездатність - полягання об'єкту, при якому значення хоча б одного заданого параметра, що характеризує здатність виконувати задані функції, не відповідає вимогам нормативно-технічної і (або) конструкторської документації.

Якість -- сукупність властивостей об'єкту, що обумовлюють його придатність задовольняти певні потреби відповідно до призначення.

Надійність є доданком якості і обумовлюється безвідмовністю, ремонтопридатністю, зберіганням і довговічністю. Вона визначається досконалістю конструкції і технологій виготовлення, багато в чому залежить від умов експлуатації і ремонту.

Розглянемо такі поняття, як безвідмовність, ремонтопридатністю, зберіганням, довговічність і інші, від яких залежить надійність.

Безвідмовність -- властивість об'єкту безперервно зберігати працездатне полягання протягом деякого часу або деякого напрацювання.

Збереженість - властивість об'єкту зберігати значення показників безвідмовності" довговічності і ремонтопридатністю протягом зберігання і (або) транспортування і після них.

Довговічність -- властивість об'єкту зберігати працездатне полягання до настання граничного полягання при встановленій системі технічного обслуговування і ремонту.

Граничне полягання - полягання об'єкту, при якому його подальше вживання за призначенням неприпустимо або недоцільно, або відновлення його справного або працездатного полягання неможливе або недоцільне.

Напрацювання -- тривалість або об'єм роботи об'єкту.

Гарантійне напрацювання -- напрацювання об'єкту, до завершення якого виготівник гарантує і забезпечує виконання певних вимог до об'єкту за умови дотримання споживачем правил експлуатації, у тому числі правил зберігання і транспортування.

Стік служби -- календарна тривалість експлуатації об'єкту від її початку або відновлення після ремонту певного вигляду до переходу в граничне полягання.

Гамма-процентний стік служби -- календарна тривалість від початку експлуатації об'єкту, протягом якої він не досягає граничного полягання із заданою вірогідністю біля, вираженої у відсотках.

Середній рядків служби -- математичне очікування терміну служби.

Надійність виробу визначається його безвідмовністю і довговічністю. Перше з них розглядають як самостійну безперервну роботу виробу без яких-небудь втручань для підтримки працездатності. Під довговічністю виробу, навпаки, слід розуміти роботу виробу за весь період його експлуатації, враховуючи, що тривала робота виробу неможлива без ремонтних і профілактичних заходів, поновлюючи працездатність втрачається в процесі експлуатації.

Знання понять, визначень і основних показників надійності дозволяє вибрати об'єктивні критерії для її оцінки.

Так як в даній роботі буде розглянута ефективність резервування відновлюваної РЕА буде доцільно пояснити що таке резервування та його основні поняття.

Резервування - це головний спосіб забезпечення і підтримки надійності роботи РЕА.

Резервування - це спосіб забезпечення надійності об'єкту за рахунок залучення додаткових засобів або можливих надлишкових по відношенню до мінімально необхідних для виконання задач об'єктом.

Розрізняють п'ять видів резервування:

· структурне ( здійснюється за рахунок використання додаткових структурних елементів);

· часове (залучається часовий ресурс - необхідно мати запас часу на виконання завдання);

· інформаційне (залучається додаткові джерела інформації для рішення завдань організації повітряного руху);

· функціональне (використовується властивість елементів об'єкта виконувати додаткові функції);

· навантажене (використовується властивість елементів сприймати додаткові навантаження понад номінальні ).

Головний об'єкт (елемент) - той об'єкт (елемент), який може працювати без залучення резервів.

Резервний елемент - елемент, який включається в роботу замість головного при його відмові.

Резервуючий елемент - той об'єкт (елемент), для якого передбачений резерв.

2. Розрахунок чисельних значень ряду показників надійності для основної

відновлюваної РЕА і середньої сумарної вартості ремонту об'єкта на заданому інтервалі спостереження без урахування умов експлуатації.

За формулами (1), (2) визначають значення інтенсивностей відмов елементів РЕА (для i = 1ч3) і сумарну інтенсивність відмов РЕА :

, (1)

, (2)

де _ кількість РК j-ї групи, що входять до принципової схеми і-го елементу РЕА (див. Табл.1); _ середня інтенсивність відмов РК j-ї групи при нормальних умовах, що входять до складу i-го елементу РЕА. До складу кожного елемента РЕА входять 3 групи РК (мікросхеми, резистори, конденсатори); - середня інтенсивність відмов i-го елемента РЕА; - середня інтенсивність відмов РЕА.

