Файл: Казацкер, А. А. Надежность систем автоматизации в пищевой промышленности.pdf

вынужденный простой либо средств автоматизации (технология переводится на ручное управление), либо также и объекта, т. е. управляемого технологического процесса (оборудования) со всеми вытекающими экономическими последствиями. Насколько изделие приспособлено к тому, чтобы такого рода простои были минимальными, и определяется ремонтопригодностью.

Ремонтопригодность есть свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и уст­ ранению отказов и неисправностей путем проведения техниче­ ского обслуживания и ремонтов. Примером обеспечения высокой ремонтопригодности является блочный или модульный прин­ цип конструирования, когда при отказе элемента в модуле или блоке быстро сменяется на запасной весь блок, а неисправный блок затем ремонтируется и становится запасным.

Ремонтопригодность совместно с безотказностью определяет эффективность действия (работы) изделия. Если изделие обла­ дает высокой безотказностью, т. е. редко отказывает, но требует больших затрат времени на профилактику и восстановление, то оно не всегда может конкурировать с изделием, которое чаще отказывает, но зато время его простоя при отказе в данных условиях эксплуатации очень мало. Причем в ряде случаев бывает проще и дешевле обеспечить высокую ремонтопригод­ ность при более низкой безотказности с тем, чтобы получить необходимую надежность. Это соображение, как правило, не относится к системам автоматизации, отказы которых ведут к тяжелым последствиям (например, системы автоматической за­ щиты), и к системам, работающим при низком уровне обслу­ живания.

Надежность и ее составляющие как свойства изделий про­ являются в процессе эксплуатации и количественно оценива­ ются одним или несколькими показателями. Под показателями мы будем понимать такие эксплуатационные численно измеряе­ мые характеристики изделия, которые применительно к опре­ деленным режимам и условиям эксплуатации количественно характеризуют соответствующие составляющие надежности: без­ отказность и ремонтопригодность.

Для показателей надежности в соответствии с ГОСТ 15467—70 различают: наименование показателя; формулировку показателя, содержащую указания о способе экспериментально­ го’ или расчетного определения его величины; числовые значения показателя.

Теория надежности изучает закономерности возникновения отказов и восстановления изделий после отказов, занимается такими отказами, время возникновения которых заранее точно неизвестно, т. е. случайно возникающими отказами. В большин­ стве случаев время отказа и время восстановления изделий после него является функцией большого числа факторов (изме­ нения характеристик материала и нагрузок, воздействия клима­

тических факторов, квалификация обслуживающего персонала л т. п.), случайным образом взаимодействующих. Поэтому вре­ мя отказа и восстановления средств и систем автоматизации носит случайный характер, а процесс эксплуатации этих изде­ лий можно рассматривать как случайный процесс. Вследствие 'такого рассмотрения показатели надежности имеют статистиче­ ский или вероятностный характер. Причем вероятностный под­ ход оказывается необходим, как правило, при теоретическом анализе надежности, при априорном определении показателей, а статистический — при определении из опыта, эксперименталь­ но оценок (подходящих значений) показателей надежности. В дальнейшем при изложении указанных вопросов будут исполь­ зоваться понятия, термины и методы, включая математический аппарат, теории вероятностей и математической статистики, из­ ложенные в общедоступных источниках [10—14].

ОБЩИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

Показатели надежности, которые согласно ГОСТ 13377—67 рассматриваются применительно к определенным ре­ жимам и условиям эксплуатации, обычно определяются отдель­ но для ремонтируемых и неремонтируемых изделий. Перемон­ тируемые изделия подлежат замене после первого отказа. У них первый отказ является одновременно и последним. Ремонтируе­ мые изделия могут иметь и более чем один отказ. Примерами неремонтируемых изделий являются радио- и электролампы, резисторы, герметизированные модули логических элементов и т. п. К неремонтируемым часто относят изделия, конструкция которых допускает проведение ремонта, но в данных условиях эксплуатации это либо технически невозможно, либо экономиче­ ски невыгодно, например: обмотка реле или трансформатора, электродвигатель, элемент УСЭППА. Большинство приборов и средств автоматизации, а также их узлов является ремонтируе­ мыми изделиями.

