Профилактика технических объектов

Профилактика является основным путём повыше-

ния надёжности технических объектов при их эксплуатации.

Профилактические работы проводятся для предот-

вращения роста параметра потока отказов и для увеличения долговечности объектов.

Планирование профилактик

Содержание основных профилактических работ*

• Внешний осмотр – выявление внешних призна-

ков возможных неисправностей, проверка состояния монтажа, правильности положений органов управления, показания сигнализации и встроенных приборов.

• Чистка объекта – удаление пыли, влаги, коррозии.
• Регулирование – цель: восстановление свойств

или работоспособности объекта; для получения необходимых значений показателей качества функционирования объекта.

• Прогнозирование отказов – предсказание нара-

ботки или времени до появления отказа по результатам измерений контролируемых параметров объекта.

• Смазочные работы – пополнение или замена ма-

сел и смазок в подшипниках, шарнирах и скользящих соединениях, картерах механических устройств и в воздушных фильтрах.

• Крепёжные работы – проверка креплений и со-

стояния болтов, шпилек, шайб, шплинтов; замена негодных крепёжных деталей.

• Сезонные работы – проведение мероприятий по

утеплению (осенью) и охлаждению (весной) объекта; замена масел и смазки для различных сезонов; принятие мер против проникновения влаги внутрь объекта и т.д.

Планирование сроков проведения профилактик

по данным об отказах	по данным о приближении к отказам
для объектов: .............................................   ..............................................   ..............................................   ..............................................	для объектов: .............................................   ..............................................   ..............................................   ..............................................

Принципы планирования сроков проведения

профилактик

Рисунок 3.1 Классификация принципов планирования сроков проведения профилактик

Методы назначения сроков проведения профилактик:

• ........................................- состоит в проведении

профилактик в зависимости от срока службы объекта, т.е. календарного времени эксплуатации.

Для каких объектов применяется?................................

.................................................................................................

.................................................................................................

• .......................................... – состоит в проведении

профилактик по достижении определённой наработки (км пробега, часы полёта, число посадок...).

Для каких объектов применяется?................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

• ........................................... – при применении объ-

екта используют регламентный метод, если значительное время не применяется, используют календарный метод.

Для каких объектов применяется?................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

• ................................................................ – по значе-

нию определяющего параметра объекта, характеризующего его приближение к отказу (границе допуска).

Для каких объектов применяется?...............................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

Стратегии проведения профилактик

• Плановая ...................................................................

....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

• Смешанная ................................................................

....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Рисунок 3.2 Смешанная стратегия профилактики

Задание к рис. 3.2: определить моменты отказа объ-

екта, заштриховав соответствующие кружки.

Режимы обслуживания

.................................... – профилактика выполняется

без прекращения работы объекта.

......................................... – для проведения профи-

лактики необходимо прекращение работы объекта.

Планирование сроков проведения профилактик по

данным об отказах

Допущение: После проведения профилактики технический объект полностью обновляется.

Идея: Межпрофилактический интервал Dt назначают, исходя из достижения показателем надёжности оптимального значения или из условия, что значение показателя надёжности объекта не хуже допустимого.

В качестве показателя надёжности примем k_т.и. – коэффициент технического использования:

, (3.1)

здесь:

m_t – .......................................................................................

................................................................................................

m_в – .......................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

m_пр– .......................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

Плановая стратегия

Регламентный метод

Рисунок 3.3 Эпюра процесса функционирования объекта на интервале между двумя профилактиками

Из (3.1):

k_т.и. = , где

Dt – ........................................................................................

m_пр– ......................................................................................

m_в1 –

–....................................................................................

, где

- ......................................................................................

k_т.и. = (3.2)

Из (3.2) находим:

• Dt_оптим: из уравнения

• Dt_треб : из уравнения

.........................................................................................

