книги из ГПНТБ / Теоретические основы эксплуатации средств автоматизированного управления учебник
..pdf80
- когда средство расходует свой ресурс, главным образом на ходясь в фазе применения, а расход ресурса в других фазах на столько мал, что его можно не учитывать.
Различают следующие ресурсы: ресурс до первого ремонта, меж ремонтный ресурс, средний ресурс, гамма-процентный ресурс и др.
В дальнейшем с целью сокращения ресурс до первого капиталь ного ремонта будем называть техническим ресурсом, а гамма-про центный ресурс до первого капитального ремонта - установленным техническим ресурсом.
Для количественной оценки долговечности средства на интер вале времени, заключенном между моментом начала его эксплуата ции и моментом, когда необходим первый капитальный ремонт, при меняются следующие показатели:
- |
технический ресурс |
Т*р ; |
- |
средний технический |
ресурс Ттр ; |
- |
дисперсия технического ресурса б 2(Г7*0); |
-установленный технический ресурс 7^ ;
-гарантийный ресурс (гарантийная наработка) Тг .
Любое средство обладает своим определенным индивидуальным ресурсом до первого капитального ремонта, т .е . своим индивиду альным техническим ресурсом Т* . Опыт эксплуатации средств
автоматизированного управления и связи показывает, что величи на Т*р является случайной и, как всякая случайная величина, определяется законом ее распределения (рис.5 .1 ).
81
При известной плотности распределения гі?д(Тт р) техниче
ского ресурса |
средства |
Т* |
средний технический ресурс |
его |
|
определяется |
по формуле |
|
н |
|
|
|
V |
|
|
|
(5 .1) |
|
|
|
|
|
|
а дисперсия технического ресурса - по формуле |
|
||||
|
К |
, |
- у |
г » Л , >dTr f ■ |
t5 -2) |
|
о |
|
эксплуатационных мероприятий |
(сроков |
|
При планировании ряда |
отправки средств в ремонт, загрузки ремонтных предприятий, рас
хода ресурса |
средств и т .п .) |
пользуются установленным |
техниче |
|
ским ресурсом |
71 средства. |
|
|
|
Величина |
Т (рис.5 .1) |
может быть определена следующим об |
||
разом. Вероятность РЛТ* |
» |
Т ) того, что величина |
техни- |
|
|
ТР |
|
|
|
ческого ресурса конкретного средства будет равна или превзой дет величину установленного технического ресурса, определится по формуле
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5 .3) |
|
|
Для |
определения |
величины |
1 |
на |
практике |
вероятность |
|||||||
|
7^ |
|||||||||||||
Рд {Т*р è |
;г ) |
|
должна быть |
задана |
в |
виде |
условия |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
А (Г* а т ) = - 2L , |
|
|
(5 .4 ) |
|||||
|
|
|
|
|
|
дѵтр |
'i ' |
wo |
|
|
|
|
||
где |
|
- |
заданное (обусловленное) число процентов |
средств |
дан |
|||||||||
ного типа, у которых величина технического ресурса |
равна |
или |
||||||||||||
больше |
величины установленного технического ресурса. |
|
||||||||||||
|
В этом случае из уравнения (5 .3) можно найти такое значе |
|||||||||||||
ние |
7^ |
, |
при котором будет обеспечиваться условие |
(5 .4 ). |
|
|||||||||
|
В частности, когда технический ресурс |
Т* |
средства распре |
|||||||||||
делен по |
нормальному закону |
и |
Ттр э. |
3 0 ( Т*р ) |
|
величину |
Г |
|||||||
при заданном |
^ |
можно найти |
из |
соотношения |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Ti I I l |
|
50-1 |
|
|
|
(5 .5 ) |
|||
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
6 %*р) |
-1 |
|
|
|
|
|
|||
|
0 ( Т* ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
- |
среднее |
квадратическое |
отклонение технического |
||||||||||
|
|
|
|
|
ресурса |
средства; |
|
|
|
|
|
|
г
82
Ф |
fr Тт.р - функция Лапласа с аргументом х= |
||
[ W T%)\ |
|
|
|
|
определяемая по формуле |
||
|
Ф(х) = —j= r |
х |
. £ |
|
f е |
2 d t . |
|
|
У2зГ J |
|
|
|
|
о |
|
После |
выработки средством |
установленного технического ре |
