Показатели надежности, нормирование надежности

ВВЕдение

ЦЕли и задачи дисциплины. Рекомендации по изучению дисциплины

 

Проблема надежности технических систем является одной из первоочередных проблем энергетики, кибернетики, управления. В настоящее время число аварий и отказов технических систем достаточно велико, требуется постоянный анализ надежности, поиск путей повышения надежности, как при эксплуатации, так и при проектировании. Требуется также оценка ущерба от низкой надежности, связь технических проблем с проблемами экономики, находить оптимальный уровень надежности технологических и электротехнических установок и систем.

Создание новых видов машин и аппаратов, комплексных технических систем требует применения таких методов анализа и расчета надежности, которые позволили бы при проектировании объективно учесть опыт эксплуатации, данные экспериментов, рассчитать надежность, проанализировать варианты по обеспечению надежности, обосновать ее повышение, прогнозировать надежность, исключить возможность катастрофического исхода аварий для людей и окружающей среды.

В вузах России читается ряд курсов и разделов курсов, посвященных надежности технических систем. Учебная литература по этим курсам - в основном, внутривузовские издания. Научная литература по надежности, как правило, очень сложна для понимания студентов, к тому же издавалась ограниченными тиражами для узких специалистов. В связи с повышением роли самостоятельных занятий и для развития навыков решения практических задач требуется непосредственное общение студентов со специалистами в области надежности, которые на основе производственного опыта, анализа научной и производственной литературы могли бы вместе со студентами решить поставленные задачи.

Особые требования предъявляются к оценке надежности принятых решений в дипломных проектах студентов. При этом, как правило, должны быть учтены как технические, так и экономические аспекты повышения надежности. В связи с этим имеет особое значение оценка ущерба от недостаточно высокой надежности, ущербов от перерыва в технологическом процессе, вызванном отказами, авариями, ремонтными и восстановительными работами. Отдельного внимания для всех специальностей заслуживает вопрос об ущербе от перерыва в электроснабжении, резервирование питания от энергосистемы, категорийности потребителей по бесперебойности электроснабжения.

В связи с этим, кроме собственно теоретических аспектов надежности технических систем, в процессе изучения курса непременно должны быть рассмотрены и прикладные вопросы теории надежности применительно к специальностям факультета технической кибернетики.

Содержание учебного материала

Основные ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ сведения

2.2

Понятие эксплуатационной надежности и составляющие этого понятия

 По ГОСТ 27.002-97 надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания и ремонтов, хранения и транспортировки [1].

Надежность - комплексное свойство, включающее в себя:

 - безотказность (свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки);

 - долговечность (свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта);

 - ремонтопригодность (свойство объекта быть приспособленным к обнаружению и предупреждению причин возникновения отказов, восстановлению работоспособности).

Дополнительные составляющие надежности - устойчивоспособность, живучесть, безопасность, сохраняемость [1].

Показатели надежности, нормирование надежности

Множество режимов работы объектов разбивается на подмножества режимов использования

U = {M, I, N, C, S}

и простоя

B = {A, F, W, R, O},

где M - режим технического обслуживания;

I - режим пуска;

N - режим нормальной работы;

С - режим регулирования;

S - режим останова;

А - режим простоя при аварийных или нерасчетных воздействиях;

F - режим простоя в неработоспособном состоянии;

W - режим простоя при послеаварийном восстановлении;

R - режим простоя из-за плановых и внеплановых предупредительных ремонтов;

О - простой в работоспособном состоянии.

События перехода из режимов U в режимы А и F называются отказами, а из режимов W во все U и О - восстановлениями. Таким образом, существуют потоки отказов и восстановлений как потоки событий перехода из режима в режим, разделенные периодами существования режимов t_j.

В дальнейшем под символами U, M, A, F... будем понимать время соответствующего режима использования и простоя. Так под M понимаем время технического обслуживания, под W - время восстановления после аварии и т. п.

