Курсовая работа (т): Оценка надежности технической системы методом разложения схемы относительно произвольного элемента

Оценка надежности технической системы методом разложения схемы относительно произвольного элемента

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

"Российский государственный аграрный университет - МСХА

имени К.А. Тимирязева"

Факультет Техносферная безопасность, экология и природопользование

Кафедра Защита в чрезвычайных ситуациях

Курсовая работа

по дисциплине Надёжность технических систем и техногенный риск

На тему: "Оценка надёжности технической системы методом разложения схемы относительно произвольного элемента"

Выполнил студент 3 курса группы Д-Т-317

Иманшапиев Р.М

Руководитель: Тарабаев Юрий Николаевич

Москва 2016

Оглавление

Введениие

. Основные понятия надёжности технических систем

.1 Показатели безотказности

.2 Показатели долговечности

. Расчёт показателей надёжности технических систем

.1 Структурные модели надёжности сложных систем

.2 Структурная схема надёжности системы с последовательным соединением элементов

.3 Cтруктурные схемы надёжности систем с параллельным соединением элементов

.4 Cтруктурные схемы надёжности систем с другими видами соединения элементов

. Расчёт безотказности технических систем

Заключение

Список литературы

Введениие

В современном обществе промышленное производство играет важную роль по удовлетворению материальных и духовных потребностей, что влечёт за собой увеличение масштабов производства. В результате чего промышленное производство стало постоянным источником возникновения несчастных случаев, аварий и катастроф. В наибольшей степени аварийность свойственна угольной, горнорудной, химической, нефтегазовой и металлургической отраслям промышленности, транспорту. Проблема предупреждения происшествий приобретает особую актуальность в атомной энергетике, химической промышленности, при эксплуатации военной техники, где используются и обращаются мощные источники энергии, высокотоксичные и агрессивные вещества. Решение проблемы обеспечения безопасности развития общества связано в том числе и с развитием теории надёжности технологического оборудования и оценка рисков производства.

В работе рассмотрена концепция надёжности технических систем и производственной безопасности как составной части техногенной безопасности. Приведены основные термины и определения надёжности технических систем, указаны основные опасности технических систем. Рассмотрены основные положения теории надёжности технических систем и техногенного риска. Приведены математические формулировки, используемые при оценке и расчёте основных свойств и параметров надёжности технических объектов, рассмотрены элементы физики отказов, структурные схемы надёжности технических систем и их расчёт. Рассмотрена методология анализа и оценки техногенного риска, приведены основные качественные и количественные методы оценки риска, методология оценки надёжности, безопасности и риска с использованием логико-графических методов анализа, критерии приемлемого риска, принципы управления риском, рассмотрены примеры использования концепции риска в инженерной практике.

1. Основные понятия надёжности технических систем

Обеспечение надёжности систем охватывает самые различные аспекты человеческой деятельности. Надёжность является одной из важнейших характеристик, учитываемых на этапах разработки, проектирования и эксплуатации самых различных технических систем.

С развитием и усложнением техники углубилась и развилась проблема её надёжности. Изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка метода проверки надёжности изделий и способов контроля надёжности, методов расчётов и испытаний, изыскание путей и средств повышения надёжности являются предметом исследований надёжности.

Если в результате анализа требуется определить параметры, характеризующие безопасность, необходимо в дополнение к отказам оборудования и нарушениям работоспособности системы рассмотреть возможность повреждений самого оборудования или вызываемых ими других повреждений. Если на этой стадии анализа безопасности предполагается возможность отказов в системе, то проводится анализ риска для того, чтобы определить последствия отказов в смысле ущерба, наносимого оборудованию, и последствий для людей, находящихся вблизи него.

Наука о надёжности является комплексной наукой и развивается в тесном взаимодействии с другими науками, такими как физика, химия, математика и др., что особенно наглядно проявляется при определении надёжности систем большого масштаба и сложности.

При изучении вопросов надёжности рассматривают самые разнообразные объекты - изделия, сооружения, системы с их подсистемами. Надёжность изделия зависит от надёжности его элементов, и чем выше их надёжность, тем выше надёжность всего изделия.

Надёжность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Недостаточная надёжность объекта приводит к огромным затратам на его ремонт, простою машин, прекращению снабжения населения электроэнергией, водой, газом, транспортными средствами, невыполнению ответственных задач, иногда к авариям, связанным с большими экономическими потерями, разрушением крупных объектов и с человеческими жертвами. Чем меньше надёжность машин, тем большие партии их приходится изготовлять, что приводит к перерасходу металла, росту производственных мощностей, завышению расходов на ремонт и эксплуатацию.

Надёжность объекта является комплексным свойством, её оценивают по четырём показателям безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости или по сочетанию этих свойств.

Безотказность - свойство объекта сохранять работоспособность непрерывно в течение некоторого времени или некоторой наработки. Это свойство особенно важно для машин, отказ в работе которых связан с опасностью для жизни людей. Безотказность свойственна объекту в любом из возможных режимов его существования, в том числе при хранении и транспортировке.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное со- стояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

1.1 Показатели безотказности

− вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает;

− средняя наработка до отказа - математическое ожидание наработки объекта до первого отказа;

− средняя наработка на отказ - отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки;

− интенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник. Этот показатель относится к невосстанавливаемым изделиям.

1.2 Показатели долговечности

Количественные показатели долговечности восстанавливаемых изделий делятся на две группы.

