§ 1.6. Лаборатория автоматики и контроля

Контроль работы, наладка и ремонт приборов и аппаратов автоматики и телемеханики, а также измерительных приборов в крупных системах водоснабжения, канализации или газоснабжения осуществляются лабораторией автоматики и контроля (ЛАК). На мелких предприятиях ЛАК не организуется (эти работы поручаются на договорных началах какой-либо местной лаборатории автоматики и телемеханики).

ЛАК организует также капитальный и текущий ремонт, проверку и наладку приборов, проводит работу по внедрению новых схем и аппаратов, а также осуществляет контроль за качеством и сроками выполнения этих работ.

ЛАК должна иметь следующее оборудование:

образцовые и контрольные приборы, а также переносные установки для проверки и наладки контрольно-измерительных приборов и автоматических регуляторов;

стенды, оборудованные контрольными приборами, для проверки эксплуатационных приборов и настройки автоматических устройств;

материалы и инструменты для текущего и капитального ремонтов приборов и аппаратуры автоматов.

Раздел второй вопросы надежности систем при эксплуатации

Глава I. Обеспечение надежности технических устройств в системах при их эксплуатации

§ 2.1. Основные понятия теории надежности, цели и задачи

Теория надежности (надежность) как самостоятельное направление науки начала развиваться совсем недавно. Слово "надежность" до этого определяло чисто качественное состояние чего-либо.

Усложнение современной техники, увеличение ее мощи, возрастание требований к конечному продукту потребовало создания специальной науки "Теория надежности", с помощью которой возможно количественное определение показателей надежности работы и эксплуатации сооружений и устройств в отдельности и систем в целом.

Обеспечение надежности работающих сооружений (объектов) и выпускаемой продукции стало одной из важнейших общегосударственных задач прежде всего потому, что ненадежность наносит огромный экономический и порой экологический ущерб народному хозяйству, связанный с затратами на ремонт, с недодачей или потерями продукции, с содержанием технического персонала, не говоря уже об угрозе безопасности и здоровью людей, о политических и моральных факторах, которые невозможно учесть обычными экономическими показателями.

Практический опыт показывает, что в большинстве случаев для рассматриваемых систем выгоднее предусмотреть дополнительные средства на обеспечение требуемой надежности на первоначальном этапе (т.е. на этапе проектирования), чем расплачиваться дополнительными эксплуатационными затратами (ненадежностью в последующем).

Целью изучения и внедрения надежности в производство и производственные процессы является создание условий устойчивой работы объектов за определенный период времени, исключение аварийных ситуаций, повышение качества выпускаемой продукции и, в конечном счете, повышение экономичности работы различных устройств и предприятий в целом. Недаром в настоящее время говорят, что надежность является родной сестрой экономичности.

В соответствии с ГОСТ 27.002-83 надежность как техническое понятие для названных систем может быть сформулировано так: свойство устройств, сооружений, систем и объектов в целом, а также изделий (продуктов) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения нормируемых (расчетных) эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

В понятие надежности входит не только определение сроков службы тех или других технических устройств и сооружений, но и выявление направлений, с помощью которых возможно продление уже установленных сроков их эксплуатации.

Надежность как наука занимается решением таких задач:

изучением критериев и количественных характеристик надежности;

исследованием методов анализа надежности;

разработкой методов испытания оборудования на надежность;

разработкой научных методов эксплуатации объектов.

Определение надежности, принятое в СССР, является сложным понятием, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения в общем включает безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. В названные характеристики вкладывается следующий смысл:

безотказность - свойство сооружений и систем сохранять работоспособность в течение определенного времени или некоторой наработки; для большинства видов оборудования, сооружений и систем эта характеристика является основной и оценивается вероятностью безотказной работы , интенсивностью отказов , средней выработкой до отказа , параметром потока отказов , средней наработкой на отказ и -процентной наработкой до отказа ;

долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния (после которого применение по назначению недопустимо или нецелесообразно) при установленной системе обслуживания и ремонта; долговечность характеризуется средним ресурсом (срок службы) -процентным ресурсом , назначенным ресурсом , средним сроком службы -процентным сроком службы , назначенным сроком службы ;

ремонтопригодность - свойство или приспособленность сооружений и систем к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов; этот параметр характеризуется вероятностью восстановления работоспособного состояния , средним временем восстановления работоспособного состояния ;

сохраняемость - свойство сооружений и систем сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения или транспортирования; сохраняемость характеризуется средним сроком сохраняемости -процентным сроком сохраняемости .

Значения параметров приведены ниже.

Вероятность безотказной работы в пределах заданной наработки ( ) определяется из предположения, что в начальный момент времени исчисления заданной наработки объект был работоспособен:

(2.1)

где - функция распределения наработки до отказа (при =1).