Коэффициент планового применения дает оценку запланированного использования объекта

K_пп = (U - B - M - R - O) / (U + B) = 1 - (M + O + R) / (U + B) = 1 - q_пл,

где q_пл - коэффициент планового простоя

q_пл = (M + O + R) / (U + B).

Коэффициент готовности служит для оценки степени использования объекта при возникновении неплановых режимов:

К_г = (U - M) / (U + B - M - O - R) = (I + N + C + S) / (I + N + C + S + F + W).

Коэффициент готовности показывает вероятность нахождения объекта в рабочем состоянии в любой произвольный момент времени.

Коэффициент технического использования применяется для комплексной оценки эффективности использования объекта:

К_ти = (I + N + C + S) / (U + B) = 1 - q_пл - q_ав = К_пп · К_г,

где q_ав - коэффициент аварийного простоя

q_{ав =} (A + F + W) / (U + B).

Коэффициенты планового применения, готовности и технического использования дают относительные оценки использования объекта.

Коэффициент готовности может быть определен и по следующей формуле:

К_г = 1 - q_ав / (1 - q_пл).

Абсолютными показателями длительности режимов работы являются показатели, выраженные в единицах времени:

где n_j(t_p) - число реализаций режима j за время t_p;

t_ij - длительность j -го режима для i -го объекта в каждой конкретной реализации.

Основные показатели надежности [1]:

1. Наработка на отказ, t, ч

t = (I + N + C + S) / n_F(t_p).

2. Время восстановления работоспособности, t_В, ч

t_B = W / n_W(t_p).

3. Время восстановления функционирования, t, ч.

t = (F + W) / n_F(t_p).

4. Время планового отключения, t_пл, ч

t_пл = (M + O + R) / [n_M(t_p) + n_O(t_p) + n_R(t_p)].

4. Средний ресурс, то есть средняя наработка до предельного состояния, t_р,ч.

6. Гамма-процентный ресурс, то есть наработка, в течение которой объект достигнет предельного состояния с наперед заданной вероятностью "гамма", t_{рg ,} ч [2].

 7. Средний срок службы, t_K,ч.

 8. Параметр потока отказов, w, отн.ед.

 9. Интенсивность потока отказов, l, ч^-1.

 10. Вероятность отказа за расчетное время, Q, отн.ед.

 11. Вероятность безотказной работы за расчетное время, P=1-Q, отн.ед.

 12. Частота аварий k-го вида в год, L_k, год^-1.

13. Коэффициент планового применения, К_пп, отн. ед.

14. Коэффициент готовности, К_г, отн. ед.

15. Коэффициент технического использования, К_ти, отн. ед.:

К _ти = К _пп К _г.

Интегральные показатели надежности - условный недоотпуск электроэнергии в течение заданного времени, относительное удовлетворение спроса на электроэнергию, математическое ожидание экономического ущерба от нарушения функционирования из-за отказов и аварий.

Для изделий разных групп по надежности, разных режимов работы, разных классов использования устанавливаются различные показатели надежности, как правило, не более трех - пяти. Чаще всего для электрооборудования электрических сетей и подстанций устанавливаются: наработка на отказ, средняя частота отказов, вероятность безотказной работы. Номенклатура показателей надежности выбирается на основании классификации изделий по выполняемым функциям, групп изделий по надежности, режимов эксплуатации и видов ограничений по длительности использования [3...5].

 Интегральная целевая функция надежности:

 Наработка на отказ = max.

 Время восстановления = min.

 Коэффициент готовности = max.

 Вероятность отказа = min.

 Вероятность безотказной работы = max.

 Частота аварий или отказов = min.

 По показателям, полученным из больших объемов статистической информации, характерным для данной отрасли промышленности и данного района по климатическим условиям, осуществляется нормирование надежности как по ее математическим характеристикам, так и по интегральным характеристикам - ущербам от перерывов в электроснабжении, это нормирование состоит в сравнении фактических показателей надежности с нормативными, закрепленными а руководящих и нормативно-технических документах на основе систематического обследования условий работы и показателей надежности элементов и систем в целом действующих объектов-аналогов [3].