Вступи в группу https://vk.com/pravostudentshop

«Решаю задачи по праву на studentshop.ru»

Решение задач по юриспруденции [праву] от 50 р.

Опыт решения задач по юриспруденции 20 лет!

 

 

 

 


«Основные понятия теории риска и катастроф»

/ БЖД
Конспект, 

Оглавление

1. Надежность 

 

В литературе наиболее часто встречаются следующие определения надежности. 

1. Надежность является интегральной функцией распределения вероятностей безотказной работы от момента включения до первого отказа.

2. Надежностью элемента (или системы) мы называем вероятность того, что элемент (или система) не выйдет из строя и течение времени.

3. Надежность – вероятность того, что прибор будет работать безотказно в течение заданного времени и при заданных условиях работы.

4. Надежность – среднее время работы данного образца между двумя неисправностями.

5. Надежностью системы называется се способность безотказно работать в течение определенного интервала времени в заданных условиях эксплуатации при минимальных затратах времени на устранение отказов и профилактику.

6. Надежностью радиоаппаратуры называется ее способность безотказно работать в течение определенного интервала времени в заданных условиях эксплуатации.

7. Условимся надежностью аппаратуры считать способность ее сохранять заданные свойства при определенных условиях работы течение заданного периода времени.

8. Под термином «надежность» в этом случае правильнее понимать Способность элемента (системы) обеспечивать и сохранять в условиях

Эксплуатации заданные значения обобщенных координат и передаточного коэффициента в течение определенного отрезка времени в пределе установленных допусков.

Приведенные определения можно разбить на две принципиально отличные группы. Группа первая содержит количественные определения и группа вторая – качественные определения надежности.

Надежность есть внутреннее свойство аппаратуры. По мере расширения познаний об этом свойстве будут совершенствоваться и количественные характеристики – критерии, с помощью которых можно охарактеризовать наиболее полно это свойство. Однако можно утверждать, что ни одна количественная характеристика не может полностью охарактеризовать надежность. Надежность – более глубокое понятие, чем любая ее характеристика.

Математической основой теории надежности является теория вероятностей и математическая статистика. В связи с этим все критерии характеризуют надежность определенного класса элементов или систем и слабо характеризуют, а иногда и вовсе не характеризуют надежность данного конкретного образца.

Таким образом, ни одна из количественных характеристик надежности не исчерпывает нее явление в целом, а поэтому и не может быть его определением. Определение надежности должно носить качественный характер. Однако рассмотренные выше качественные определения надежности нечетки.

Включать в определение надежности минимальные затраты времени на устранение отказов и профилактику нецелесообразно. Надежность, как свойство аппаратуры, не зависит от времени, необходимого на устранение отказов и профилактику, так как в период устранения отказов это свойство аппаратурой потеряно, и система им не обладает до полного устранения отказа. Время, затраченное на устранение отказов и профилактику, определяет лишь удобство эксплуатации аппаратуры, а для объектов разового применения вообще смысла не имеет.

Из определения надежности также должно быть исключено время. Надежность, как свойство аппаратуры, проявляется в процессе эксплуатации и зависит от се условий. При этом аппаратура может работать непрерывно или с разными интервалами времени. В этом смысле время работы входит в условия эксплуатации и нет необходимости его вводить r определение. Так, например, при определении усиления не оговаривается, что это есть свойство аппаратуры усиливать малые сигналы в течение определенного промежутка времени, хотя эго ее свойство, как и надежность, ухудшаются с течением времени эксплуатации.

Включение в определение такой категории, как время, может привести к путанице, В самом деле, пусть имеются два класса систем, вероятность безотказной работы которых будет такой, как указано па рис. 1.1. Очевидно, что система 1 более надежна, чем система 2, так как при одинаковых t всегда справедливо соотношение.

 

2. Отказ

 

Отказом будем называть событие, после появления которого исходные характеристики аппаратуры выходят за допустимые пределы.

Из этого определения следует, что отказа может наступать не только при механических или электрических повреждениях элементов (обрывы, короткие замыкания), но и при нарушении регулировки, из-за ухода параметров элементов за допустимые пределы и т.п.

Моменты возникновения отказов в сложной системе обычно являются событиями случайными. Однако место их возникновении удается иногда предсказать заранее. Это возможно в тех случаях, когда систематически наступает механический или электрический нанос одного и того же элемента (или узла) во многих однотипных системах. Подобные отказы иногда называют закономерными в противоположность отказам случайным, место и моменты возникновения которых заранее предсказать затруднительно.