. Показатели, связанные со сроком службы изделия:

− срок службы - календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или её возобновление после ремонта до перехода в предельное состояние;

− средний срок службы - математическое ожидание срока службы;

− срок службы до первого капитального ремонта агрегата или узла - это продолжительность эксплуатации до ремонта, выполняемого для восстановления исправности и полного или близкого к полному восстановления ресурса изделия с заменой или восстановлением любых его частей, включая базовые;

− срок службы между капитальными ремонтами, зависящий преимущественно от качества ремонта, т.е. от того, в какой степени восстановлен их ресурс;

− суммарный срок службы - это календарная продолжительность работы технической системы от начала эксплуатации до выбраковки с учётом времени работы после ремонта;

− гаммапроцентный срок службы - календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах.

Показатели долговечности, выраженные в календарном времени работы, позволяют непосредственно использовать их в планировании сроков организации ремонтов, поставки запасных частей, сроков замены оборудования. Недостаток этих показателей заключается в том, что они не позволяют учитывать интенсивность использования оборудования.

. Показатели, связанные с ресурсом изделия:

− ресурс - суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или её возобновление после ремонта до перехода в предельное состояние;

− средний ресурс - математическое ожидание ресурса; для технических систем в качестве критерия долговечности используют технический ресурс;

− назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния;

− гамма-процентный ресурс - суммарная наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах. Единицы для измерения ресурса выбирают применительно к каждой отрасли и к каждому классу машин, агрегатов и конструкций отдельно.

В качестве меры продолжительности эксплуатации может быть выбран любой неубывающий параметр, характеризующий продолжительность эксплуатации объекта (для самолётов и авиационных двигателей естественной мерой ресурса служит налёт в часах, для автомобилей - пробег в километрах, для прокатных станов - масса прокатанного металла в тоннах).

2. Расчёт показателей надёжности технических систем

2.1 Структурные модели надёжности сложных систем

Большинство технических систем являются сложными системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов, систем управления и т.п. Под сложной системой понимается объект, предназначенный для выполнения заданных функций, который может быть расчленён на элементы (компоненты), каждый из которых также выполняет определённые функции и находится во взаимодействии с другими элементами системы.

С позиций надёжности сложная система обладает как отрицательными, так и положительными свойствами.

Факторы, отрицательно влияющие на надёжность сложных систем, следующие:

− во-первых, это большое число элементов, отказ каждого из которых может привести к отказу всей системы;

− во-вторых, оценить работоспособность сложных систем весьма затруднительно с точки зрения статистических данных, так как они часто являются уникальными или имеются в небольших количествах;

− в-третьих, даже у систем одинакового предназначения каждый экземпляр имеет свои незначительные вариации свойств отдельных элементов, что сказывается на выходных параметрах системы. Чем сложнее система, тем большими индивидуальными особенностями она обладает. Однако сложные системы обладают и такими свойствами, которые положительно влияют на их надёжность:

− во-первых, сложным системам свойственна самоорганизация, саморегулирование или самоприспособление, когда система способна найти наиболее устойчивое для своего функционирования состояние;

− во-вторых, для сложной системы часто возможно восстановление работоспособности по частям без прекращения её функционирования;

− в-третьих, не все элементы системы одинаково влияют на надёжность сложной системы.

Анализ работоспособности сложной системы связан с изучением её структуры и тех взаимосвязей, которые определяют её надёжное функционирование.

При анализе надёжности сложных систем их разбивают на элементы (компоненты) с тем, чтобы вначале рассмотреть параметры и характеристики элементов, а затем оценить работоспособность всей системы. Под элементом можно понимать составную часть сложной системы, которая может характеризоваться самостоятельными входными и выходными параметрами.

Анализ надёжности сложных систем имеет свои специфические особенности. Влияние различных отказов и снижение работоспособности элементов системы по-разному скажутся на надёжности всей системы.

При анализе надёжности сложной системы все её элементы и компоненты целесообразно разделить на следующие группы:

) элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность системы (деформация ограждающего кожуха машины, изменение окраски поверхности и т.п.). Отказы (т.е. неисправное состояние) этих элементов могут рассматриваться изолированно от системы;

) элементы, работоспособность которых за рассматриваемый пери- од времени практически не изменяется (станины и корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности);

) элементы, отказ которых приводит к отказам системы.

2.2 Структурная схема надёжности системы с последовательным соединением элементов

Структурные схемы надёжности системы с последовательным соединением элементов (рис. 1) - это случай, когда отказ одного элемента вызывает отказ другого элемента, а затем третьего и т.д. Например, большинство приводов машин и механизмы передач подчиняются этому условию. Так, если в приводе машины выйдет из строя любая шестерня, подшипник, муфта, рычаг управления, электродвигатель, насос смазки, то весь привод перестанет функционировать. При этом отдельные элементы в этом приводе не обязательно должны быть соединены последовательно.

Такую структурную схему называют схемой с последовательным соединением зависимых элементов. В этом случае надёжность системы определяют по теореме умножения для зависимых событий.

Рис.1. Структурная схема надёжности системы с последовательным соединением элементов.

Рассмотрим систему, состоящую из двух или более элементов. Пусть А - событие, состоящее в том, что система работает безотказно, a Ai (i = 1, 2, ..., п) - события, состоящие в исправной работе всех её элементов. Далее предположим, что событие А имеет место тогда и только тогда, когда имеют место все события Ai, т.е. система исправна тогда и только тогда, когда исправны все её элементы. В этом случае систему называют последовательной системой.

Известно, что отказ любого элемента такой системы приводит, как правило, к отказу системы. Поэтому вероятность безотказной работы системы определяют как произведение вероятностей для независимых событий. Таким образом, надёжность всей системы равна произведению надёжностей подсистем или элементов:

где Р - надёжность.

Сложные системы, состоящие из элементов высокой надёжности, могут обладать низкой надёжностью за счёт наличия большого числа элементов. Например, если узел состоит всего из 50 деталей, а вероятность безотказной работы каждой детали за выбранный промежуток времени составляет рi = 0,99, то вероятность безотказной работы узла будет P(t) = (0,99)50 = 0,55.