Проектная оценка надежности реферат

Обновлено: 02.07.2024

В разделе "Методика расчета" указывается обоснование выбора методики расчета и нормативно-технический документ, согласно которого проводится расчет. Или краткое описание методики расчета, и ссылки на первоисточники.

В разделе "Расчет показателей надежности" указываются:

Структуры надежности компонентов АСУТП (комплекса технических средств, программного обеспечения и персонала) по всем оцениваемым функциям или функциональным подсистемам АСУТП;
Необходимые вычисления;
Результаты расчета.

В разделе "Анализ результатов расчета" указываются:

Итоговые данные расчета по каждой оцениваемой функции (функциональной подсистеме) АСУТП и каждому нормируемому показателю надежности;
Выводы о достаточности или недостаточности полученного уровня надежности АСУТП по каждой оцениваемой функции (функциональной подсистеме) АСУТП и, при необходимости, рекомендации по повышению надежности.

При оценке надежности АСУТП трудно учесть уровень надежности программного обеспечения, и уровень надежности действий персонала АСУТП. Поэтому в документе "Проектная оценка надежности системы", как правило, указываются сведения по оценке надежности АСУТП только с учетом надежности комплекса технических средств.

Понятие надежности тесно связано с понятием критичности отказов. За последние годы появилась группа добротных отечественных нормативных документов по анализу рисков и оценке последствий отказов, в частности:

Проектная оценка надежности оборудования систем управления и защиты для взрывоопасных объектов должна сочетаться с количественным анализом критических функций (контуров) безопасности.

Необходимость документа "Проектная оценка надежности системы" определяется категорией взрывоопасно-сти объекта автоматизации.

Аппаратурное резервирование;
Временная, информационная и функциональная избыточность;
Системы оперативной и функциональной диагностики.

Достаточность резервирования и его тип в общем случае обосновываются Разработчиком АСУТП, и согласовываются с Заказчиком, Ростехнадзором и Проектной организацией в соответствии с нормативными документами, с учетом особенностей технологического объекта и рекомендаций, представленных в настоящей работе.

Критерий предельного состояния- признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией.

Типичные критерии предельных состояний:

1) отказ одной или нескольких составных частей, восстановление или замена которых на месте эксплуатации не предусмотрены эксплуатационной документацией (должны выполняться на предприятии-изготовителе или на специализированном ремонтном предприятии);

2) механический износ ответственных деталей (узлов) или снижение физических (химических) свойств материалов до предельно допустимого уровня;

3) снижение наработки на отказ (повышение интенсивности отказов) ниже (выше) допустимого уровня;

4) повышение установленного уровня текущих (суммарных) затрат на техническое обслуживание и ремонт или другие признаки, определяющие экономическую нецелесообразность дальнейшей эксплуатации.

Наработка объекта от начала эксплуатации (или ее возобновления после ремонта) до перехода в предельное состояние называется ресурсом(техническим ресурсом). Ресурс невосстанавливаемого объекта определяется через его наработку до отказа. Ресурс восстанавливаемого объекта равен его суммарной наработке до ресурсного отказа (периоды функционирования чередуются с периодами восстановления работоспособности).

Ресурсный отказ- отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния.

Критерий отказа- признак или совокупность признаков неработоспособного состояния объекта, установленных в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Типичные критерии отказов:

1) прекращение выполнения объектом заданных функций (отказ функционирования); снижение качества функционирования по одному или нескольким из выходных параметров (производительность, мощность, точность и др.) за пределы допускаемого уровня

Показатели надежности количественно характеризуют, в какой степени данному объекту присущи определенные свойства, обуславливающие надежность.

Показатели надежности (например, технический ресурс, срок службы) могут иметь размерность, ряд других (например, вероятность безотказной работы, коэффициент готовности) являются безразмерными.

Количественной характеристикой только одного свойства надежности служит единичный показатель.

Количественной характеристикой нескольких свойств надежности служит комплексный показатель.

