3.8. Методы повышения надежности автоматизированных систем

Особенность проблемы надежности состоит в том, что она комплексная и связана со всеми этапами жизненного цикла изделия. Надежность является одним из основных показателей качества изделий. Уровень надежности формируется и обеспечивается на всех стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации.

Стадия проектирования. На этой стадии применяют ряд способов создания надежных конструкций:

1. Выбор рациональных и эффективных принципов действия и схем построения машин.

2. Создание избыточности и резервирование.

3. Научно-техническое и экономическое обоснование выбранных материалов, параметров, величин допусков.

4. Моделирование и прогнозирование работы технологических систем или отдельных элементов (расчет погрешностей, потери точности, усилий зажима заготовок в приспособлениях и схватах).

5. Оснащение специальными системами (контроля и диагностики за состоянием режущего инструмента и элементами ТС; адаптивными).

6. Использование статистических данных и опыта создания аналогичных конструкций.

При проектировании ТП важно заранее (априори) сделать прогноз о потере точности по всей цепи «чертеж—заготовка—деталь». Определить долю и степень влияния каждого элемента.

Стадия изготовления. На данной стадии необходимо учитывать факторы, обеспечивающие надежность.

1. Выбор рациональных способов получения заготовок и методов обработки (приближение формы заготовки к форме детали, минимальные припуски).

2. Строгую технологическую дисциплину при изготовлении детали (исключение наследственности, концентраторов напряжений, внутренней потенциальной энергии).

3. Выбор эффективных методов термообработки. Применение эффективных упрочняющих технологий для повышения прочности и износостойкости (ионное азотирование, цементация, плазменное напыление и др.).

4. Высокое качество сборки и наладки.

Стадия эксплуатации. При эксплуатации на надежность и стабильность функционирования влияет ряд следующих факторов:

1. Применяемые смазки.

2. Применяемые СОЖ при обработке.

3. Применяемые режимы резания.

4. Условия эксплуатации оборудования (виброзащита, термоконстантные помещения).

3.9. Принятие решений на начальных стадиях проектирования

На этапе проектирования делают выбор структуры и расчет схемной надежности системы. Автоматизированные производственные системы (АПС) относят к сложным системам, на большое число выходных параметров которых устанавливают нормативы, обусловливающие надежность.

Структура АПС относится к связанной, если отказ ее элементов является зависимым событием и влияет на функционирование всей системы (рис. 20).

Рис. 20. Схемная структура АПС и ее основные элементы

При последовательном соединении элементов отказ одного элемента приводит к отказу всей системы. Вероятность безотказной работы АПС равна произведению вероятностей безотказной работ всех ее элементов:

3.10. Избыточность и резервирование

Избыточность — основной метод повышения надежности сложных систем. На стадии проектирования систем предусматривается создание запаса по основным параметрам, обусловливающим надежность: прочности, жесткости, износостойкости, виброустойчивости, теплостойкости и др.

В результате избыточности достижение предельных значений доминирующих параметров при работе изделия отдаляется. Наступление отказ как бы искусственно «сдвигается» во времени, т. е. в конструкции на стадии проектирования заранее закладывается завышенная наработка на отказ.

При создании надежных систем принцип избыточности проявляется в том, что ресурс изделия устанавливают намного ниже среднего срока службы до отказа. Недоиспользование потенциальной долговечности изделия дает гарантию его безотказной работы.

Частным случаем избыточности является резервирование, т. е. создание и включение в схему АС дублирующих элементов.

При выходе из строя (или отказе) одного из элементов дублер выполняет его функции и узел продолжает нормально функционировать.

Резервирование значительно повышает надежность систем.

Есть два вида резервирования — с нагруженными и ненагруженными резервными элементами (рис.21 а). При нагруженном резервировании резервированные элементы постоянно присоединяются к основным и находятся в одинаковом с ними режиме работы.

Рис. 21. Схема резервирования

В этом случае отказ системы — сложное событие, которое будет иметь место при условии отказа всех элементов.

При ненагруженном резервировании резервные цепи (элементы) находятся в отключенном состоянии и включаются лишь в случае отказа основной цепи (рис. 21, б). В этом случае надо вначале обнаружить отказ, а затем — включить резерв.