2
Министерство образования РФ
Иркутский государственный технический университет
«Надежность систем автоматизации»
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
для студентов заочного факультета
спец. 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств»
ИрГТУ 2003 г.
Для оценки поведения автоматической системы в эксплуата-ционных условиях используется понятие надежности системы. При эксплуатации автоматическая система может подвергаться воз-действию: механических нагрузок (вибраций, ударов, постоянного ускорения); электрических нагрузок (напряжения, электриче-ского тока, мощности); окружающих усло-вий (температура, влажность, давление).
Влияние указанных факторов проявляется в виде отклонений параметров системы от номинальных (расчетных) значений. Эти отклонения могут быть настолько значительными, что система становится непригодной к использованию, так как возникновение больших отклонений па-раметров от расчетных значений при эксплуатации системы при-водит к аварии или к появлению брака в выпускаемой продук-ции.
Когда система перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям, систему считают отказавшей. Сле-довательно, надежность является одной из характеристик каче-ства системы, поэтому она, как и другие характеристики системы (точность, быстродействие), должна оцениваться количественно на основе анализа технических параметров системы в экс-плуатационных условиях.
Так как на отдельные технические параметры системы ока-зывают влияние различные факторы (схемные, конструктивные, производственные и эксплуатационные) и учесть их аналити-чески при детерминированном подходе к анализу системы невоз-можно, то количественная оценка надежности системы возможна только на основе теории вероят-ностей или ее специальных разделов (теории случайных процессов и математической статистики).
Надежность - свойство системы сохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации.
Функции системы определяются целевым ее назначением. Автоматизированная система управления - это многофункциональная система. Вследствие воздействия возмущающих воздействий система может находиться в разных состояниях, обеспечивающих выполнение заданных ей функций. Однако, в каждом таком состоянии качество выполнения системой функций не будет одинаковым. Например, чем больше отклонение выходных параметров, характеризующих выполняемую функцию от заданных, тем менее качественно работает система, т.е. система менее эффективна. Под эффективностью системы понимают вероятность выполнения системой заданных функций при определенном значении параметра.
Таким образом, надежность автоматической системы с учетом возможных ее состояний должна определяться по формуле полной вероятности.
Если система может находиться в счетном множестве состоя-ний, то надежность определяется формулой:
; (1.1)
где: Hi( tf )-- вероятность i-го состояния системы при условиях эксплуатации f;
E(Hi)-- эффективность i-го состояния;
t -- требуемый интервал времени выполнения задачи;
K -- число состояний.
В некоторых работах оценка качества автоматической системы разделяется на две задачи -- исследование точности и надежности. Ту или иную за-дачу можно решить соответ-ствующим выбором функции эффективности состояния системы.
Надежность, в сущности, является характеристикой эффек-тивности системы. Если для оценки качества автоматической си-стемы достаточно характеризовать ее надежностью выполнения системой функций в различных состояниях, то на-дежность совпадает с эффективностью системы.
Обобщенное количественное значение надежности системы в большинстве случаев трудно непосредственно получить из пер-вичной информации, кроме того, она не позволяет оценить влия-ние различных этапов разработки и эксплуатации системы, поэтому надежность целесообразно рассматривать по трем главным составляющим, которые являются свойствами системы и могут характе-ризоваться как качественно, так и количественно:
-безотказность;
-восстанавливаемость (ремонтопригодность);
-готовность;
Безотказность - свойство системы сохранять работоспособность в течение требуемого интервала времени непрерывно без вынужденных перерывов.
Безотказность системы является одной из главных и определяю-щих составных частей надежности автоматической системы.
Для фиксированного интервала времени безотказной работы и заданных условий эксплуатации автоматическая система может находиться в одном из двух состояний: работоспособном (состояние, при котором значения параметров, характеризующих способность системы выполнять заданные функции, находятся в пределах, установленных нормативно-технической документацией) и неработоспособном (состояние системы, при котором значение хотя бы одного параметра не находится в указанных пределах).
Эти состояния системы представляют противоположные события, поэтому для них спра-ведливо равенство, которое будем в дальнейшем называть основ-ным статическим уравнением безотказности системы:
P+Q=1 (1.2)
где: Р -- безотказность (надежность) системы;
Q -- вероятность возникновения отказа системы.
Как известно, автоматическая система представляет собой комплекс отдельных приборов, не связанных между собой на заводе-изгото-вителе сборочными и монтажными операциями, но имеющих общее эксплуатационное назначение. Систему в целом можно представить рядом более простых подсистем.
Безотказность автоматической системы может служить лишь общей характеристикой системы, не позволяющей проследить влия-ние безотказности отдельных ее частей на безотказность автоматиче-ской системы в целом. Для того чтобы иметь возможность прово-дить такой анализ, введем понятия элемента и системы.
Эле-мент - составная часть системы, имеющая определенное назначение и выполняю-щая требуемые функции и которая рассматривается без дальнейшего разделения как единое целое.
Система - совокупность элементов, взаимодействующих между собой в процессе выполнения заданных функций.
Понятия «система» и «элемент» выражены одно через другое и условны: то, что является системой для одних задач, для других принимается элементом в зависимости от целей изучения, требуемой точности, уровня знаний о надежности и т.д. Даже такая сложная система, как АСУ ТП, может рассматриваться как элемент более сложной системы управления предприятием.
Разделение автоматической системы на элементы зависит от решения конкретной задачи при оценке ее надежности. После того как система или прибор разделены на элементы, в качестве основной характеристики элемента, при анализе надежности, можно считать его безотказность. Это позволяет в большинстве случаев при оценке безотказности прибора практически непосредственно не интересоваться функциональными характеристиками элемен-тов, их конструктивным оформлением и т. д.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8