Контрольная работа по дисциплине
Надежность устройств автоматики и телемеханики
Тема: Методы теории надёжности
Теория надёжности отражает общие закономерности, свойственные элементам и системам автоматики и телемеханики, которые необходимо учитывать при проектировании, изготовлении, испытаниях, приёмке и эксплуатации, чтобы достигнуть максимальной эффективности их использования. Повышение надёжности работы устройств автоматики и телемеханики является одной из важных задач обеспечения высокого качества технологического процесса и повышения безопасности движения поездов.
Методы теории надёжности позволяют:
1. выяснить характер действия окружающей среды и режимов работы на качество функционирования элементов и устройств,
2. разрабатывать способы анализа надёжности, необходимые для конструирования, проектирования и изготовления элементов, систем, прогнозирования неисправностей, их устранения, определения количества запасных деталей, приборов, механизмов и т.д.,
3. организовывать сбор, учет и анализ статистических сведений о работе элементов и эксплуатации,
4. определять наилучшие показатели надёжности,
5. определять способы лабораторных испытаний на надёжность и долговечность,
6. устанавливать наилучшие режимы профилактических работ и способы контроля качества работы элементов.
Формулировка понятий
Надёжность элементов (систем) – совокупность их свойств, определяющих степень возможности этих элементов (систем) работать по назначению в течение заданного времени.
Безотказность в работе – способность элемента (системы) сохранять работоспособность (не иметь отказов) в течение заданного времени в определённых условиях эксплуатации.
Долговечность элементов (систем) – способность к длительной эксплуатации в заданных условиях (при необходимом техническом обслуживании) вплоть до полного разрушения или другого предельного состояния.
Ремонтопригодность – свойство приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей или к восстановлению после появления отказа.
Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять заданные функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Ресурсный отказ – отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния.
Независимый отказ - отказ, не обусловленный другими отказами.
Зависимый отказ – Отказ, обусловленный другими отказами (ГОСТ 27.002 – 89). Зависимый отказ наступает при отказе других элементов, входящих в данную систему или влияющих на отказавший элемент, или отказе собственных составных частей изделия.
Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или её возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.
Наработка до отказа – наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа.
Показатели надёжности
где:
N0 – число изделий до начала эксплуатации
n(t) – число изделий, отказавших за промежуток времени
Физический смысл этой величины – способность элемента или системы выполнять заданные функции, сохранять параметры в определённых пределах в течение заданного промежутка времени и при определённых условиях эксплуатации.
Вероятность отказа – обратное событие, то есть вероятность того, что при определённых условиях и в заданном интервале времени наступит хотя бы один отказ:
Частота отказов – отношение числа изделий, отказавших за определённый промежуток времени, к общему числу элементов системы:
Интенсивность отказов - отношение числа изделий, отказавших за определённый промежуток времени, к среднему числу изделий, работающих исправно в данный промежуток времени:
;где:
Ncр – число исправно работающих изделий за время Δt
;надежность автоматика микросхема
где:
Ni , Ni+1 – число изделий, исправно работающих в начале и в конце интервала времени Δt
Наработка на отказ – среднее число часов работы между двумя соседними отказами:
;Тр – суммарное время работы за определённый календарный срок.
;где: ti – время исправной работы между
и отказамиСреднее время восстановления – отношение времени, затраченного на обнаружение и устранение отказов, к числу восстановлений (оно же число отказов).
;где: τi – время от обнаружения до устранения отказа (время восстановления).
Коэффициент готовности – вероятность того, что восстанавливаемое изделие будет работоспособно в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, например, профилактика.
или ;где: числитель – время исправной работы между отказами,
знаменатель – время исправной работы между отказами и время восстановления.
Коэффициент технического использования характеризует долю времени нахождения объекта в работоспособном состоянии относительно общей продолжительности эксплуатации.
;Коэффициент простоя характеризует долю времени нахождения объекта в неисправном состоянии относительно общей продолжительности эксплуатации.
;Коэффициент ремонтопригодности – доля времени восстановления относительно общей продолжительности эксплуатации.
;Коэффициент стоимости эксплуатации определяется как отношение среднего суммарного эффекта за время эксплуатации к средним суммарным затратам.
Средний суммарный эффект Э складывается из эффекта от эксплуатации устройства, умноженного на показатель надёжности устройства и время эксплуатации.
Средние суммарные затраты определяются как функция от суммарных затрат на техническое обслуживание, функция от суммарного ущерба вследствие отказа устройства и функция от произведения показателя надёжности на время эксплуатации.
Задача № 1 Расчёт критериев надёжности
Определить критерии надёжности P(t), Θ(t), λ(t), a(t), среднее время работы Тср работающего устройства, содержащего 1600 элементов (трансформаторы, реле, резисторы, конденсаторы и т.д.), если фиксировались отказы через каждые Δt = 100 часов работы. Построить соответствующие графики. Данные по варианту № 08 об отказах сведены в таблицу №1
Δti , ч | 0 100 | 100 200 | 200 300 | 300 400 | 400 500 | 500 600 | 600 700 | 700 800 |
N(Δti) | 53 | 48 | 43 | 40 | 36 | 33 | 28 | 25 |
Δti , ч | 800 900 | 900 1000 | 1000 1100 | 1100 1200 | 1200 1300 | 1300 1400 | 1400 1500 | 1500 1600 |
N(Δti) | 24 | 24 | 23 | 22 | 23 | 21 | 22 | 21 |
Заполнение таблицы :
Первые два столбца заполняются на основании Таблицы № 2 из литературы «Надёжность устройств автоматики и телемеханики Учебное пособие и методические указания ». Вносим в исходные данные в строку Последняя цифра шифра № 8, в строку Число изделий до начала испытаний № 1600.
Третий столбец n(t) – число всех отказавших элементов за рассматриваемый промежуток времени, рассчитывается по формуле :
;Например, за 1100 часов от начала работы число отказавших элементов составит: n(t) = n(1100) = n(100) + n(200) +n(300) + n(400) + n(500) + n(600) + n(700) + n(800) + n(900) + n(1000) + n(1100) = 53+48+43+40+36+33+28+25+24+24+23+22 = 399
Четвертый столбец Р(t) – вероятность безотказной работы системы
;где: N0 – первоначальное число элементов, N0 =1600
Пятый столбец Θ(t) – вероятность отказа, рассчитывается по формуле:
;Для времени t=1100 часов получаем:
; , если провести округление до четвёртого знака после запятой получаем .