Методы поиска места отказа. Классификация способов резервирования и расчет надежности при различных видах резервирования. Основные технические состояния, дефекты, повреждения, отказы
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ» КАФЕДРА №13 ОТЧЕТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ Доц., канд. воен. наук должность, уч. степень, звание Кунтуров А.Л. подпись, дата инициалы, фамилия Курсовая работа На тему: “Методы поиска места отказа. Классификация способов резервирования и расчет надежности при различных видах резервирования. Основные технические состояния, дефекты, повреждения, отказы ” по дисциплине: Теоретические основы эксплуатации авиационного оборудования. РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ ГР. Беляев П.В. 7832ВЦ подпись, дата Санкт-Петербург 2021 инициалы, фамилия Содержание Введение .......................................................................................................................... 3 Основные понятия и определения. ........................................................................ 4 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, хранения и транспортирования. ................................................ 4 Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. ................................ 4 Методы поиска места отказа. ................................................................................. 5 Метод последовательного исключения. ..................................... 6 Метод проверок по возрастающей трудоемкости. ............................. 7 Метод контроля «слабых точек». ......................................... 7 Метод «трудоемкость — вероятность». ................................... 7 Метод половинного разделения элементов. .................................. 7 Комбинированный метод. ............................................... 7 Метод промежуточных проверок ......................................... 8 Метод тестовых наборов .............................................. 8 Внутрисхемный контроль функционирования и внутрисхемное диагностирование изделий . 8 Метод исключения .................................................... 9 Метод замены ....................................................... 9 Неразрушающий контроль .............................................. 9 Классификация способов резервирования и расчет надежности при различных видах резервирования. ........................................................................................... 14 Надежность невосстанавливаемых резервированных объектов .................. 16 Общее горячее резервирование с целой кратностью............................ 16 Раздельное горячее резервирование с целой кратностью ........................ 18 Общее горячее резервирование с дробной кратностью .......................... 19 (мажоритарное резервирование) ......................................... 19 Общее холодное резервирование с целой кратностью .......................... 21 Раздельное холодное резервирование с целой кратностью ....................... 22 Скользящее резервирование ............................................ 23 Основные технические состояния, дефекты, повреждения, отказы. ........... 24 Список использованной литературы .................................................................. 27 Введение В настоящее время летательный аппарат представляет собой сложную систему, включающую в себя несколько функциональных систем ввиду этого поддержание летательного аппарата в исправном состоянии, когда эксплуатируемый объект соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией, оказывается весьма трудной задачей. В процессе эксплуатации летательного аппарата могут возникать различные отказы, неисправности и повреждения, связанные с большим количеством различных вариаций режимов, климатических и погодных условий применения летательных аппаратов. Неисправность, как и повреждение, и отказ, проявляются в эксплуатации и являются в большинстве своем следствием влияния внешних эксплуатационных факторов. В том случае, когда неисправность или повреждение прогрессируют, возникает отказ, представляющий собой событие, заключающееся в нарушении работоспособности функциональной системы или летательного аппарата в целом. В связи с этим инженерному составу аэродромов необходимо знать методы поиска мест отказа и методы выявления повреждений, а также все возможные виды и способы резервирования. Поэтому кроме всестороннего знания техники, особенностей ее работы и условий эксплуатации необходимо также знание способов предотвращения (различные виды резервирования), причин возникновения и проявления, а так же классификацию отказов, неисправностей и повреждений, методов и средств их обнаружения и устранения. Вопросы, описанные выше, далее будут рассмотрены в данной работе. Основные понятия и определения. 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, хранения и транспортирования. Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта. Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования. Исправное состояние (исправность) - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Неисправное состояние (неисправность) - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструктивной (проектной) документации. Работоспособное состояние (работоспособность) – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Неработоспособное состояние (неработоспособность) - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативнотехнической и (или) конструкторской (проектной) документации. Методы поиска места отказа. Повышение конструктивной сложности летательных аппаратов в значительной степени затрудняет поиск неисправностей и выявление причин отказов, возникающих в системах. Для этого в ряде случаев требуются затраты значительного времени и усилия многих специалистов высокой квалификации. При этом обычно соблюдают следующую последовательность: собирают сведения о характере проявления отказа и об особенностях условий эксплуатации летательного аппарата; изучают записи в формулярах, бортовом журнале, картах-нарядах на техническое обслуживание и в ведомостях дефектации о ранее имевших место неисправностях; проводят предварительный осмотр летательного аппарата и тех его систем, которые могут дать дополнительные сведения о причине отказа. Затем полученную информацию анализируют, оценивают диагностическую ценность различных признаков отказа и составляют предположение. В том случае, когда полученной информации недостаточно для однозначного определения неисправности системы, а также когда появляется одновременно несколько гипотез, возникает задача в выборе методов поиска неисправности. Поиск места отказа обычно осуществляется в два этапа. На первом этапе, называемом локализацией места отказа, анализом результатов проверок, выполняемых при контроле работоспособности, определяются подозреваемые в отказе составные части изделия. Результаты проверок анализируются по диагностической модели изделия. Методом локализации определяется место параметрического отказа или функционального отказа, кроме короткого замыкания, аналоговых и цифровых объектов диагностирования. Локализацией не гарантируется достижение требуемой глубины поиска места отказа из-за ограниченной полноты контроля параметров. Ко второму этапу, называемому уточнением (определением) места отказа, приступают, если на первом этапе не достигнута требуемая глубина поиска места отказа. При уточнении места отказа среди подозреваемых в отказе составных частей определяются фактически отказавшие составные части. Уточнение места отказа осуществляется сочетанием контроля выполняемых функций и параметров составных частей изделия. Глубина поиска места отказа задается указанием составной части изделия, с точностью до которой определяется место отказа. Виды Виды отказа Виды метода определения места отказа Функциональный Методы промежуточных проверок, внутрисхемного контроля функционирования изделий электронной техники, замены составных частей Параметрический Методы промежуточных проверок, внутрисхемного диагностирования изделий электронной техники, замены составных частей Функциональный Методы тестовых наборов, промежуточных проверок, внутрисхемного контроля функционирования изделий электронной техники, замены составных частей Параметрический Методы замены, внутрисхемного диагностирования изделий электронной техники объекта Аналоговый Цифровой Аналоговый Короткое или замыкание Методы исключения, внутрисхемного диагностирования и контроля функционирования изделий электронной техники, замены составных частей цифровой Таблица 1. Систематизации методов поиска места отказа Основными методами поиска неисправностей в сложных системах летательных аппаратов являются: последовательное исключение неисправностей, проверка по возрастающей трудоемкости, контроль «слабых точек», методы «трудозатраты — вероятность» и половинного разделения элементов, а также комбинированный метод. Метод последовательного исключения. Метод заключается в том, что поочередно проверяют исправность всех элементов, могущих вызвать отказ. При этом используют: внешний осмотр, проверку с помощью специальных установок, прозванивание электроцепей, продувку сжатым воздухом трубопроводов и т. д. В основу метода заключен принцип — от простого к сложному. Сложную систему разделяют на участки, которые последовательно проверяют. На участке, где обнаружена неисправность, последовательно проверяют все элементы. Этот метод, хотя и находит применение, особенно при отсутствии статистических данных надежности элементов систем и трудоемкости проверок нельзя назвать оптимальным, так как продолжительность поиска неисправности может быть большой. Метод проверок по возрастающей трудоемкости. Если известны трудоемкости Ті или продолжительности ti проверок различных компонентов, в этом случае целесообразно применять метод проверок по возрастающей трудоемкости, т е устанавливать очередность проверок элементов в порядке, возрастания значений этих параметров: ti<t2<ta. Tl<T2<Ts… Этот метод в подавляющем большинстве случаев позволяет выявить неисправность в более короткое время. Метод контроля «слабых точек». Прн наличии условных вероятностей отказа компонентов. где q — вероятность отказа і-го компонента системы, которые могут быть получены на основе обработки статистических данных, можно использовать метод контроля «слабых точек». Суть ею состоит в том, что проверка производится в порядке уменьшения наибольшей вероятности отказа: qi>qi>qa.. компонентов систем. В этом случае среднее число проверок заметно уменьшается по сравнению с методом последовательного исключения, а следовательно, снижаются и затраты времени на поиск неисправностей. Метод «трудоемкость — вероятность». Этот метод учитывает условные вероятности появления отказов и трудоемкости проверок. Проверку начинают с того элемента, где наблюдается минимальное значение трудоемкости, а затем продолжают проверки в порядке возрастания этого показателя. Метод половинного разделения элементов. Во многих случаях поиск неисправностей приходится осуществлять при отсутствии статистических данных о надежности элементов систем, трудоемкости и продолжительности их проверок. В этом случае рекомендуется применять метод половинного разделения элементов, или «метод средней точки». Идея этого метода состоит в той, что отказ любого элемента считают равновероятным. Начинают поиск с отыскания