Нормирование показателей надежности

Под нормами надежности понимается перечень показателей и их численные значения для оценки надежности привода конкретного типа, предназначенного для работы в заданных условиях эксплуатации. (Определяется заказчиком или устанавливается на стадии разработки технического задания и проектирования).

Показатели надежности вступают в противоречие с другими показателями качества привода (стоимостью, эффективностью, и т.п.). Решение задачи нормирования надежности должно основываться на исследовании эффективности. Под эффективностью будем понимать выполнение за заданный период наибольшего объема работ с минимальными материальными затратами.

Нормирования подлежат в первую очередь – вероятность безотказной работы P(t) и ресурс . При проектировании приводов с высокими требованиями к безопасности эксплуатации необходимо всегда численно оценивать допустимую вероятность отказа.

Основным показателем эффективности привода является производительность и экономичность, т.е. затраты на выполнение заданных функций.

Задача нормирования надежности сводится к исследованию суммарных произведений затрат в зависимости от P(t).

Функциональная взаимосвязь произведенных затрат с P(t):

,

где - приведенные затраты связанные с обеспечением разработки и производства привода с заданным P(t); - ежегодные приведенные затраты связанные с ежегодным т.о. во время эксплуатации.

Затраты на проектирование и производство:

где - приведенные затраты на производство привода ( - нормировочный коэффициент на реновацию, Т – срок службы, Е – нормировочный коэффициент капитальных вложений, Сс –себестоимость производства привода); - годовые амортизационные расходы на капитальные вложения, - годовые накладные расходы).

Затраты связанные с т.о. во время эксплуатации:

где - затраты на проведение планового т.о.,

- затраты на ремонт после отказов,

- затраты из-за простоя машин в следствии отказа привода.

При достигается оптимальный (нормированный) уровень P(t), обеспечивающий минимальные суммарные затраты на производство и эксплуатацию привода.

7. Прогнозирование надежности привода

Прогнозирование – это решение вероятностной задачи о поведении системы в будущем в зависимости от возможных режимов и условий работы.

На основании режимов прогнозирования можно управлять надежностью в процессе отработки и эксплуатации путем планирования испытаний, т.о. и р.

К основным задачам прогнозирования относятся:

1) Прогнозирование закономерности изменения надежности привода в связи с перспективами развития производства, внедрения новых материалов, повышения параметров рабочего процесса.

2) Предсказание надежности конкретного привода на основе измерений его параметров.

3) Предсказание надежности привода работающего в экстремальных условиях эксплуатации.

Все задачи прогнозирования в общем случае согласуются с этапами проектирования, производства и эксплуатации, они взаимосвязаны и их решение требует разработки специальных методов.

На всех этапах жизненного цикла надежность привода претерпевает существенные изменения.

Надежность на этапе проектирования отражает проектируемые решения и условия работы, соответствующие схеме привода, а так же показатели надежности элементов, определяемые по справочным данным или результатам лабораторных исследований. (в целом добиваются требуемой надежности ).

В следующий период отработки и производства проводят лабораторные и стендовые испытания отдельных элементов и привода в целом. В ходе отработки дорабатывают схему, конструкцию и технологию изготовления, в результате чего надежность растет и достигает требуемого значения .

На этапе эксплуатации () объектом анализа надежности является реальный привод работающий в реальных условиях. Заданный на этапе эксплуатации показатель надежности может отличатся от , достигнутого в процессе отработки.

На этапе эксплуатации действуют четыре группы факторов, приводящих к изменению надежности:

1) Доработка в процессе подконтрольной эксплуатации,

2) ТОиР

3) Повышение опыта операторов и прю персонала,

4) Старение и износ

1-3 группы факторов повышающих надежность, 4 – понижает надежность. Анализ характера изменения надежности в процессе жизненного цикла позволяет ставить решать задачи оптимизации процесса создания и эксплуатации привода.

Повышение надежности путем доработки конструкции и технологии производства и т.о. обходятся дешевле, если она проводится на ранних стадиях создания.

Варьируя затраты на каждом этапе, можно управлять процессом изменения надежности.

8. Резервирование приводов.

Повышение надежности обычными конструктивно-технологическими средствами ограниченно и не может привести к принципиально новым качественным результатам.

Одним из путей повышения надежности при достаточном уровне конструкционно-технологических свойств элемента является резервирование (Р.)

Р. позволяет создать работоспособные системы из элементов, надежность которых меньше надежности всей системы.