Экспериментально вероятность определяется из выражения

(2.2)

где - число однотипных видов оборудования, за которым велось наблюдение в течение времени , или - число отказавших элементов за время - принятая продолжительность интервала времени; - время, для которого определяется вероятность безотказной работы.

На практике пользуются формулой

(2.2’)

Надежность образцов может быть оценена по величине вероятности неисправной работы, т.е. по вероятности отказа:

(2.3)

или

(2.3’)

Условная плотность вероятности возникновения отказа в интервале времени при условии, что до момента оборудование работало исправно, может быть вычислена по формуле

(2.4)

На практике по статистическим данным условная плотность определяется по формуле

(2.5)

где - среднее число исправно работающих образцов оборудования в начале и конце интервала времени и - число исправно работающих образцов в начале и конце интервала времени .

Время наработки - продолжительность работы системы до первого отказа (ч):

(2.6)

Частота отказов есть плотность распределения времени работы оборудования от отказа (отношение числа отказавших элементов в единицу времени к числу элементов, первоначально установленных на испытание при условии, что отказавшие элементы не восстанавливаются и не заменяются новыми):

(2.7)

где и - производные от вероятности отказа.

На практике определяется по формуле

(2.7’)

Средняя наработка до отказа - математическое ожидание наработки объекта до первого отказа. Показатель ("средний ресурс", "средний срок службы", "средний срок сохраняемости") определяют по формуле

(2.8)

где - плотность распределения наработки до отказа (ресурса, срока службы, срока сохраняемости); - функция распределения наработки до отказа (ресурса, срока службы, срока сохраняемости).

Параметр потока отказов - отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки. Параметр используют в качестве показателя безотказности восстанавливаемых объектов, эксплуатация которых осуществляется по схеме: в начальный момент времени объект начинает работу и работает до отказа, после отказа восстанавливается до полной работоспособности, а затем вновь работает до отказа и т.д., при этом время восстановления не учитывается. В качестве характеристики потока отказов используют функцию данного потока - математическое ожидание числа отказов за время :

(2.9)

где - символ математического ожидания; - число отказов за время .

Параметр потока отказов является средним числом отказов, ожидаемых в малом интервале времени:

(2.10)

Параметр потока отказов связан с ведущей функцией:

(2.10’)

Значение часто называют средней частотой отказов. На практике она определяется по формуле

(2.11)

где - число наблюдаемых единиц оборудования в интервале времени (оно в процессе испытаний остается постоянным, так как все отказавшее оборудование подлежит замене или ремонту).

Средняя наработка на отказ - отношение наработки ремонтируемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

На практике определяется по формуле

(2.12)

где - число единиц оборудования, отказавших за время - время исправной работы оборудования между -1 и -м отказами.

Из определения следует, что наработка на отказ является средним временем между соседними отказами и равна величине, обратной средней частоте отказов:

(2.13)

где - среднее время безотказной работы оборудования:

(2.14)

На практике для определения по результатам опытов об отказах используют зависимость:

(2.14’)

где - время работы до отказа -го образца оборудования; -процентная наработка ( -процентный ресурс, -процентный срок службы, -процентный срок сохраняемости), до отказа - наработка, в течение которой отказ объекта не возникает с вероятностью , выраженной в процентах.

При = 100% -процентная наработка (ресурс, срок службы, срок сохраняемости) называется установленной безотказной наработкой (установленным ресурсом, установленным сроком службы, установленным сроком сохраняемости); при = 50% -процентная наработка (ресурс, срок службы, срок сохраняемости) называется медианной наработкой (ресурсом, сроком службы, сроком сохраняемости).

Средний ресурс (срок службы) - математическое ожидание ресурса.

-процентный ресурс - наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , выраженной в процентах.

Назначенный ресурс - суммарная наработка объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено;

-процентный срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта, в течение которого он не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью , выраженной в процентах.

Календарная продолжительность эксплуатации объекта , при достижении которой применение по назначению его прекращается.

Вероятность восстановления работоспособного состояния - вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданного:

Среднее время восстановления работоспособного состояния - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния.

Средний срок сохраняемости - математическое ожидание срока сохраняемости.

-процентный срок сохраняемости - срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью , выраженной в процентах.

В теории надежности важнейшим понятием является понятие отказа. Отказ - событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности сооружений, оборудования или систем в целом, событие случайное, подчиненное законам теории вероятности. Под механизмом отказа понимают совокупность физических и химических процессов, приводящих к возникновению отказа. Классификация процессов приведена в табл.2.1.

Таблица 2.1