Смешанная стратегия

Регламентный метод

Для P(Dt)· 100% объектов - межпрофилактический интервал равен ............................................ Для [1-P(Dt)]· 100% объектов - межпрофилактический интервал равен случайной величине T - ............................................ ........................................... P(t) – вероятность безотказной работы объекта на интервале (0, t)

Рисунок 3.4 Процесс функционирования объектов до плановой (пр.пл.) и аварийной (пр.ав.) профилактик

Из (3.1):

,

гдеf(t) –............................................. .....................................

.................................................................................................

+ m_пр.нпл [1-P(Dt)].

– средняя продолжительность плановой профилактики.

m_пр.нпл – средняя продолжительность аварийной неплановой профилактики, в течение которой объект восстанавливается и подвергается профилактике.

k_т.и. = (3.3)

Из (3.3) находим:

..................................................................................... (3.4)

..................................................................................... (3.5)

.....................................................................................

Найти Dt_треб из уравнений (3.4), (3.5) обычно удаётся лишь графически, построив график зависимости k_т.и. (Dt).

Примечания.

1. Задания для самостоятельной работы студентов:

• Изучить вопросы, связанные с распределением наработки до отказа изнашивающихся элементов (т.н. постепенных отказов) по [4].
• Используя [1,стр.54-55], изучить способ назначения сроков проведения профилактик с учётом послепрофилактических отказов.

1. Для закрепления материала разобрать решение примера 2.11 [2].
2. Решить задачу: 2.5 (варианты 1¸7) [2].

Лекция 4

Планирование сроков проведения профилактик по данным о приближении к отказам

• При одной границе допуска

Рисунок 4.1 Случайный процесс изменения значений определяющего параметра (разрегулирования)

W – .....................................................................................

W_кр – ....................................................................................

W₀ – .....................................................................................

t – .........................................................................................

T – ........................................................................................

W(t) = W₀ + Bt (4.1)

В – скорость разрегулирования

.............................................................................................

Допущения:

1. В – случайная величина, имеющая усечённый на

интервале (в₁, в₂) нормальный закон распределения с параметрами (m_в, ).

m_в - .......................................................................................

- .......................................................................................

1. Значение W_кр = const, т.е. не изменяется в про-

цессе наработки объектов.

Точки пересечения W(t) с горизонталью W = W_кр

соответствуют ...................................................

Из (4.1) при W(t = T) = W_кр следует:

. (4.2)

Задание: Нарисуйте в осях координат W и t реализации случайного процесса разрегулирования, при котором <0.

Плотность распределения наработки до отказа f(t) находят, применяя правило теории вероятностей о нахождении закона распределения случайной величины (Т), являющейся функцией другой случайной величины (В).

- плотность альфа-распределения [4] с параметрами:

- относительный запас наработки;

- коэффициент однородности скорости изменения параметра;

с – нормирующий множитель, учитывающий усечённость распределения скорости изменения параметра.

.

При , .

График плотности альфа-распределения имеет вид:

Рисунок 4.2 Кривая плотности альфа-распределения

t_н – .................................................................................

t_м – .....................................

.

При этом t_н.

Уточнение межпрофилактического интервала по экспериментальным данным

При выполнении профилактических работ в момент наработки t₀₂ измеряют значения W_j регулируемого параметра n одинаковых устройств.

Рисунок 4.3 К вопросу об уточнении значения

Вычисляют оценки математического ожидания

и среднего квадратического отклонения регулируемого параметра

= ;

.....................................

= .

..................................................

Вычисляют числовые характеристики скорости измене-

ния параметра:

;

................................

.

................................. .

Вычисляют значения и :

= ;

......................

= .

......................

Вычисляют значение наработки до отказа:

.

.......................

Уточняют значение межпрофилактического интервала:

.................................................

• При двух границах допуска

Рисунок 4.4 Процесс разрегулирования при двух

границах допуска

W –

.............................................................................................

t – .........................................................................................

W₀ – .....................................................................................

W_кр1 –

...............................................................................................

W_кр2 –

.................................................................................................

T ₁ – ........................................................................................

T₂ – ........................................................................................

