Надійність елементів та автоматичних систем.

Надійність — це властивість елементів або систем виконувати задані функції в певних умовах експлуатації. Низька надійність систем призводить до зниження продуктивності, збільшення кількості обслуговуючого персоналу, затрат на ремонт і обслуговування. Тепер затрати на підтримання в працездатному стані тракторів перевищують вартість нових виробів у 5...8 разів, металорізальних верстатів — в 8... 15 разів, радіоелектронної апаратури - більш ніж у 12 разів. Отже, стоїть завдання створення ефективних технічних систем, які мають високу надійність протягом усього визначеного періоду експлуатації. Доведено, що зменшення експлуатаційних витрат на 3...5 % виправдує збільшення на 15...20 % затрат на вдосконалення характеристик технічних систем. Підвищення надійності дає змогу збільшити й економічну ефективність автоматизованих комплексів, що, наприклад, видно з формули продуктивності автоматичної лінії

де Т - тривалість робочого циклу; сума - час простоїв, що припадають на одиницю продукції.

Надійність систем автоматики зумовлюється їх безвідмовністю, ремонтопридатністю, довговічністю і працездатністю. Під працездатністю розуміють такий стан автоматичної системи, при якому вона може виконувати задані функції (випуск продукції, що відповідає технічним умовам).

Безвідмовність — це властивість системи або елемента зберігати працездатність протягом певного часу (напрацювання).

Ремонтопридатність системи полягає у властивості пристосованості до запобігання і виявлення причин виникнення пошкоджень й усунення їх наслідків проведенням технічного обслуговування і ремонту.

Довговічність - це властивість системи зберігати працездатний стан до настання граничного стану при визначеному порядку технічного обслуговування та ремонту.

Під збережністю розуміють властивість об'єкта безперервно зберігати значення встановлених показників якості в техніці і після зберігання та транспортування.

Надійність технічних засобів тісно пов'язана з поняттям відмови, під яким розуміють подію, що полягає в порушенні працездатності об'єкта.

Під об'єктом у теорії надійності розуміють технічні системи та їх елементи певного цільового призначення, що розглядаються в періоди проектування, виробництва, експлуатації, вивчення, дослідження і випробувань на надійність.

Розрізняють кілька типів відмов. За характером виникнення бувають раптові і поступові відмови. Раптова відмова характеризується стрибкоподібною зміною значень одного або кількох основних параметрів об'єкта. Поступова відмова полягає в поступовій зміні значень одного або кількох основних параметрів об'єкта. Поступові відмови є наслідком спрацювання і старіння елементів. Вони піддаються описові і порівняно легко прогнозуються. Раптовий та інші відмови прогнозувати

неможливо, оскільки вони залежать від багатьох факторів конструктивного, технологічного та експлуатаційного характеру.

З огляду на це надійність розглядають як випадкову величину, що підлягає законам рівномірного, експоненціального, логарифмічне нормального гамма-розподілу і розподілів Релея, Вейбулла й Ерланга. Характеристики надійності визначають за статистичними даними, добутими з досвіду експлуатації цих засобів або із спеціально поставлених лабораторних досліджень. При цьому широко використовують методики прискорених випробувань устаткування і приладів. Надійність елементів оцінюють за ймовірністю безвідмовної роботи протягом певного часу, середнім часом безвідмовної роботи, частістю, небезпекою відмов у певних умовах експлуатації та іншими показниками. Імовірність безвідмовної роботи

де п - кількість елементів, що відпрацювали протягом визначеного часу без відмови; N- кількість елементів, відібраних для випробування.