Наиболее часто используемыми показателями безотказности неремонтируемых изделий являются средняя наработка на от­ каз, вероятность безотказной работы, интенсивность отказов.

Такие технические характеристики изделий, как коэффици­ ент усиления, к.п.д., мощность на выходе, для конкретных эк­ земпляров изделий по сути также являются случайными вели­ чинами и в технической документации обычно приводятся либо средние, либо предельно допустимые для данного типономинала их значения.

Однако в повседневной практике при проведении расчетов эти характеристики, как правило, используются в качестве де­ терминированных (неслучайных) величин. Переход от исполь­ зования детерминированных технических характеристик изде-

20

лий к вероятностным или статистическим представляет извест­ ную психологическую трудность. Поэтому на простом примере попытаемся пояснить сущность показателей безотказности. Ис­ ходя из существа формулировки безотказности, наиболее подхо­ дящим показателем было бы время, в течение которого данное изделие (например, радиолампа) будет выполнять свои функ­ ции без отказов. Но для этого нужно знать точное время воз­ никновения отказа. А мы установили, что время возникновения отказа есть случайная величина, т. е. его значение заранее не­ известно. Как же быть? Статистика, да и наш практический опыт, показывают, что длительность безотказной работы, на­ пример, радиолампы одного и того же типа в одних и тех же схемах разная, но если взять большое количество таких ламп и определить среднюю длительность их работы, то будет видно, что большинство случайных значений сроков службы отдельных ламп группируется вокруг среднего значения. Таким образом, зная среднее значение длительности безотказной работы радио­ ламп данного типа и характеристику разброса остальных зна­ чений вокруг среднего, можно с определенной погрешностью (точностью) предсказать область значений сроков службы, в которой с определенной достоверностью находится срок службы конкретной радиолампы.

Средняя наработка до отказа неремонтируемого изделия как раз и есть среднее значение наработки изделий в партии до' отказа и обозначается Гср. Для опытного определения Гер про­ водится наблюдение за испытаниями или эксплуатацией п из­ делий в заданных условиях. При этом определяются наработки изделий до отказа:

Приближенная формула (оценка величины Гср)

(2>

г = 1

Точная формула

со

О

где /(т) — плотность вероятности распределения случайной величины т.

Для экспоненциального распределения времени между от­ казами, наиболее часто используемого в практических расчетах надежности,

где а — постоянная величина (параметр распределения).

2t

и т. п.) или другим показателем наработки (числом циклов ра­ боты, километров и т. п.).

В соответствии с ГОСТ 13377—67 вероятность безотказной работы P(t) означает вероятность того, что в заданном интер­ вале времени или в пределах заданной наработки не возникнет отказ изделий. Если, например, для определенного типа радио­ лампы Р(ЮОО) =0,9, это приближенно означает, что если взять большое количество радиоламп, работающих, в одинаковых ус­ ловиях, то примерно 90% из них проработает без отказа не менее 1000 ч. Причем, чем большее количество радиоламп мы возьмем, тем эта величина ближе к 90% (или 0,9).

t

В случае экспоненциального распределения

( 8)

График зависимости P(t) часто называют кривой убыли. Величиной, дополнительной к P(t), является вероятность от­ каза Q(t) — вероятность того, что в пределах заданного време­ ни или наработки отказ возникает.

Интенсивность отказов — вероятность отказа перемонтируе­ мого изделия в единицу времени после данного момента време­ ни при условии, что отказ до этого момента не возник, обозна­ чается X(t), размерность — 1/ч или 1/цикл.

Приближенная формула для опытного определения оценки

X(t):

где М: — некоторый достаточно малый промежуток времени.

Интенсивность отказов можно физически интерпретировать как мгновенную частоту отказов в момент времени t.

22