Плотность распределения наработки до отказа:

Параметры закона распределения наработки до отказа:

; . (4.3)

Функция надёжности устройства:

P(t) = Ф(z₁) + Ф(z₂),

где Ф(z) – нормированная функция Лапласа. Таблицу её значений (см.в [1])

(4.4)

Наработка до отказа зависит от W₀. Может существовать оптимальное значение W_0опт, при котором вероятность нахождения устройства в работоспособном состоянии в течение межпрофилактического интервала максимальна, т.е

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Определение W_0опт, при котором

....................................................................................................................................................

............................................................= с.

При этом справедливо неравенство:

(4.5)

Доказательство (4.5):

Перепишем (4.5) следующим образом:

(4.6)

Очевидность неравенства (4.6) следует из графика Ф(z).

Рисунок 4.5 График функции Ф(z)

..............................................................................

................................................................................

...............................................................................

Из (4.6) следует, что максимальна, если:

. (4.7)

Из (4.7) с учётом (4.4) и (4.3), имеем:

. (4.8)

Задание: Вывести формулу (4.8) самостоятельно:

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

.................................................................................................

W_0опт имеет смысл устанавливать, если W₂ >

W_0опт >W₁.

Учитывая (4.8), это условие можно записать в виде:

.

Если , то значение W₀ необходимо устанавливать возможно ближе к ..... при m_в>0, и возможно ближе к ...... при m_в <0.

При этом следует учитывать возможные кратковременные обратимые отклонения значений регулируемого параметра.

Примечания: 1. Для успешного закрепления материала проанализировать решение примера 2.13 [ 2].

2. Задание для самостоятельной работы студентов. Изучить раздел: “Влияние периодичности профилактических проверок на эффективность резервирования” [1, стр. 49-51]. Решить задачу 2.12 [2].

Лекция 5

Подсистема контроля

Принципы контроля

Виды контроля

производственный:	эксплуатационный:
· предметов труда (для ИС.....................) · ТП (для ИС -..........)	· Средств труда (для ИС -...................... ......................................)

Цели контроля

Контроль технического состояния (работоспособности) устройств

Поиск причин неисправностей

Прогнозирование отказов

Задачи контроля

Что	Как	Чем
Какие параметры нужно контролировать?	Какой метод использовать?	Какие средства использовать?

• Выбор контролируемых параметров

Экспертные оценки:	Формальные методы уменьшения числа параметров:
ü составление общего списка параметров ü оценка значимости ü выбор наиболее значимых параметров	ü составление экс- пертами общего списка параметров ü выбор параметров на основе анализа статистических данных о значениях параметров и связях между ними.

Метод корреляционных плеяд

Исходные данные:

• Нормированная корреляционная матрица связей параметров объекта;
• Пороговое значение коэффициента связи параметров;
• Сведения о возможности (трудностях, безопасности процесса) контроля параметров.

Алгоритм выбора параметров:

• Построение графа связей параметров.
• Разрыв слабых связей, для которых значения коэффициента связи меньше порогового.
• Из каждой совокупности сильно связанных параметров (“плеяд”) выбираем один с учётом трудности и безопасности контроля параметров.

Построение графа связей параметров

• Находим в матрице связей максимальный по абсолютной величине (недиагональный) элемент k_ij.
• Параметры с номерами i и j обозначаем кружками и соединяем линией, над которой записываем значение коэффициента связи между ними.
• В строках i и j находим следующий после k_ij максимальный по абсолютной величине элемент, например ( ).
• Параметр с номером обозначим на графике кружком и соединяем с элементом j.
• В матрице связей вычёркиваем столбцы, соответствующие номерам i, j, .
• Среди оставшихся элементов строк j и находим максимальный по абсолютной величине элемент.
• Эти действия проводим до тех пор, пока на графике не будет столько вершин, сколько рассмотрено параметров.

Задание:

Построить граф связей параметров по данным табл.

5.1.

