Файл: Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)..pdf

2) сложность и многофункциональность;

3)неравноценность выполняемых функций (например, измере­

ние, сигнализация, регистрация, аварийное предупреждение и т. п.);

4)выход из строя одного или нескольких элементов либо кана­

лов не приводит к отказу всей системы, а только снижает эффектив­ ность ее функционирования;

5)информация от различных источников обрабатывается не­

равнозначно (для измерения, сигнализации или управления);

6) по ряду каналов информация резервируется (например, п главным параметрам).

Учитывая указанные особенности для полной и всесторонней оценки надежности САК, нельзя считать достаточным применение

одного-единственного критерия, как например вероятности безот­ казной работы Р (t). Это тем более верно, что для такой многоканаль­ ной и многофункциональной системы, какой является САК, не пред­ ставляется возможным однозначно определить, что принимается за

отказ системы. И данный вопрос в литературе по надежности окон­

чательно еще не решен.

При анализе состава, структуры и особенностей САК представ­ ляется целесообразным иметь некоторое множество критериев, ко­ торые позволили бы оценить надежность в том понимании, как это трактуется в общей теории надежности (т. е. безотказность в работе в течение определенного времени, а также конструктивная и струк­ турная приспособленность к восстановлению); произвести сравни­ тельную оценку различных элементов системы по надежности; на­

метить пути повышения надежности. При таком подходе следует

разбить структуру системы на три уровня по степени сложности

составляющих элементов, как это показано на рис. 6.1.

Рассмотрим характерные особенности уровней, исходя из пред­ положения, что отказы в системе образуют простейший поток со­

бытий. Это подтверждается большим статистическим материалом для

210

Систем, построенных йз Электромеханических и электронных эле­ ментов.

Для I уровня с невосстанавливаемыми элементами и большой приспособленностью к унификации характерными являются:

а) интенсивность отказов как функция условий эксплуатации —

Т= -5 —!— .

э(онО

Определение надежности таких элементов несложно и полностью укладывается в известные методы, рекомендуемые общей теорией

надежности (например [10, 27, 32, 43, 80, 101]). Поэтому вопросы

определения надежности на I уровне «первичных» элементов не рас­

сматриваются.

Для 11 уровня характерным является то, что блоки, узлы и устройства, в него входящие, построены из элементов I уровня, т. е.

простейших первичных элементов. (К таким устройствам можно от­

нести обегающие устройства, аналого-цифровые преобразователи,

измерительные преобразователи и т. д.) Эта группа элементов си­

стемы уже относится к восстанавливаемым элементам, и для них

характерны:

а) интенсивность потока отказов в течение заданного времени,

равная сумме интенсивностей отказов первичных элементов I уровня,

г) коэффициент готовности как функция от количества запасных

Так же, как и в случае I уровня, определение надежности таких устройств и узлов хорошо известно из общей теории надежности и описано многими авторами, например, в приведенной литературе при

рассмотрении I уровня и в [16, 17, 18, 19]. Однако, учитывая,

что САК является системой измерительной, с большим числом

измерительных преобразователей, каналов и устройств, полностью

удовлетвориться оценкой надежности известными методами нельзя,

так как методы из приведенной литературы определяют только один вид надежности, характеризующийся внезапными отказами.

Весь комплекс проводящихся в этОм направлении работ, посвя^ щенных вопросам надежности и измерительных средств, в общем плане можно свести к следующему:

1) разработка методов расчета надежности на разных этапах проектирования по Яс. и (0 ;

2) разработка методов экспериментальной проверки надежности

впроцессе испытаний, в том числе и методов ускоренных испытаний;

3)разработка методов оценки поддержания и повышения экс­

плуатационной надежности.

По этой причине все известные исследования, как правило, ба­ зируются на зависимости между вероятностью безотказной ра­ боты Р (t) и временем работы t, которая в общем виде может быть

записана как

Все вышеизложенные методы совершенно не затрагивают метро­

логических (точностных) характеристик измерительных средств,

каналов и устройств. Это легко установить, если учесть, что реко­

мендованные в указанной выше литературе методы расчета надеж­

ности по ^с. и (/) сводятся в основном к следующей схеме:

выбирается величина кс. и (/) элементов; 4) определяются реальные величины нагрузок элементов и вы­

казов этих элементов в зависимости от условий работы; 6) по известным статистическим формулам, рекомендованным об­

щей теорией надежности, при допущении о независимости отказов элементов, определяется суммарная интенсивность отказов средств измерений по формуле (6.1.6). Это и дает оценку надежности по веро­ ятности безотказной работы в течение времени t.

Из анализа ряда работ и приведенной обобщенной схемы метода расчета надежности можно сделать следующие выводы:

а) в большинстве работ и во всех статистических справочниках и таблицах Яс. и (t) характеризует как внезапные, так и постепенные отказы и поэтому они рассматриваются совместно;

б) при нормированных расчетах учитывается лишь количество

отказов;

в) достоверность расчетов надежности зависит от точности и до­ стоверности статистических данных, используемых в расчете;

г) не представляется возможным связать Хс. и (£) отдельных эле­ ментов средств измерений с изменением суммарной погрешности этих средств;

212

Д) статистические данные всегда относятся к конкретным устрой­ ствам и элементам только при определенных условиях их исполь­ зования, а это значит, что данные не могут быть произвольно интер­

полированы или экстраполированы на другие типы и условия, от­ личные от первых.

Попытка обосновать возможность использования для расчетов

надежности измерительных средств изменения погрешности (и в част­

плуатации различных средств из­ мерения. Так, например, известно массовое использование судовых

электроизмерительных приборов и преобразователей или недистанци­

онных механических приборов для измерения давления, скорости вра­ щения, температуры и т. д. Известно также по материалам государ­ ственных поверяющих органов и инспекций измерительных прибо­ ров, что при эксплуатации указанных выше приборов выход за класс точности происходит значительно раньше по времени, чем выход из строя из-за поломки механизма, обрыва цепей, перегорания элементов и т. д. Это положение в свое время послужило основанием для введения в обязательном порядке периодических метрологиче­ ских поверок средств измерений, находящихся в эксплуатации на судах. Обобщение статистического материала поверок показало, что

из общего числа забракованных и снятых с судов приборов более 70% требуют только небольшой регулировки для введения в требуе­

мый класс точности. Таким образом, наибольшую опасность пред­ ставляют именно скрытые отказы по точности (увеличение погреш­

ности), так как при этом фактически неисправные средства измере­

ния (приборы) используются как исправные, что порой служит при­

чиной материальных потерь и может привести к тяжелым послед­ ствиям и невыполнению задачи.

213

Отсюда вытекает актуальность и важность рассмотрения вопро­

сов надежности средств измерения, связанной с их метрологическими характеристиками. Данные вопросы до сих пор применительно к су­ довым средствам измерений и САК не рассматривались.

Таким образом, инструментальная погрешность, как ее обычно принято называть, является важнейшей характеристикой любого

средства измерения. Оценка инструментальной погрешности в боль­ шинстве случаев должна проводиться в двух аспектах:

—оценка границ, за которые погрешность средства измерения

не выйдет с заданной вероятностью в определенные моменты времени;

—оценка границ, за которые погрешность средства измерения

не выйдет с заданной вероятностью за определенный интервал вре­

мени.

В первом случае определяется метрологическая характеристика

средств измерений, являющаяся важной для оценки погрешности

всей системы, в которой действует данное средство измерения. Обычно эта характеристика фиксируется в технических условиях.

Во втором случае по существу оценивается специфичная надежность

средств измерений. Такая оценка особенно необходима, если преду­

сматривается эксплуатация в течение длительного промежутка вре­

мени, что имеет место на судах. Это подтверждается установившейся

тенденцией роста времени непрерывной работы 2 и технического ре­

сурса 1 технических средств судов, в том числе и средств измерения (рис. 6.2). Если рассмотрение инструментальной погрешности в пер­

вом случае проводится для каждого средства измерения, используе­ мого на судах самостоятельно или в какой-либо системе, то во вто­ ром — до сих пор не проводилось. Этот пробел должен быть ликви­ дирован, особенно в связи с внедрением на судах систем автомати­

ческого централизованного контроля и управления, вызвавших рез­ кий рост устанавливаемых средств измерений. Для того, чтобы ис­ следовать метрологические свойства средств измерения в указанных

аспектах, погрешность этих средств необходимо представить в виде

той или иной математической вероятностной модели.

Исходя из общих положений теории надежности, выход средства измерения за пределы установленного класса точности или допусти­ мые пределы изменения погрешности (согласно техническим усло­ виям) есть отказ. По своему характеру это постепенный скрытый

отказ, обусловленный старением и износом элементов и деталей

средств измерения. Учитывая его сущность и принадлежность к ме­

трологическим характеристикам средства измерения, назовем такой

отказ метрологическим. Принимая во внимание, что для средств

измерений определяющей является надежность, обусловливаемая

метрологическими отказами, назовем такую надежность метроло­

гической.

базирующийся на Хс и (t) не учитывает именно метрологические от­

казы. Кроме того, в данном случае учет только количества отказов недостаточен, так как для оценки метрологической надежности не­

214