Резервирование, как способ повышения надежности машины.

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 15Следующая ⇒

Одним из основных средств обеспечения требуемого уровня надежности и прежде всего безотказности объекта или ЭС при недостаточно надежных элементах является резервирование. Под резервированием понимается применение дополнительных средств и возможностей с целью сохранения работоспособного состояния ЭС при отказе одного или нескольких её элементов. Резервирование – это эффективный способ создания ЭС, надежность которых выше надёжности входящих в эту систему элементов.

При резервировании различаются основные элементы структуры, необходимые для выполнения системой требуемых функций при отсутствии отказов его элементов, и резервные элементы, предназначенные для выполнения функций основных элементов в случае их отказа. Отношение числа резервных элементов системы к числу резервируемых ими основных элементов, выраженное несокращенной дробью, называется кратностью резерва:

Резервирование с кратностью резерва называется дублированием.

К дополнительным средствам и возможностям, применяемым при резервировании, относятся элементы, вносимые в структуру ЭС в качестве резервных; применение функциональных и информационных средств и возможностей; использование избытка времени и запасов нагрузочной способности.

Соответственно по типу дополнительных средств различают следующие виды резервирования (рис1): структурное (с применением резервных элементов структуры объекта); функциональное (с использованием функциональных резервов); информационное (употребляются резервы информации); нагрузочные (с использованием нагрузочных резервов).

рис1 Классификационная схема видов резервирования

по способу включения резерва различают постоянное и динамическое резервирование: постоянное осуществляется без перестройки структуры системы при возникновении отказа её элемента, а динамическое резервирование – с перестройкой структуры системы при возникновении отказа её элемента. В простейшем случае при постоянном резервировании выполняется параллельное соединение элементов без переключающих устройств, а при динамическом резервировании требуются переключающие устройства, реагирующие на отказ элемента.

Динамическое резервирование часто представляет собой резервирование замещением, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента. Распространённым видом резервирования замещением является скользящее резервирование, при котором группа основных элементов системы резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе.

по режиму работы резервных элементов до отказа основного элемента различаютнагруженный резерв (один или несколько резервных элементов находятся в режиме основного элемента); облегченный резерв (один или несколько резервных элементов находятся в менее нагруженном режиме, чем основной элемент); ненагруженный резерв (один или несколько резервных элементов находятся в нагруженном режиме до начала выполнения ими функций основного элемента).

Понятия нагруженного, облегченного и ненагруженного резерва используются для отличия резервных элементов по уровню их надежности. Элементы нагруженного резерва имеют тот же уровень надежности (безотказности, долговечности и сохраняемости), что и резервируемые ими основные объекты элемента, так как курс резервных элементов расходуется также, как и основных элементов. Элементы облегченного резерва обладают более высоким уровнем надежности, так как интенсивность расхода ресурса резервных элементов до момента включения их вместо отказавших значительно ниже, чем у основных. При ненагруженном резерве ресурс резервных элементов начинает расходоваться практически только с момента включения их вместо отказавших элементов.

по способу замещения объекта (элемента объекта) различают резервирование общее и раздельное; при общем резервируется объект в целом, т. е. предусматривается вместо одного объекта одновременная эксплуатация двух или более объектов, однотипных или аналогичных по выполняемым функциям (способ прост и широко используется на практике при резервировании наиболее ответственных систем); при раздельном резервируемыми являются отдельные элементы объекта или их группы (раздельное резервирование обычно является встроенным в объект, т.е. раздельно могут резервироваться как отдельные элементы системы, так и достаточно крупные её части).

Динамическое резервирование может быть раздельным и общим и позволяет использовать резервные элементы не только в нагруженном, но и облегченном и ненагруженном резерве, что позволяет сохранять ресурс резервных элементов, повысить надежность ЭС в целом и уменьшить расход энергии. К недостаткам динамического резервирования замещением следует отнести необходимость переключающих устройств и наличие перерывов в работе при переходе на резервные элементы.

Виды резервирования.

Резервированием называют метод повышения надежности ТС за счет введения избыточности. Под избыточностью при этом понимают дополнительные средства и возможности сверх минимально необходимых для выполнения ТС заданных функций. Таким образом, задачей введения избыточности является обеспечение нормального функционирования ТС после возникновения отказов в ее элементах.

В соответствии с ГОСТ 13377-75 различает три основных вида резервирования:

- структурное,

- информационное,

- временное.

Структурное резервирование (или аппаратное) предусматривает использование избыточных элементов ТС. Суть такого вида резервирования заключается в том, что в минимально необходимый вариант системы, элементы которой называют основными, вводятся дополнительные элементы, узлы, устройства либо даже вместо одной системы предусматривается использование нескольких идентичных систем. При этом избыточные резервные структурные элементы, узлы, устройства и т.д. предназначены для выполнения рабочих функций при отказе соответствующих основных элементов, узлов и устройств.