За формулою (3) визначаємо значення середнього наробітку на відмову РЕА

, (3)

За формулою (5) визначаємо значення ймовірностей відмов елементів РЕА - , ,. Ці значення будуть мати однакову величину як без урахування умов експлуатації так і з урахуванням умов експлуатації

, (4)

де - середня ймовірність відмов i-го елемента РЕА на інтервалі спостереження ; - середня тривалість відновлення працездатності i-го елемента РЕА.

(5)

За формулою (6) визначаємо значення середньої кількості відмов на інтервалі спостереження

, (6)

де - відповідно середній наробіток на відмову та інтенсивність відмов РЕА.

.

За формулою (7) визначаємо значення середньої вартості одного ремонту всієї РЕА. Це значення буде мати однакову величину як без урахування умов експлуатації так і з урахуванням умов експлуатації

(7)

де - середня вартість одного ремонта i-го елемента РЕА.

За формулою (8) визначаємо значення середньої сумарної вартості ремонту всієї РЕА на інтервалі спостереження

(8)



де - середня вартість одного ремонта РЕА.

За формулою (9) визначаємо значення граничного рівня сумарної вартості ремонту всієї РЕА на інтервалі спостереження

(9)

де - коефіцієнт, що відповідає рівню перевищення поточних сумарних витрат на ремонт РЕА граничного рівня з імовірністю не більше 0,05; - середнє квадратичне відхилення сумарних витрат на ремонт РЕА від математичного сподівання; - дисперсія випадкового числа відмов РЕА на інтервалі .

За формулою (4) визначаємо значення середньої тривалості відновлення РЕА . Це значення буде мати однакову величину як без урахування умов експлуатації так і з урахуванням умов експлуатації

За формулою (10) визначаємо значення коефіцієнта готовності РЕА

(10)

де - середній наробіток на відмову РЕА без резервування; - середня тривалість відновлення РЕА без резервування.

3. Розрахунок чисельних значень ряду показників надійності для основної відновлюваної РЕА і середньої сумарної вартості ремонту об'єкта на заданому інтервалі спостереження з урахуванням умов експлуатації

За формулами (11) і (2) визначаємо значення інтенсивностей відмов елементів РЕА (для i = 1, 2, 3) і сумарну інтенсивність відмов РЕА:

, (11)

де - значення коефіцієнта, що враховує вплив умов експлуатації на надійність РЕА.

За формулою (12) визначаємо значення середнього наробітку на відмову РЕА

(12)

За формулою (6) визначаємо значення середньої кількості відмов на інтервалі спостереження



За формулами (7) і (8) визначаємо значення середньої сумарної вартості ремонту всієї РЕА на інтервалі спостереження

3.5 За формулою (9) визначаємо значення граничного рівня сумарної вартості ремонту всієї РЕА на інтервалі спостереження

За формулою (10) визначаємо значення коефіцієнта готовності РЕА

4. На основі результатів розрахунків, виконаних у п. 2 і п.3, роблять висновки про ступінь впливу умов експлуатації на чисельні значення показників надійності РЕА і середню сумарну вартість ремонту РЕА на заданому інтервалі спостереження

а) середній наробіток на відмову РЕА , обчислений з урахуванням умов експлуатації, зменшився на 54% у порівнянні зі значенням , що визначався без урахування умов експлуатації

б) середня тривалість відновлення РЕА не змінилася

в) коефіцієнт готовності РЕА , обчислений з урахуванням умов експлуатації, зменшився на 0,4% у порівнянні зі значенням , що визначався без урахування умов експлуатації

г) граничний рівень сумарних витрат на ремонт РЕА , обчислений з урахуванням умов експлуатації, зменшився на 88% у порівнянні зі значенням , що визначався без урахування умов експлуатації

Таким чином, якщо об'єктивно є умови експлуатації, які негативно впливають на надійнісні властивості РЕА, то їх необхідно враховувати, інакше, зокрема, може мати місце непередбачене збільшення середніх витрат на ремонт РЕА.

