Понятие и структура сложных систем, их компоненты и предъявляемые требования. Механизм и основные этапы проведения расчета надежности системы при последовательном и параллельном соединении ее элементов. Анализ и оценка вероятности безотказной работы.
Основы надежности сложных системПод сложной системой понимается объект, предназначенный для выполнения заданных функций, который может быть расчленен на элементы, каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элементами системы. Степень влияния каждого элемента на надежность машины зависит от многих факторов, таких как: назначение элемента, характер взаимодействия элемента с другими элементами машины, структура машины, вид соединений элементов между собой. При анализе надежности сложных машин их разбивают на элементы (звенья) с тем, чтобы вначале рассмотреть параметры и характеристики элементов, а затем оценить работоспособность всей машины. 0 Теоретически любую сложную машину можно условно разделить на большое число элементов, понимая под элементом узел, агрегат или деталь. Срок службы таких элементов сопоставим со сроком службы самой машины.
Введение
Под сложной системой понимается объект, предназначенный для выполнения заданных функций, который может быть расчленен на элементы, каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элементами системы. Понятие сложной системы условно. Оно может применяться как к отдельным узлам и механизмам (двигатель, система подачи топлива к двигателю), так и к самой машине (станок, трактор, автомобиль, самолет).
1. Особенности сложных систем
1. Сложная машина состоит из большого количества элементов, каждый из которых имеет свои характеристики надежности. Пример: автомобиль состоит из 15-18 тыс. деталей, каждая из которых имеет свои характеристики надежности.
2. Не все элементы одинаково влияют на надежность машины. Многие из них влияют лишь на эффективность ее работы, а не на ее отказ. Степень влияния каждого элемента на надежность машины зависит от многих факторов, таких как: назначение элемента, характер взаимодействия элемента с другими элементами машины, структура машины, вид соединений элементов между собой. Например: неисправность системы питания автомобиля может вызвать перерасход топлива, т.е. неисправность, а отказ системы зажигания может привести к отказу всего автомобиля.
3. Каждый экземпляр сложной машины имеет индивидуальные черты, т.к. незначительные вариации свойств отдельных элементов машины сказываются на выходных параметрах самой машины. Чем сложнее машина
2. Элементы сложной машины
При анализе надежности сложных машин их разбивают на элементы (звенья) с тем, чтобы вначале рассмотреть параметры и характеристики элементов, а затем оценить работоспособность всей машины. 0 Теоретически любую сложную машину можно условно разделить на большое число элементов, понимая под элементом узел, агрегат или деталь. Под элементом будем понимать составную часть сложной машины, которая может характеризоваться самостоятельными входными и выходными параметрами.
Классификация элементов
При анализе надежности сложного изделия все его элементы и детали целесообразно разделить на следующие группы: 1. Элементы, работоспособность которых за срок службы практически не изменяется. Для автомобиля это его рама, корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности.
2. Элементы, работоспособность которых меняется в течение срока службы машины. Эти элементы, в свою очередь, подразделяются на: 2.1. Не лимитирующие надежность машины. Срок службы таких элементов сопоставим со сроком службы самой машины.
2.2. Лимитирующие надежность машины. Срок службы таких элементов меньше срока службы машины.
2.3. Критические по надежности. Срок службы таких элементов не очень большой, от 1 до 20% срока службы самой машины.
Применительно к автомобилю количество этих элементов распределяется следующим образом (таб. 1).
Таблица 1. Классификация элементов машин
3. Структура сложных систем
С позиций теории надежности могут быть следующие структуры сложных машин (рис. 1): 1) расчлененные - у которых надежность отдельных элементов может быть заранее определена, так как отказ элемента можно рассматривать как независимое событие;
2) связанные - у которых отказ элементов является зависимым событием, связанным с изменением выходных параметров всей машины;
3) комбинированные - состоящие из подсистем со связанной структурой и с независимым формированием показателей надежности для каждой из подсистем.
Для транспортной машины как сложной системы характерна комбинированная структура, когда надежность отдельных подсистем (агрегатов, узлов) может рассматриваться независимо.
Соединение элементов в сложной машине может быть последовательным, параллельным и смешанным (комбинированным).
Рисунок 1. Схемы соединений элементов
В конструкции автомобиля имеют место все виды соединений, примеры которых приведены на рис. 2.
Рисунок 2. Виды соединения элементов в конструкции автомобиля
4. Особенности расчета надежности сложных систем
Расчет надежности системы при последовательном соединении ее элементов
Наиболее характерен случай, когда отказ одного элемента выводит из строя всю систему, как это имеет место при последовательном соединении элементов (рис. 2, а).
Например, большинство приводов машин и механизмы передач подчиняются этому условию. Так, если в приводе машины выйдет из строя любая шестерня, подшипник, муфта и т.д., то весь привод пере - станет функционировать. При этом отдельные элементы не обязательно должны быть соединены последовательно. Например, подшипники на валу редуктора работают конструктивно параллельно друг с другом, однако выход из строя любого из них приводит к отказу системы.
Вероятность безотказной работы системы с последовательным со - единением элементов:
Из формулы видно, что даже если сложная машина состоит из элементов высокой надежности, то в целом она обладает низкой надежностью за счет наличия большого числа элементов в ее конструкции, соединенных последовательно.
В конструкции автомобиля имеет место в основном последовательное соединение элементов. В этом случае отказ любого элемента вызывает отказ самого автомобиля.
Пример расчета из области автомобильного транспорта: у агрегата автомобиля, состоящего из четырех последовательно соединенных элементов, вероятность безотказной работы элементов за определенную наработку составляет Р1 = 0,98; Р2 = 0,65; Р3 = 0,88 и Р4 = 0,57. В этом случае вероятность безотказной работы за ту же наработку всего агрегата равна Рс = 0,98·0,65·0,88·0,57 = 0,32, т.е. очень и очень низкая.
Иными словами, надежность автомобиля с последовательно со - единенными элементами ниже надежности самого слабого его звена. Поэтому при усложнении конструкции автомобиля, его агрегатов и систем, одним из проявлений которого является увеличение числа элементов в системе, требования к надежности каждого элемента и их равнопрочности резко возрастают.
Расчет надежности системы при параллельном соединении ее элементов
При параллельном соединении элементов вероятность безотказной работы системы:
надежность безотказный сложный
Например: если вероятность безотказной работы каждого элемента Р = 0,9, а количество элементов равно трем (n = 3), то Р(t) = 1 - (0,1)3 = 0,999. Таким образом, вероятность безотказной работы системы резко повышается и становится возможным создание надежных систем из ненадежных элементов.
Отсюда можно сделать вывод, что параллельное соединение элементов в сложной системе повышает ее надежность.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