Резервированием называется метод повышения надежности, включением в систему резервных (запасных) элементов (энергии). Любой метод Р. основан на принципе избыточности. Наряду с основными элементами или запасами работоспособности, необходимой для выполнения заданных функций, предусматриваются избыточные элементы (запасы работы), которые не являются функционально необходимыми.

Основной параметр, характеризующий Р. – кратность отношения числа резервных элементов к числу резервируемых (основных).

, кратность

где n – общее число элементов

е – число элементов, необходимых для нормального функционирования.

Если , то это дублирование.

Классификация методов Р.:

Р. с постоянной структурой – технические системы проектируют и эксплуатируют с постоянным составом элементов, необходимо для выполнения функций в предположении, что работоспособность ее в процессе эксплуатации не нарушается. Для компенсации отказов предусматривают избыточность по запасам прочности, энергии или времени функционирования.

Нагрузочное Р. – это увеличение запаса прочности элементов по отношению к воспринимаемой ими нагрузке.

Временное Р. – предусматривает использование избыточного времени в случае возможного отказа.

Р. с постоянной структурой является дополнением для Р. с переменной структурой.

Р. с переменной структурой – заключается в том, что предусматривается избыточность элементов или систем в целом по отношению к необходимым для нормального функционирования.

Раздельное Р. – резервируются только отдельные, наименее надежные элементы. (Эффективно, но не всегда технически можно реализовать)

Общее Р. – резервируется объект в целом.

Нагруженный резерв – резервируемые элементы находятся в том же режиме работы, что и основные. (эффективен, но не выгоден энергетически).

Ненагруженное Р. – резервируемые элементы находятся в выключенном состоянии и до момента включения не могут потерять работоспособность.

Облегченное Р. – резервируемые элементы находятся в менее нагруженном режиме, чем основные.

Раздельным способом резервируют: фильтры, подшипники, уплотнения, распределители, источники питания…

9. Расчет потребности в зап. частях.

Необходимая потребность в зап. частях металлургических машин может быть определена на основании методов теории надежности.

Будем рассматривать заменяемые элементы как невосстановимые, так как они ремонтируются в ремонтных цехах.

Рассмотрим металлургическую машину как систему, включающую различные заменяемые элементы.

Пусть система содержит N различных типов заменяемых элементов, каждый i-ый тип содержит одинаковых элементов, причем отказ любого элемента приводит к отказу системы.

Пусть вероятность отказа i-го типа в межремонтный период . Тогда, вероятность появления отказов элементов i-го типа за период может быть определена:

Потребность в зап. частях будет удовлетворена, если будет выполнятся условие:

(*)

где - число имеющихся в наличии зап. частей i-го типа.

Вероятность осуществления этого условия:

Количество зап. частей достаточно, если для всех типов выполняется условие (*). Для системы состоящей из элементов N различных типов, вероятность осуществления условия (*):

, (v)

Величина этой вероятности характеризует достаточность обеспечения системы зап. частями. Она задается равной некоторой величины (для металлического объекта ).

Требуемое количество зап. частей определяется из условия:

(**)

Оптимальное число запасных частей может быть определено из условия обеспечения их достаточности, исключая простой оборудования из-за отсутствия запасных частей, при min их стоимости.

Стоимость запасных частей определяется из выражения:

,

где - стоимость запасных частей i-го типа.

Задача минимизации величины может быть решена методом доминирующих последовательностей. Сущность задачи нахождения оптимизации вектора количественного состава запасных частей. , при котором и (**) выполняется.

В качестве начального выбираем вектор соответствует отсутствию запасных частей. При этом достаточно обеспечить систему запасных частей определяется:

и численно равна вероятности безотказной работы (надежности) заменяемых элементов.

На 1-ом полагают, что состав запасных частей включает только 1 элемент i-го типа. Приращение достаточно найти:

Из этого выражения определяется для каждого элемента i-го типа, находят и для соответствующего элемента принимают . В соответствии с этим на 1-ом этапе получаем доминирующий вектор .

Второй шаг. Добавляем 1 запасную часть. Вычисляем приращение достаточности для элемента, для которого была введена запасная часть. Определяется и (2 элемента по «1», ост. –«0»; или 1 элемент- «2»; ост. «0»).

На произвольном k-ом шаге приращение достаточности обеспечение запасными частями составит:

На каждом шаге определяют достаточность обеспечения запасными частями по формуле (v) и сравнивают ее с заданной . Задача считается решенной, если .