Файл: Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник.pdf

Г Л А В А XIV

НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

§ 40. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ

НАДЕЖНОСТИ

Автоматизация производственных процессов приводит к ус­ ложнению машин и различных устройств, что, в свою очередь, уменьшает надежность их работы. В настоящее время, как было отмечено акад. А. И. Бергом, проблема надежности является са­ мым важным вопросом из всех вопросов технического прогресса. Как показывает история развития техники, технический прогресс определяется не только открытием новых законов, не только со­

расчета и оценки надежности, разрабатывает наиболее эффектив­ ные пути повышения работоспособности деталей, узлов, агрега­ тов, устройств, механизмов, машин и целых систем. Надежность, по определению акад. А. И. Берга, «...это обобщенный, статисти­ ческий, количественный показатель, который дает итоговую оцен­ ку многим качествам изделий»1.

Теории надежности, как любой науке, свойственны свои поня­

Предметом изучения в теории надежности является поведение изделия. Под изделием подразумеваются и целые системы, и эле­ менты этих систем, т. е. машины, механизмы, аппараты, приборы и части машин, механизмов, аппаратов и приборов, т. е. агрега­ ты, узлы и детали.

Все изделия делятся на неремонтируемые или изделия, заме­ няемые после первого ремонта, и ремонтируемые. Такое деление необходимо, так как показатели надежности ремонтируемых и неремонтируемых изделий различны.

Любое изделие может находиться в одном из следующих че­ тырех состояний: исправное и работоспособное; исправное, но не­

1 А. И. Бе р г . Кибернетика и надежность. М., «Знание», 1963, стр. 24.

266

спараметрами, установленными технической документацией.

Впроцессе эксплуатации изделий возникают различные неис­ правности. Неисправности, которые приводят к неисправному со­ стоянию, а работоспособность изделия при этом сохраняется, на­

Примером постепенного (износного) отказа является износ щеток электри­ ческого двигателя. Отказы, вызванные механическим износом, можно прогно­ зировать на основе известных характеристик изнашивания, что дает возмож­ ность предотвращать отказ своевременной заменой щеток при обслуживании.

Возникновение внезапного отказа предвидеть невозможно, однако, если известна интенсивность отказов, статистически можно предсказать вероятность возникновения внезапного отказа для любого периода времени.

Например, в схеме автоматики произошло короткое замыкание, в резуль­ тате которого возросла нагрузка на лампу и она вышла из строя. Такой отказ

267

Отказы по способу устранения:

а) с заменой детали — отказ, при котором требуется замена отказавшей детали;

б) без замены детали — отказ, который может быть устранен регулировкой.

Отказы по частоте возникновения:

а) единичный — отказ, возникший вследствие грубого наруше­ ния правил эксплуатации или производственного дефекта;

б) систематический — часто повторяющийся отказ вследствие одной и той же причины.

Отказы по времени возникновения:

а) в период приработки; б) в период нормальной эксплуатации;

в) в аварийный период, следующий за периодом нормальной эксплуатации.

обслуживания или ремонта.

Из рассмотренной классификации можно сделать вывод, что вариации времени безотказной работы зависят от вариации каче­ ства изготовления (конструктивные, технологические, производст­ венные отказы), от условий эксплуатации (эксплуатационные, ре­ монтные отказы), от производственного процесса из-за посте­ пенного изнашивания (старение).

При анализе причин возникновения отказов элементов авто­ матических систем целесообразно выделять группу элементов электрической части оборудования (двигатели, сопротивления, ре­ ле, конденсаторы, электронные лампы, полупроводниковые при­ боры), группу элементов механической части (передачи, рычаж­ ные системы, подшипники) и группу вспомогательных элементов (болты, панели, винты, кожухи).

Для правильной оценки показателей надежности необходимо проанализировать схемы возникновения отказов, которые могут быть следующими.

1. Схема мгновенных отказов.

Отказы по этой схеме возникают независимо от того, сколько времени из­ делие находилось в эксплуатации и каково его состояние. Например, отказ реле может возникнуть вследствие резкого повышения напряжения.

2. Схема накапливающихся изменений.

268

При такой схеме возникновения отказа в изделии постепенно накаплива­ ются повреждения (постепенное изнашивание, старение), которые приводят к ухудшению параметров работы. Когда эти накапливающиеся изменения приве­ дут изделие к предельному состоянию, время до выхода его за допустимый предел является временем безотказной работы.

Например, при работе ламп наблюдается постепенное выделение и накоп­ ление кислорода и водяных паров в баллоне лампы и другие изменения, кото­ рые приводят к ухудшению ее параметров. При определенных значениях этих параметров лампу можно расценивать как непригодную, т. е. отказавшую в результате накопившихся изменений.

3. Схема релаксации.

Бывают случаи, когда постепенно накопившиеся изменения являются не прямой, а косвенной причиной отказа, т. е. накопление повреждений приводит к росту вероятности отказа. Для этой схемы характерно сочетание постепен­ ного накопления повреждений со скачкообразным изменением состояния из­ делия.

Например, отказ зарезервированной электронной схемы, когда нагрузка на нее возрастает вследствие отказа резервных элементов.

4. Схема действия нескольких независимых причин.

Чаще всего на практике отказ наступает вследствие взаимодействия раз­ личных причин, но обычно из всех причин одна-две являются преобладающи­ ми, а влияние остальных причин настолько слабо, что на них не обращают внимание.

При исследовании надежности изделия прежде всего стремятся выявить преобладающие причины отказов, а затем, если есть необходимость, выявляют остальные. В том случае, если все причины действуют одновременно и оказы­ вают одинаковое влияние, целесообразно все причины условно заменить одной, эквивалентной всем одновременнодействующим.

5. Схема действия нескольких связанных (зависимых) причин.

ли производительности, экономичности, рентабельности) в задан­ ных пределах в течение требуемого промежутка времени или тре­ буемой наработки, которая характеризуется продолжительностью

тоспособность, т. е. работать без отказов, в течение установлен­ ного периода времени или наработка без перерывов на проведе­ ние технического обслуживания и ремонта.

Д о л г о в е ч н о с т ь — свойство изделия сохранять работоспо­ собность до предельного состояния с необходимыми перерывами

269