Надежность на этапе проектирования

Одной из наиболее важной технологией проектирования является введение избыточности или резервирование. Резервирование – это способ обеспечения надежности изделия за счет дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций (ГОСТ 27.002). Путем введения избыточности совместно с хорошо организованным мониторингом отказов, даже системы с низкой надежностью по одному каналу могут в целом обладать высоким уровнем надежности. Однако, введение избыточности на высоком уровне в сложной системе (например, на уровне двигателя самолета) очень сложно и дорого, что ограничивает такое резервирование. На более низком уровне системы резервирование реализуется быстро и просто, например, использование дополнительного соединения болтом.

Существует много методик анализа надежности, специфических для отдельных отраслей промышленности и приложений. Наиболее общие из них следующие.

Анализ видов и последствий отказов (АВПО)
Имитационное моделирование надежности
Анализ опасностей (Hazard analysis)
Анализ структурных схем надежности (RBD)
Анализ деревьев неисправностей
Ускоренные испытания
Анализ роста надежности
Вейбулл-анализ (анализ эмпирических данных испытаний и эксплуатации)
Анализ смеси распределений
Устранение критичных отказов
Анализ ремонтопригодности, ориентированной на безотказность
Анализ диагностики отказов
Анализ ошибок человека-оператора

Инженерные исследования проводятся для определения оптимального баланса между надежностью и другими требованиями и ограничениями. Существенную помощь при инженерном анализе надежности могут оказать программные комплексы для расчета надежности.

Испытания на надежность

Испытания на надёжность проводятся для того, чтобы на более ранних этапах жизненного цикла изделия обнаружить потенциальные проблемы, обеспечить уверенность, что система будет отвечать заданным требованиям.

Испытания на надежность могут проводится на разных уровнях. Сложные системы могут испытываться на уровне компонент, устройств, подсистем и всей системы в целом. Например, испытания компонент на воздействие внешних факторов может выявить проблемы перед тем, как они будут обнаружены на более высоком уровне интеграции. Проведение испытаний на каждом уровне интеграции до испытания всей системы с одновременным развитием программы испытаний позволяет снизить риск неудачи такой программы. Расчет надежности производится на каждом уровне испытаний. При этом часто используются такие методы как анализ роста надежности и системы отчета и анализа отказов и корректирующих действий (FRACAS). Недостатками таких испытаний являются время и затраты. Заказчики могут пойти на некоторый риск и отказаться от испытаний на более низких уровнях.

Некоторые системы принципиально не могут подвергаться испытаниям, например, из-за чрезмерно большого числа различных тестов или жестких ограничений по времени и затратам. В таких случаях могут быть использованы ускоренные испытания, методы планирования экспериментов и моделирование.

(этот вопрос см. в лекциях по испытаниям и обеспечении надежности)

ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

Планирование эксперимента (англ. experimental design techniques) — комплекс мероприятий, направленных на эффективную постановку опытов. Основная цель планирования эксперимента — достижение максимальной точности измерений при минимальном количестве проведенных опытов и сохранении статистической достоверности результатов.

Планирование эксперимента применяется при поиске оптимальных условий, построении интерполяционных формул, выборе значимых факторов, оценке и уточнении констант теоретических моделей и др.

Тенденции (этапы) планирования эксперимента.

Методы планирования эксперимента позволяют минимизировать число необходимых испытаний, установить рациональный порядок и условия проведения исследований в зависимости от их вида и требуемой точности результатов. Если же по каким-либо причинам число испытаний уже ограничено, то методы дают оценку точности, с которой в этом случае будут получены результаты. Методы учитывают случайный характер рассеяния свойств испытываемых объектов и характеристик используемого оборудования. Они базируются на методах теории вероятности и математической статистики.

Планирование эксперимента включает ряд этапов.

1. Установление цели эксперимента (определение характеристик, свойств и т. п.) и его вида (определительные, контрольные, сравнительные, исследовательские).

