ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 1. Методы расчета надежности 4

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4

1. Методы расчета надежности 4

Методы расчета надежности невосстанавливаемых систем и элементов 10

2.1. Структурная схема 10

2.2. Логико-вероятностный метод 15

Расчет показателей надежности восстанавливаемых систем 18

О методе расчета показателей надежности восстанавливаемых систем 18

3.2. Метод графа интенсивности перехода 18

Расчет показателей надежности систем с восстановлениями при произвольных законах распределения времени безотказной работы и восстановления 23

4. Достоинства и недостатки «дерева событий» 29

Практическая часть 33

Задача 1 33

Задача 2 37

Заклячение 41

Список используемой литературы 42

Введение

Надежность – понятие качественное, является одним из основных потребительских качеств.

Под надежностью элемента (или системы) понимают его способность выполнять задание, функции в течение промежутка времени t.

Количественно надежность характеризуется показателями, оценивающими такие события как «работоспособность» и «отказ».

Надежность определяют по характеристикам элементов (систем) (невосстанавливаемые (необслуживаемые):

- вероятность безотказной работы;

- частота отказов;

- интенсивность отказов;

- среднее время наработки до отказа.

(восстанавливаемые (ремонтопригодные) элементы)

- ведущая функция потока по номерам;

- параметры потока отказов;

- безотказность;

- ремонтопригодность;

- функции готовности;

- коэффициент оперативной готовности;

- коэффициент технического использования;

- интенсивность восстановлений;

- среднее время наработки между отказами;

- среднее время восстановления.

Все эти характеристики перечисляются в

ГОСТ 20738-75

ГОСТ 27.002-83

ГОСТ 23642-79

ГОСТ 27.301-95

ГОСТ 27.883-88

ГОСТ 24.701-86

Кроме того характеристики описываются в РТМ (руководящие технологические материалы)

РТМ 25378-80 «Автоматизированная система управления технологическими процессами. Аналитические методы оценки надежности».

Ремонтопригодными элементами называются элементы, в отношении которых может производиться процедура ремонта (восстановления), после которой элементы становятся работоспособными.

Показатели делятся на две группы по ремонтопригодности (см. выше).

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Методы расчета надежности

Каждому этапу разработки или модернизации системы соответствует определенный уровень расчета надежности. Как правило, выделяют три уровня расчетов: прикидочный; ориентировочный; окончательный. В таблице 1 показана примерная связь этапов разработки и уровней расчетов надежности систем автоматики и полупроводниковой техники.

На стадии прикидочного и ориентировочного расчетов предполагается, что объект (система) собран по основной схеме, интенсивность отказов всех элементов не зависит от времени, = const. Отказы элементов происходят случайно, любой отказ не вызывает изменения характеристик (работоспособности) элементов, кроме отказавшего, то есть поток отказов принимается простейшим.

В реальных условиях эксплуатации элементы, из которых собрана система, зачастую оказываются в условиях значительно отличающихся от расчетных (номинальных). Это обстоятельство влияет как на надежность элементов, так и на систему в целом.

Для электротехнических установок наиболее существенными факторами являются: электрическая нагрузка и скорость ее изменения; механические воздействия (вибрация, тряски, удары); влажность окружающего воздуха; наличие пыли в воздухе и др. Чаще всего указанные факторы учитываются с помощью соответствующих поправочных коэффициентов. С учетом поправочных коэффициентов интенсивность отказов элемента определяется по выражению , где - интенсивность отказов i-го элемента в номинальных условиях; - поправочный коэффициент, учитывающий влияние электрической нагрузки на i-й элемент; - поправочный коэффициент, учитывающий влияние окружающей температуры на i-й элемент.

Таким образом, производится учет и других факторов.

Таблица 1. Этапы разработки и уровни расчетов надежности

Этапы разработки системы	Уровень расчета
Предэскизный проект. Разработка технического задания	Прикидочный расчет с целью определения норм надежности
Эскизный проект	Ориентировочный расчет норм надежности
Технический проект	Окончательный расчет с учетом режимов работы элементов и факторов, воздействующих на систему
Рабочий проект	Окончательный вариант расчета с учетом дополнительных факторов, зависящих от принятых схемных и конструктивных решений
Готовый объект (стендовые и натурные испытания)	Экспериментальная оценка уровня надежности объекта. Выявление узлов с недостаточной надежностью. Введение необходимых коррективов в схему и конструкцию. Внесение поправок в окончательный расчет

В таблице 2 в качестве примера даны поправочные коэффициенты для расчета lв условиях воздействия на элемент механических факторов.

Таблица 2. Коэффициенты, учитывающие воздействие внешних факторов

Условия эксплуатации аппаратуры	От вибрации	От ударной нагрузки	Результирующий коэффициент a
Лабораторные	1,0	1,0	1,0
Станционные полевые	1,04	1,03	1,071
Автофургонные	1,35	1,08	1,458
Железнодорожные	1,4	1,1	1,54

В специальной литературе по надежности даны таблицы и номограммы для определения поправочных коэффициентов при соответствующих величинах воздействующих факторов.