5. Розрахунок чисельних значень показників надійності для основної відновлюваної РЕА з урахуванням резервування 1-го і 2-го її елементів і за умови, що виконують урахування умов експлуатації РЕА

За формулами (13), (14), (15) і (2) визначаємо значення інтенсивностей відмов елементів резервованої РЕА і сумарну інтенсивність відмов РЕА

(13)

де - середній наробіток на відмову резервованої групи елементів при резервуванні заміщенням i-го основного елемента РЕА в ненавантаженому режимі без поточного відновлення; - середній наробіток на відмову i-го основного елемента нерезервованої РЕА.



(14)

(15)

де - середній наробіток на відмову i-ї резервованої групи для резервування заміщенням у ненавантаженому режимі без поточного відновлення працездатності елемента, що відмовив.

де - інтенсивність відмов резервованих елементів 1,4 для 1-го варіанта резервування РЕА; - інтенсивність відмов резервованих елементів 2,5 для 1-го варіанта резервування РЕА; - інтенсивність відмов 3-го елементи РЕА; - інтенсивність відмов резервованої РЕА для 1-го варіанта резервування.

За формулою (12) визначаємо значення середнього наробітку на відмову всієї РЕА для 1-го варіанта резервування

За формулою (5) визначаємо значення ймовірності відмов елементів РЕА

За формулою (6) визначаємо значення середнього числа відмов на інтервалі спостереження

За формулою (7) визначаємо значення середньої вартості одного ремонту всієї РЕА

де - середня вартість ремонту резервованих елементів 1,4 для 1-го варіанта резервування РЕА; - середня вартість ремонту резервованих елементів 2,5 для 1-го варіанта резервування РЕА; - середня вартість ремонту 3-го елементи РЕА.

За формулою (8) визначаємо значення середньої сумарної вартості ремонту всієї резервованої РЕА на інтервалі спостереження

За формулою (9) визначаємо значення граничного рівня сумарної вартості ремонту всієї резервованої РЕА для 1-го варіанта резервування С_{сум.гр.рез.РЕА} на інтервалі спостереження

За формулою (4) визначаємо значення середньої тривалості відновлення РЕА

За формулою (10) визначаємо значення коефіцієнта готовності РЕА для 1-го варіанта резервування

За формулою (16) визначаємо вартість РЕА для 1-го варіанта резервування

(16)

де - кількість РК l-го типу для i-го елемента РЕА і для j-го варіанта резервування; - вартість однієї РК l-го типу.

За формулою (17) визначаємо параметр , що характеризує сумарну вартість ремонту РЕА та вартість РЕА

(17)

де - граничний рівень сумарних витрат на ремонт РЕА; - вартість резервованої РЕА для j-го варіанта резервування.

На цьому розрахунок параметрів, які характеризують ефективність 3-го варіанта резервування, закінчено.

6. Розрахунок чисельних значень показників надійності для 2-го варіанта резервування відновлюваної РЕА коли виконується резервування 1-го і 3-го її елементів і за умови, що враховують умови експлуатації РЕА

За формулами (13), (14), (15) і (2) визначаємо значення інтенсивностей відмов елементів резервованої РЕА і сумарну інтенсивність відмов РЕА

За формулою (12) визначаємо значення середнього наробітку на відмову всієї РЕА для 1-го варіанта резервування

За формулою (5) визначаємо значення ймовірності відмов елементів РЕА



За формулою (6) визначаємо значення середнього числа відмов на інтервалі спостереження

За формулою (7) визначаємо значення середньої вартості одного ремонту всієї РЕА

За формулою (8) визначаємо значення середньої сумарної вартості ремонту всієї резервованої РЕА на інтервалі спостереження

За формулою (9) визначаємо значення граничного рівня сумарної вартості ремонту всієї резервованої РЕА для 1-го варіанта резервування С_{сум.гр.рез.РЕА} на інтервалі спостереження



За формулою (4) визначаємо значення середньої тривалості відновлення РЕА

За формулою (10) визначаємо значення коефіцієнта готовності РЕА для 1-го варіанта резервування

За формулою (16) визначаємо вартість РЕА для 1-го варіанта резервування

За формулою (17) визначаємо параметр , що характеризує сумарну вартість ремонту РЕА та вартість РЕА

На цьому розрахунок параметрів, які характеризують ефективність 2-го варіанта резервування, закінчено.