Информационное резервирование предусматривает использование избыточной информации. Простейшим примером реализации такого вида резервирования является многократная передача одного и того же сообщения по каналу связи. В качестве другого примера можно привести использование специальных кодов, обнаруживавших к исправляющих ошибки (коды с повторением и инверсией, циклический код, код Хемминга и т.д.), которые появляются в результате сбоев и отказов аппаратуры. Здесь следует заметить, что использование информационного резервирования влечет за собой также необходимость введения избыточных элементов.

Временное резервирование предусматривает использование избыточного времени. В случае применения этого вида резервирования предполагается возможность возобновления функционирования ТС после того, как оно было прервано в результате отказа, путем его восстановлена. При этом также предполагается, что на выполнение ТС необходимой работы отводится время, заведомо большее минимально необходимого. Перечисленные виды резервирования могут быть применены либо к ТС в целом, либо к отдельным их элементам или к группам таких элементов. В первом случае резервирование называется общим, во втором – раздельным.

Надежность восстанавливаемых технических систем

Сложные технические объекты (системы), рассчитанные на длительный срок

службы, создаются, как правило, ремонтируемыми. В разделе 2 дано

толкование основных показателей надежности восстанавливаемых объектов

(элементов): средняя наработка на отказ; параметр потока отказов; среднее

время восстановления; интенсивность восстановления; коэффициенты

готовности и оперативной готовности. В данном разделе рассматривается

методика анализа надежности восстанавливаемых систем при различных

схемах включения элементов.

Переход системы из неработоспособного (предельного) состояния в

работоспособное осуществляется с помощью операций восстановления или

ремонта. К первым, в основном, относятся операции идентификации отказа

(определение его места и характера), замены, регулирования,

заключительных операций контроля работоспособности системы в целом.

Переход системы из предельного состояния в работоспособное

осуществляется с помощью ремонта, при котором происходит

восстановление ресурса системы в целом. Рассмотрим, к примеру,

вакуумный выключатель. Вакуумная камера, не подлежащая

восстановлению, при отказе заменяется исправной, то есть восстановление

работоспособности выключателя происходит путем замены отказавшей

камеры. При отказе в том же выключателе электромагнитного (или

пружинного) привода восстановление работоспособности выключателя

может производиться путем ремонта привода или замены его исправным. В

обоих случаях требуется произвести регулировку привода и проверить

функционирование выключателя в целом, осуществив контрольные операции

" включить" -" отключить".

Надежность восстанавливаемой одноэлементной системы

При анализе используем ряд наиболее часто вводимых допущений.

Поток отказов в системе простейший, то есть выполняются требования

ординарности, стационарности и отсутствия последствия

Поток восстановлений простейший.Восстановление происходит путем ремонта или замены с последующей настройкой и проверкой работоспособности или исправности системы за одно и то же время

Коэффициент готовности представляет собой вероятность того, что система окажется работоспособной в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование системы по назначению не предусматривается.

Надежность нерезервированной системы с последовательно включенными восстанавливаемыми элементами

Система, состоящая из N последовательных восстанавливаемых элементов, отказывает, когда отказывает любой из элементов системы. Предполагаются простейшие потоки отказов и восстановлений.Как показано в [15, 19], при заданных допущениях и известных значениях коэффициентов готовности каждого из последовательно включенных элементов; коэффициент готовности системы определяется по разному

Здесь же отметим, что в расчетной практике нередко пользуются формулой вероятности безотказной работы неремонтируемой системы с основным соединением элементов.

В этом случае это сопряжено с грубой ошибкой. Произведение вероятностей безотказной работы элементов неремонтируемой системы есть математическая оценка факта совпадения работоспособного состояния трех, составляющих систему невосстанавливаемых элементов, то есть работоспособного состояния системы. Произведение коэффициентов готовности ремонтируемых элементов факта совпадения работоспособных состояний элементов не отражает.

Методы противодействия негативному влиянию внешних факторов на надежность технических систем.
Для оценки надежности с помощью рассмотренных показателей необходимо учитывать факторы, влияющие на надежность. Эти факторы разбивают на две группы: субъективные и объективные.

1. Субъективные факторы

Субъективные факторы определяются деятельностью обслуживающего персонала. К субъективным факторам относятся: квалификация обслуживающего персонала; соблюдение правил эксплуатации; уровень организации технического обслуживания.

