Діагностика і надійність систем управління
Ченчик Володимир Олександрович
Ст. викладач каф. АіІТ
Колобов Олександр Борисович
к. т. н. доцент каф. Т і ПМ
Представлений курс лекцій складений з урахуванням основних кваліфікаційних вимог, обов'язкових знань та навичок, необхідних для російської сертифікації фахівців з неруйнівного контролю та технічної діагностики (СДС РОНКТД) і сертифікації інженерів і аудиторів в області надійності і якості Американського Товариства з Контролю Якості (АОКК), на основі світових (ТК 56 МЕК «Надійність») і російських (ТК 119 «Надійність в техніці») стандартів.
Матеріал лекцій присвячений основним розрахунковим моделям оцінки надійності невідновлюваних і відновлюваних технічних об'єктів. Підкреслено універсальність пропонованих моделей, можливість застосування їх в різних областях техніки.
Оскільки базою основних понять і моделей надійності є моделі теорії ймовірностей, недостатньо або не завжди вивчаються студентами, курс лекцій містить додаток з необхідними відомостями з теорії ймовірностей.
Детальну інформацію про практичні додатках оцінки надійності, забезпечення надійності при експлуатації об'єктів і діагностуванні технічного стану об'єктів можна отримати в Проблемною НДЛ вібродіагностики кафедри Т і ПМ ІГЕУ.
Основні поняття НАДІЙНОСТІ. КЛАСИФІКАЦІЯ ВІДМОВ. СКЛАДОВІ НАДІЙНОСТІ.
Терміни та визначення, що використовуються в теорії надійності, регламентовані ГОСТ 27.002-89 «Надійність в техніці. Терміни та визначення".
^ 1. Основні поняття
Надійність - властивість об'єкта виконувати задані функції, зберігаючи в часі і в заданих межах значення встановлених експлуатаційних показників.
Об'єкт - технічний виріб певного цільового призначення, що розглядається в періоди проектування, виробництва, випробувань і експлуатації.
Об'єктами можуть бути різні системи і їх елементи.
Елемент - найпростіша складова частина виробу, в задачах надійності може складатися з багатьох деталей.
Система - сукупність спільно діючих елементів, призначена для самостійного виконання заданих функцій.
Поняття елемента і системи трансформуються в залежності від поставленого завдання. Наприклад, верстат, при встановленні його власної надійності розглядається як система, що складається з окремих елементів - механізмів, деталей і т.п. а при вивченні надійності технологічної лінії - як елемент.
Надійність об'єкта характеризується наступними основними станами та подіями.
Справність - стан об'єкта, при якому він відповідає всім вимогам, встановленим нормативно-технічною документацією (НТД).
Працездатність - стан об'єкта, при якому він здатний виконувати задані функції, зберігаючи значення основних параметрів, встановлених НД.
Основні параметри характеризують функціонування об'єкта при виконанні поставлених завдань.
Поняття справність ширше, ніж поняття працездатність. Працездатний об'єкт зобов'язаний задовольняти лише тим вимоги НТД, виконання яких забезпечує нормальне застосування об'єкта за призначенням. Таким чином, якщо об'єкт непрацездатний, то це свідчить про його несправність. З іншого боку, якщо об'єкт несправний, то це не означає, що він непрацездатний.
^ Граничний стан - стан об'єкта, при якому його застосування за призначенням неприпустимо або недоцільно.
Застосування (використання) об'єкта за призначенням припиняється в наступних випадках:
при непереборному порушення безпеки;
при непереборному відхиленні величин заданих параметрів;
при неприпустиме збільшення експлуатаційних витрат.
Для деяких об'єктів граничний стан є останнім в його функціонуванні, тобто об'єкт знімається з експлуатації, для інших - певною фазою в експлуатаційному графіку, що вимагає проведення ремонтно-відновлювальних робіт. У зв'язку з цим, об'єкти можуть бути:
невідновлювані. для яких працездатність в разі виникнення відмови, не підлягає відновленню;
відновлювані. працездатність яких може бути відновлена, в тому числі і шляхом заміни.
До числа невідновлювальних об'єктів можна віднести, наприклад: підшипники кочення, напівпровідникові вироби, зубчасті колеса і т.п. Об'єкти, що складаються з багатьох елементів, наприклад, верстат, автомобіль, електронна апаратура, є відновлюваними, оскільки їх відмови пов'язані з ушкодженнями одного або небагатьох елементів, які можуть бути замінені.
У ряді випадків один і той же об'єкт в залежності від особливостей, етапів експлуатації або призначення може вважатися відновлюваним або невідновлюваних.
Відмова - подія, що полягає в порушенні працездатного стану об'єкта.
Критерій відмови - відмітна ознака або сукупність ознак, згідно з якими встановлюється факт виникнення відмови.
^ 2. Класифікація і характеристики відмов
За типом відмови підрозділяються на:
відмови функціонування (виконання основних функцій об'єктом припиняється, наприклад, поломка зубів шестерні);
відмови параметричні (деякі параметри об'єкта змінюються в неприпустимих межах, наприклад, втрата точності верстата).
