Санитарно-гигиеническая надежность. Параметрический отказ. Последовательность расчета

- санитарно-гигиенической надежности - , характеризующей достижимый на заданный период эксплуатации уровень вероятности параметрической безотказности ИЭС (подсистем), обусловленный постепенным снижением эффективности ее работы (технологической или санитарно-гигиенической).

Из определений следует, что основным видом надежности выступает технологическая, поскольку определяет собственно работу системы. Ужесточающим условием к работоспособности системы.

При этом расчет каждого вида надежности может производиться как в совокупности друг с другом, так и по отдельности.

Санитарно-гигиеническая надежность выступает дополнительным.

Частным случаем постепенного отказа является параметрический отказ, который заключается в прекращении выполнении ИЭС заданной функции по эффективности своей работы. Он описывает ситуацию, когда в условиях постепенного, но не критического физического износа элемента ИЭС текущее значение эффективности находится в интервале значений от Е_мин. до Е_мах., что обеспечивает выполнение санитарно-гигиенических и экологических нормативов количества воздуха, следовательно, санитарно-гигиеническая надежность описывает вероятность того, что эффективность ИЭС будет находиться в заданном интервале значений [Е_мин. ; Е_мах ].

Математическое описание санитарно- гигиенической надежности ИЭС использует нормальный закон распределения СВ. Величина Е_мах определяет верхний технически достижимый уровень эффективности ИЭС. Применительно к каждому конкретному элементу ИЭС, существует свой технический предел эффективности.

Значения минимально допустимого уровня эффективности определяется нормативными требованиями :

- для элементов улавливания ИЭС Е_тр. =f (ПДК_рз);

- для элементов очистки и рассеивания ИЭС Е_тр= f (ПДК_мр).

Чем меньше диапазон [Е_мин. ; Е_мах ], тем меньше величина СГН ИЭС.

14. Основные типы соединения элементов в системах: последовательное, параллельное, смешенное. Схемы и расчет вероятности возникновения отказов для каждого типа соединения элементов.

Последовательное соединение элементов в системе

Важным условием нормального функционирования системы с последовательным соединением элементов (рис.7.2) является безотказная работа абсолютно всех элементов, поскольку работа каждого последующего элемента предполагает нормальную работу предыдущего. Отказ системы наступает при отказе хотя бы одного из элементов цепи.

Рис. 5.1. Система с последовательным соединением элементов

Надежность такой системы зависит как от надёжности каждого из элементов последовательной цепи, так и от их количества. Для системы, состоящей из N последовательно соединенных элементов (рис. 5.1), вероятность безотказной работы определяется произведением вероятностей безотказной работы каждого из этих элементов:

. (5.1)

В частном случае при одинаковой надежности элементов, т. е. при Р(t) = Р₁(t) = ... = Р_N(t) = Р(t) вероятность безотказной работы системы в соответствии с выражением (7.1) будет равна:

. (5.2)

Из представленных зависимостей видно, что при увеличении числа элементов в системе ее надежность достаточно быстро убывает. Таким образом, увеличить надежность системы с последовательным соединением элементов можно за счет снижения числа элементов, а также и за счет увеличения надежности каждого из них.

Параллельное соединение элементов в системе

Нормальное функционирование системы с параллельным соединением элементов (рис. 5.2) сохраняется даже в случае отказа нескольких элементов, поскольку работа каждого элемента в наименьшей степени чувствительна к работе остальных элементов.

Рис. 5.2. Система с параллельным соединением элементов

При параллельном соединении отказ системы наступает только при отказе всех или подавляющего большинства элементов.

Вероятность безотказной работы системы в случае параллельного соединения ее элементов (рис.7.3) рассчитывается по формуле:

. (5.3)

Смешанное соединение элементов в системе

Смешанное соединение элементов представляет собой сочетание последовательной и параллельной схем соединения элементов. Определение надежности системы в таком случае производится в несколько этапов, смысл которых заключается в постепенном приведении сложной схемы к набору более простых. Для этого сложную систему разбивают на блоки с характерными последовательной или параллельной схемами соединения элементов, после чего определяют надежность каждого из них. Это позволяет в последствии, представляя блоки в виде отдельных укрупненных элементов и учитывая схему их соединения, определить надежность системы в целом.

Например, вероятность безотказной работы системы со смешанным соединением элементов (рис. 5.3) рассчитывается следующим образом:

Рис. 5.3. Система со смешанным соединением элементов

. (5.4)

Определение ОС и схемы их соединения в системе позволяет непосредственно перейти к определению последовательности расчета надежности ИЭС. В зависимости от полноты учета факторов для инженерной практики можно рекомендовать два вида расчета надежности ИЭС: ориентировочный и окончательный, совокупность которых реализует метод последовательных приближений.

15. Нормирование технологической и санитарно-гигиенической надежности. Основные методы задания требований по надежности: директивный метод, метод аналогий, экономически оптимальное задание требований.

