Общие положения. Исследование надежности автоматизированного оборудования и автоматических линий позволяет выявить основные факторы

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ РАБОЧИХ МАШИН И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

Исследование надежности автоматизированного оборудования и автоматических линий позволяет выявить основные факторы, влияющие на ее снижение, и сосредоточить внимание на устранении причин, ограничивающих производительность и ухудшающих качество выпускаемой продукции. Для получения правильных выводов о надежности надо вести исследования, используя методы математической статистики и теории вероятностей.

В соответствии с общими положениями теории надежности можно дать следующее определение: надежность есть свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей,в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования. Под объектом надо понимать также машины и автоматические линии, в том числе и для обработки почтовых отправлений.

Надежность определяется в зависимости от времени безотказной работы и частоты отказов. Отказом называется событие, состоящее в нарушении работоспособности машины или системы машин (автоматической линии) из-за каких-либо неполадок или неисправностей. Отказ рабочей машины может быть вызван неисправностью какого-либо механизма, устройства, например загрузочного, транспортного, рабочего и т.п. Эти отказы называют отказами элементов. Однако бывают и такие отказы, когда машина продолжает работать, но обрабатываемые детали (например, из-за ослабления конвейерных лент в письмосортировочной машине или из-за износа резца на станке по заданной ориентации, или своим размерам, т.е. по качеству обработки) выходят из заданных пределов. Такие отказы называют отказами параметров. И те и другие отказы устраняются для восстановления заданных функций. Однако при обследовании их разделяют. Отказы параметров тесно связаны с технологической надежностью рабочей машины — свойством машины (или автоматической линии) выпускать годную продукцию (например, с заданным положением в пространстве, точностью геометрических размеров и т.п.) в течение заданного времени.

Рабочие машины и автоматические линии, как ремонтируемые системы многократного действия, могут находиться либо в эксплуатации, либо в планово-предупредительным ремонте. Поэтому различают общую и эксплуатационную надежность. Эксплуатационная надежность — это надежность рабочих машин и автомати­ческих линий в процессе их эксплуатации, она обусловлена главным образом безотказностью¹ и долговечностью наиболее часто выходящих из строя элементов и их ремонтопригодностью². Общая надежность охватывает весь срок службы рабочей машины или автоматической линии, в том числе периоды планово-предупредительных ремонтов.

Для объективной оценки влияния отказов на надежность изделия необходимо учитывать, что отказы по характеру своего возникновения являются случайными, хотя и вызываются действиями закономерно изменяющихся факторов. Поэтому для математического определения надежности обычно используют статистическое данные.

Все показатели надежности можно разделить на две категории:

1) частные показатели, которые оценивают только одну качественную сторону надежности, например только безотказность или только ремонтопригодность;

2) обобщающие показатели, которые оценивают, например, и безотказность и ремонтопригодность. К числу таких показателей относятся коэффициент готовности и коэффициент технического использования.

Всякое изучение надежности должно начинаться со сбора эксплуатационной информации, ибо только таким путем можно дать анализ и классификацию неисправностей, выбрать наиболее аварийные узлы и детали, а также изучить условия и режимы эксплуатации.

Процесс эксплуатации автоматической линии состоит из чередующихся интервалов времени, в течение которых она либо выпускает продукцию, либо простаивает по разным причинам. Интервал времени, в течение которого линия выпускает продукцию, называется работой. При анализе работы необходимо иметь в виду, что линия может выпускать продукцию с различным темпом, под которым понимают внутрицикловые затраты времени на обработку одного или нескольких (для многопоточных линий) почтовых отправлений. Темп линии считается нормальным, если он отклоняется от своего среднего значения за время наблюдения не более чем на 10%.

Работающая линия может выпускать продукцию нормального качества или же производить брак, под которым следует понимать любое отклонение параметров обрабатываемого почтового отправления от допустимых пределов. С точки зрения анализа производительности линии, случаи брака следует считать отказами, поскольку при этом время обработки было полностью или

¹ Безотказность есть свойство объекта, в том числе машины и автоматической линии, сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

² Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаруживанию причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

частично затрачено впустую. Возможность точного определения времени, места и причины появления брака зависит от требуемой точности обработки, степени автоматизации контроля, квалификации обслуживающего персонала, системы приемки продукции и др. на предприятии связи и не всегда может быть реализована.

В качестве примеров брака при обработке почтовых отправлений можно назвать засылку письма или посылок в несоответствующий накопитель, нечеткий оттиск штемпеля и т.п.

Линия (участок) может простаивать по причинам, зависящим от надежности ее оборудования и условий его эксплуатации — такой простой будет собственным.

Линия (участок) может быть также остановлена ввиду опустошения накопителя на ее входе либо переполнения на выходе. В том случае, когда простой возникает вследствие взаимодействия данной линии (участка), рассматриваемой как участок автоматизированной системы, с предыдущим и последующим участками, простой называют наложенным.

Специфические особенности хронометражных наблюдений за оборудованием действующих автоматических линий требуют от наблюдателей умения четко сформулировать с возможной полнотой причины простоя линии (участка) или работы, проводимой в данный момент обслуживающим персоналом, точно указать отказавший элемент, установить классификационную группу отказов и т.п.

От точности регистрации интервалов безотказной работы и простоев зависят точность и достоверность результатов обследования. К основным трудностям хронометража относится точная регистрация времени простоев линии, особенно при кратковременных и самоустраняющихся отказах длительностью менее 0,1 мин или отказах, устраняемых нажатием соответствующих кнопок на пультах управления.

В связи с этим возникла необходимость в автоматизации процесса регистрации статистических данных с помощью самопишущих приборов. Самопишущие приборы позволяют получать график работы линии и определять по нему длительность интервалов или число циклов безотказной работы, число интервалов безотказной работы, длительность интервалов простоев, число простоев, продолжительность и стабильность времени циклов в течение всего периода наблюдений и т.д.

Всякое изучение надежности должно начинаться со сбора эксплуатационной информации, только так можно сделать анализ и классификацию неисправностей, выбрать аварийные узлы и детали, а так же изучить условия и режимы эксплуатации.

Теоретическими законами изменения функции надежности являются распределения: нормальное (гауссовское), экспоненциальное, логарифмически-нормальное, Вейбула и др.

Нормальное распределение является характерным, главным образом, для таких случайных величин, как точность размеров обрабатываемых изделий и стойкость инструмента, а экспоненциальное распределение — для длительностей бесперебойной работы линии и устранения неполадок, которые определяют надежность автоматической линии.

В большинстве случаев, учитывая сугубо приближенный характер всех величин, определяющих надежность, можно использовать одно из хорошо известных распределений — экспоненциальное или нормальное.

При этом необходимо отметить, что в автоматических машинах и линиях для обработки почты такие факторы, как получение точных размеров обрабатываемых деталей и стойкость инструмента, не являются характерными, поэтому для определения их надежности целесообразно использовать экспоненциальный закон распределения. Для этого закона распределения P(t)=e ^-t, где P(t) — вероятность безотказной работы системы (функция надежности); — параметр потока отказов (для экспоненциаль­ного закона это интенсивность отказов); t — текущее время, начиная с момента ввода элемента или системы в эксплуатацию.

Для устройств однократного действия (не ремонтируемых), как, например, радиолампа, полупроводник и т. п., которые заменяются, а не ремонтируются, функция надежности имеет особое значение — характеризует время их безотказной работы.

Автоматизированное оборудование и автоматические линии на предприятиях почтовой связи относятся к системам многократного действия, которые после отказов восстанавливаются (ремонтируются) и вновь пускаются в действие. Для этих устройств функция надежности показывает среднюю частоту возникновения неполадок в течение длительного времени эксплуатации. Параметр потока отказов представляет собой среднюю вероятность возникновения отказа в единицу времени.

Например, испытывалось 1000 кареток КПСМ в течение 1000 ч, и 10 кареток в процессе испытания отказало в работе, т.е. у них были обнаружены неполадки. В этом случае параметр потока отказов будет равен =10/1000х1000=10^-5 1/ч.

