Надежность элементов и систем

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

по дисциплине «Теории систем и системный анализ» 

Тема: «Надежность элементов и систем». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2009 г.

Содержание 

      Введение…………………………………………………………………3

1. Количественные характеристики безотказности…..………………….4
2. Структурно-логический анализ систем………………………………..6
3. Расчеты структурной надежности систем………..……………………9
1. Системы с последовательным соединением элементов.………9
2. Системы с параллельным соединением элементов……………10
3. Системы типа m из n.……………………………………………10
4. Комбинированные системы...…………………………………..11
4. Повышение надежности технических систем..………………………13
1. Методы повышения надежности………………………………13
2. Расчет надежности систем с резервированием……………….15

   Заключение…………………………………………………………….18

   Литература……………………………………………………………..19

   Приложение 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Надежностью называют свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Расширение условий эксплуатации, повышение ответственности выполняемых системой функций, их усложнение приводит к повышению требований к ее надежности.

     Надежность  является сложным свойством, и формируется такими составляющими, как безотказность, долговечность, восстанавливаемость и сохраняемость. Основным здесь является свойство безотказности - способность системы или радиоэлектронными средствами-РЭС(компьтер,система данных) непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение времени. Потому наиболее важным в обеспечении надежности  является повышение безотказности.

     Особенностью  проблемы надежности является ее связь  со всеми этапами “жизненного  цикла” системы от зарождения идеи создания до списания: при расчете и проектировании надежность закладывается в проект, при изготовлении надежность обеспечивается, при эксплуатации - реализуется. Поэтому проблема надежности - комплексная проблема и решать ее необходимо на всех этапах и разными средствами. На этапе проектирования системы определяется её структура, производится выбор или разработка элементной базы, поэтому здесь имеются наибольшие возможности обеспечения требуемого уровня надежности. Основным методом решения этой задачи являются расчеты надежности (в первую очередь - безотказности), в зависимости от структуры системы и характеристик её составляющих частей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕЗОТКАЗНОСТИ

 

     Безотказность (и другие составляющие свойства надежности) систем проявляется через случайные величины: наработку до очередного отказа и количество отказов за заданное время. Поэтому количественными характеристиками свойства здесь выступают вероятностные переменные.

     Наработка есть продолжительность или объем работы объекта. Для некоторых элементов естественно исчисление наработки в единицах времени, тогда как для других могут быть удобнее иные средства измерения. Для невосстанавливаемых и восстанавливаемых изделий понятие наработки различается: в первом случае подразумевается наработка до первого отказа (он же является и последним отказом), во втором - между двумя соседними во времени отказами (после каждого отказа производится восстановление работоспособного состояния). Математическое ожидание случайной наработки Т

(1)

является  характеристикой безотказности  и называется средней наработкой на отказ (между отказами). Через t обозначено текущее значение наработки, а f(t) - плотность вероятности ее распределения.

     Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки t отказ объекта не возникнет:

(2)

     Вероятность противоположного события называется вероятностью отказа и дополняет вероятность безотказной работы до единицы:

(3)

В (2) и (3) F(t) есть интегральная функция распределение случайной наработки t. Плотность вероятности f(t) также является показателем надежности, называемым частотой отказов:

(4)

     Из (4) очевидно, что она характеризует скорость уменьшения вероятности безотказной работы во времени.

     Интенсивностью  отказов называют условную плотность вероятности возникновения отказа изделия при условии, что к моменту t отказ не возник:

(5)

Функции f(t) и (t) измеряются в ч .

Интегрируя (5), легко получить:

(6)

     Это выражение, называемое основным законом  надежности, позволяет установить временное  изменение вероятности безотказной  работы при любом характере изменения  интенсивности отказов во времени. В частном случае постоянства интенсивности отказов (t) = = const (6) переходит в известное в теории вероятностей экспоненциальное распределение:

     (7)

     Поток отказов при (t)=const называется простейшим и именно он реализуется для большинства РЭС в течении периода нормальной эксплуатации от окончания приработки до начала старения и износа.