2. Уточнение условий проведения эксперимента (имеющееся или доступное оборудование, сроки работ, финансовые ресурсы, численность и кадровый состав работников и т. п.). Выбор вида испытаний (нормальные, ускоренные, сокращенные в условиях лаборатории, на стенде, полигонные, натурные или эксплуатационные).

4. Установление потребной точности результатов измерений (выходных параметров), области возможного изменения входных параметров, уточнение видов воздействий. Выбирается вид образцов или исследуемых объектов, учитывая степень их соответствия реальному изделию по состоянию, устройству, форме, размерам и другим характеристикам.
На назначение степени точности влияют условия изготовления и эксплуатации объекта, при создании которого будут использоваться эти экспериментальные данные. Условия изготовления, то есть возможности производства, ограничивают наивысшую реально достижимую точность. Условия эксплуатации, то есть условия обеспечения нормальной работы объекта, определяют минимальные требования к точности.
Точность экспериментальных данных также существенно зависит от объема (числа) испытаний — чем испытаний больше, тем (при тех же условиях) выше достоверность результатов.
Для ряда случаев (при небольшом числе факторов и известном законе их распределения) можно заранее рассчитать минимально необходимое число испытаний, проведение которых позволит получить результаты с требуемой точностью.

5. Составление плана и проведение эксперимента — количество и порядок испытаний, способ сбора, хранения и документирования данных.
Порядок проведения испытаний важен, если входные параметры (факторы) при исследовании одного и того же объекта в течение одного опыта принимают разные значения. Например, при испытании на усталость при ступенчатом изменении уровня нагрузки предел выносливости зависит от последовательности нагружения, так как по-разному идет накопление повреждений, и, следовательно, будет разная величина предела выносливости.
В ряде случаев, когда систематически действующие параметры сложно учесть и проконтролировать, их преобразуют в случайные, специально предусматривая случайный порядок проведения испытаний (рандомизация эксперимента). Это позволяет применять к анализу результатов методы математической теории статистики.

6. Статистическая обработка результатов эксперимента, построение математической модели поведения исследуемых характеристик.
Необходимость обработки вызвана тем, что выборочный анализ отдельных данных, вне связи с остальными результатами, или же некорректная их обработка могут не только снизить ценность практических рекомендаций, но и привести к ошибочным выводам. Обработка результатов включает:

определение доверительного интервала среднего значения и дисперсии (или среднего квадратичного отклонения) величин выходных параметров (экспериментальных данных) для заданной статистической надежности;
проверка на отсутствие ошибочных значений (выбросов), с целью исключения сомнительных результатов из дальнейшего анализа. Проводится на соответствие одному из специальных критериев, выбор которого зависит от закона распределения случайной величины и вида выброса;
проверка соответствия опытных данных ранее априорно введенному закону распределения. В зависимости от этого подтверждаются выбранный план эксперимента и методы обработки результатов, уточняется выбор математической модели.

Построение математической модели выполняется в случаях, когда должны быть получены количественные характеристики взаимосвязанных входных и выходных исследуемых параметров. Это — задачи аппроксимации, то есть выбора математической зависимости, наилучшим образом соответствующей экспериментальным данным. Для этих целей применяют регрессионные модели, которые основаны на разложении искомой функции в ряд с удержанием одного (линейная зависимость, линия регрессии) или нескольких (нелинейные зависимости) членов разложения (ряды Фурье, Тейлора). Одним из методов подбора линии регрессии является широко распространенный метод наименьших квадратов.

Для оценки степени взаимосвязанности факторов или выходных параметров проводят корреляционный анализ результатов испытаний. В качестве меры взаимосвязанности используют коэффициент корреляции: для независимых или нелинейно зависимых случайных величин он равен или близок к нулю, а его близость к единице свидетельствует о полной взаимосвязанности величин и наличии между ними линейной зависимости.

7. Объяснение полученных результатов и формулирование рекомендаций по их использованию, уточнению методики проведения эксперимента.

Снижение трудоемкости и сокращение сроков испытаний достигается применением автоматизированных экспериментальных комплексов.