На рис. 9.1 показано изменение параметра потока отказов в процессе эксплуатации машины. Для экспоненциального закона распределения параметр потока отказов равен интенсивности отказов.

При приработке выявляются различные дефекты производства. По мере их устранения интенсивность отказов снижается. Первая зона — период приработки. В начале этого периода параметр потока отказов имеет сравнительно большие значения, затем резко снижается. Помимо этого, вследствие приработанного износа все трущиеся детали автоматически доводятся до более рациональных форм — устраняется местная концентрация нагрузки, устанавливаются нормальные зазоры и т.п. Для повышения надежности следует производить обкатку машины до сдачи ее в эксплуатацию.

Вторая зона — период нормальной эксплуатации. Он характеризуется относительно стабильным значением параметра потокаотказов. Дестабилизирующими факторами этого равновесия являются, с одной стороны, повышение квалификации обслуживающего персонала, с другой стороны, — процессы изнашивания и потери усталостной прочности.

Третья зона — период прогрессирующего физического износа, параметр потока отказов возрастает настолько, что машина выводится в планово-предупредительный ремонт. После ремонта снова наступают периоды приработки и нормальной эксплуатации. Суммарная длительность межремонтного периода обозначена буквой N.

Рис. 9.1 Рис. 9.2

Для экспоненциального закона распределения параметр потока отказов не зависит от текущего времени и является величиной постоянной.

Экспоненциальный закон широко используется в теории надежности. Он является однопараметрическим и позволяет значительно упростить расчеты, особенно при анализе сложных систем. Длительность эксплуатационных исследований обычно значительно меньше времени, при котором успевают существенно измениться степень изношенности оборудования и квалификация наладчиков. Поэтому в первом приближении всегда можно считать, что параметр потока отказов есть величина условно постоянная для некоторого интервала длительности эксплуатации, что характерно для экспоненциального закона.

Если же продолжительность наблюдений настолько велика, что интенсивность отказов за этот период существенно изменяется, то используют вышеуказанные более сложные законы распределения.

Среднее время безотказной работы, т.е. среднее время работы между двумя соседними отказами (наработка на отказ): Т^’=1/. Недостатком этого показателя является то, что здесь учитывается только время безотказной работы и не учитывается интенсивность работы машины, т.е. число почтовых отправлений или деталей, выпускаемых в единицу времени при бесперебойной работе.

Для машин и автоматических линий, выпускающих продукцию в штуках, например шт./мин или шт./ч, вводится дополнительно коэффициент безотказности

К_б=-T'/t_cp, где t_ср — средняя длительность рабочего цикла машины.

Таким образом, коэффициент безотказности для циклических систем многократного действия представляет собой среднее число циклов, отработанных между двумя соседними отказами. Если за каждый цикл машина обрабатывает одно почтовое отправление, то коэффициент безотказности будет показывать среднее число почтовых отправлений, приходящихся на один отказ.

На рис. 9.2 показаны графики функции надежности при различных значениях интенсивности отказов для экспоненциального закона распределения. По вертикальной оси отложены значения вероятности того, что машина или автоматическая линия останется исправной, а по горизонтальной — время работы или величина выработки продукции на один отказ с момента пуска. Значение Р(0)=1 независимо от интенсивности отказов обозначает то, что машина вводится в эксплуатацию в исправном состоянии.

Из приведенных графиков видно, что, например, при интенсивности отказов ₂=5*10^-3 1/мин, вероятность того, что машина проработает 100 мин (t =100 мин) составляет Р(100)=0,606. В том же случае, когда интенсивность отказов будет в 2 раза больше, т.е. ₃=10*10^-3 1/мин, вероятность безотказной работы машины в течение этого же промежутка времени снизится до 0,36; ₁=1*10^-3 1/мин.

Нелинейность функции надежности объясняется тем, что вероятность возникновения неполадок зависит от того, сколько времени уже проработали устройства с момента пуска после исправления предыдущей неполадки. Зависимость эта характеризуется плотностью вероятности распределения времени безотказной работы f(t).

МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ

ТРАНСПОРТНО-ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ И СКЛАДСКИХ

ОПЕРАЦИЙ

Дата добавления: 2014-01-05