Таблица 5.1 – Нормированная корреляционная матрица связей параметров технического объекта

Рисунок 5.1 Граф связей параметров соответствующий таблице 5.1

Примечание: Для закрепления материала разобрать решение примеров 2.1; 2.2. Решить задачи 2.1.; 2.2 [2].

• Средства контроля состояния объекта

Рис.5.2 Классификация средств контроля

Автоматизированная аппаратура контроля

• Аналоговая

Рисунок 5.3 Структурная схема аналоговой АК

АРК – определяет, находится ли параметр в поле допуска;

Н – преобразует сигналы к стандартным уровням напряжения;

Д – преобразует все контролируемые параметры в электрические величины;

СУ – сопоставляет результаты измерений с эталонными значениями;

ГВС – вырабатывает испытательные сигналы;

ГЭС – вырабатывает эталонные сигналы соответствующие положительной реакции контролируемого объекта на испытательные сигналы.

Стандартные испытательные сигналы

При положительном результате испытаний АРК вы-

даёт сигнал в УВВ о работоспособности устройства. При отрицательном результате АРК выдаёт сигнал

в УУ; при этом проверяется работоспособность аппаратуры контроля и при положительном результате в УВВ выдаётся сигнал о неработоспособности устройства.

• Цифровая

Рисунок 5.4 Структурная схема цифровой аппаратуры контроля

АЦП – преобразователи “напряжение-код”, “частота-код” и др.

УУ – регулирует режимы и диапазоны измерений.

ОЗУ – хранит эталонные значения параметров.

АУ – сравнивает значения эталонных и контролируемых параметров.

АРК – осуществляет регистрацию положительного результата или вводит режим самоконтроля при отрицательном результате. При работоспособной аппаратуре контроля сообщение о неработоспособности контролируемого устройства выдаётся УВВ.

Лекция 6

• Методы контроля

Систематизация поиска отказавших элементов при отсутствии опыта эксплуатации

Опыт эксплуатации – это сведения о:

ü условных вероятностях отказа k-го элемента (k=1¸ n, где n – число элементов) при условии, что отказ объекта произошёл;

ü средних значениях времени выполнения проверок (к=1...n).

При отсутствии опыта эксплуатации предполагают:

ü ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

ü ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Рисунок 6.1. Метод средней точки; а, в, с – первая, вторая и третья проверки соответственно

а – элементы 1¸4 дают положительный результат;

5¸8 отрицательный результат;

в – 5-6 – дают положительный результат

7-8 – отрицательный результат

с – 7 – отрицательный результат.

Систематизация поиска отказавших элементов с

учётом опыта эксплуатации объектов

Допущения:

ü все элементы требуют индивидуальной проверки;

ü последовательно проводимые проверки каждого элемента не дают сведений о состоянии других элементов.

Цель: определить метод, который минимизирует

среднее время поиска неисправности.

Находим среднее время поиска неисправного эле-

мента для двух способов организации проверок.

1 способ: Элементы проверяются в последователь-

ности 1, 2...k - 1, k, k + 1,…n

2 способ: элементы проверяются в последовательно-

сти1, 2...k -1, k + 1, k,…n

Пусть , при этом .

Условию соответствует соотношение

(6.1)

Организация проверок в соответствии с (6.1) называется “метод время-вероятность”.

Если для всех k, то проверки организуют ..........................................................................

Если для всех k, то проверки организуют ............................................................................................

Технологические схемы поиска неисправностей

Типовой узел схемы:

Х – .................................................................................

Y – ..................................................................................

...........................................................................................

Z – ....................................................................................

......................................................................................................................................................................................

Обозначение проверки П:

ü 1– непроверенный элемент;

ü 0 – проверенный элемент.

Обозначение результатов проверки:

ü 0 – положительный результат:

проверяемые элементы работоспособны;

ü 1 – отрицательный результат:

среди проверенных элементов есть неисправные.

Пример построения технологической схемы поиска

неисправностей

Рисунок 6.2. Технологическая схема поиска неисправного элемента в системе из 6 элементов: А, Б, В, Г, Д, Е.

