Розділ 3 ЗАХОДИ ЩОДО ФОРМУВАНЯ ПОКАЗНИКІВ НАДІЙНОСТІ НА РІЗНИХ ЕТАПАХ ПРОЕКТУВАННЯ

 

3.1 Вибір і обґрунтування показників надійності

 

При проектуванні ТЗ необхідно виконувати низку заходів із забезпечення надійності. Основними з них є такі:

а) вибір і обґрунтування принципів технічного обслуговування;

б) вибір основного показника надійності;

в) призначення норм надійності;

г) розподіл норм надійності ТЗ по елементах.

На практиці існують такі три основних види технічного обслуговування і ремонту:

- за календарними термінами незалежно від напрацювання ТЗ;

- за виробленням встановлених заздалегідь міжремонтних ресурсів;

- за технічним станом.

Технічне обслуговування і ремонт за календарними термінами призводять до невиправданих матеріальних витрат, оскільки не враховується такий факт як використовувався об'єкт чи ні.

Технічне обслуговування і ремонт за виробленням ресурсу трохи ускладнює конструкцію об'єкта (за рахунок вимірювача напрацювання). Організація технічного обслуговування залишається тут порівняно простою. Проте економія засобів використовується не повністю.

При технічному обслуговуванні за технічним станом періодично контролюється визначальний (головний) параметр. Рішення про заміну, ремонт і технічне обслуговування приймається за результатами контролю, коли визначальний (головний) параметр характеризує наближення ТЗ до відмови або до межі допуску. При цьому значно скорочуються витрати на обслуговування, на дорогі елементи і підвищується надійність.

Що стосується принципів вибору показників надійності, то при порівнянні об'єктів за надійністю виявляється, що показники надійності (ПН) нерівнозначні.

Як приклад розглянемо дві модифікації об'єкта, що мають різні функції надійності 1 і 2 (рис. 3.1).

Протягом технічного ресурсу tp вірогідність безвідмовної роботи дорівнює . Проте значення середнього напрацювання на відмову (дорівнює площі під кривою P(t)) для першої модифікації менше, ніж для другої, тобто <

. (3.1)

Рисунок 3.1 – Графіки функцій надійності

Тому, якщо прийняти за основу показник вірогідності безвідмовної роботи (БР) протягом ресурсу, то кращою буде перша модифікація (див. рис. 3.1). Якщо ж прийняти за основу показник середнього напрацювання на відмову, то кращою буде друга модифікація.

Звідси витікає необхідність розробки методики вибору нормованих показників надійності.

Перша така методика була описана в 1968 році в роботі «Общая методика выбора номенклатуры нормируемых показателей надежности технических устройств для включения в ГОСТ, ТУ и в систему планирования». Відповідно до цієї методики головним вважається той показник надійності, який входить у формулу середнього економічного ефекту від використання виробу.

Аналогічно була побудована методика, що опублікована в 1972 році в роботі «Методика выбора показателей для оценки надежности сложных технических систем».

Ці методики створили основи наукового підходу до нормування показників надійності. Недолік їх полягає в тому, що в них показники вибираються для ізольованих засобів і мало враховують необхідність забезпечення якості функціонування систем більш високого рівня.

Тому зараз часто використовують більш загальну методику вибору показників надійності. Вона полягає в такому:

1. Збирають відомості про систему, в яку входить досліджуваний об'єкт, і послідовно аналізують чинники, що впливають на вибір показників надійності;

2. Встановлюють призначення об'єкта. При цьому всі об'єкти діляться на три групи:

а) об'єкти, призначені для роботи в системах, ефективність яких може бути оцінена економічними показниками;

б) об'єкти, функціонування яких може бути пов'язане із забезпе-ченням безпеки;

в) об'єкти, для яких не можна вказати призначення систем, в яких вони будуть використані.

Розглянемо об'єкти першого типу.

Більшість вживаних показників економічної ефективності є функціями від математичного сподівання ξ і η, де: ξ – вихідний корисний ефект, а η – витрати на техобслуговування і експлуатацію.

Величини ξ і η  залежать від випадкових величин: напрацювання до відмови Т, часу (напрацювання) між відмовами , часу відновлення .

Для відновлюваних об'єктів, коли перерви в роботі допустимі, основними показниками надійності є середній час напрацювання на відмову і середній час відновлення або комплексний показник – коефіцієнт готовності, який залежить від двох попередніх показників.

При призначенні показників надійності систем другого типу (виходячи з умов безпеки) необхідно виділити основні чинники, що впливають на безпеку. Відповідні математичні моделі повинні враховувати випадкові процеси, що протікають при появі відмов.