7. Розрахунок чисельних значень показників надійності для 1го варіанта резервування відновлюваної РЕА коли виконується резервування 2-го і 3-го її елементів і за умови, що враховують умови експлуатації РЕА

За формулами (13), (14), (15) і (2) визначаємо значення інтенсивностей відмов елементів резервованої РЕА і сумарну інтенсивність відмов РЕА

За формулою (12) визначаємо значення середнього наробітку на відмову всієї РЕА для 1-го варіанта резервування

За формулою (5) визначаємо значення ймовірності відмов елементів РЕА

За формулою (6) визначаємо значення середнього числа відмов на інтервалі спостереження

За формулою (7) визначаємо значення середньої вартості одного ремонту всієї РЕА

За формулою (8) визначаємо значення середньої сумарної вартості ремонту всієї резервованої РЕА на інтервалі спостереження

За формулою (9) визначаємо значення граничного рівня сумарної вартості ремонту всієї резервованої РЕА для 1-го варіанта резервування С_{сум.гр.рез.РЕА} на інтервалі спостереження

За формулою (4) визначаємо значення середньої тривалості відновлення РЕА

За формулою (10) визначаємо значення коефіцієнта готовності РЕА для 1-го варіанта резервування

За формулою (16) визначаємо вартість РЕА для 1-го варіанта резервування

За формулою (17) визначаємо параметр , що характеризує сумарну вартість ремонту РЕА та вартість РЕА

На цьому розрахунок параметрів, які характеризують ефективність 1-го варіанта резервування, закінчено.

8. Виконання порівняльного аналізу результатів резервування об'єкта

За формулою (18) визначаємо базовий рівень коефіцієнта готовності з урахуванням, того що параметр дорівнює 0,7

(18)

де - коефіцієнт для визначення .

За формулою (19) визначаємо значення показників ефективності

(19)

де - коефіцієнт готовності для j-го варіанта резервування РЕА; - базовий рівень коефіцієнта готовності; - сумарні витрати на ремонт j-го варіанта резервованої РЕА і вартість цієї РЕА.

На основі критерію ефективності резервування, що відповідає максимальній величині показника Е визначаємо, що 1-й варіант, де резервуються 1-й та 2-й елементи є найбільш ефективним, тому що

9. Для найбільш ефективного 1-го варіанта резервування РЕА виконують розрахунок чисельних значень ряду показників надійності і будують графіки ймовірності безвідмовної роботи РЕА без резервування і з резервуванням її елементів при визначених умовах експлуатації РЕА

За формулою (20) визначають вираження для ймовірності безвідмовної роботи РЕА без резервування її елементів

(20)

(27)

де - сумарна інтенсивність відмов відновлюваної РЕА без резервування її елементів і при визначених умовах експлуатації.

З урахуванням формул (21), (22), (23) визначають вираз для ймовірності безвідмовної роботи РЕА з резервуванням її елементів

(21)

де - імовірність безвідмовної роботи резервованої групи елементів 1 і 4 при резервуванні заміщенням у ненавантаженому режимі; - імовірність безвідмовної роботи резервованої групи елементів 2 і 5 при резервуванні заміщенням у навантаженому режимі; - імовірність безвідмовної роботи 3-го елемента при припущенні про експоненціальний закон розподілу наробітків до відмови цього елемента.

Вираз для визначають як

(22)

Вираз для визначають як

(23)

( 2 8)

При визначенні виразу для вважаємо, що елементи 1 і 4, а також елементи 2 і 5 є ідентичними.

За формулами (24), (25) визначають значення коєфіцієнта технічного використання РЕА

(24)

Вираз для визначають як

(25)

де - середній наробіток на відмову резервованої РЕА; - середня тривалість відновлення резервованної РЕА; - середня тривалість робіт з ТО на резервованої РЕА.

За формулою (26) визначають значення коефіціента оперативної готовності РЕА

(26)

де - коефіцієнт готовності резервованої РЕА для найбільш ефективного варіанта резервування; - інтервал часу на протязі якого визначають імовірність безвідмовної роботи резервованої РЕА.

З урахуванням формул (3), (28) визначають значення середнього наробітку до першої відмови відновлюємої РЕА для випадків з резервуванням і без резервування її елементів

З урахуванням виразів (27), (28) будуємо графіки ймовірності безвідмовної роботи РЕА

Размещено на Allbest.ru

...