Імовірність безвідмовної роботи описує зміну надійності об'єкта в часі. Цей показник ураховує всі основні фактори, що впливають на надійність елемента. За P(t) можна визначити ймовірність відмови протягом певного часу:

Частість відмов дає змогу визначити кількість елементів, які можуть відмовити в певному інтервалі часу. За результатами експерименту частість відмов

Для більшості елементів інтенсивність відмов не є сталою величиною в часі. У процесі роботи об'єкта виділяють три характерних періоди: припрацювання (підвищена кількість відмов унаслідок припрацювання поверхонь, прихованих дефектів та ін.); нормальної роботи старіння (знову збільшується

інтенсивність відмов). Розглянуті вирази, добуті на основі статистичних даних, дають змогу визначити основні кількісні характеристики надійності елементів. З метою скорочення обсягу випробувань звичайно вважають, що характеристики надійності підлягають певному законові розподілу. Великого поширення набрав експоненціальний закон розподілу, який характеризує відмови більшості елементів автоматики та інших пристроїв. Його характеристикою є один визначуваний параметр - небезпека відмови . Оцінки показників надійності визначають за

виразами:

де tcep - середній час безвідмовної роботи (напрацювання на відмову).

Показники надійності визначають для установки в цілому і для окремих елементів. Якщо немає даних для конкретної установки, надійність визначають розрахунками, використовуючи відомі або визначувані показники для складових її елементів. З цього погляду автоматичні системи доцільно компонувати з

нормалізованих елементів, механізмів і вузлів, конструкція яких відпрацьована. Великі автоматичні системи, наприклад автоматичні лінії, оцінюють щодо надійності тільки за допомогою розрахунків, оскільки вони складаються з багатьох пристроїв, які поділяються на менші елементи — зубчасті колеса, підшипники, дроселі і т. д.

Стосовно автоматичних ліній усі пристрої поділяють на сім груп: інструменти; пристрої; механічне устаткування; електрообладнання; гідравлічне устаткування; конвеєри і перевантажувачі; механізми заділів-нагромаджувачів. Серед усіх елементів, з котрих складаються перелічені пристрої, виділяють типові, для яких даються відносні бали схильності до відмов і тривалості настроювання. Відносний бал одного типового елемента множать на кількість елементів у цій групі і дістають бал для групи. Множачи груповий бал на коефіцієнти пропорційності (визначають статистичне), дістають групові характеристики надійності. Характеристики надійності всіх груп підсумовують і визначають характеристики надійності автоматичної лінії в цілому. Аналогічно дістають і характеристики надійності електротехнічної та електронної апаратури. У довідковій літературі щодо надійності наведено узагальнені дані про інтенсивність відмов широко використовуваних елементів автоматики й електроніки [1].

Слід зазначити, що надійність інтегральних мікросхем дуже висока порівняно з такими самими пристроями, реалізованими на звичайних елементах. У мікропроцесорних системах можна очікувати на одна відмова за 5...20 тис. год. роботи, тобто система може відмовити в середньому один раз за півтора року роботи в нормальних умовах неперервної експлуатації.

У системах автоматики з погляду надійності найпростіші елементи з'єднують послідовно і паралельно. При послідовному з'єднанні відмова будь-якого з них призводить до відмови всього пристрою, а при паралельному з'єднанні відмова пристрою настає після відмови всіх елементів.

Імовірність безвідмовної роботи пристрою, що має п послідовно з'єднаних елементів,

Із залежності (1.31) випливає, що ймовірність безвідмовної роботи пристрою при послідовному з'єднанні буде тим меншою, чим більше в ньому елементів. P(t) буде меншим від імовірності безвідмовної роботи найненадійнішого елемента. При розробці систем автоматики треба добиватись, щоб Р(t) становило не менше 0,8.

Для паралельного з'єднання імовірність безвідмовної роботи може бути забезпечена високою при порівняно невеликих P_t(t) окремих елементів, однак цим способом у промисловості практично не користуються через ускладнення систем з огляду на необхідність резервувати елементи і підвищення затрат енергії.