средней точки, делящей систему на два блока. Затем проверяют один из блоков. Блок, в котором обнаружена неисправность, в свою очередь подвергают половинному разделению на более мелкие блоки и отысканию средней точки. Аналогично предыдущему проверяют следующие блоки. Этот процесс продолжают до обнаружения отказавшего элемента. Рассмотренный метод является наиболее выгодным, так как предусматривает минимум проверок. Комбинированный метод. Он представляет собой соединение двух методов — «половинного разделения» и «трудоемкость вероятность». В основу комбинированного метода поиска положен метод половинного разделения элементов, скорректированного информацией о трудоемкости проверок и вероятности отказов. Наряду с рассмотренными выше методами, в зависимости от конкретных условий, могут применяться и другие методы поиска неисправностей. Например, для систем автоматического регулирования двигателей может успешно применяться метод функциональной логики. В основу этого метода положен логический анализ системы путем установления связей между внешними признаками и условиями проявления искомого отказа с отказами различных элементов системы. Метод промежуточных проверок применяется для безразборного поиска места отказа в режиме имитации функционирования изделия, создаваемом средствами контроля работоспособности. Определение места отказа основывается на упорядоченном контроле параметров входных и выходных сигналов составных частей в доступных контрольных точках при заданных параметрах сигналов от средств контроля работоспособности. Отказавшая составная часть имеет недопустимый параметр выходного сигнала при допустимых параметрах входных сигналов. Промежуточными проверками определяется место параметрического отказа или функционального отказа, кроме короткого замыкания, с глубиной до функционально завершенной составной части аналоговых объектов диагностирования. Использование промежуточных проверок для поиска места логического отказа возможно только при конкретном тесте, обнаруживающем отказ, или исчерпывающем тестовом диагностировании. Отказы составных частей, формирующих сигналы в контурах обратной связи, без разрывов контуров обратной связи неразличимы. Метод тестовых наборов применяется для безразборного поиска места отказа объектов диагностирования в режимах имитации функционирования, создаваемых средствами контроля работоспособности. Отыскание места отказа осуществляется подачей в установленной последовательности на входы объекта выборочных тестовых наборов и контролем уровней напряжения в доступных контрольных точках на выходах объекта. Тестовыми наборами определяется место логического отказа с глубиной до цифровой микросхемы. Диагностические тестовые наборы, позволяющие различать отказы, выбираются обычно моделированием изделия с привлечением аппарата математической логики, теории конечных автоматов. Выбор тестовых наборов, особенно для различения кратных отказов, сопряжен со значительными трудностями математического моделирования изделия. Внутрисхемный контроль функционирования и внутрисхемное диагностирование изделий электронной техники может применяться для поиска места параметрического или функционального отказа. Методы и средства внутрисхемного контроля функционирования и диагностирования отдельных типов полупроводниковых приборов и микросхем пока не разработаны. Исследования и разработки в области внутрисхемного параметрического и функционального контроля продолжаются. Определение места отказа узла методами внутрисхемного контроля функционирования и диагностирования не гарантируется. Поэтому внутрисхемный контроль функционирования и диагностирования целесообразно применять совместно с другими методами поиска места отказа. Метод исключения используется для поиска места отказа, вызванного коротким замыканием, с разрывом цепей. Цепи электропитания объекта соединяются с защищаемым от перегрузки источником питания средств диагностирования. Короткое замыкание обнаруживается по срабатыванию устройства защиты от перегрузки при включении источника питания. Цепи питания подозреваемых в отказе составных частей поочередно разрываются. После разрыва цепи питания отказавшей составной части и очередного включения источника питания устройство защиты от перегрузки не срабатывает. Недостатком метода исключения является высокая трудоемкость демонтажно-монтажных работ. Метод замены применяется для поиска отказавших составной части с восстановлением в режимах имитации функционирования изделия, создаваемого средствами контроля работоспособности. Подозреваемые в отказе составные части поочередно заменяются заведомо работоспособными составными частями. После каждой замены контролируется работоспособность изделия. Заменами подозреваемых в отказе составных частей добиваются восстановления работоспособности изделия. Пробными заменами обычно определяется место одиночного функционального отказа аналогового или цифрового объекта диагностирования. Отыскание места параметрического отказа, кратного отказа не гарантируется. Замены подозреваемых в отказе составных частей являются трудоемкими демонтажно-монтажными работами. Иногда для поиска места кратного отказа методом замены применяются трудоемкие методы контроля работоспособности демонтированных составных частей. Неразрушающий контроль Особую важность играет своевременное обнаружение и устранение дефектов. Нормативная классификация видов и методов неразрушающего контроля содержится в ГОСТ 18353-79. Далее будут рассмотрены методы неразрушающего контроля. Визуальный и измерительный контроль (ВИК). Визуальный и измерительный контроль (ВИК) относиться к числу наиболее дешевых, быстрых и в тоже время информативных методов неразрушающего контроля. Данный метод