Надежность ситем резервирования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирский государственный  университет

  имени академика  М. Ф. Решетнева 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

НАДЕЖНОСТЬ  СИСТЕМ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

Проверил:. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 2009

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….3

1. ПОНЯТИЕ НАДЕЖНОСТИ…………….……………………….…………4

2. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ………..……………………………………………………………....6

3. НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ……..………………8

4. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ  СИСТЕМ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ…………

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….…….12

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………..……14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 

       Для современной техники характерны такие тенденции развития, как увеличение степени автоматизации, повышением нагрузок, скоростей, температур, давления, уменьшения габаритов и массы, повышения требований к точности функциональности и эффективности и т.д. Повышение сложности и усиление технических требований неизбежно приводит к необходимости повышения требований к надежности и долговечности техники.

      Особенностью проблемы надежности является ее связь со всеми этапами «жизненного цикла» технического объекта от зарождения идеи создания до списания: при расчете и проектировании объекта его 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.

      Однако в настоящее время в инженерной практике расчеты технических объектов на надежность, как правило, не производятся. Такое положение объясняется, во-первых, сложностью и объемом вычислений и, во-вторых, отсутствием алгоритмов автоматизированного расчета с использованием средств вычислительной техники.

      Методы теории надежности позволяют определить уровень качества проектируемой техники, определить ожидаемую реальную эффективность функционирования, оценить риск выхода из строя, организовать оптимальное техническое обслуживание и снизить эксплуатационные затраты.

      Достоверное суждение о надежности проектируемой и выпускаемой техники возможно только на основе экспериментального исследования реальных образцов серийной продукции в реальных эксплуатационных условиях. Решение этой задачи является сущностью экспериментальных исследований и испытаний на надежность.

      Поэтому, повышение надежности машин – одна из важнейших задач современности.

     Надежность машин необходима для повышения уровня автоматизации, уменьшения огромных затрат на ремонт и убытков от простоев машин, обеспечения безопасности людей.[2]  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ПОНЯТИЕ НАДЕЖНОСТИ

 
 

       Надёжность (англ. reliability) — 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 транспортирования (ГОСТ 27.002-89).

Первостепенное  значение надежности в технике связано  с тем, что уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям: автоматизация производства, интенсификация рабочих процессов и транспорта, экономии материалов и энергии.

      Надежность – одна из основных характеристик качества любой технической системы, поэтому проблемы качества и эффективности оборудования или производства в целом невозможно решить без повышения надежности. Кроме того проблемы надежности промышленного оборудования, тесно связанные с проблемами промышленной безопасности, риска аварий и техногенных катастроф, в условиях экономического спада продолжают усложняться. Отсутствие целенаправленной инвестиционной политики, своевременной замены, восстановления и модернизации оборудования приводит не только к моральному, но и физическому износу и старению оборудования, что негативно сказывается на безопасности производства.

       При эксплуатации и техническом использовании объекта, планировании производства, разработке системы технического обслуживания и ремонтов, снабжения запасными частями наиболее важными являются показатели безотказности – свойства объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Основные показатели безотказности – вероятностные переменные.

       Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает. Вероятность безотказной работы технического объекта и характер ее изменения во времени зависят, в первую очередь, от его структуры, надежности составных частей и характера их взаимодействия друг с другом. Иногда безотказность объекта удобнее оценивать вероятностью отказа – вероятностью того, что в пределах данной наработки объект откажет хотя бы один раз. Очевидно, вероятности отказа и безотказной работы в сумме равны единице или 100%.

       Наработка до отказа (между отказами) – наработка объекта от начала его эксплуатации до первого отказа или от восстановления работоспособности после предыдущего отказа до следующего отказа. Средняя наработка до отказа (между отказами) – математическое ожидание наработки до отказа (между отказами). Наработка выражается либо в единицах времени, либо в единицах объема выполненной объектом работы (например, в единицах выпущенной продукции).[1]

      Интенсивность отказов – условная плотность вероятности возникновения отказа. Интенсивность отказов выражается в единицах, обратных единицам изменения наработки.

