Общие принципы обеспечения надежности (средства обеспечения надежности)
Прогнозирование надежности Частный случай расчета надежности объекта на основе статистических моделей, отражающих тенденции изменения надежности объектов-аналогов и/или экспертных оценок. Прогнозирование надежности включает в себя разработку соответствующих расчетных моделей для каждого показателя надежности системы и оценивание входных параметров этой модели в виде параметров надежности компонентов этой систем для решения конечной задачи - оценки выходных параметров надежности системы Прогнозирование надежности используется для оценивания проектных возможностей системы, сравнения альтернативных проектных решений, определения областей потенциальных отказов и контроля процессов повышения надежности. Прогнозирование надежности позволяет также обосновать объем и номенклатуру запасных элементов.
Прогнозирование надежности есть предсказание значений показателей надежности изделия на определенный период его эксплуатации на базе информации, известной из проектной документации, материалов испытаний на надежность опытной партии(образцов), изделий установочной серии и серийного производства, а также из опытно-статистических данных об изделиях-аналогах. Прогнозирование надежности представляет собой комплексный, многоэтапный, взаимоувязанный процесс определения показателей надежности изделия для стадий его производства и эксплуатации. Задачами прогнозирования надежности являются: v обоснование принципиальной возможности обеспечения требований, предъявляемых к надежности; vвыбор оптимальных по надежности схем и конструкций изделия; vуточнение показателей надежности изделия и его составных частей; vустановление требований к системе технического обслуживания и ремонта изделия, в том числе к составу и количеству запасных частей в части обеспечения надежности.
Методы прогнозирования надежности изделия выбирают с учетом: этапа прогнозирования; стадии жизненного цикла изделия; наличия и достоверности исходной информации; степени сложности изделия, его назначения, системы прогнозируемых показателей; системы технического обслуживания и ремонта; перспективного уровня надежности аппаратуры.
Прогнозирование надежности изделия включает: установление показателя надежности изделия; оценку соответствия показателя надежности заданным в НТД; формирование организационных и технических требований по обеспечению надежности изделия. Результатом прогнозирования надежности являются значения показателей надежности изделия, вносимые в отчетную документацию.
Прогнозируемую надежность аппаратуры определяют показателями надежности по свойствам: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Для аппаратуры основными прогнозируемыми показателями надежности являются по безотказности: вероятность безотказной работы p(t); средняя наработка на отказ То, для восстанавливаемых изделий; средняя наработка до отказа Тср, для невосстанавливаемых изделий; по ремонтопригодности: среднее время восстановления работоспособного состояния Гв; по долговечности: средний ресурс Тср; по сохраняемости: g-процентный срок сохраняемости ГСё; средний срок сохраняемости Тс.
Общие принципы обеспечения надежности
Надёжность (как свойство технического объекта выполнять заданные функции в заданном объёме при определённых условиях) зависит от большого количества факторов случайного и неслучайного характера. Средства и методы изменения количественных характеристик этого свойства ЭЭС отличаются многообразием. На практике, особенно при эксплуатации электрических станций и сетей обычно ставится задача изменения показателей надёжности в сторону повышения её уровня. Основной метод повышения надёжности электрических станций – выявление наиболее ненадёжных ( «узких» ) частей системы передачи и распределения электроэнергии и изменение уровня надёжности в результате введения различных форм избыточности: • Резервирования. • Совершенствования конструкций и материалов. • Квалифицированное и своевременное проведение ремонтов электрооборудования. • Техническое обслуживание. • Контроля и управления процессами • Защиты и автоматизации.
Повышение надёжности электроэнергетических систем и распределительных сетей направлено на создание: рациональных схем электрических соединений (схем распредустройств подстанций и электростанций); оптимальное насыщение сети автоматическими устройствами АВР; насыщение сети неавтоматическими коммутационными аппаратами; установки регулирующих и компенсирующих реактивную мощность устройств у потребителей, препятствующих снижению напряжения в послеаварийных состояниях; оборудования подстанций устройствами телеизмерения и телемеханизации; автоматизации на базе ЭВМ оперативных переключений в сложных сетях; совершенствование релейной защиты и автоматики (уменьшение зон нечувствительности); увеличение логических возможностей автоматики и релейной защиты в результате использования микропроцессорной техники и т. д.
Все мероприятия и средства повышения надежности в ЭЭС, за исключением совершенствования релейной защиты и автоматики, требуют значительных материальных и трудовых затрат. Поэтому, большое значение имеет совершенствование схем электрических станций и электроэнергетических систем. При создании рациональных и надежных схем следует стремиться по возможности к сокращению числа трансформаций электроэнергии, распределению функций отказавшего элемента не на один, а на несколько элементов, в том числе и частично на сети более низких напряжений, снижению чрезмерного насыщения сетей автоматической коммутационной аппаратурой, так как сами аппараты могут быть источником аварий.
Методы обеспечения надежности производстве. На этом этапе можно в лучшем случае лишь сохранить надежность, заложенную на этапе проектирования. Это является основной задачей технолога. Как бы тщательно не был проведен процесс конструирования, какие бы высокие показатели надежности не были получены при испытании опытных образцов изделий, производственные дефекты могут резко снизить качество технических устройств в серийном их производстве. Чтобы сохранить высокую надежность изделий в серийном производстве, необходима высокая культура производства.
Методы обеспечения надежности при эксплуатации Различают субъективные и объективные причины, которые могут снизить надежность системы изделий в период их эксплуатации. Первые связаны, в основному действием климатических факторов, воздействием агрессивных сред, электрических и магнитных полей, вибрациями и ударами; вторые- с несоблюдением правил эксплуатации РЭС, недостаточной квалификацией обслуживающего персонала и низким уровнем технической эксплуатационной документацией. Всегда имеется возможность в той или иной мере снизить неблагоприятное воздействие указанных причин.