является базовыми и предшествует всем остальным методам дефектоскопии. Внешним осмотром (ВИК) проверяют качество подготовки и сборки заготовок под сварку, качество выполнения швов в процессе сварки, а также качество основного металла. Цель визуального контроля – выявление вмятин, заусенцев, ржавчины, прожогов, наплывов, и прочих видимых дефектов. Визуальный и измерительный контроль может проводиться с применением простейших измерительных средств, в том числе невооруженным глазом или с помощью визуально-оптических приборов до 20ти кратного увеличения, таких как лупы, эндоскопы и зеркала. Несмотря на техническую простоту, основательный подход к проведению визуального контроля, предусматривает разработку технологической карты - документа, в котором излагаются наиболее рациональные способы и последовательность выполнения работ. Проведение измерительного контроля регламентируется инструкцией по визуальному и измерительному контролю - РД 03-606-03 скачать. В инструкции содержатся требования к квалификации персонала, средствам и процессу контроля, а также к способам оценки и регистрации его результатов. Ультразвуковой контроль (УЗК). Ультразвуковой метод контроля был предложен советским физиком С.Я. Соколовым в 1928 году и в настоящее время является одним из основных методов неразрушающего контроля. Методы ультразвуковой дефектоскопии позволяют производить контроль сварных соединений, сосудов и аппаратов высокого давления, трубопроводов, поковок, листового проката и другой продукции. Ультразвуковой контроль является обязательной процедурой при изготовлении и эксплуатации многих ответственных изделий, таких как части авиационных двигателей, трубопроводы атомных реакторов или железнодорожные рельсы. По сравнению с другими методами неразрушающего контроля ультразвуковой метод обладает важными преимуществами: высокая чувствительность к наиболее опасным дефектам типа трещин и непроваров низкая стоимость безопасность для человека (в отличие от рентгеновской дефектоскопии) возможностью вести контроль непосредственно на рабочих местах без нарушения технологического процесса при проведении УЗК исследуемый объект не повреждается возможность проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов. К недостаткам ультразвукового метода контроля можно отнести невозможность оценки реального размера и характера дефекта, трудности при контроле металлов с крупнозернистой структурой из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука, а также повышенные требования к состоянию поверхности контроля (шероховатости и волнистости). Радиографический контроль (РК). Радиографический контроль (РК) основан на зависимости интенсивности рентгеновского (гамма) излучения, прошедшего через облучаемое изделие, от материала поглотителя и его толщины. Если контролируемый объект имеет дефекты, то излучение поглощается неравномерно и, регистрируя его распределение на выходе, можно судить о внутреннем строении объекта контроля. Радиографический контроль применяют для выявления в сварных соединениях трещин, непроваров, пор, инородных включений (вольфрамовых, шлаковых), а также для выявления недоступных для внешнего осмотра подрезов, выпуклости и вогнутости корня шва, превышения проплава. Минимальный размер дефекта, который может быть обнаружен радиографическим методом, зависит от его формы и местонахождения. Лучше всего выявляются дефекты, имеющие протяженность вдоль пучка проникающего излучения. Изображение на снимке границ таких дефектов получается более резким, чем дефектов, имеющих криволинейную форму. Если дефект расположен под углом к направлению просвечивания, то чувствительность радиационного метода ухудшается и зависит от величины раскрытия дефекта и угла между направлением просвечивания и направлением дефекта. Экспериментально установлено, что дефекты с малым раскрытием (трещины) не выявляются, если угол пучка излучения по отношению к оси трещины больше 7°. Радиографический контроль не выявляет следующие виды дефектов: если их протяжность в направлении просвечивания менее удвоенного значения абсолютной чувствительности контроля; трещин и непроваров с раскрытием менее 0,1 мм, если толщина просвечиваемого материала до 40 мм, 0,2 мм – при толщине материала от 40 до 100 мм, 0,3 мм – при толщине материала от 100 до 150 мм; трещин и непроваров, плоскость раскрытия которых не совпадает с направлением просвечивания; если изображение несплошностей и включений совпадает на радиографическом снимке с изображением посторонних деталей, острых углов или резких перепадов толщин свариваемых элементов. Капиллярный контроль (ПВК). Капиллярный контроль – самый чувствительный метод НК. К капиллярным методам неразрушающего контроля относят методы, основанные на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенетрантов) в поверхностные и сквозные дефекты. Образующиеся индикаторные следы обычно регистрируются визуальным способом. С помощью капиллярных методов определяется расположение дефектов, их протяженность и ориентация на поверхности. Капиллярная дефектоскопия применяется при необходимости выявления малых по величине дефектов, к которым не может быть применен визуальный контроль. Контроль капиллярным методом проводится в соответствии с ГОСТ 18442. Простейшей разновидностью капиллярного контроля является метод «мелкеросин». В настоящее время керосин и мел почти полностью уступили место высокочувствительным пенетрантным системам, обеспечивающим лучшую проникающую способность и выявляемость дефектов. Капиллярные методы используются для контроля объектов любых размеров и форм, изготовленных из черных и цветных металлов и сплавов, стекла, керамики, пластмасс и других неферромагнитных материалов. С помощью капиллярной