Для третьої групи об'єктів, для яких не можна вказати тип системи, доцільно призначати одну будь-яку повну характеристику надійності:

  •  для неремонтовних засобів – функція надійності P(t) або щільність розподілу напрацювання до відмови, або інтенсивність відмов λ(t);
  •  для ремонтовних засобів, але невідновлюваних в процесі застосування розраховують або вірогідність БР Р(t1, t2) на проміжку часу (t1, t2), або параметр потоку відмов;
  •  для ремонтовних відновлюваних в процесі застосування засобів показники надійності (ПН) розраховуються в календарному часі.

    На практиці, якщо відомий або передбачається певний тип закону розподілу часу БР (напрацювання до відмови), то доцільно задавати:

    а) при показниковому розподілі один з таких показників:

    - інтенсивність відмов λi;

    - середнє напрацювання до відмови Tср;

    - вірогідність БР Р(∆t) на заданому інтервалі часу ∆t;

    б) при двопараметричному законі розподілу напрацювання до відмови або між відмовами використовуються два показники, наприклад, при нормальному розподілі Tср та σТ, або Р(t1) та Р(t2) – значення ймовірностей БР при двох значеннях інтервалу часу роботи (0, t1) та (0, t2);

    в) при невідомому типі закону розподілу рекомендується задавати такі значення:

    - P(t) або λ(t);

    - параметр потоку відмов (t);

    - інші показники надійності не менше ніж при трьох значеннях заданого напрацювання (часу).

     

    3.2 Призначення норм надійності

     

    Після вибору основних показників надійності необхідно задати певні значення цих показників. При цьому повинні враховуватися економічні міркування і можливості виробництва.

    Спочатку знаходяться норми надійності, що відповідають можливостям виробництва. Потім вони уточнюються і вибираються заходи для підвищення надійності, найбільш вигідні економічно.

    При складанні технічного завдання обґрунтувати кількісні норми (вимоги) до надійності та інших експлуатаційних властивостей зазвичай вдається лише після розгляду відповідних характеристик вже існуючих аналогів. Таким чином, необхідно мати прототип і враховувати тенденції зміни його характеристик.

    Значення норм надійності прототипу необхідно корегувати із врахуванням таких чинників:

    1) технічних характеристик об'єкта, що проєктується;

    2) технічного прогресу за час його проектування і виготовлення;

    3) змін умов експлуатації;

    4) лімітувальних чинників (вартість, вага, габарити і ін.);

    5) значення наслідків відмов;

    6) кваліфікації операторів і деяких інших специфічних для кожного засобу чинників.

     

    3.2.1 Врахування технічних характеристик об'єкта, що проектується.

     

    Для врахування технічних характеристик об'єкта, що проектується, необхідно порівняти показники заново проектовного об'єкта з аналогічними показниками існуючих об'єктів з відомою надійністю. При цьому необхідно мати залежності ПН об'єктів даного типу від основних технічних характеристик (чутливості, потужності та ін.).

    Щоб отримати такі залежності зазвичай будують графіки. У цих графіках по вертикальній осі відкладають значення ПН, а по горизонтальній осі – значення досліджуваної технічної характеристики.

    Розглянемо для прикладу залежність ПН (позначимо його через z) від технічної характеристики (позначимо її значення через m) (рис. 3.2).

    На рис. 3.2 у вигляді окремих точок нанесені дані для ТЗ розгядуваного типу.

    Через точки графіка проводять пряму z=a+bm.

    Параметри цієї прямої підбирають за методом найменших квадратів.

    Рисунок 3.2 – Характеристика зміни показника надійності від технічної характеристики

    Відповідно до методу найменших квадратів мінімізується такий вираз:

    . (3.2)

    Значення а та b знаходять із системи рівнянь:

    . (3.3)

    Якщо графіки будують для декількох технічних характеристик m1, …, mn, то аналогічно можуть бути мінімізовані суми квадратів різниць і обчислені значення a, b1, …, bn.

    Якщо апроксимувальні прямі мають значний нахил, то вони підлягають подальшому розгляду. Для цього графіки цих прямих нормалізують. При цьому значення ПН ділять на середнє значення ПН всіх даних об'єктів. Значення всіх інших показників ділять на середнє значення кожного показника.

    Наприклад. Знаходимо залежність ПН P(t) від потужності об'єкта W, тоді:

    , (3.4)

    де Wi, Wcp     – відповідно споживана потужність і середнє споживання потужності i-м об'єктом;

    , – відповідно вірогідність БР і середня вірогідність БР i-го об'єкта.

    Потім будуємо графіки у відносних одиницях (рис. 3.3).

    Рисунок 3.3 – Відносна характеристика зміни показника надійності від потужності об’єкту

    Використовуючи такі графіки, можна приблизно оцінити вплив зміни технічних характеристик об'єкта на величину показника (норми) надійності.

    В результаті розгляду одного або декількох (при декількох технічних характеристиках) таких графіків може бути знайдений коефіцієнт KТ, який враховує технічні характеристики об'єкта. Цей коефіцієнт дорівнює відношенню ПН засобу, що проектується, до ПН прототипу.

    		•