Анализ методов обеспечения надёжности систем при существующей элементной базе

Перейти к рассмотрению 2-го направления обеспечения требуемой надежности объектов.

В рамках второго направления используется целый ряд методов: резервирование; обоснование периодичности и объёмов плановых видов ТО и Р (предупредительные замены элементов, их регулировки); разработка номенклатуры, объёма и эшелонирования

ЗИПа и др.

Наиболее кардинальным из методов является оптимальное резервирование.

Что же представляет из себя резервирование?

2.2.а). Резервирование и его виды

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 под резервированием понимают способ обеспечения надежности за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций.

В машинах используются следующие виды резервирования:

1. Структурное (схемное, аппаратное) - предусматривает применение резервных элементов в структуре объекта;

2. Нагрузочное – предусматривает нормальное функционирование объекта (узла) при дополнительных нагрузках (источник резерва – запас мощности, прочности и т. п.);

3. Функциональное – предусматривает использование возможностей элементов выполнять некоторые дополнительные функции;

4. Временное – предусматривает выделение резерва рабочего времени, например, для обнаружения и устранения отказа без нарушения нормального функционирования объекта;.

5. Информационное – предусматривает использование дополнительной информации для повышения надежности. Используется в информационно-управляющих системах, когда подается одна и та же информация одновременно от нескольких систем.

Наиболее предпочтительным является совместное применение нескольких видов резервирования, чаще всего структурного и нагрузочного, которые могут обеспечить наибольший эффект в повышении надежности.

При выборе вида резервирования следует иметь ввиду, что для достижения заданной эффективности системы необходимо гарантировать требуемое значение вероятности безотказной работы (ВБР); для обеспечения долговечности – среднее время безотказной работы; для обеспечения готовности – коэффициент готовности и т. д.

В свою очередь для обеспечения ВБР наиболее эффективным методом является структурное резервирование; для обеспечения среднего времени безотказной работы системы длительного существования – нагрузочное резервирование.

Во многих практических случаях существует критическое время работы , после которого нагрузочное резервирование оказывается более целесообразным. Значение может быть определено из уравнения Например, для подсистемы с постоянным структурным резервированием а для нагрузочного резервирования Здесь m – число параллельно включённых элементов подсистемы; число, показывающее, во сколько раз уменьшается интенсивность отказа i – го элемента при наличии нагрузочного резервирования.

Отыскав решение этого уравнения в виде приходят к заключению, что при целесообразно использовать нагрузочное резервирование.

Среди рассмотренных видов резервирования, особое место занимает структурное резервирование

- так как является одним из наиболее эффективных методов повышения Н;

- позволяет создать машины, надежность которых выше надежности входящих в нее элементов.

Вместе с тем, структурное резервирование усложняет конструкцию объекта, повышает его массу, габариты и стоимость.

Учитывая сказанное, приходится решить задачу оптимального структурного резервирования:

1) обеспечить максимальную надёжность при заданных ограничениях;

2) обеспечить требуемый уровень надёжности при минимизации ограничивающих факторов.

2.2.б) Классификация структурного резервирования

При классификации структурного резервирования используют несколько признаков:

1) По способу включения резервных элементов:

а) постоянное – в случае отказа любого элемента в резервированной группе выполнение объектом требуемых функций обеспечивается оставшимися элементами без переключений

б) замещением – при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента

2) По способу соединения резервного элемента:

а) общее – резервирование при котором объект резервируется в целом

б) раздельное – при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы

в) смешанное – сочетание различных видов резервирования в одном и том же объекте

3) По условиям работы резервных элементов:

а) нагруженный – элементы находятся в режиме основного элемента

б) ненагруженный – элементы находятся в ненагруженном резерве

в) облегченный – элементы находятся в менее нагруженном режиме, чем основной.

4) По кратности резервирования: (кратность резервирования это отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими элементов, выраженное несокращенной дробью)

а) однократное (дублирование);

б) многократное;

в) с дробной кратностью.

5) По условиям эксплуатации:

а) резервирование с восстановлением резервных элементов без нарушения рбтс объекта;

б) резервирование без восстановления.

2.2.в) Оптимальное резервирование

Что касается оптимизации конструкции машины с позиций надежности, то эта задача достаточно сложна и рассматривается в машиностроительных ВУЗах страны.

Мы же здесь ограничимся смысловой стороной этой задачи.

Зададимся вопросом – как будет изменяться суммарная стоимость машины (объекта) в зависимости от уровня надежности, если в качестве показателя надежности используется вероятность безопасной работы P(t)?

Ответ неочевиден.

Тогда упростим задачу – попробуем ответить на два, но более простых вопроса:

- как меняется стоимость производства С_пр при повышении P(t)? (рис.1.1). Современное производство позволяет спроектировать и изготовить машину сколь угодно высокой надежности, но она будет иметь слишком большой вес, габариты и стоимость.

- как меняется стоимость эксплуатации С_э при повышении P(t)? (рис.1.1). Низкая надежность приводит к частым отказам, а следовательно, к увеличению числа восстановительных и профилактических мероприятий, повышению эксплуатационных расходов, к снижению безопасности эксплуатации, является причиной травматизма и гибели обслуживающего персонала. Следовательно, для данного уровня развития науки и техники существует некая оптимальная надёжность (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Графическое решение задачи создания оптимальной конструкции машины по критерию ВБР

Дата добавления: 2014-01-07