Систематические отказы одних и тех же элементов наиболее часто наблюдаются в начале эксплуатации первых образцов системы и возникают вследствие конструктивных или технологических ошибок. В дальнейшем аппаратура усовершенствуется и подобные отказы не возникают.

Отказы, как случайные события, могут быть независимыми и зависимыми. Если отказ какого-либо элемента в системе не приводит к отказу других элементов, то такой отказ называется независимым. Отказ, появившийся в результате отказа других элементов, называется зависимым.

В большинстве случаен механические или электрические повреждения элементов наступают мгновенно, внезапно и приводят к потере работоспособности либо самого элемента, либо всей аппаратуры. Такие отказы называют мгновенными или внезапными. Длительное постепенное изменение параметров элементов по причине старения материалов в большинстве случаев приводит лишь к ухудшению выходных характеристик аппаратуры при сохранении ее работоспособности. Такие отказы называют постепенными.

В большом – числе случаев мгновенные и постепенные отказы можно считать событиями независимыми и рассматривать количественные характеристики надежности от действия указанных отказов раздельно. Однако весьма часто постепенные отказы влияют на мгновенные и наоборот. Это объясняется тем, что ухудшение характеристик отдельных элементов часто приводит к изменению режимов работы других элементов, а следовательно, к изменению вероятности их мгновенных отказов.

Деление отказов на мгновенные и постепенные в теории надежности имеет большое значение. Характер отказа оказывает решающее влияние на методику расчета надежности, на способы построении надежных схем, на способы обнаружения места отказа и т.п.

Отказы также можно разделить на окончательные и перемежающиеся. При окончательном отказе аппаратура либо становится неработоспособной, либо ее характеристики выхолят за допустимые пределы на все время, пока не будет устранен отказ. Перемежающийся отказ продолжается короткое время, затем система самовосстанавливается и работает надежно.

Не всегда отказы элементов аппаратуры приводят к потере ее надежности, В сложной аппаратуре всегда имеются элементы, выход из строя которых не приводит к уходу основных характеристик за допустимые пределы. К таким элементам относится, например, сигнальные лампы, некоторые приборы контроля за работой аппаратуры, резервные элементы, используемые для повышения надежности, и т.п. Отказ таких элементов иногда называют второстепенной неисправностью и не учитывают при расчете надежности системы.

Время появления отказов в большинстве случаев является событием случайным. Как случайное событие отказы могут быть: несовместные, равновозможные, достоверные, невозможные. Эти термины имеют понятия, общепринятые в теории вероятностей.

Сформулировать понятие отказа для данной конкретной системы бывает чрезвычайно трудно. Это объясняется тем, что во многих случаях не существует критерия для установления допусков на выходные характеристики системы и они носят субъективный характер.

Сформулированные определения надежности и отказа требуют нового подхода к исследованию надежности и динамики сложных автоматических систем. Если под отказом элемента понимать событие, после наступления которого основные характеристики выходит за допустимые пределы, то тогда отказы элементов будут событиями случайными и зависимыми. Действительно, изменение параметров одного элемента сложной системы всегда влечет за собой изменение режимов работы других элементов, а следовательно, приводит к изменению их параметров. В этом случае при большом числе элементов системы расчет количественных характеристик надежности крайне затруднителен.

Динамические свойства автоматической системы зависят от воздействий, параметров и начальных условий. Параметры системы в связи с уменьшением ее надежности изменяются. Они являются случайными функциями времени и имеют определенные законы распределения вероятностей. В связи с этим задачи устойчивости, качества переходного процесса, точности должны решаться с учетом возможных случайных изменений параметров, т.е. с учетом надежности. Математически эта задача сводится к исследованию дифференциальных уравнений, коэффициенты которых являются случайными функциями времени и имеются корреляционные связи между параметрами.

 

3. Критерии надежности. Характеристики надежности

 

Качественного определения надежности недостаточно, так как оно не позволяет:

– рассчитать надежность,

– сформулировать требования на надежность вновь разрабатываемой аппаратуры,

– сравнить надежность различных элементов и систем,

– рассчитать сроки службы и необходимое количество запасных деталей для нормальной эксплуатации аппаратуры,

– наметить пути повышения надежности,

– рассчитать количество аппаратуры, необходимое для решения поставленной задачи и т.д. и т.п.