Полный факторный эксперимент (ПФЭ) – совокупность нескольких измерений, удовлетворяющих следующим условиям:

Определение количественных показателей надежности по исходным данным. Расчет структурных схем элементов, представляющих собой смешанное соединение. Фактор времени работы элемента за один цикл эксплуатации, влияние его на изменение значения надежности.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	24.12.2013
Размер файла	127,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Определить количественные показатели надежности , , , по ССН, представленной ниже в таблице, при следующих исходных данных:

Рисунок 1 - ССН для определения

Рисунок 2 - ССН для определения

Время работы элемента за 1 цикл эксплуатации, влияющей на:

Среднее время восстан. отказа

Количество отказов, влияющих на:

Объем испытаний, влияющий на показатели

Расчет по характеристикам 7 элемента

Рисунок 3 - Схема 2 из 3-х ССН для элемента 7

1=1,510-5 1/час, 2=2,010-5 1/час, 3=3,010-5 1/час,

4=1010-5 1/час, 5=7,010-5 1/час, 6=8,010-5 1/час.

Определить количественные показатели надежности , , , , по ССН, представленной ниже.

Для расчета надежности элементов 1-6 используем статистические данные, полученные при испытаниях и представленные в задании, а расчет надежности элемента 7 проводим по справочным данным.

- для непрерывно контролируемых элементов; (7)

- число циклов эксплуатации i-го элемента за период .

где - среднее значение наработки на отказ i-го элемента;

Здесь N-число элементов ССН, влияющих на соответствующий показатель надежности.

Расчет надежности элемента 1.

В соответствии с данными, приведенными в задании, имеем:

Подставляя исходные данные в формулы (1) и (2), определим и :

Расчет надежности элемента 2.

Подставляя исходные данные в формулы (3) и (5), определим и :

Из формул (1) и (2), определим и :

Расчет надежности элемента 3.

Подставляя исходные данные в формулы (4) и (6), определим и :

Из формул (1) и (2), определим и :

Расчет надежности элемента 4.

Подставляя исходные данные в формулы (4) и (6), определим и :

Расчет надежности элемента 5.

Из формул (3) и (5), определим и :

Из формул (1) и (2), определим и :

Расчет надежности элемента 6.

Из формул (1) и (2), определим и :

Расчет надежности элемента 7.

Структурная схема элемента 7 представляет собой смешанное соединение элементов.

Для расчета надежности элемента 7 представим структурную схему в виде 6 ветвей А, В, С, D, Е, F и определим надежность каждой ветви.

Для элемента 7 известны следующие данные:

Ветвь D (схема два из трех).

При расчете используем схему 2 из 3-х.

надежность количественный элемент

0,9999565423 + 3(0,999956542)20,0000439 =0,999999993,

Расчет производим аналогично ветви А.

1--10-5(7+8)(0,5 + 165,5*10-3 + 1,5210-3) = 0,999899725.

Ветвь F (схема дублирования).

Надежность элемента 7 равна:

Расчет Крем элемента 7 (аналогичен расчету надежности элемента 7, те же формулы, но значения tр, tхр другие).

tр = 165 ч, tтр.хр = 2ч, tхр = 168 - 2 - 165 = 1 ч.

= 1 - 1010-5165,004 = 0,9834996,

(0,989005396)3 +3(0,989005396)2(1-0,989005396) = 0,999640014.

Используя формулы (7) и (8), вычислим коэффициент ремонта:

Вероятность безотказной работы и среднее квадратическое отклонение изделия в целом соответственно равны:

По формуле (10) найдем коэффициент ремонта изделия:

Крем = 0,0455 + 0,00004 + 0,025 + 0,003 + 0,05 + 0,000011792 = 0,123551792.

По формуле (10) - среднее квадратическое отклонение:

Далее по формуле (12) вычислим коэффициент регламента:

надежность количественный элемент соединение

Из соотношения (13) - коэффициент готовности:

КГ = 1 - 0,123551792 - 0,049315068 = 0,82713314.