сурса оно должно быть подвергнуто техническому освидетельство ванию. По результатам технического освидетельствования принима ется решение о необходимости проведения капитального ремонта на данном конкретном средстве. С вероятностью Рд( Т*р> ^ ^ J o Ö
возможны случаи, когда у ряда средств техническое состояние бу
дет таким,что их индивидуальные технические ресурсы Тт |
окажут |
|
ся больше установленного |
технического ресурса. Эксплуатацию та |
|
ких средств, у которых |
Ттр> Ту , целесообразно продлить. |
|
По названию символа |
ß и его смыслу величину 7^ можно на |
|
зывать гамма-процентным техническим ресурсом средства. |
|
|
При установлении условия (5 .4) необходимо учитывать |
с.-ядую |
|
щие обстоятельства: |
|
|
1. Слишком большую регламентированную вероятность |
брать, |
как правило, экономически нецелесообразно, так как это может из влечь или же необоснованное снятие с эксплуатации средств и их
замену новыми, или же необходимость проведения |
более |
частых |
|
определений фактического технического состояния средств. |
|||
2. Необоснованно малую вероятность |
брать |
также |
эконо |
мически нецелесообразно, так как при массовой эксплуатации средств автоматизированного управления и связи у значительно го количества их индивидуальные технические ресурсы окажутся меньше величины Ту , что потребует дополнительных (незаплани рованных) затрат на ввод в эксплуатацию средств и внесет труд ности в процесс планирования поставок новых систем.
Установленный ресурс приводится в формуляре (паспорте) сред ства.
Гарантийный ресурс (гарантийная наработка) - наработка сред ства, до завершения которой завод-изготовитель гарантирует и обеспечивает выполнение установленных требований к средству и несет материальную ответственность при условии соблюдения пра вил эксплуатации, в том числе правил хранения и транспортиро вания.
83
Первоначально понятие "гарантийный ресурс" появилось в свя зи с тем, что обычно не было возможности проводить необходимую "тренировку" средств на заводе-изготовителе. Вследствие этого или весь участок приработки средства (р и с .5 .2 ), или часть его включалась в период его эксплуатации в войсках.
В |
связи с тем, что в течение участка приработки интенсив |
||
ность |
отказов |
средства Л(и) больше допустимого для нее уров- |
|
кя Л 8оп и что |
причиной этому, как правило, являются производ |
||
ственные дефекты, дли |
|||
тельность гарантийного |
|||
ресурса должна |
выби |
||
раться равной |
той |
ча |
|
сти участка приработки, |
|||
которая не выработана |
|||
на заводе-изготовителе. |
|||
Впоследствии |
длитель |
||
ность |
гарантийного |
ре |
|
сурса из-за различных |
|||
соображений увеличива |
лась, и в |
настоящее время, как правило, гарантийный ресурс пе |
|
рекрывает |
длительность участка приработки средства. Обычно до |
|
окончания выработки гарантийного ресурса завод-изготовитель |
||
устраняет |
все |
неисправности, возникшие в средстве по его вине, |
в соответствии |
с предъявляемыми рекламациями. Однако средства, |
вышедшие из строя до окончания выработки гарантийного ресурса вследствие нарушения правил их эксплуатации, рекламации не под лежат.
Гарантийный ресурс представляет часть установленного тех нического ресурса и указывается в эксплуатационной документа ции или договорах между изготовителем и заказчиком.
Для количественной оценки долговечности средств автомати зированного управления и связи между смежными капитальными (сред ними) ремонтами применяются следующие показатели:
- |
межремонтный ресурс |
Т* |
; |
|
|
- |
средний межремонтный ресурс Тм р ; |
|
|||
- |
дисперсия межремонтного ресурса |
6 2{Т*р ) ; |
|
||
- |
установленный (гамма-процентный) межремонтный ресурс Т |
||||
- |
межремонтный гарантийный ресурс |
Т, |
МРѴ |
||
|
|
Т„р |
|
м.р.г |
|
Межремонтный ресурс |
средства |
- интервал |
времени его |
84
работы между предыдущим капитальным (средним) ремонтом и момен том, когда необходим последующий капитальный (средний) ремонт.
Опыт эксплуатации показывает, что межремонтный (иногда его называют послеремонтным) ресурс Т* р так же, как и технический
ресурс Т*р , является величиной случайной и по своей физической сущности аналогичен ему.
При известной плотности распределения межремонтного ресур
са Т*р величины Тмр и |
6 2(Т*р) |
могут |
быть определены по |
формулам, аналогичным (5 .1) |
и (5 .2 ). |
Тмр у |
|
Установленный межремонтный ресурс |
средств автомати |
зированного управления и связи, аналогичный по своей сущности установленному техническому ресурсу 7^ , может быть вычислен по той же методике.
После выработки установленного межремонтного ресурса сред ство должно быть или снято с эксплуатации (если его техническое состояние не удовлетворяет требованиям ТУ), или же отправлено еще раз в капитальный (средний) ремонт. Отправка средства в ка питальный ремонт должна быть, как правило, экономически оправ дана, так как в ряде случаев экономически выгоднее заменить его новым.
Сущность межремонтного гарантийного ресурса та же, что и гарантийного ресурса средства. Отличие состоит в том, что в дан ном случае материальную ответственность несет не завод-изгото витель, а ремонтное предприятие.
Вобщем случае средство, выработавшее установленный техни ческий ресурс, может подвергаться периодически (после выработ ки установленных межремонтных ресурсов) капитальному ремонту до тех пор, пока оно не будет снято с эксплуатации из сообра жений или экономичности, или безопасности, или снижения эффек тивности (надежности) и т .п .
Вэтом случае общая продолжительность работы средства в пер вом приближении составит
|
|
|
тц ~ Ті + % Тмр Ь ’ |
(5,6) |
где |
п |
- |
число капитальных ремонтов; |
|
|
Тмр |
- |
установленный межремонтный ресурс между |
( L + I )-м |
|
1 |
|
и L -м капитальным ремонтом. |
|
|
Величину |
71 будем называть установленным суммарным ресур |
сом средства.
85
При условии равенства установленных межремонтных ресурсов
(7 |
= |
7___= . . . = 7 |
"P u |
= 7 |
) |
в |
соответствии с вы- |
4 ”РЬ |
|
"Ph |
|
' |
|
|
|
ражением |
(5 .6 ) получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
тц |
7I+ п т.<рг |
|
(5 .7) |
||
|
|
|
|
||||
Из выражения (5 .7) следует, .что при |
/7 = |
0 |
( т .е . при эксплуата |
ции без капитальных ремонтов) установленный суммарный ресурс совпадает с установленным техническим ресурсом.
§ 5 . 3 . СРОК СЛУЖБЫ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ И СВЯЗИ
Вобщем случае средства теряют способность к сохранению и поддержанию заложенных в них качеств (расходуют ресурс) во всех фазах процесса эксплуатации, кроме фаз среднего и капитального ремонтов. Поэтому долговечность средств, процесс эксплуатации которых складывается из чередующихся различных фаз, удобнее оценивать сроком службы.
Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации средства до момента возникновения предельного состояния, ого воренного в эксплуатационно-технической документации, или до списания.
Впрактике эксплуатации средств различают срок службы до первого капитального (среднего) ремонта, срок службы между ка питальными ремонтами, средний срок службы и др.
Установим связь между сроком службы средства и его ресур
сом.
Пусть средство, эксплуатирующееся в различных режимах, на
ходится |
в среднем s |
-ю часть |
времени эксплуатации z в рабочем |
режиме, |
г>-ю часть |
времени эксплуатации в режиме проведения |
|
регламентных работ, |
а (I - s |
-г)-ю часть времени эксплуатации |
|
в режиме хранения. |
|
|
Кроме того, для этого средства нам известны следующие дан
ные:
I . Установленные технический 7^ и межремонтные ресурсы
Т” РЪ = Т” РЬ |
Т" Р %л = Т” Р1 ’ |
какому-ли |
где п - обоснованное число |
капитальных ремонтов по |
|
бо критерию. |
|
|
86
Согласно выражению (5.7)
ТЦ |
\ + пТ”РЪ ' |
2. Средняя продолжительность выполнения одного капитально |
|
го ремонта Тн . Величина Тнр |
равна среднему интервалу вре |
мени между моментом принятия решения о необходимости проведения капитального ремонта и моментом получения средства из ремонта. Очевидно, что суммарное среднее время, затрачиваемое на капи
тальные ремонты средства, будет |
|
|
|
|
|
Т |
- п Т |
. |
<5 -8 > |
|
Z н.р |
К-р |
|
|
3. |
Время исправного состояния средства во всех рассматри |
|||
ваемых режимах эксплуатации распределено по экспоненциальному |
||||
закону. |
При этом интенсивности отказов средства во время работы |
|||
(Лр) , |
во время хранения (Лір) и при проведении регламентных |
работ (Лрр) не равны. |
|
|
|
|
|||
|
Суммарный срок службы Ъ'к |
как календарная продолжительность |
|||||
эксплуатации средства может быть представлен в виде суммы: |
|||||||
|
|
|
Д' = s z + г г + { l - s - r ) г +Т |
, |
|
|
|
где |
52 |
- |
средняя суммарная продолжительность |
работы |
сред |
||
|
г г |
|
ства в течение всего срока его эксплуатации; |
||||
|
- |
средняя суммарная продолжительность |
хранения |
||||
|
|
|
средства в течение всего срока его эксплуата |
||||
( f - s - r ) z |
|
ции; |
|
|
|
|
|
- |
средняя суммарная продолжительность |
выполнения |
|||||
|
|
|
регламентных работ в течение всего |
|
срока |
экс |
|
|
|
|
плуатации. |
|
|
|
|
|
Понятно, |
что расход запаса |
работоспособности |
(надежности) |
будет происходить только в фазах применения, хранения и техни ческого обслуживания. В фазе же капитального ремонта происхо дит возобновление запаса ресурса до величины, равной установ ленному межремонтному ресурсу.
При вычислении израсходованного запаса работоспособности в каждой из фаз процесса эксплуатации средства будем принимать, что с переходом из одной фазы в другую и обратно физические
процессы утраты запаса работоспособности сохраняются, но может изменяться их интенсивность. Кроме того, в целях упрощения ана лиза будем полагать, что замена отдельных элементов в процессе
87
текущего ремонта не приводит к изменению оставшегося запаса ра ботоспособности средства.
При.этих допущениях можно воспользоваться физическим прин ципом надежности*' для установления количественных зависимостей между сроком службы средства и его ресурсом. Согласно этому принципу могут быть записаны следующие интегральные соотноше ния:
I V |
z ’ ep ^ z * |
Iл р(2, ер) dz, |
|
|
ч |
|
Tpt |
|
|
|
|
jAp(Z,Ep)dz , |
(5.10) |
|
оО |
|
о |
|
|
(/-S-r)Ez |
|
ТРЗ |
|
|
j A* / z > V rfz“ |
j APU , |
, |
|
|
где Лр (z , £р) , |
Кх р { г , |
Ехр), Лрр U , £ p.p) |
-интенсивности |
отказов при соответствующих условиях.
Левые части системы соотношений (5.10) выражают собой вели чины израсходованного запаса работоспособности средством соот
ветственно |
за время работы |
s 2 |
, время проведения регламентных |
работ г г |
и время хранения |
{/ - s - г ) г . |
|
Правые |
части этой системы |
выражают собой те же величины из |
расходованного запаса работоспособности средства соответствен
но за |
время ТрІ |
, Тр2 и |
Тр3 . Отсюда |
следует, |
например, что хра |
нение |
средства |
в течение |
времени (/ |
- s - г ) г |
эквивалентно |
(по расходу ресурса) работе этого же средства в течение време ни Тр3.
По условию задачи
Л р(2 , 8р) = Лр= c o n st,
АхР= const *
Л р р ^ > £ р.р)= Л р.р= c o n s t •
Сущность физического принципа надежности, сформулирован ного Н.М. Седякиным, изложена в первой главе данного учебника.
88
Подставив эти значения интенсивностей отказов в выражения (5.10)
ивыполнив интегрирование, получим:
рР /»’
Арр^^~ А-p Трг 1
Произведя раздельное сложение левых и правых частей систе мы соотношений (5 .I I ) и решив полученный результат относитель но величины 2 , найдем
г= ____ АР^Тр>+ Трг+ Трз)--------- . |
(5.12) |
skp+ rApp+U-s-r) Ахр |
|
В рассматриваемом нами случае ресурс расходуется в различ ных фазах процесса эксплуатации средства. Поэтому суммарный срок службы средства Ън следует рассматривать как интервал вре мени эксплуатации, заключенный между началом его эксплуатации и моментом, когда будет израсходован установленный суммарный
ресурс средства Тг |
. Это означает, что |
при расчете |
суммарного |
||||||
срока службы средства Ън суммарная наработка |
(Тр1 + |
TpZ + Тр3) в |
|||||||
выражении |
(5.12) должна |
быть приравнена |
величине |
Т |
, опреде |
||||
ляемой из |
формулы (5 .7 ). |
|
|
|
|
^ |
|
||
С учетом последнего |
замечания выражение |
(5.12) приводится |
|||||||
к виду |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z - ^ +/77W |
sA |
+ r A B0+{1-s-n)A |
|
(5.13) |
|||
|
|
хр |
|
||||||
|
|
|
|
|
РР |
ѵ |
' |
|
|
Подставив |
значения г и |
ТX к.р , определяемые |
из |
соотноше |
|||||
ний (5.13) |
и |
(5 .8 ), |
в выражение (5 .9 ), получим |
|
|
||||
|
|
|
Р1' |
SAp+ г App+(!-s-r)A хр +пТ«Р ' (5.14) |
С помощью данного выражения определяется связь между суммарным сроком службы и установленным суммарным ресурсом средства,экс плуатирующегося в переменном режиме.
Из выражения (5.14) вытекают |
следующие частные |
случаи: |
I . Для средства непрерывного |
использования s + |
п = I . В |
этом случае выражение (5.14) приводится к виду
89
4* ~ ^ ТЦ+ пТм.рч) |
г А рр + пТх р |
(5.15) |
П ' S A „ + |
|
|
и при Лр = Ар р - к виду |
|
|
+ |
>+пТк, |
(5.15а) |
|
Из выражения (5.15а) следует, что суммарный срок службы средства непрерывного использования при проведении на нем ка питальных ремонтов отличается от установленного суммарного ре сурса на величину n lH .
Если средство непрерывного использования не подвергается
капитальному ремонту ( /7 = 0 ) , |
то выражение (5.15а) приводится |
к виду |
|
Л |
(5.156) |
Отсюда следует, что для средства непрерывного использования,, на котором капитальные ремонты не проводятся, понятия ресурса и срока службы совпадают.
2 . Для ряда средств однократного применения можно допустить,
что S % 0 и /»*- 0. |
|
|
|
|
|
В этом |
случае выражение |
(5.14) приводится |
к виду |
|
|
|
пТм . р ^ А хр + пТн.р |
■ |
(5.16) |
||
|
|
||||
Отличие этого выражения от выражения (5.15а) |
заключается только |
||||
в наличии |
в нем масштабного коэффициента, |
равного |
Л- |
||
-----— - |
|||||
|
|
|
|
|
А хр |
Если капитальный ремонт на средстве однократного примене |
|||||
ния не проводится ( /7 = 0 ), |
то |
|
|
|
|
|
|
Л„ |
|
|
(5.16а) |
|
~ |
А хр 1 ' |
|
|
|
|
|
|
|
Отсюда следует, что срок службы средства однократного примене
ния больше его установленного технического ресурса в -^Д -раз. Зависимость между установленным межремонтным ресурсѣ сред
ства ТМр и его сроком службы между капитальными ремонтами
2> • і |
по аналогии с (5.16а) |
определяется |
по формуле |
|
|
А, |
|
|
м РЪ |
Т. |
(5.17) |
|
ЬХр 'м- п |
■ |