Отже, високої надійності автоматичних систем досягають застосуванням елементів з великим значенням імовірності безвідмовної роботи, можливим зменшенням кількості елементів (не встановлювати нічого зайвого). Слід також пам'ятати, що інтенсивність відмов дуже залежить од відношення дійсної і номінальної потужностей або інших параметрів. Зі збільшенням цих відношень надійність елементів істотно знижується. З метою підвищення надійності

полегшують режими роботи, герметизують пристрої і застосовують безконтактні елементи. Підвищена надійність може закладатися на етапі проектування запровадженням надлишковості. Розрізняють фізичну надлишкоеість - збільшення розмірів деталей, зниження рівнів допустимих навантажень і схемну - вмонтований контроль та інформаційну - перешкодостійке кодування сигналів, багаторазове повторювання сигналів. При розробці автоматичних ліній прогнозують надійність визначенням очікуваних показників окремих елементів, підсистем і комплексу в цілому.

Дуже важливим інструментом підвищення надійності систем є контроль, діагностика і прогнозування безвідмовної роботи діючих комплексів. Загалом високої імовірності безвідмовної роботи окремих елементів досягають трьома групами методів, виробничою, схемно-конструктивною та експлуатаційною. Перша - виробнича група охоплює вдосконалювання технології виготовлення елементів, усунення відмов на основі аналізу причин їх появи та ін. Друга група методів спрямована на розробку пристроїв я широкими допусками на відхилення параметрів і т. д. Третя - експлуатаційна група методів

охоплює профілактичні заходи, що здійснюються на діючому устаткуванні.

Що виріб тривалий час зберігав працездатність, проводять технічне обслуговування, періодичність якого визначається умовами експлуатації виробу і прийнятою стратегією у підтримуванні працездатності устаткування. Тепер прийнята стратегія технічного обслуговування і заміни окремих вузлів у межах строку служби устаткування, встановленого заводом-виготовлювачем. Після закінчення визначеного строку служби вузол знімають з експлуатації незалежно від його технічного стану. Більш прогресивна стратегія експлуатації і технічного обслуговування виробу за його технічним станом. Конкретні вузли й агрегати перевіряють з необхідною періодичністю з метою постійного одержання інформації про їх реальний технічний стан. їх можна експлуатувати до появи ознак небезпечного зниження надійності незалежно від строку служби. Тут проводять обслуговування за результатами контролю, тобто значно рідше, залежно від потреби.

Таке обслуговування устаткування без застосування систем технічної діагностики інформаційного типу, до яких входять пристрої введення, спеціалізована ЕОМ, схема індикації і досліджуваний об'єкт. ЕОМ використовує одну або кілька програм прогнозування зміни стану об'єкта, що діагностується. Параметри прогнозування порівнюють з даними поточного стану устаткування. Велику увагу приділяють застосуванню програм самодіагностики і самоконтролю в мікропроцесорних системах автоматичного регулювання. Мікропроцесорна система реалізує ці програми поряд із робочими програмами, самостійно контролюючи нормальне функціонування усіх елементів.

удосконалюють технологію виробництва самих засобів виробництва, застосовують уніфіковані механізми і вузли, засоби автоматики, потокове виготовлення нових машин.

Третій шлях підвищення продуктивності праці передбачає скорочення затрат теперішньої і уречевленої праці зменшенням трудових затрат на одиницю виробу (підвищення продуктивності засобів виробництва). Звичайно застосовують нові прогресивні технологічні процеси і створюють високопродуктивне устаткування для їх здійснення.

2. Надійність елементів та автоматичних систем.

Надійність — це властивість елементів або систем виконувати задані функції в певних умовах експлуатації. Низька надійність систем призводить до зниження продуктивності, збільшення кількості обслуговуючого персоналу, затрат на ремонт і обслуговування. Тепер затрати на підтримання в працездатному стані тракторів перевищують вартість нових виробів у 5...8 разів, металорізальних верстатів - в 8... 15 разів, радіоелектронної апаратури - більш ніж у 12 разів. Отже, стоїть завдання створення ефективних технічних систем, які мають високу надійність протягом усього визначеного періоду експлуатації. Доведено, що зменшення експлуатаційних витрат на 3...5 % виправдує збільшення на 15...20 % затрат на вдосконалення характеристик технічних систем. Підвищення надійності дає змогу збільшити й економічну ефективність автоматизованих комплексів, що, наприклад, видно з формули продуктивності автоматичної лінії

де Т - тривалість робочого циклу; сума - час простоїв, що припадають на одиницю продукції.