- технологической надежности - , характеризующей достижимый на заданный период эксплуатации уровень вероятности «физической» безотказности ИЭС (подсистем) в результате воздействия внутренних дефектов изготовления, внезапных внешних нагрузок или факторов постепенного износа;

- санитарно-гигиенической надежности - , характеризующей достижимый на заданный период эксплуатации уровень вероятности параметрической безотказности ИЭС (подсистем), обусловленный постепенным снижением эффективности ее работы (технологической или санитарно-гигиенической).

Из определений следует, что основным видом надежности выступает технологическая, поскольку определяет собственно работу системы. Ужесточающим условием к работоспособности системы.

При этом расчет каждого вида надежности может производиться как в совокупности друг с другом, так и по отдельности.

Санитарно-гигиеническая надежность выступает дополнительным.

1. Директивное (экспертное) задание требованийможет быть основано на:

- общей инженерной интуиции и практическом опыте проектирования и эксплуатации технических систем и ИЭС в частности;

- требованиях к надежности, предъявляемых к основному технологическому оборудованию, при котором надежность ИЭС должна быть не меньше надежности основного технологического оборудования, обслуживаемого этой симтемой.

2. Задание требований по прототипу основано на анализе имеющейся информации (в том числе и статистической) по надежности уже существующих ИЭС и их элементов, близких к рассматриваемой системе по функциональному назначению, структуре, перечню оборудования и т.п.

3. Задание экономически оптимальных требований основано на тесной связи между достигнутым уровнем безотказности работы ИЭС и тяжестью экономических последствий его реализации. В этом случае, как правило, оптимизируются две взаимозависимые функции цели:

- параметр надежности;

- универсальный экономический показатель, в качестве которого могут выступать: выгода, т.е. превышение дохода над затратами, приведенные затраты, дисконтированный доход и др.

При использовании в качестве целевой функции экономических показателей, характеризующих стоимостную эффективность, помимо оптимизационных минимаксных требований, необходимо учитывать жесткое ограничитель-

ное требование: если выходной эффект от повышения надежности ИЭС в стоимостном выражении не соизмерим с затратами, то задание требований по технологической надежности ИЭС невозможно. В этом случае можно использовать только два первых способа.

16. Распределение требований к надежности между элементами системы. Допущения. Основные модели распределения требований к надежности: модель равномерного распределения, модель фирмы «Аэронавтика», модель, учитывающая затраты на устранение отказов.

Большинство методов распределения требований к надежности элементов сложных технических систем основывается на ряде допущений, которые позволяют значительно упростить их математическое описание, в частности:

а) элементы системы выходят из строя независимо друг от друга;

б) отказ любого элемента приводит к отказу всей системы;

в) интенсивность возникновения отказов постоянна во времени.

С учетом особенностей функционирования ИЭС основными методами распределения требований к надежности их элементов можно считать следующие.

1. Метод равномерного распределения требований, в соответствии с которым для всех элементов основного соединения ИЭС устанавливаются одинаковые уровни надежности. Их численное значение определяется только числом элементов и видом соединения в системе.

Например, для системы надежность которой рассчитывается по выражению (6.1), численные значения надежности каждого элемента определяются по следующей формуле:

. (6.2)

Метод равномерного распределения требований отличается простотой математического описания, легко использует любые законы распределения случайной величины. В тоже время он не учитывает взаимосвязь работы элементов в системе, степень «значимости» отдельных элементов, полноту влияния последствий их отказов на работоспособность всей системы.

2. Метод учета интенсивности отказов (метод фирмы «Аэронавтика»)

предполагает определение требований к надежности элементов системы через величины интенсивностей их отказов. В качестве начальных условий выступают следующие требования:

- все элементы основного соединения системы соединены последовательно;

- работа всех элементов основного соединения системы характеризуется постоянными во времени величинами интенсивностей отказов λ_i;

- среднее время безотказной работы (время наработки на отказ) системы в целом равно среднему времени безотказной работы (времени наработки на отказ) каждого элемента ее основного соединения.

Область применения данного метода значительно ограничивают требования последовательной схемы соединения элементов и постоянства во времени величин их интенсивностей отказов.

3. Метод учета затрат на устранение отказов заключается в установлении требований к надежности элементов основного соединения системы обратно пропорционально затратам на устранение последствий их отказов. При этом принимают следующие допущения:

- все элементы основного соединения системы соединены последовательно;

- отказы элементов основного соединения системы являются независимыми;

- основным временным параметром является ресурс системы Т_р , ч, в качестве которого могут выступать произвольно задаваемое времени работы системы, наработка на отказ или среднее время безотказной работы;

- вероятность безотказной работы в течение всего ресурса работы системы описывается экспоненциальным законом распределения случайной величины:

. (6.6)

К преимуществам данного метода относятся:

- простота, очевидность и комплексность при рассмотрении задачи распределения требований к надежности элементов системы;

- задание требований непосредственно к основному параметру оценки надежности элемента - вероятности его безотказной работы, а не к вспомогательным величинам (интенсивности возникновения отказов, времени наработки на отказ и т.п.);

- учет степень «значимости» отдельных элементов системы в обеспечении требуемого уровня вероятности ее безотказной работы.

В то же время область применения данного метода значительно ограничивают требования последовательной схемы соединения элементов в системе и экспоненциального закона распределения вероятности их безотказной работы.