 |
Лекция 9. Надежность технических систем. 9.1. Выбор и обоснование показателей надежности технических систем. 9.2. Распределение нормируемых показателей надежности
|
|
|
|
Лекция 9
Надежность технических систем
9. 1. Выбор и обоснование показателей надежности технических систем
Одной из важнейших задач на этапе проектирования является правильный выбор номенклатуры нормируемых показателей надежности. Необоснованный выбор показателей надежности из широкой номенклатуры имеющихся показателей может привести к неправильным решениям при проектировании системы. Поэтому при выборе показателей надежности необходимо учитывать назначение системы, условия и режимы ее работы, а также ее ремонтопригодность.
Информация о назначении системы дает возможность определить область и интенсивность применения системы по назначению. Сведения об условиях и режимах работы системы используют для оценки влияния факторов окружающей среды на работоспособность проектируемой системы, а также влияния действующих внешних и внутренних нагрузок на несущую способность элементов системы. Количественные значения этих оценок являются исходными данными для расчета прочности и устойчивости элементов и узлов металлоконструкций.
Если по условиям применения систему предполагается ремонтировать в условиях эксплуатации, то в качестве одного из основных показателей надежности следует выбирать коэффициент готовности Кг или коэффициент технического использования Ки.
В случае, если отказ системы или отдельных ее элементов приводит к невыполнению важной задачи или нарушает безопасность работы обслуживающего персонала, а также вызывает угрозу для здоровья и жизни людей, находящихся в зоне действия системы, то для таких систем основным показателем надежности является безотказность, выражающаяся в виде наработки на отказ или вероятности безотказной работы.
|
|
|
Если в результате простоя системы после отказа возникают большие материальные затраты, то такая система должна иметь хорошую ремонтопригодность и высокие показатели безотказности.
Если система по условиям эксплуатации подлежит длительному хранению (ожиданию работы) или она должна транспортироваться на специальных транспортных средствах, то такая система должна обладать высокими показателями сохраняемости в соответствующих условиях хранения и транспортирования.
Все показатели надежности проектируемой системы должны обеспечивать нормальное ее функционирование в течение заданного срока эксплуатации.
9. 2. Распределение нормируемых показателей надежности
Распределение норм надежности проводят на этапах эскизного и рабочего проектирования технической системы. Предполагается, что на любом из этих этапов конструирования систему можно разбить на некоторое число подсистем в виде отдельных сборочных единиц и исходить из начальной надежности каждой подсистемы, полученной расчетом или по результатам испытаний подсистем.
Пусть р1, р2, ..., рn означают надежность подсистем. Предположим, что отказ любой подсистемы приводит к отказу системы в целом, тогда надежность системы на основании теоремы умножения вероятностей имеет вид:
P = p1 p2…pn. (9. 1)
Пусть Ртр - требуемая надежность системы, причем значение надежности должно удовлетворять условию Ртр ≥ Р. Задача состоит в том, чтобы повысить хотя бы одно из значений рi на столько, чтобы Р ≥ Ртр. Для повышения надежности необходимо произвести дополнительные затраты, связанные либо с введением резервирования в этой системе, либо с введением в систему более надежных элементов.
Методика повышения надежности Р до требуемого значения Ртр сводится к следующему. Надежности р1, р2, …, рn располагают в неубывающей последовательности:
|
|
|
p1 ≤ p2 ≤ …≤ pn. (9. 2)
Каждую из надежностей р1, р2, …, рk увеличивают до одного и того же значения p0 тр, а надежности, начиная с р k+1,..., рn, остаются неизменяемыми.
Номер k выбирают из максимального значения j, для которого
n+1
| pj < [Pтр / Π pj]1/j = pj, j=1где р n+1 =1 по определению. Значение p0 тр определяют из соотношения n+1 | (9. 3) | |
| p0тр = [P тр / Π pj]1/k = p0 ТР | (9. 4) |
j=k+1
Очевидно, что надежность системы после определения Р0тр будет удовлетворять заданному требованию, поскольку новая надежность равна:
(P0тр)крк+1…рn=(P0тр)к 
= Pтр (9. 5)
Пример 9. 1. Пусть техническая система состоит из трех подсистем. Надежность каждой из них соответственно равна: p1 =0, 7; р2 =0, 8; р3 =0, 9. Известно, что отказ любой одной подсистемы приводит к отказу системы в целом. Требуемое значение надежности системы равно Pтр =0, 65.
Провести перераспределение норм надежности таким образом, чтобы произведение вероятностей трех подсистем соответствовало заданному требованию.
Решение. Используя формулу (9. 1), получим:
P = p1 р2 р3 =0, 7. 0, 8. 0, 9 = 0. 504.
Предположим, что мы не рассчитываем k по формуле (9. 3), а произвольно задаем k =1.
Тогда, подставляя исходные данные в формулу (9. 4), получим: p0тр= [0, 65/0, 8. 0, 9. 1, 0]1/1 = 0. 903.
P = 0, 903. 0, 8. 0, 9 = 0. 65.
Полученное значение надежности соответствует требуемому Pтр =0, 65.
Однако на основании полученного значения p0тр можно заключить, что распределение средств, необходимых для повышения надежности, не было оптимальным. Другими словами, приложено больше средств для достижения заданного показателя, чем требовалось.
Определим теперь k по формуле (9. 3). С этой целью вычислим три величины:
r1 = [Pтр/p2 p31, 0]1/1 = [0, 65/0, 8. 0, 9. 1, 0]1/1 = 0, 903; r2 = [Pтр/p31, 0]1/2 = [0, 65/0, 9. 1, 0]1/2 = 0, 85; r3 = [Pтр/1, 0]1/3 = [0, 65/1, 0]1/3 = 0, 866.
|
|
|
Так как p1< r1, p2< r2, p3 > r3, примем k =2. В этом случае наибольшее значение индекса j со свойством p< r, равно двум. Далее, учитывая выражение (9. 4), находим p0тр = [0, 65/0, 9]1/2 = 0, 85.
Это означает, что средства на повышение надежности необходимо распределить следующим образом: надежность подсистемы №1 увеличивают с 0, 7 до 0, 85; надежность подсистемы №2 - с 0, 8 до 0, 85; надежность подсистемы №3 оставляют на прежнем уровне. В результате вероятность безотказной работы всей системы: Р = (0, 85)2. 0, 90 = 0, 65.
|
|
|