За своєю природою відмови можуть бути:
випадкові, обумовлені непередбаченими перевантаженнями, дефектами матеріалу, помилками персоналу або збоями системи управління і т. п .;
систематичні, обумовлені закономірними і неминучими явищами, що викликають поступове накопичення пошкоджень: втома, знос, старіння, корозія і т. п.
Основні ознаки класифікації відмов:
характер виникнення;
причина виникнення;
характер усунення;
наслідки відмов;
подальше використання об'єкта;
легкість виявлення;
час виникнення.
Розглянемо докладніше кожен з класифікаційних ознак:
раптова відмова - відмова, що виявляється в різкому (миттєвому) зміні характеристик об'єкта;
поступова відмова - відмова, що відбувається в результаті повільного, поступового погіршення якості об'єкта.
Раптові відмови зазвичай проявляються у вигляді механічних пошкоджень елементів (тріщини - крихке руйнування, пробої ізоляції, обриви і т. П.) І не супроводжуються попередніми видимими ознаками їх наближення. Раптова відмова характеризується незалежністю моменту настання від часу попередньої роботи.
Поступові відмови - пов'язані із зносом деталей і старінням матеріалів.
конструкційний відмову, викликаний недоліками і невдалою конструкцією об'єкта;
виробничий відмову, пов'язаний з помилками при виготовленні об'єкта через недосконалість або порушення технології;
ізносовие відмови, викликані незворотними процесами зносу деталей, старіння матеріалів та ін.
^ 3. Складові надійності
безвідмовність;
довговічність;
ремонтопридатність;
збереженість.
Безвідмовність - властивість об'єкта безупинно зберігати працездатність протягом деякого напрацювання або протягом деякого часу.
Напрацювання - тривалість або обсяг роботи об'єкта, яка вимірюється в будь-яких неубутних величинах (одиниця часу, число циклів навантаження, кілометри пробігу і т. П.).
Довговічність - властивість об'єкта зберігати працездатність до настання граничного стану при встановленій системі технічного обслуговування і ремонтів.
Ремонтопридатність - властивість об'єкта, що полягає в його пристосованості до попередження і виявлення причин виникнення відмов, підтримці і відновленню працездатності шляхом проведення ремонтів і технічного обслуговування.
Збереженість - властивість об'єкта безупинно зберігати необхідні експлуатаційні показники протягом (і після) терміну зберігання і транспортування.
Залежно від об'єкта надійність може визначатися усіма перерахованими властивостями або частиною їх. Наприклад, надійність колеса зубчастої передачі, підшипників визначається їх довговічністю, а верстата - довговічністю, безвідмовністю і ремонтопридатністю.
^ 4. Основні показники надійності
Показник надійності кількісно характеризує, якою мірою даному об'єкту притаманні певні властивості, що зумовлюють надійність. Одні показники надійності (наприклад, технічний ресурс, термін служби) можуть мати розмірність, ряд інших (наприклад, ймовірність безвідмовної роботи, коефіцієнт готовності) є безрозмірними.
Розглянемо показники складової надійності - довговічність.
Технічний ресурс - напрацювання об'єкта від початку його експлуатації або відновлення експлуатації після ремонту до настання граничного стану. Строго кажучи, технічний ресурс може бути регламентований в такий спосіб: до середнього, капітального, від капітального до найближчого середнього ремонту і т. П. Якщо регламентація відсутня, то мається на увазі ресурс від початку експлуатації до досягнення граничного стану після всіх видів ремонтів.
Для невідновлювальних об'єктів поняття технічного ресурсу і напрацювання до відмови збігаються.
Призначений ресурс - сумарне напрацювання об'єкта, при досягненні якої експлуатація повинна бути припинена незалежно від його стану.
Термін служби - календарна тривалість експлуатації (в тому числі, зберігання, ремонт і т. П.) Від її початку до настання граничного стану.
На рис. приведена графічна інтерпретація перерахованих показників, при цьому:
t0 = 0 - початок експлуатації;
t1. t5 - моменти відключення з технологічних причин;
t3. t7 - моменти виводу об'єкта в ремонт, відповідно, середній і капітальний;
t9 - момент припинення експлуатації;
t10 - момент відмови об'єкта.
Технічний ресурс (напрацювання до відмови)
Для більшості об'єктів електромеханіки як критерій довговічності найчастіше використовується технічний ресурс.
Контрольні питання:
У чому полягає поняття надійності як властивості об'єкта?
Перерахуйте і дайте визначення основних станів і подій, якими характеризується надійність?
У чому спільність і відмінності станів «справність» і «працездатність» об'єкта?
За яких умов настає граничний стан об'єкта?
Якими можуть бути об'єкти по здатності до відновлення працездатного стану?
Якими можуть бути відмови по типу і природу походження?
Перерахуйте основні ознаки класифікації відмов?
Перерахуйте і дайте визначення властивостей (складових) надійності?
Дайте визначення показника надійності?
Перерахуйте і поясніть показники довговічності?
лекція 2