Для этих целей необходимы критерии надежности. Критерий надежности – это признак, по которому оценивается надежность аппаратуры.

Надежность зависит от многих факторов, большинство из которых являются случайными. Надежность трудно замерить, так как не существует прибора, который мог бы указать величину надежности данного конкретного образца. Отсюда следует, что достаточно полно оценить такое свойство системы, как надежность, можно только с помощью большого числа критериев.

Количественное значение критерия называют количественной характеристикой или просто характеристикой надежности. Количественная характеристика надежности является техническим параметром элемента, прибора, системы и т.п.

Надежность аппаратуры зависит от количества и качества элементов, входящих в аппаратуру, от режимов работы элементов, от схемного и конструктивного выполнения. Надежность элементов сложной аппаратуры в свою очередь зависит от технологии изготовления, качества материалов и т.п.

Существенное влияние оказывают также условия и качество эксплуатации. Так как большинство факторов являются случайными, то надежность аппаратуры целесообразно оценивать статистически. Поэтому критерии и количественные характеристики надежности, широко используемые в настоящее время, имеют вероятностный характер. Такими критериями и количественными характеристиками могут быть: вероятность безотказной работы, среднее время безотказной работы, интенсивность отказов, частота отказов, различные коэффициенты надежности и т.д.

Эти и другие количественные характеристики дают представление о надежности всей совокупности аппаратуры какого-то тина. В силу своих вероятностных свойств они не позволяют оценить (предсказать) надежность данного конкретного образца. Тем не менее, указанные основные критерии и количественные характеристики позволяют сравнивать аппаратуру по надежности, оценивать, надежность числом, намечать пути повышения надежности, эффективнее эксплуатировать аппаратуру.

 

4. Сохранность

 

Сохранность есть свойство аппаратуры находиться в исправном состоянии в процессе хранения. Так же как и надежность, сохранность есть свойство аппаратуры сохранять выходные характеристики в определенных пределах. Если полагать, что хранение есть неотъемлемая часть эксплуатации, то понятие сохранности отождествляется с понятием надежности для специфических условий – хранения аппаратуры.

Сохранность системы зависит от большого числа факторов, большинство из которых являются случайными. Поэтому оценить этот параметр можно с помощью вероятностных методов. Сохранность является достаточно сложным параметром, поэтому никакой одной характеристикой невозможно оценить его полностью. Для достаточно полной оценки сохранности необходимо иметь несколько критериев и количественных характеристик. Такими критериями могут быть все критерии надежности.

Особенность аппаратуры состоит в том, что в условиях ее хранения преобладают постепенные отказы из-за ухудшении характеристик элементов вследствие их старения. При этом даже для однотипных элементов зависимость параметров системы от времени является случайной функцией.

Получить экспериментальным путем законы распределения времени возникновения отказов затруднительно. Это объясняется тем. что для получения достоверных статистических данных необходимо настолько большое время наблюдения, что полученные в результате эксперимента данные теряют свое значение.

Для предсказания сохранности необходимо либо проводить ускоренные испытания сохранности, либо производить экстраполяцию характеристик распределения параметров элементов.

Вследствие невозможности получения в короткий срок закона распределения времени нахождения параметров элементов и определенных пределах и необходимости экстраполяции характеристик распределения параметров, оценить сохранность аппаратуры аналитическими методами бывает более трудно, чем рассчитать надежность системы в процессе ее работы. Однако при хранении аппаратуры старение одних элементов, в большинстве случаев, не вызывает старения других. Это существенно облегчает оценку сохранности .аналитическими способами, так как постепенные отказы элементов можно считать событиями независимыми, а их параметры не коррелированными.

Сохранность является важным техническим понятием. Она дополняет понятие надежности и совместно с ним определяет надежность .аппаратуры в различных ее состояниях.

Существует большой класс систем, время хранения которых соизмеримо с временем их работы, а иногда во много раз его превосходит. К таким системам относятся системы разового использования (например, системы управления военными объектами) и системы с малым коэффициентом использования (самолетное оборудование, оборудование транспортных средств и т.п.). К подобной аппаратуре относятся также запасные части и приборы, хранящиеся на складе.