Подставив выражение плотности вероятности f(t) экспоненциального распределения (7) в (1.1), получим:

  (8)

т.е. при  простейшем потоке отказов средняя наработка Т₀ обратна интенсивности отказов . С помощью (7) можно показать, что за время средней наработки, t=T₀, вероятность безотказной работы изделия составляет 1/е. Часто используют характеристику, называемую - процентной наработкой - время, в течении которого отказ не наступит с вероятностью (%):

 .9)

Выбор параметра для количественной оценки надежности определяется назначением, режимами работы изделия, удобством  применения в расчетах на стадии проектирования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. СТРУКТУРНО - ЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ.

 

     Конечной  целью расчета надежности устройств  является оптимизация конструктивных решений и параметров, режимов  эксплуатации, организация технического обслуживания и ремонтов. Поэтому  уже на ранних стадиях проектирования важно оценить надежность объекта, выявить наиболее ненадежные узлы и детали, определить наиболее эффективные меры повышения показателей надежности. Решение этих задач возможно после предварительного структурно - логического анализа системы.

     Большинство технических объектов являются сложными системами, состоящими из отдельных  деталей, устройств контроля, управления и т.д.. Техническая система (ТС) - совокупность технических устройств (элементов), предназначенных для выполнения определенной функции или функций. Соответственно, элемент - составная часть системы.

     Расчленение ТС на элементы достаточно условно  и зависит от постановки задачи расчета  надежности. Например при анализе  работоспособности технологической  линии ее элементами могут считаться отдельные установки и станки, транспортные и загрузочные устройства и т.д.. В свою очередь станки и устройства также могут считаться техническими системами и при оценке их надежности должны быть разделены на элементы - узлы, блоки, которые, в свою очередь - на детали и т.д..

     При определении структуры ТС в первую очередь необходимо оценить влияние  каждого элемента и его работоспособности  на работоспособность системы в  целом. С этой точки зрения целесообразно  разделить все элементы на четыре группы:

1. Элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность системы (например, изменение окраски поверхности и т.п.).

2. Элементы, работоспособность которых за  время эксплуатации практически  не изменяется и вероятность  безотказной работы близка к  единице (корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности).

3. Элементы, ремонт или регулировка которых  возможна при работе изделия  или во время планового технического  обслуживания (наладка или замена  технологического инструмента оборудования).

4. Элементы, отказ которых сам по себе  или в сочетании с отказами  других элементов приводит к  отказу системы.

       Очевидно, при анализе надежности ТС имеет смысл включать в рассмотрение только элементы последней группы.

       Для расчетов параметров надежности удобно использовать структурно - логические схемы надежности ТС, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Структурно - логическая схема представляет собой совокупность ранее выделенных элементов, соединенных друг с другом последовательно или параллельно. Критерием для определения вида соединения элементов (последовательного или параллельного) при построении схемы является влияние их отказа на работоспособность ТС.

Последовательным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента приводит к отказу всей системы (рис. 2.1).

Параллельным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента не приводит к отказу системы, пока не откажут все соединенные элементы (рис. 2.2).

   
 

     Определенная  аналогия здесь прослеживается с  цепью, составленной из проводящих элементов (исправный элемент пропускает ток, отказавший не пропускает): работоспособному состоянию ТС соответствует возможность протекания тока от входа до выхода цепи .

     Примером  последовательного соединения элементов  структурно - логической схемы может  быть технологическая линия, в которой  происходит переработка сырья в  готовый продукт, или РЭС, в котором  последовательно осуществляется преобразование входного сигнала. Если же на некоторых участках линии, или пути сигнала, предусмотрена одновременная обработка на нескольких единицах оборудования, то такие элементы (единицы оборудования) могут считаться соединенными параллельно.

     На структуру схемы надежности может оказывать влияние и вид возникающих отказов. Например, в электрических системах для повышения надежности в ряде случаев применяют параллельное или последовательное соединение элементов (рис. 2.3). Отказ таких изделий может происходить по двум причинам: обрыва (т.е. невозможности замыкания цепи) и замыкания (т.е. невозможности разрыва соединения). В случае отказа типа “обрыв” схема надежности соответствует электрической схеме системы (при “обрыве” любого коммутатора при последовательном их соединении возникает отказ, при параллельном - все функции управления будет выполнять исправный коммутатор). В случае отказа типа “замыкание” схема надежности противоположна электрической (в параллельном включении утратится возможность отключения тока, а в последовательном общего отказа не происходит).