дефектоскопии возможен контроль объектов из ферромагнитных материалов в случае, если применение магнитопорошкового метода невозможно в связи с условиями эксплуатациями объекта или по другим причинам. Капиллярная дефектоскопия применяется в таких отраслях промышленности, как энергетика, авиация, ракетная техника, судостроение, металлургия, химическая промышленность, автомобилестроение. Капиллярная дефектоскопия используется при мониторинге ответственных объектов перед приемкой и в процессе эксплуатации. В зависимости от способов получения первичной информации капиллярные методы подразделяют на: Цветной (хроматический); Яркостный (ахроматический); Люминесцентный; Люминесцентно-цветной Процесс выявления несплошностей капиллярным методом подразделяют на пять стадий: Подготовка объекта (очистка) ; Заполнение полостей индикаторным пенетрантом; Удаление излишков индикаторного пенетранта; Нанесение проявителя; Контроль Магнитный контроль (МК). Магнитная дефектоскопия представляет собой комплекс методов неразрушающего контроля, применяемых для обнаружения дефектов в ферромагнитных металлах (железо, никель, кобальт и ряд сплавов на их основе). К дефектам, выявляемым магнитным методом, относят такие дефекты как: трещины, волосовины, неметаллические включения, несплавления, флокены. Выявление дефектов возможно в том случае, если они выходят на поверхность изделия или залегают на малой глубине (не более 2-3 мм). Магнитные методы основаны на изучении магнитных полей рассеяния вокруг изделий из ферромагнитных материалов после намагничивания. В местах расположения дефектов наблюдается перераспределение магнитных потоков и формирование магнитных полей рассеяния. Для выявления и фиксации потоков рассеяния над дефектами используются различные методы. Наиболее распространенным методом магнитной дефектоскопии является магнитопорошковый метод. При использовании метода магнитопорошковой дефектоскопии (МПД) на намагниченную деталь наносится магнитный порошок или магнитная суспензия, представляющая собой мелкодисперсную взвесь магнитных частиц в жидкости. Частицы ферромагнитного порошка, попавшие в зону действия магнитного поля рассеяния, притягиваются и оседают на поверхности вблизи мест расположения несплошностей. Ширина полосы, по которой происходит оседание магнитного порошка, может значительно превышать реальную ширину дефекта. Вследствие этого даже очень узкие трещины могут фиксироваться по осевшим частицам порошка невооруженным глазом. Регистрация полученных индикаторных рисунков проводится визуально или с помощью устройств обработки изображения. Магнитопорошковый метод включает в себя следующие операции: подготовка к контролю; намагничивание; нанесение дефектоскопического материала; осмотр поверхности и регистрация индикаторных рисунков; размагничивание Тепловой контроль (ТК). Тепловой контроль – один из видов неразрушающего контроля, основанный на фиксации и преобразовании инфракрасного излучения в видимый спектр. Тепловой метод применяется во всех отраслях промышленности, где по неоднородности теплового поля можно судить о техническом состоянии контролируемых объектов. Основными достоинствами теплового контроля являются: универсальность, точность, оперативность, высокая производительность и возможность проводить контроль дистанционно. По одной из классификаций, можно выделить следующие виды теплового контроля: Тепловизионный контроль Контроль теплопроводности Контроль температуры Контроль плотности тепловых потоков рассчитывать Вихретоковый контроль (ВК). Вихретоковый метод неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, создоваемых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля (ОК) этим полем. Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Араго (1786—1853) в 1824г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка (одна или несколько), называемая вихретоковым преобразователем (ВТП). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его. Вихретоковый контроль обеспечивает возможность поиска дефектов и оценку свойств объектов контроля. Основными преимуществами вихретокового метода являются: высокая чувствительность к микроскопическим дефектам, которые находятся на поверхности либо в непосредственной близости от исследуемого участка металлического объекта; возможность проведения бесконтактного контроля (измерения); высокая производительность (возможность произведения контроля на высоких скоростях); простота автоматизации. Недостатки вихретокового метода контроля: возможное искажение одного параметра многокоординатного контроля контроль только электропроводящих изделий относительно не высокая глубина контроля другими, при организации Классификация способов резервирования и расчет надежности при различных видах резервирования. Методы резервирования. Резервирование – способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких элементов. Минимальная функциональная структура, это структура объекта, изменение которой за счет исключения каких-либо элементов и (или) связей влечет невозможность выполнения заданного набора функций. Минимальную функциональную структуру объекта иногда называют основной. Основной элемент – элемент, необходимый для выполнения требуемых функций без использования резерва. Резервный элемент – элемент, предназначенный для выполнения функций основного элемента в случае его отказа. Резервированный объект – совокупность основного и резервных элементов. С целью повышения надежности применяют временное, информационное, функциональное, нагрузочное, программное, структурное резервирование. Временное резервирование – используется резервное (свободное) время для выполнения дополнительных функций. Например, резервное время может быть использовано для повтора передачи информации, для устранения неисправности. Информационное резервирование – в качестве резерва используется избыточная информация. К информационному резервированию относятся: многократная передача по одному каналу одной и той же информации, использование дополнительных разрядов при кодировании информации. Функциональное резервирование – используется способность элементов выполнять дополнительные функции. Нагрузочное резервирование – используется способность элементов воспринимать дополнительные нагрузки (электрические, механические т.