При работе сложных систем и комплексов часть аппаратуры может находиться r рабочем состоянии в течение малого промежутка времени, хотя система в целом длительно выполняет спои функции. К такой аппаратуре иногда относятся релейные элементы, системы коррекции, самоконтроля и т.п.

Надежность подобной аппаратуры может существенно зависеть от ее сохранности, а иногда и определяться ею. В связи с этим при оценке надежности сложных систем необходимо учитывать потерю .ими надежности в процессе хранения.

 

5. Ремонтопригодность

 

Автоматическая система длительного использования в процессе ее эксплуатации требует проведения профилактических мероприятий и устранения отказов, Это приводит к ее вынужденным простоям. .Длительность вынужденного простоя не входит в понятия надежности и сохранности, а такие характеристики надежности, как вероятность и среднее время безотказной работы, частота и опасность союзов, не полностью характеризуют эксплуатационные качества аппаратуры.

Для более полного описания процесса эксплуатации вводится понятие ремонтопригодность.

Ремонтопригодность есть приспособленность аппаратуры к обнаружению и устранению отказов, а также к их предупреждению. Характеризовать ремонтопригодность можно временем вынужденного простоя, которое равно суммарному времени, потребному на профилактику, отыскание места отказа и его устранение.

Совместно с надежностью ремонтопригодность характеризует способность системы выполнять заданные функции в любой момент времени. Чем надежнее система и чем выше ее ремонтопригодность, тем реже она отказывает и меньше простаивает, т.е. тем выше вероятность застать систему в любой момент времени в исправном состоянии.

Ремонтопригодность совместно с надежностью определяют эффективность действия автоматической системы. Если система достаточно надежна и редко отказывает, но, имея низкую ремонтопригодность, требует больших затрат времени на профилактику и восстановление, то она не всегда может конкурировать с системой, которая менее надежна, но зато время ее простоя, потребное на профилактику и восстановление, мало. Для выполнения поставленной задачи первая система может потребовать большего резерва, чем вторая.

Ремонтопригодность совместно с надежностью также определяют стоимость эксплуатации, необходимое количество резервных систем, потребных для выполнения задачи, объем ремонтных средств и т.д. В связи с этим понятие ремонтопригодности является важным понятием в теории надежности.

Время, потребное для восстановлении, так же как и время возникновения отказов, является величиной случайной, зависящей от характера отказов, квалификации обслуживающего персонала, организации ремонта и т.д.

Надежность определяется плотностью распределения времени возникновения отказов, а ремонтопригодность – плотностью распределения времени восстановления. Подобно надежности она может оцениваться характеристиками распределения времени восстановления, например, вероятностью восстановления в течение времени средней длительностью ремонта и т.п.

 

Понятие ремонтопригодности относится к системам длительного использования, а также к таким системам, которые могут находиться в состоянии длительного храпения.

Это понятие не имеет смысла для таких, систем разового использования, которые не восстанавливаются ни в процессе хранения, ни в процессе работы,

 

6. Срок службы

 

Сложные системы, так же как и простые элементы, не могут эксплуатироваться бесконечно долго. В процессе эксплуатации происходит старение элементов, возникает большое число отказов и наступает время, когда дальнейшая эксплуатация либо невозможна, либо нецелесообразна. Это время характеризуется сроком службы аппаратуры.

Срок службы – это время от начала эксплуатации аппаратуры до ее технической непригодности.

Срок службы аппаратуры нельзя отождествлять с ее надежностью. Сложная система может иметь большое число отказов в течение срока службы, т.е. может иметь низкую надежность, а срок службы – большой. Это объясняется тем, что при установлении срока службы не дается абсолютной гарантии, что в течение этого срока не будет ни одного отказа, а устанавливается лишь вероятность этого события. Срок службы системы не определяется только сроком службы элементов, из которых состоит система, а зависит также от сложности системы, условий эксплуатации, технологии изготовления и т.п. Справедливым является только утверждение, что чем выше срок службы элементов, тем, при прочих равных условиях, выше срок службы системы.

Срок службы не является определяющим понятием в теории надежности. Однако его введение имеет важное значение для практики, так как система обладает такими свойствами, как надежность и сохранность, только в течение времени, которое не превышает ее срока службы.