Проанализируем основные причины возникновения отказов в наиболее распространенных элементах автоматики и систем электроснабжения.

Резисторы - наиболее часто используемые элементы. Их надежность достаточно велика. У этих элементов наиболее частым видом отказа является обрыв. Статистические данные показывают, что свыше 55% отказов резисторов происходит из-за обрывов и 35-40% - из-за перегорания проводящего элемента, то есть 90-95% отказов связано с обрывом цепи резистора.

Конденсаторы, как и резисторы, широко распространены в схемах автоматики. Наиболее частый вид отказов конденсатора - пробой диэлектрика и перекрытие изоляции между обкладками (поверхностный разряд). Отказ конденсатора типа "короткое замыкание" составляет около 50% всех отказов.

В высоковольтных измерительных и силовых трансформаторах отказы наиболее часто обусловлены пробоем межобмоточной и слоевой изоляции. Снижение электрической прочности изоляции связано с низкой влагозащищенностью обмоточных материалов, ускорением старения диэлектрика, находящегося под воздействием случайно изменяющейся температуры и влажности. Для трансформаторов и дросселей эта зависимость может быть выражена с помощью температурных коэффициентов интенсивности отказов, значения которых зависят от типа трансформатора.

У полупроводниковых приборов - диодов, транзисторов, тиристоров, микросхем постепенные и внезапные отказы возникают чаще, чем другие виды отказов. Наиболее характерным изменением параметров полупроводниковых приборов, приводящим к постепенным отказам, является увеличение обратного тока диодов и неуправляемых обратных токов коллекторных переходов транзисторов и тиристоров. Внезапные отказы являются следствием ошибок в конструкции полупроводниковых приборов и нарушения технологии их изготовления. На основе данных о работе полупроводниковых приборов в различных схемах можно считать, что около 80% их отказов являются постепенными. В справочной литературе, в частности в, достаточно широко учтены влияющие факторы на работоспособность полупроводниковых приборов в виде поправочных коэффициентов, определяемых по таблицам или номограммам.

Расчет надежности рекомендуется проводить в следующем порядке.

1. Формируется понятие отказа. Прежде чем приступить к расчету надежности, необходимо четко сформулировать, что следует понимать под отказом объекта (системы) и выделить для расчета только те элементы, которые ведут к отказу объекта. В частности, по всем элементам следует задать вопрос, что произойдет с системой, если откажет определенный элемент? Если с отказом такого элемента система отказывает, то в системе анализируемый элемент включается последовательно (относительно схемы расчета надежности).

2. Составляется схема расчета надежности. Схему расчета надежности целесообразно составлять таким образом, чтобы элементами расчета были конструктивно оформленные блоки (звенья), которые имеют свои показатели надежности, техническую документацию, нормативы содержания и другие документы. Если в расчетах эти элементы работают не одновременно, то целесообразно такие элементы распределять по времени их работы на группы и образовать из этих групп самостоятельные блоки расчета. На схеме расчета надежности желательно указывать время работы каждого расчетного элемента.

3. Выбирается метод расчета надежности. В соответствии с видом расчета надежности выбираются расчетные формулы, и для определения интенсивности отказов системы по соответствующим таблицам и номограммам определяются величины интенсивности отказов элементов. При наличии ведомостей режимов работы элементов вычисляются поправочные коэффициенты для уточнения интенсивности отказов всех элементов. Если в течение времени работы системы элементы имеют не постоянную интенсивность отказов, но существуют четко выраженные временные интервалы, где интенсивность отказов элементов постоянна, то для расчета используется так называемая эквивалентная интенсивность отказов элемента. Допустим, что интенсивность отказов элемента за период времени t1 равна l1, за последующий период t2 равнаl2 и т.д. Тогда интенсивность отказов элемента за период времени t = t₁+t₂+t₃+…+t_k будет.

4. Составляется таблица расчета интенсивности отказов системы с учетом всех расчетных элементов схемы.

5. Составляется таблица с учетом всех элементов схемы и режимов их работы для окончательного расчета надежности с использованием поправочных коэффициентов.

6. Рассчитываются количественные характеристики надежности.

Данные расчеты заносят в типовые таблицы, в которых на основе найденной интенсивности отказов определяются и заносятся другие показатели надежности.

Расчеты предлагаются в виде технического отчета, который должен содержать:

1) структурную схему надежности с кратким пояснительным текстом;

2) формулировку понятия отказа системы;

3) расчетные формулы для определения количественных показателей надежности;

4) расчет показателей надежности, сведенный в таблицы и графики;

5) оценку точности расчета с обоснованием принятых математических моделей;

6) выводы и рекомендации.