д.). Программное резервирование предусматривает использование избыточных программ или их элементов, входящих в состав программного обеспечения объектов. Структурное резервирование осуществляется путем введения дополнительных элементов в структуру объекта, которые выполняют функции основных в случае их отказа. Классификация различных способов структурного резервирования осуществляется по следующим признакам. 1. По схеме включения резервных элементов: - общее резервирование – при котором резервируется объект в целом; - раздельное резервирование – при котором резервируются отдельные элементы системы или группа элементов объекта. 2. По однородности резервирования: - однородное резервирование – при котором используется один способ резервирования; - смешанное резервирование, при котором сочетаются различные виды резервирования. 3. По способу включения резерва: - постоянное резервирование – при отказе основного элемента перестройки структуры объекта не происходит; - динамическое резервирование – при отказе основного элемента происходит перестройка структуры объекта; - резервирование замещением – выполняемые функции основного элемента передаются резервному элементу после отказа основного; - скользящее резервирование – группа основных элементов резервируется одним или несколькими резервными элементами с помощью переключающих устройств. Причем, резервный элемент может резервировать любой из отказавших основных элементов; - фиксированное резервирование, при котором каждый резервный элемент закреплен за одним из основных. 4. По восстановлению работоспособности отказавших элементов: - резервирование с восстановлением (восстанавливаемый резерв) при котором работоспособность отказавших элементов восстанавливается без прекращения функционирования всего объекта; - резервирование без восстановления (не восстанавливаемый резерв) при котором работоспособность отказавших элементов не восстанавливается. 5. По нагрузке резерва: - нагруженное (горячее) резервирование – основной и резервный элементы работают в одинаковом режиме; - облегченное (теплое) резервирование – резервный элемент находится в менее нагруженном режиме работы, чем основной элемент; - ненагруженное (холодное) резервирование – резервные элементы не несут нагрузки до момента подключения их вместо отказавшего основного элемента. Основной характеристикой структурного резервирования является его кратность – отношение числа резервирующих элементов к числу резервируемых элементов (основных), выраженное несокращенной дробью. Кратность резервирования m определяется соотношением: 𝑚= 𝑝 𝑜′ где р – число резервных элементов; 0 – число основных элементов. Если m = 1 резервирование выполнено с целой кратностью. Это означает наличие одного основного и одного резервного элемента, а общее число элементов объекта равно двум. Если m = 3 резервирование выполнено с целой кратностью. Это предполагает наличие одного основного и трех резервных элементов, а общее число элементов равно четырем. Если m = 4/2 это означает наличие резервирования с дробной кратностью, при котором число резервных элементов равно 4, число основных элементов равно 2, а общее число элементов равно 6. Сокращать дробь нельзя, так как если m = 4/2 = 2 это будет означать резервирование с целой кратностью, при котором число резервных элементов равно 2, а общее число элементов равно 3. Надежность невосстанавливаемых резервированных объектов Расчет количественных характеристик надежности объектов с резервированием определяется видом резервирования. Все рассматриваемые математические зависимости приводятся без учета надежности переключающих устройств, обеспечивающих перераспределение нагрузки между основными и резервными элементами. Общее горячее резервирование с целой кратностью Структурная схема надежности общего горячего резервирования с целой кратностью имеет вид, как на рисунке 13. При общем горячем резервировании основной и каждый резервирующий объект имеют одинаковое количество элементов, соединенных последовательно в структурной схеме надежности. Резервирующие объекты включены параллельно основному объекту и самим себе. В каждом объекте с последовательным соединением элементов вероятность безотказной работы определяется на основании выражений: Основной и резервирующие объекты, состоящие из последовательно соединенных элементов, составляют структурную схему надежности объекта с параллельным соединением. Тогда вероятность безотказной работы PC(t) объекта: где 𝑃𝑖(𝑡) – вероятность безотказной работы i – го элемента. Если известна интенсивность отказов элемента и она является величиной постоянной, тогда: где – интенсивность отказов основного объекта или любого из резервных объектов. Наработка до отказа резервированного объекта: Интенсивность отказов резервированного объекта: Общее горячее резервирование для невосстанавливаемых объектов дает хороший эффект при малых значениях произведения 𝜆О𝑡. Этот вид резервирования наиболее целесообразно использовать для резервирования достаточно надежных объектов разового использования с коротким временем непрерывной работы. Кратность резервирования m, необходимую для достижения заданной