Оценка достаточности совокупности проверок: возможность отыскать определённый неисправный элемент при любой последовательности проверок.

Алгоритм:

• Переписать каждое основное или дополнительное обозначение проверки П так, чтобы в разряде, соответствующему рассматриваемому элементу, всегда были нули.
• Обозначения проверок пишутся одно под другим и единицы в соответствующих разрядах складываются.
• Совокупность проверок достаточна, если в сумме во всех разрядах, кроме разряда рассматриваемого элемента, отсутствуют нули.

Пример:

Оценить достаточность проверок П₁₀₁₀, П₁₁₀₀, П₀₁₁₀ для отыскания неисправного элемента 2.

Применение технологической схемы поиска неисправностей для минимизации числа проверок

Допущение: значение среднего времени выполнения проверок одинаковы для всех элементов.

Исходные данные: условные вероятности отказа i-го элемента (i =1...n, где n – число всех элементов) при условии, что объект отказал.

Алгоритм:

• Обозначения элементов выписывают столбиком

в порядке уменьшения значений ;

• Последние два элемента с наименьшими значе-

ниями группируются вместе и значения складываются.

• В получившейся схеме ищут следующие два

элемента с наименьшими значениями , группируют и складывают значения .

• Последний этап продолжается до тех пор, пока не останется один элемент с =1.
• Находят число проверок, равное числу объеди-

нений на пути от рассматриваемого элемента до

последнего объединения элементов включительно.

• При построении технологической схемы учиты-

вают, что точкам объединений элементов соответствуют проверки на схеме состояний.

Пример построения оптимальной схемы поиска

неисправностей

Число проверок	Обозначение элементов

Рисунок 6.3 Получение оптимальной структуры схемы

поиска

Рисунок 6.4 Схема поиска, соответствующая

оптимальной структуре

Примечание:

Для успешного закрепления материала, проанализировать решение примеров 2.3; 2.5;

решить задачу 2.4 [2].

Лекция 7

Подсистема восстановления

Организация восстановления работоспособности ТО определяется структурой системы технического обслуживания

Структуры СТО

...........................   ............................	............................   ............................	............................   ............................
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _	_ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _	_ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Достоинства:	Достоинства:
..............................................   ..............................................	...............................................   ..............................................

Недостатки:	Недостатки:
..............................................   ..............................................	...............................................   ..............................................

Пример четырёхуровневой структуры

централизованной СТО

Рисунок 7.1 Структура централизованной СТО

ü ОТО – орган технического обслуживания при каждом техническом объекте

· Выполняет: ........................................................

...................................................................................................................................................................................................................................................................................................

· Имеет: .................................................................

..................................................................................................................................................................................................

ü УОТО – узловой орган технического обслуживания.

· Выполняет: ........................................................

...................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................................................................................................................

· Имеет: .................................................................

..................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................................................................................................................

ü РОТО – районный орган технического обслуживания.

• Выполняет: ..............................................................

...................................................................................................................................................................................................................................................................................................

• Имеет: .......................................................................

..................................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................................

• ЦС – центральный склад ЗЭ практически неограниченного количества

Расчёты норм запасных элементов

Норма ЗЭ определяет потребность в них на некото-

рый период эксплуатации (наработки) одного или нескольких устройств одного типа. Далее будем рассматривать лишь невосстанавливаемые запасные элементы, используемые до первого отказа.

• Расчёты норм ЗЭ из условия достаточности

Допущения: 1. Поток отказов элементов является

простейшим.

2. Замена отказавших элементов произ-

водится мгновенно.

Исходные данные:

Р_дост – .....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

t_об – .........................................................................................

Обычно принимают t_об = 1 год.

При этом n_з находится из соотношений:

(7.1)

где а = k_н.з n t_об ·l;

k_н.з – коэффициент напрасных замен;

l – интенсивность отказа элемента.

Расчёты упрощаются при использовании табулированной функции

.

При этом из соотношения (7.1) получаем:

• Расчеты норм запасных изнашивающихся
<