Подобные документы

Расчет параметров привода конвейера. Форма и размеры деталей редуктора привода, этапы его проектирования. Стадии и этапы разработки конструкторской документации. Определение условий эксплуатации. Оценка количественных показателей надежности ремонта.

дипломная работа [4,6 M], добавлен 04.09.2014

Краткое описание конструкции двигателя. Нормирование уровня надежности лопатки турбины. Определение среднего времени безотказной работы. Расчет надежности турбины при повторно-статических нагружениях и надежности деталей с учетом длительной прочности.

курсовая работа [576,7 K], добавлен 18.03.2012

Место вопросов надежности изделий в системе управления качеством. Структура системы обеспечения надежности на базе стандартизации. Методы оценки и повышения надежности технологических систем. Предпосылки современного развития работ по теории надежности.

реферат [29,8 K], добавлен 31.05.2010

Экспоненциальный закон. Определение показателей надежности комплекса защиты окружающей среды при постоянном резервировании элементов. Исходные данные для определения количественных показателей надежности, системы инженерной защиты атмосферного воздуха.

курсовая работа [434,8 K], добавлен 09.03.2013

Методология анализа и оценки техногенного риска, математические формулировки, используемые при оценке основных свойств и параметров надежности технических объектов, элементы физики отказов, структурные схемы надежности технических систем и их расчет.

курсовая работа [130,7 K], добавлен 15.02.2017

Требования, предъявляемые к надежности изделия. Анализ надежности дублированных систем. Вероятность безотказной работы по заданному критерию. Распределение отказов по времени. Основы расчета резьбовых и болтовых соединений при постоянной нагрузке.

контрольная работа [443,8 K], добавлен 09.11.2011

Критерии надежности. Надежность станков и промышленных роботов. Экономический аспект надежности. Уровень надежности как определяющий фактор развития техники по основным направлениям а также экономии материалов и энергии.

1 Введение
1.1 Назначение расчета надежности системы
1.2 Перечень оцениваемых показателей надежности
1.3 Состав учитываемых при расчете факторов, а также принятые допущения и ограничения
2 Исходные данные
2.1 Данные о надежности (паспортные и справочные) элементов АС, учитываемые при расчете надежности системы
2.2 Данные о режимах и условиях функционирования элементов АС
2.3 Сведения об организационных формах, режимах и параметрах эксплуатации АС
3 Методика расчета
4 Расчет показателей надежности
4.1 Надежностные структуры компонентов АС (комплекса технических средств, программного обеспечения и персонала) по всем оцениваемым функциям (функциональным подсистемам) АС
4.2 Необходимые вычисления
4.3 Результаты расчета
5 Анализ результатов расчета
5.1 Итоговые данные расчета по каждой оцениваемой функции (функциональной подсистеме) АС и каждому нормируемому показателю надежности
5.2 Выводы о достаточности или недостаточности полученного уровня надежности АС по каждой оцениваемой функции (функциональной подсистеме) АС и, при необходимости, рекомендации по повышению надежности

Содержание документов является общим для всех видов АС и, при необходимости, может дополняться разработчиком документов в зависимости от особенностей создаваемой АС. Допускается включать в документы дополнительные разделы и сведения, объединять и исключать разделы.

Содержание документов, разрабатываемых на предпроектных стадиях по ГОСТ 34.601, и организационно-распорядительных определяют разработчики в зависимости от объема информации, необходимой и достаточной для дальнейшего использования документов.

Примечание

Оформление документа

Документ выполняют на формах, установленных соответствующими стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Для размещения утверждающих и согласующих подписей к документу рекомендуется составлять титульный лист и (или) лист утверждения.

Текст документа при необходимости разделяют на разделы и подразделы. Разделы, подразделы должны иметь заголовки. Пункты, как правило, заголовков не имеют. Заголовки должны четко и кратко отражать содержание разделов, подразделов.

Текст документа должен быть кратким, четким и не допускать различных толкований.

Примечание

Эти и другие требования по оформлению проектной оценки надежности системы по ГОСТ 34 подробнее см. ГОСТ 2.105-95

Читайте также: