Комплексная механизация и автоматизация производства

     Большинство факторов, определяющих восстанавливаемость  системы, трудно оценить количественно  и тем более определить экспериментально, поэтому систему надо проектировать  таким образом, чтобы исключить  влияние факторов, не поддающихся количественной оценке.

     Восстанавливаемость можно существенно увеличить, применяя современные методы обнаружения и устранения неисправностей в системе. Эти методы развиваются в трех направлениях:

1) создание  встроенных в систему диагностирующих устройств или применение специальных автоматических тестеров;

2) разработка  методов и оборудования для  граничных испытаний позволяющих профилактически заменять элементы, параметры которых в значительной степени изменились вследствие износа или старения;

     3) перераспределение функций, выполняемых  элементами при появлении отказов,  и самонастройка параметров системы,  При этом структура системы  выбирается таким образом, чтобы  элементы, принявшие на себя функции  отказавших элементов, в условиях  повышенных на них нагрузок были бы в состоянии обеспечить эффективную работоспособность системы до окончания выполнения стоящих перед системой задач.      Отказавшие элементы можно восстановить в период проведения профилактических мероприятий.

     Квалификация  и подготовка обслуживающего персонала оказывает в большинстве случаев решающее влияние на восстанавливаемость системы. Неопытность обслуживающего персонала приводит не только к увеличению времени восстановления системы, но и к появлению новых отказов.

     Готовность  – свойство системы выполнять возложенные на нее функции  в любой произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации.

     Готовность  определяется как безотказностью, так  и восстанавливаемостью системы.

     Готовность  системы определяется ее безотказностью и восстанавливаемостью, которые в свою очередь, как было показано выше, являются вероятностными характеристиками системы. Таким образом, готовность системы также является вероятностной характеристикой.

      Под готовностью будем понимать вероятность того, что система в рассматриваемый момент времени готова для выполнения предназначенных ей функций, т.е. система должна быть готова к выполнению предназначенных ей функций к началу рабочего интервала времени. Для ряда автоматических систем связи, защиты, блокировки обычно требуется постоянная готовность.

     В статистическом смысле общим показателем  готовности может служить доля систем, готовых для использования в  течение требуемого рабочего интервала времени. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Основные  показатели уровня комплексной механизации и

автоматизации в промышленности

     Анализ  надежности автоматических систем и  ее составляющих может быть разделен на две задачи: статическую и динамическую. Надежность системы (при заданной схеме и конструкции) в основном зависит от двух параметров:

      - требуемого времени безотказной  работы,

      - условий эксплуатации системы.

       Когда эти параметры фиксируются,  то рассматривается статическая задача, которая базируется на основных положениях теории вероятностей.

     При статическом подходе надежность характеризуется числом подобно тому, как динамические звенья автоматической системы в установившемся режиме характеризуются коэффициентом передачи. Указанная аналогия позволит пользоваться при анализе надежности системы ее структурными представлениями, что наряду с наглядностью упрощает также составление уравнений надежности и их анализ.

     Когда требуемое значение интервала времени  безотказной работы или условия  эксплуатации системы не фиксируются при анализе надежности, возникает динамическая задача. Основным математическим аппаратом при решении динамической задачи наряду с классической теорией вероятностей является теория случайных процессов. Основные зависимости и уравнения динамической задачи становятся более сложными, чем в статической задаче, поэтому решать ее удобно с помощью преобразований Лапласа, Меллина, z-преобразования.

     Применение  для решения динамических задач  теории надежности указанных преобразований позволяет, так же как и в статической задаче, пользоваться структурными методами. Обычно с решением динамической задачи связывается надежность восстанавливаемых систем.

     Динамическая  задача дает возможность также разработать  критерии надежности систем или ее отдельных составляющих. Учитывая, что надежность системы является вероятностной характеристикой, для разработки критериев можно использовать функции распределения вероятностей в зависимости от рассматриваемого динамического параметра или моменты функций распределения вероятностей.

     Функции распределения вероятностей представляют наиболее полную информацию о надежности системы. При этом в зависимости от целей исследования, особенностей рассматриваемой системы могут применяться интегральные, дифференциальные или условные   функции распределения вероятностей.

     Показателями надежности называются количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющих надежность системы. Выбор тех или иных показателей продиктован видом исследуемой системы. В теории надежности различают восстанавливаемые и невосстанавливаемые системы. К невосстанавливаемым относят системы, восстановление которых непосредственно после отказа считается нецелесообразным или невозможным, а к восстанавливаемым – в которых проводится восстановление непосредственно после отказа.

     Для невосстанавливаемых систем, как правило, ограничиваются показателями безотказности. Эти же показатели описывают системы, в принципе подлежащие восстановлению после отказов, но поведение которых целесообразно рассматривать до момента первого отказа. К их числу, например, можно отнести системы, чьи отказы чрезвычайно редки и вызывают особо тяжелые последствия.