 

2. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

 
 

        В зависимости от назначения, характера протекающих процессов, испытываемых нагрузок и положения в структуре технической системы могут использоваться различные методы повышения надежности элементов:

- разработка  или выбор высоконадежных деталей,  узлов, комплектующих и других  составных частей элементов и  систем;

- оптимизация  режимов функционирования элементов;

- стандартизация  и унификация деталей, узлов  и единиц оборудования;

- защита  элементов от перегрузок;

- защита  элементов от неблагоприятного  воздействия перерабатываемых веществ  и окружающей среды;

- создание  автоматизированных систем управления  и контроля;

- разработка  и проведение научно обоснованной  системы технического обслуживания  и ремонта;

- автоматизация  и роботомеханизация процессов изготовления деталей, узлов и единиц оборудования;

- контроль  качества изготовления;

- контроль  качества сборки, монтажа, ремонта  и т.д.[4]

       Эффект увеличения надежности технической системы, достигаемый повышением надежности элементов, тем значительнее, чем сложнее структура системы и чем больше в ней элементов. Однако чаще всего более надежные элементы имеют большие габариты и массу, более сложную собственную структуру и, как правило, более высокую стоимость. Кроме того, осуществление некоторых методов повышения надежности элементов требует проведения достаточно сложных конструктивных, технологических, эксплуатационных и организационных мероприятий. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо соотнести полезный эффект от повышения надежности элемента с затратами на ее осуществление.

       Часто, однако, использование методов повышения надежности элементов не дает значительного эффекта или неосуществимо по различным причинам. В этих случаях повышение надежности технической системы возможно только в результате изменения ее структурной схемы.[1] 
 

3. НАДЕЖНОСТЬ  СИСТЕМ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ

 
 

        Для ряда технических систем теоретически возможно повышение надежности за счет сокращения числа элементов. Например, для системы с последовательным соединением десяти элементов при р=0,99 уменьшение числа элементов в два раза уменьшает вероятность ее отказа также примерно в два раза (с 9,6% до 4,9%). Сокращение числа элементов может достигаться за счет упрощения структуры технической системы или совмещения функций нескольких элементов в одном.       Однако такой способ повышения надежности системы имеет очень ограниченное применение.

      Перестройка структуры технической системы с целью повышения ее надежности, как правило, означает изменение ее функциональной и конструктивной схемы (за исключением структурного резервирования) и возможно лишь в исключительных случаях.

       Если конструктивные, технологические, эксплуатационные и организационные мероприятия по повышению надежности системы за счет повышения надежности ее элементов не дают желаемого эффекта или вообще неосуществимы, могут использоваться различные способы резервирования.

       Резервирование – применение дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких элементов. К таким средствам и возможностям относятся функциональные, алгоритмические, программные и информационные резервы, использование избытка времени, запасов нагрузочной способности элементов и т.д., а также введение в структуру схемы резервных элементов. В соответствии с этим различаются несколько видов резервирования.[3]

       Временное резервирование (с применением резервов времени) реализуется с использованием следующих приемов:

- увеличение  расчетного времени функционирования, необходимого для выполнения  поставленной задачи или выпуска  заданного объема продукции;

- разработка  оборудования на большее, чем  расчетное, значение производительности;

- введение  в структуру системы промежуточных  накопителей продукции;

- обеспечение  функциональной инерционности элементов  системы.

Использование временного резервирования может обеспечить безостановочную работу системы  при отказе некоторых ее элементов  на время, необходимое для их восстановления или замены. Не изменяя вероятности  безотказной работы системы, временное  резервирование улучшает комплексные  показатели надежности.

      Информационное резервирование (с применением резервов информации) применяется в объектах, в которых возникновение отказа приводит к потере или искажению обрабатываемой или передаваемой информации (в системах контроля, диагностики и управления, в вычислительной технике и т.д.).

Используются  следующие приемы информационного  резервирования:

- многократная  передача информации по одному  каналу;

- параллельна  передача информации по нескольким  каналам;

- замена  полной информации кодированной.

       Функциональное резервирование (с использованием функциональных резервов) предусматривает использование способности элементов выполнять дополнительные избыточные функции (например, резервирование нескольких специализированных станков одним универсальным).

      Нагрузочное резервирование (с применением нагрузочных резервов) заключается в обеспечение оптимальных запасов способности элементов выдерживать действующие на них нагрузки или введение в объект дополнительных защитных или разгружающих элементов для защиты основных элементов от нагрузок (например, использование коэффициентов запаса прочности, использование предохранительных устройств).