Надійність систем автоматики зумовлюється їх безвідмовністю, ремонтопридатністю, довговічністю і працездатністю. Під працездатністю розуміють такий стан автоматичної системи, при якому вона може виконувати задані функції (випуск продукції, що відповідає технічним умовам).

Безвідмовність - це властивість системи або елемента зберігати працездатність протягом певного часу (напрацювання).

Ремонтопридатність системи полягає у властивості пристосованості до запобігання і виявлення причин виникнення пошкоджень й усунення їх наслідків проведенням технічного обслуговування і ремонту.

Довговічність - це властивість системи зберігати працездатний стан до настання граничного стану при визначеному порядку технічного обслуговування та ремонту.

Під збережністю розуміють властивість об'єкта безперервно зберігати значення встановлених показників якості в техніці і після зберігання та транспортування.

Надійність технічних засобів тісно пов'язана з поняттям відмови, під яким розуміють подію, що полягає в порушенні працездатності об'єкта.

Під об'єктом у теорії надійності розуміють технічні системи та їх елементи певного цільового призначення, щорозглядаються в періоди проектування, виробництва, експлуатації, вивчення, дослідження і випробувань на надійність.

Другорядна лініяпредставляє собою сукупність обладнання,

розташованого по ходу технологічного процесу в загальному випадку без зв'язку між собою.

Напівавтомат- самоуправляюча робоча машина, яка при здійсненні технологічного процесу всі операції виконує самостійно і потребує ручну завантаження-розвантаження заготівки, налагодження та контроль.

Автомат- самоуправляюча робоча машина, яка при здійсненні технологічного процесу самостійно виробляє всі робочі та холості ходи робочого циклу і потребує тільки налагодження та контролю.

Гнучка виробнича система- це сукупність в різних сполученнях обладнання з ЧПУ, роботизованих технологічних комплексів, гнучких виробничих модулів, окремих технологічних одиниць технологічного -обладнання в системі забезпечення їх функціонування в автоматичному режимі на протязі заданого інтервалу часу, яка володіє властивістю автоматизованого переналагодження при виготовленні виробів довільної номенклатури в установлених границях значень їх характеристик.

По організаційним признакам ГВС поділяють на слідуючі види:

Гнучка автоматична лінія (ГАЛ)- це ГВС, в якій технологічне обладнання розміщено вприйнятій послідовності технологічних операцій.

Гнучкий автоматизований участок (ГАУ)- це ГВС, яка функціонує по гнучкому технологічному маршруту, в якому передбачається можливість змінення послідовності використання технологічного обладнання.

Гнучкий автоматизований цех (ГАЦ)- це ГВС, яка представляє собою сукупність в різних сполученнях гнучких автоматизованих ліній, роботизованих технологічних ліній, ГАУ, роботизованих технологічних участків для виготовлення виробів заданої номенклатури.

Основною складовою частиною ГВС є :

Гнучкий виробничиймодуль (ГВМ),який представляє собою одиницю технологічного обладнання для виготовлення виробів довільної номенклатури в установлених межах значень їх характеристик з програмним управлінням, автономно функціонуючу, автоматично здійснюючу всі функції, які пов'язані з їх виготовленням, яка має можливість вливатися в ГВС.

(ГАЗ) - це ГВС, яка представляє собою сукупність гнучких автоматизованих цехів і складів, а також системи автоматичного проектування і забезпечення виробництва.

Література:

1. Робототехника "Автоматические манипуляторы и робототехнические системы"; "Машиностроение" 1994г.

2. Бзрданов С.Ф. "Проектирование манипуляторов программных роботов и роботизированньїх комплексов"; Москва; Вьісшая школа; 1986г.

3. Асфаль М.Т. "Роботьі и автоматизация производства"; Москва; 1989г.

4 години|