Квалификация определяется уровнем подготовленности персонала, знанием назначения и устройства оборудования, условий и правил эксплуатации, умением поддерживать его в работоспособном состоянии, предупреждать появление некоторых отказов и устранять причины возникших отказов. Хорошо подготовленный персонал может обеспечить эксплуатацию, например, транспортных средств с меньшими затратами сил и средств.

Соблюдение правил эксплуатации способствует содержанию транспортных средств в работоспособном состоянии. Эти правила предусматривают такие действия персонала, которые лучше обеспечивают эксплуатацию данного транспортного средства.

Уровень организации технического обслуживания характеризуется рядом мероприятий (профилактика, снабжение запасными частями и т.п.), направленных на обеспечение эксплуатации с высокими значениями коэффициента готовности. Невыполненная вовремя смазка может привести к отказу узла, а отсутствие в ЗИПе необходимого элемента не позволит быстро восстановить оборудование.

2. Объективные факторы

Объективные факторы определяются временем и условиями эксплуатации и включают: время эксплуатации; климатические факторы; механические факторы; биологические факторы; режимы работы.

Время эксплуатации является одним из основных факторов, который необходимо учитывать на всех этапах эксплуатации. В начальный период эксплуатации выполняются технологические и конструктивные недостатки, что приводит к возрастанию интенсивности отказов в этот период. Длительность этого интервала для различного оборудования может колебаться от нескольких десятков до сотен часов наработки. Для уменьшения этого интервала оборудование подвергается предварительной тренировке (прогону) в течение определенного времени с тем, чтобы до установки на транспортное средство оно выработало время приработки и ненадежные узлы были бы своевременно заменены.

После достаточно длительной эксплуатации (несколько тысяч часов работы) на состоянии оборудования начинает сказываться износ (старение), причиной которого являются физико-химические процессы, происходящие в элементах оборудования в течение всего времени эксплуатации. Оборудование начинает чаще отказывать:

а) у переменных резисторов, щеток электрических машин старение (износ) заключается в изменении сопротивления проводящего слоя и его стирании, монтажные провода приходят в негодность из-за высыхания и растрескивания изоляции;
б) механические и электромеханические элементы и узлы больше подвержены износу, чем старению (редукторы, реле, сельсины, подшипники ).Скорость износа и старения определяется режимами и интенсивностью воздействия других факторов. С целью замедления процесса старения широко применяют герметизацию элементов или целых узлов. Износ механических элементов замедляется своевременным проведением профилактических мероприятий.

Климатические факторы включают: температуру окружающей среды; влажность и атмосферные осадки; атмосферное давление; солнечную радиацию.
Температурное влияние тем больше, чем больше скорость и частота изменения температуры. В наихудших в этом смысле условиях находится оборудование, расположенное вне помещений. При низких температурах пластмассы теряют прочность, резиновые изделия становятся хрупкими и растрескиваются, металлы делаются ломкими, нарушается регулировка зазоров и т.п. Повышенная температура способствует ускорению распада органических изоляционных материалов, перегреву и выходу из строя транзисторов.

Влажность является одним из наиболее сильно воздействующих на транспортные средства факторов. Влияние влажности сказывается на ускоренном разрушении лакокрасочных защитных покрытий, нарушении герметизации и заливок, нарушении электрической прочности радиоэлементов, окислении контактов.

Атмосферные осадки способствуют возрастанию влажности со всеми вытекающими последствиями. На оборудование, расположенное на судах, сильное влияние оказывают брызги и пыль морской воды.

Атмосферное давление оказывает воздействие на оборудование непосредственным и косвенным путем.

С изменением давления изменяются значения допустимых пробивных напряжений, искажается форма сигналов. Косвенное влияние проявляется через ухудшение с понижением давления отвода тепла от элементов, что может привести к их перегреву. В связи с этим необходимо в процессе эксплуатации следить за состоянием систем охлаждения.
Солнечная радиация приводит к тепловому воздействию ультрафиолетовых лучей. Тепловое излучение ухудшает условия охлаждения аппаратуры и способствует ее местному или общему перегреву. Воздействие ультрафиолетовых лучей приводит к активации процессов старения. Все это ведет к быстрому изменению параметров элементов (узлов), что влечет за собой появление отказов.

Механические факторы вызываются ударами и вибрациями в процессе эксплуатации. Удары и вибрации могут

привести к нарушению целостности паек, контактов, разрушению электронных ламп, крепежных деталей..

Практика показывает, что наиболее опасными являются вибрации с частотами 15 – 150 Гц и 175 – 500 Гц. Первому диапазону частот соответствует возникновение резонансных явлений в конструкциях аппаратуры, второму – резонансные явления в электронных лампах, приводящие к разрушению спаек из металла и стекла. Эти обстоятельства вызывают необходимость постоянно следить за средствами амортизации и креплением аппаратуры на транспортном средстве.

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