     К показателям надежности невосстанавливаемых  систем относятся:

• Интегральный закон распределения времени безотказной работы;
• Интегральный закон распределения времени до отказа;
• Дифференциальный закон распределения времени исправной работы устройства до первого отказа;
• Среднее время безотказной работы (средняя наработка до отказа);
• Интенсивность отказов.

     Прежде  чем перейти к показателям надежности, необходимо ввести понятие наработки до отказа.

     Наработка до отказа (Т) – случайная величина, представляющая собой длительность работы невосстанавливаемой системы до наступления отказа. Для большей части систем наработка до отказа измеряется единицами времени, но она может измеряться и числом включений, срабатываний, циклов. Очевидно, что для систем, работающих без отключений (кроме отказов), наработка до отказа совпадает с временем безотказной работы.

     Основным  показателем для количественной оценки безотказности элемента, аппаратуры, приборов и АСУ является вероятность  безотказной работы P(t) в заданном интервале времени наработки t.

     Например, Р (1000) =0,99 означает, что из множества  элементов данного вида 1% откажет  раньше 1000 ч, или что для одного элемента его шансы проработать безотказно 1000 ч составляют  99%. Чем меньше наработка, тем больше P(t). Показатель P(t) полностью определяет безотказность невосстанавливаемых элементов, но применим также и к восстанавливаемым элементам до первого отказа. Вероятность безотказной работы статистически определяется отношением числа элементов n_i, безотказно проработавших до момента времени t, к числу элементов N  работоспособных в начальный момент времени t = 0

           P_i=n_i / N. (1)

     При значительном увеличении числа элементов N статистическая вероятность P_i* сходится к вероятности

           Р (t)=P{T.>t} (2)

     где T— наработка до отказа.

     Так как исправная работа и отказ  — события противоположные, то они  связаны очевидным соотношением:

           Q(t)=l - P(t) (3)

     где Q(t) —вероятность отказа, или интегральный закон распределения случайной величины — времени работы до отказа.

     Статистическое  значение вероятности отказа равно  отношению числа отказавших элементов  к начальному числу испытываемых элементов:

           Q_i*=1-n_i/N= (N-n_i)/N (4)

       Производная от вероятности отказа  f(t)=dQ(t)/dt=—dP(t)/dt есть дифференциальный закон, или плотность распределения случайной величины — времени исправной работы устройства до первого отказа и характеризует скорость снижения вероятности безотказной работы во времени.

     Интенсивностью  отказов l(t) называют отношение плотности распределения времени исправной работы к вероятности безотказной работы невосстанавливаемого устройства, которая взята для одного и того же момента времени t.                                          

           l(t)=f(t)/P(t)=-dP/d(t!/P(t). (5)

        Статистическая формула:

           l(t)*=2(N₁-N₂)/t(N₁+N₂) (6)

     где N₁— начальное количество исправных элементов; N₂ — количество исправных устройств через время t.

     Интенсивность отказов является наиболее удобной характеристикой безотказности систем и элементов. Как показывает опыт обработки статистических данных по эксплуатации различного оборудования, интенсивность отказов автоматических систем, а также отдельных элементов не может быть аппроксимирована аналитической зависимостью, соответствующей только одному теоретическому закону безотказности.

     Обработка большого количества информации об отказах  автоматических систем позволила получить общую качественную форму зависимости  интенсивности отказов от времени (рис.1).

     На  кривой, приведенной на рис.1  можно выделить три характерные области:

     1) начальных отказов П (область приработки); 2) случайных отказов С (область зрелости); 3)  отказов вследствие старения И (область стрости).

     В области П интенсивность отказов сначала возрастает, достигает максимального значения и затем уменьшается.  

     

     Рисунок 1 Зависимость интенсивности отказов от времени. 

     Верхняя граница области определяется переходом  интенсивности отказов зону постоянных значений. Начальные отказы могут быть обусловлены дефектами материалов, а также главным образом производственными дефектами и некоторыми другими факторами. Причины начальных отказов можно устранить опытной эксплуатацией системы, тренировкой в специальных условиях и режимах работы в течение периода времени, называемого периодом приработки. Продолжительность периода приработки, как показывает опыт, зависит от числа дефектов в системе.

     В области случайных отказов интенсивность  отказов остается величиной постоянной и определяется сложностью системы, качеством применяемых элементов и режимам их работы, условиями эксплуатации и некоторыми другими факторами. Интервал времени, в течение которого интенсивность отказов постоянна, представляет основной рабочий период систем. В некоторых случаях он совпадает с минимальным значением производственного ресурса системы. Начало роста интенсивности отказов определяет верхнюю границу области случайных отказов и нижнюю границу отказов из-за изношенности. С некоторым допуском возникновение  таких отказов может служить критерием долговечности.  Следует иметь в виду, что для некоторых систем долговечность может быть меньше, чем среднее время безотказной работы системы, рассчитанное как величина, обратная интенсивности отказов. Это обстоятельство следует учитывать при назначении гарантийного срока работы системы.