надежности резервированного объекта в определенный момент времени при заданной надежности основного объекта можно найти из выражения: где 𝑃З(𝑡) – заданная надежность резервированного объекта в определенный момент времени; 𝑃о(𝑡) – надежность основного объекта без резервирования. Раздельное горячее резервирование с целой кратностью Структурная схема надежности при раздельном горячем резервировании с целой кратностью имеет вид (рисунок 14): При раздельном горячем резервировании основной и каждый резервирующий объект могут иметь одинаковое и разное количество элементов. Резервирующие объекты включены параллельно самим себе и параллельно элементам основного объекта. Здесь каждый i - й элемент основного объекта резервируется резервирующим элементом. При раздельном резервировании объект состоит из n последовательно соединенных элементов, каждый из которых имеет m соединенных параллельно, в смысле надежности, элементов. Вероятность безотказной работы объекта PC(t) при раздельном горячем резервировании равна: где mi – кратность резервирования каждого i-го элемента основного объекта. Если элементы имеют одинаковую надежность и одинаковую кратность резервирования, то вероятность безотказной работы объекта: Наработка до отказа резервированного объекта: Интенсивность отказов резервированного объекта: где λ – интенсивность отказов одного элемента. При прочих равных условиях раздельное резервирование дает существенное повышение надежности по сравнению с общим резервированием. Раздельное резервирование используется для повышения надежности объектов с большим числом элементов и длительным временем использования. Общее горячее резервирование с дробной кратностью (мажоритарное резервирование) Мажоритарный объект можно рассматривать как вариант объекта с параллельным соединением элементов, отказ которого произойдет, если из n элементов соединенных параллельно, работоспособными окажутся k элементов. Примером структурной схемы надежности при мажоритарном резервировании может служить объект «2 из 5» (рисунок 15). Представленная схема работоспособна тогда, когда из ее пяти элементов работоспособны любые два, три, четыре или все пять. На рисунке пунктирным контуром обведены условно первые два элемента. Все пять элементов имеют одинаковую надежность. Для расчета надежности мажоритарных объектов может применяться комбинаторный метод. Тогда вероятность безотказной работы объекта: Где Наработка до отказа резервированного объекта при равнонадежных элементах равна: Анализ последнего выражения позволяет сделать вывод о том, что среднее время безотказной работы у резервированного объекта меньше, чем у нерезервированного объекта. Следовательно, резервирование с дробной кратностью нецелесообразно использовать для объектов с длительным временем непрерывной работы. Общее холодное резервирование с целой кратностью В случае общего холодного резервирования работает основной объект, резервные объекты отключены с помощью специальных переключающих устройств. Структурная схема надежности имеет вид: При отказе основного объекта он отключается, а вместо него подключается один из резервных объектов. Таким образом, резервированный объект откажет при отказе основного и всех резервных объектов. При этом предполагается, что переключающие устройства абсолютно надежны. Тогда вероятность безотказной работы равна: где Интенсивность отказов: Наработка до отказа: Резервирование замещением является эффективным средством повышения надежности при низкой надежности основного нерезервированного объекта. Объекты с «холодным» резервом надежнее объектов с «горячим» резервом. Наработка до отказа линейно увеличивается с ростом кратности резервирования. Раздельное холодное резервирование с целой кратностью При раздельном холодном резервировании с целой кратностью структурная схема надежности имеет вид (рисунок 17). Вероятность безотказной работы основного объекта при последовательном соединении элементов где 𝑃𝑖(𝑡) – вероятность безотказной работы элементов объекта, резервированных по способу замещения. Вероятность безотказной работы объекта при равной надежности всех элементов: Интенсивность отказов: где 𝜆 – интенсивность отказов одного элемента, 𝜆0 = 𝑛𝜆. Наработка до отказа: Раздельное резервирование замещением при прочих равных условиях дает наибольший выигрыш надежности по сравнению с другими видами резервирования. Причем этот выигрыш, тем больше, чем больше элементов имеет резервированная система. Скользящее резервирование Скользящее резервирование используется для повышения надежности нескольких одинаковых (или взаимозаменяемых) элементов объекта одним или несколькими резервными элементами. При этом отказ объекта произойдет, если число отказавших основных объектов превысит число резервных. При скользящем резервировании структурная схема надежности имеет вид рисунок 18. Этот вид резервирования применяется, если все элементы объекта выполняют одинаковые функции. Основной объект имеет n элементов, а m элементов находятся в холодном резерве. При этом 𝑚 < 𝑛. При отказе любого основного элемента вместо его подключается любой из резервных элементов. В этом случае кратность резервирования составляет m / n. Вероятность безотказной работы такого объекта равна: где Интенсивность отказов: Наработка до отказа: Это означает, что надежность объекта равна надежности объекта с общим резервированием с замещением, но, в тоже время, она имеет в n раз меньше резервных элементов. Однако при этом существенно усложняются переключающие устройства. Основные технические состояния, дефекты, повреждения, отказы. Техническое состояние – это совокупность свойств объекта, подверженных изменению в процессе производства, логистических операций или эксплуатации, характеризуемая в определенный момент времени признаками и параметрами, установленными нормативно-технической документацией на этот объект. Основные технические состояния объектов: Исправное состояние - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Неисправное состояние - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Для сложных объектов возможно деление их неработоспособных состояний. При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично неработоспособные состояния, при которых объект способен частично выполнять требуемые функции. Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима и нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. Критерий предельного состояния - признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленного нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией. В зависимости от условий эксплуатации для одного и того же объекта могут быть установлены два и более критериев предельного состояния. Техническое состояние оценивается по результатам контроля, диагностики и мониторинга состояния элементов, узлов, компонентов и объекта в целом в данный момент времени на основе сравнения истинных значений параметров с установленной нормативно-технической документацией. По результатам анализа параметров техническое состояние объекта может проводиться оценка потенциальной опасности его дальнейшего функционирования, сценариев и вероятностей возникновения чрезвычайной ситуации (ЧС), техногенных рисков и остаточного ресурса. Дефекты, повреждения, отказы: Дефект - каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. Следует отметить, что объект, имеющий дефект, может находиться в работоспособном состоянии. Дефект рассматривается как возможная причина возникновения отказа, но наличие дефекта не означает, что отказ произошел. По признаку стадии происхождения дефекты можно разделить на три группы. 1. Дефекты (ошибки) проектирования: — недостаточную защищенность узлов трения; — наличие концентраторов напряжений на деталях; — неправильный расчет несущей способности деталей (приводит к их статическому разрушению или малоцикловой усталости); — неправильный выбор материалов; — неправильное определение предполагаемого уровня эксплуатационных нагрузок и т. п.; 2. Дефекты изготовления (производственные): — дефекты заготовок (пористость, усадочные раковины, неметаллические включения, охрупчивающие примеси и т.п.); — дефекты механической обработки (прижоги, задиры, заусенцы, избыточная локальная пластическая деформация и т.п.); — дефекты сварки (трещины, остаточные напряжения, термические повреждения основного материала и т.п.); — дефекты термообработки (перегрев, закалочные трещины, поводка, коробление, обезуглероживание поверхностного слоя); — дефекты сборки (повреждения поверхностей, задиры, перекосы, внесение абразива и т. п.). 3. Дефекты эксплуатации: — нарушение условий применения; — неправильное техническое обслуживание и ремонт; — наличие перегрузок и непредвиденных нагрузок; — применение некачественных эксплуатационных материалов. Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния. Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Критерий отказа - признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Причина отказа - явления, процессы, события и состояния, вызвавшие возникновение отказа объекта. Последствия отказа - явления, процессы, события и состояния, обусловленные возникновением отказа объекта. Критичность отказа - совокупность признаков, характеризующих последствия отказа. Классификация отказов по критичности (например, по уровню прямых и косвенных потерь, связанных с наступлением отказа, или по трудоемкости восстановления после отказа) устанавливается нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией по согласованию с заказчиком на основании технико-экономических соображений и соображений безопасности. Ресурсный отказ - отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния. Независимый отказ - отказ, не обусловленный другими отказами. Зависимый отказ - отказ, обусловленный другими отказами. Внезапный отказ - отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. Постепенный отказ - отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта. Сбой - самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора. Перемежающийся отказ - многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера. Явный отказ - отказ, обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению. Скрытый отказ - отказ, не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики. Конструктивный отказ - отказ, возникающий по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования или конструирования. Производственный отказ - отказ, возникающий по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии. Эксплуатационный отказ - отказ, возникающий по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации. Деградационный отказ - отказ, обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации. Список использованной литературы 1. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике (ССНТ). Основные понятия. Термины и определения. 2. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т./Ред. совет: В.С.Авдуевский (пред.) и др. Т.2. Математические методы в теории надежности и эффективности / Под ред. Б.В. Гнеденко. - М.: Машиностроение, 1987 3. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. (ред. совет: В.С Авдуевский (пред.) и др. Т.1. Методология. Организация. Терминология) Под ред. А.И.Рембезы. - М.: Машиностроение, 1989. 4. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. 5. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования 6. ГОСТ 18353-79 Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов.