7. Избыточность

 

Автоматическая система для выполнения заданных ей функций должна иметь определенную структуру. Эта структура вытекает из анализа динамики процесса управления и определяет вес, габариты и стоимость системы. Однако реализованная система, структура которой получена из анализа динамики процесса управления, имеющая определенный вес, габариты и стоимость, может оказаться непригодной, так как из-за низкой надежности не сможет выполнить возложенные на нее функции.

В подобных случаях приходится либо упрощать структуру, либо предпринимать специальные методы повышения надежности данной структуры.

Упрощение структуры, в особенности, если она получена в результате, синтеза по какому-либо критерию качества, всегда приводит к ухудшению таких важных показателей, как устойчивость, качество переходного процесса и точность. Поэтому часто единственным способом сохранения этих важных характеристик в течение длительного времени является повышение надежности автоматической системы при заданной ее структуре.

Для повышения надежности в большинстве случаев приходится либо выбирать наиболее качественные элементы, обладающие высокой надежностью, либо облегчать режимы работы элементов, либо вводить резервную аппаратуру. Все это требует увеличения стоимости, веса и габаритов аппаратуры и приводит к некоторой избыточности системы по указанным характеристикам,

Избыточность – есть превышение веса, габаритов или стоимости системы по сравнению с минимально необходимыми для заданной структуры, связаннее с обеспечением заданной надежности.

От величины избыточности зависит время работы системы, в течение которого сохраняются ее выходные характеристики в заданных пределах. Чем больше избыточность, тем, при прочих равных условиях, больше это время,.

Введение избыточности возможно путем применения резервных элементов или систем, облегчения режимов их работы, выбора высоконадежных элементов и т.д.

 

8. Элемент расчета надежности и резервирование

 

Элементом расчета надежности называются элемент, блок, узел или часть системы, имеющие количественную характеристику, самостоятельно учитываемую при расчете надежности сложной системы.

Обычно при анализе сложной системы вычисление количественных характеристик надежности проводится по известным количественным характеристикам надежности деталей, узлов, блоков, приборов и других устройств, входящих в систему. Можно, например, вначале вычислить количественные характеристики надежности блоков по известным характеристикам деталей и узлов, затем – приборов по рассчитанным характеристикам блоков и, наконец, – всей системы.

В этом случае элементами расчета могут быть детали (лампа, конденсатор, катушка индуктивности и т.п.), узлы (электронный усилитель, триггерная ячейка), блоки или приборы (счетно-решающий, вычислительный) и даже системы, если анализируется надежность сложного комплекса систем.

Элементы расчета могут иметь либо основное, либо резервное соединение.

Основным соединением элементов расчета называется такое, при котором отказ любого одного элемента ведет к отказу всего соединения. При этом элементы могут иметь электрическое соединение либо последовательное, либо параллельное, либо смешанное.

Резервным (резервированным) соединением элементов расчета называется такое, при котором отказ соединения наступает только в том случае, если отказали основной и все резервные элементы.

Если для нормального функционирования системы необходимо несколько элементов расчета, то отказ резервного соединения наступает при отказе всех резервных элементов и хотя бы одного основного.

Обычно сложная система состоит из элементов расчета, часть которых имеет основное соединение, а часть – резервное. Подобные системы часто называют системами, имеющими смешанное соединение элементов.

Резервированием называется метод повышения надежности путем включения резервных элементов при разработке системы или в процессе ее эксплуатации.

Основным параметром резервирования является его кратность. Под кратностью резервирования понимается отношение числа резервных элементов расчета к числу резервируемых (основных).

В зависимости от метода и кратности резервирования, а также от способа включения и состояния резерва резервирование можно разделить на резервирование с целой и дробной кратностью, общее и раздельное (или поэлементное), с постоянно включенным резервом и с замещением при «холодном», «теплом» и «горячем» его состоянии.

Резервированием с целой кратностью называется, такое резервирование, при котором дли нормальной работы резервированного соединения достаточно, чтобы исправным был хотя бы один элемент расчета.

При резервировании с дробной кратностью нормальная работа резервированного соединения возможна при условии, если число исправных элементов не меньше необходимого для нормальной работы.

 



0
рублей


© Магазин контрольных, курсовых и дипломных работ, 2008-2019 гг.

e-mail: studentshopadm@ya.ru

об АВТОРЕ работ

 

Вступи в группу https://vk.com/pravostudentshop

«Решаю задачи по праву на studentshop.ru»

Решение задач по юриспруденции [праву] от 50 р.

Опыт решения задач по юриспруденции 20 лет!