Методы повышения надежности при конструировании. Расчетные зависимости для определения основных характеристик надежности РЭС показывают, что надежность системы зависит от ее структуры (структурно - логической схемы) и надежности элементов. Поэтому для сложных РЭС возможны два пути повышения надежности: q повышение надежности элементов q изменение структурной схемы. Изменение структуры системы с целью повышения надежности подразумевает следующее: Ø Перестройка конструктивной или функциональной схемы РЭС (структуры связей между составными элементами), изменение принципов функционирования отдельных частей системы (например, переход от аналоговой обработки сигналов к цифровой). Ø Изменение структуры - введение в РЭС дополнительных, избыточных элементов, включающихся в работу при отказе основных (резервирование).
Классификация резервирования По схеме включения резерва: • общее резервирование, при котором резервируется объект в целом; • поэлементное резервирование, когда резервируется каждый элемент; -раздельное резервирование, при котором резервируются отдельные элементы или их группы; - смешанное резервирование, при котором различные виды резервирования сочетаются в одном объекте По способу включения резерва: -постоянное резервирование, без перестройки структуры объекта при возникновении отказа его элемента; -динамическое резервирование, при котором при отказе элемента происходит перестройка структуры схемы По состоянию резерва: -нагруженное резервирование -облегченное резервирование -ненагруженное резервирование
Общая схема классификации резервированных технических систем
Основной характеристикой структурного резервирования является кратность резервирования - отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими основных элементов, выраженное несокращаемой дробью (типа 2: 3; 4: 2 и т. д. ). Дублирование - резервирование одного основного элемента одним резервным (т. е. с кратностью 1: 1) Количественно повышение надежности системы в результате резервирования или применения высоконадежных элементов можно оценить по коэффициенту выигрыша надежности, определяемому как отношение показателя надежности до и после преобразования системы. В общем случае при выборе элемента (или группы элементов) для повышения надежности или резервирования необходимо исходить из условия обеспечения при этом максимального эффекта.
Расчет надежности РЭС с резервированием Расчет количественных характеристик надежности РЭС с резервированием отдельных элементов или групп элементов во многом определяется видом резервирования. В реальных условиях введение переключателей в структурную схему необходимо учитывать и в расчете надежности систем. Расчет систем с нагруженным резервированием осуществляется по формулам последовательного и параллельного соединения элементов аналогично расчету комбинированных систем. При этом считается, что резервные элементы работают в режиме основных как до, так и после их отказа, поэтому надежность резервных элементов не зависит от момента их перехода из резервного состояния в основное и равна надежности основных элементов.
Системы с последовательным соединением n элементов при общем резервировании Общее и поэлементное резервирование Нагруженное резервирование раздельное резервирование эффективнее общего
Ненагруженное резервирование Элементы последовательно включаются в работу при отказе основного, затем первого резервного и т. д, поэтому надежность резервных элементов зависит от момента их перехода в основное состояние. Такое резервирование в различных РЭС встречается наиболее часто, т. к. оно по сути аналогично замене отказавших элементов и узлов на запасные. Если резервные элементы до их включения абсолютно надежны, то для РЭС с ненагруженным резервированием кратности 1 (всего элементов 1+1) т. е. вероятность отказа в (1+1)! раз меньше, чем при нагруженном (параллельном соединении).
Облегченное резервирование используется при большой инерционности переходных процессов, происходящих в элементе при его переходе из резервного в основной режим, и нецелесообразности применения нагруженного резервирования из - за недостаточного выигрыша в надежности (в РЭС это характерно для устройств на электровакуумных приборах). Очевидно, облегченный резерв занимает промежуточное положение между нагруженным и ненагруженным. Скользящее резервирование используется для резервирования нескольких одинаковых элементов системы одним или несколькими одинаковыми резервными все, элементы идентичны, а элемент 4 -избыточный). Очевидно, отказ системы произойдет, если из общего количества идентичных элементов (основных и резервных) число отказавших превышает число резервных.
Мажоритарное резервирование Мажоритарный элемент позволяет обеспечить режим одновременного штатного функционирования основного и резервных элементов РЭС и исключает применение специальных коммутационных узлов, устраняющих взаимное влияние основного и резервных элементов друг на друга. При этом отказ основного или резервного элементов не влияет на работу оставшихся исправных элементов. Мажоритарный элемент — это логическое устройство с нечетным числом входов m=2 k+1 (k = 1, 2, 3. . . ) и одним выходом. Чаще всего используются элементы с m = 3, реже с m = 5 и совсем редко с m = 7. Мажоритарный элемент может быть выполнен в виде отдельной микросхемы или собран из нескольких логических микросхем. В дальнейшем для краткости будем называть резервирование с применением мажоритарного элемента просто мажоритарным резервированием.
Мажоритарное резервирование достаточно просто конструктивно реализуется в цифровых устройствах и системах, но значительно уступает по повышению надежности резервированию без мажоритарного элемента. Это объясняется тем, что при обычном резервировании узел остается работоспособным до тех пор, пока не откажут все резервные элементы. При мажоритарном резервировании отказ узла происходит уже в том случае, если отказали только (т+1)/2 элементов из m, a остальные еще работоспособны (например, из 5 элементов 2 будут еще работоспособны).
Скачать презентацию Общие принципы обеспечения надежности средства обеспечения надежности
06_Общие принципы обеспечения надежности_черновик.pptx