Техническая диагностика как метод обеспечения надежности систем
Обновлено: 24.05.2024
Конспект лекций предназначен для самостоятельной работы студентов, обучающихся по специальности 220301 – Автоматизация технологических процессов и производств.
Общая характеристика надежности как науки
Появление техники и ее широкое применение в производственных процессах сделало актуальным вопрос о ее эффективности. Эффективность использования машин связана с их способностью непрерывно и качественно выполнять возложенные на них функции. Однако из-за поломок или неисправностей снижается качество работы машин, возникают вынужденные простои в их работе, возникает потребность в ремонтах для восстановления работоспособности и требуемых технических характеристик машин.
Перечисленные обстоятельства привели к появлению понятия надежности машин и других технических средств. Понятие надежности связано со способностью технического средства выполнять возложенные на него функции в течение требуемого времени и с требуемым качеством. С первых шагов развития техники стояла задача сделать техническое устройство таким, чтобы оно работало надежно. С развитием и усложнением техники усложнялась и развивалась проблема ее надежности. Для решения ее потребовалась разработка научных основ нового научного направления - науки о надежности.
Надежность характеризует качество технического средства. Качество - совокупность свойств, определяющих пригодность изделия к использованию по назначению и его потребительские свойства. Надежность - комплексное свойство технического объекта, которое состоит в его способности выполнять заданные функции, сохраняя свои основные характеристики в установленных пределах. Надежность охватывает безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохранность.
Изучение надежности как качественного показателя, характеризующего техническое устройство, привело к появлению науки "Надежность". Предмет исследования науки - изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка способов количественного измерения надежности, методов расчета и испытаний, разработка путей и средств повышения надежности.
Различают общую теорию надежности и прикладные теории надежности. Общая теория надежности имеет три составляющие:
1. Математическая теория надежности. Определяет математические закономерности, которым подчиняются отказы и методы количественного измерения надежности, а также инженерные расчеты показателей надежности.
2. Статистическая теория надежности. Обработка статистической информации о надежности. Статистические характеристики надежности и закономерности отказов.
3. Физическая теория надежности. Исследование физико-химических процессов, физических причин отказов, влияния старения и прочности материалов на надежность.
Прикладные теории надежности разрабатываются в конкретной области техники применительно к объектам этой области. Например, существует теория надежности систем управления, теория надежности электронных устройств, теория надежности машин и др.
Надежность связана с эффективностью (например, с экономической эффективностью) техники. Недостаточная надежность технического средства имеет следствием:
снижение производительности из-за простоев вследствие поломок,
снижение качества результатов использования технического средства из-за ухудшения его технических характеристик вследствие неисправностей,
затраты на ремонты технического средства,
потеря регулярности получения результата (например, снижение регулярности перевозок для транспортных средств),
снижение уровня безопасности использования технического средства.
С надежностью непосредственно связана диагностика. Диагностика- учение о методах и принципах распознавания болезней и постановки диагноза.Техническая диагностика- рассматривает вопросы, связанные с оценкой действительного состояния технических систем. Задачей диагностики является выявление и предотвращение возникающих отказов технических средств с целью повышения их общей надежности.
Процесс технической диагностики предусматривает наличие объекта диагностики, средств диагностики и человека-оператора. В процессе диагностики выполняются измерительные, контрольные и логические операции. Эти операции выполняются оператором с использованием средств диагностики с целью определения действительного состояния технического средства. Результаты оценки используются для принятия решения о дальнейшем использовании технического средства.
Основные понятия надежности
Надежность использует понятие объекта. Объектом исследования надежности (как науки) является то или иное техническое средство: отдельная деталь, узел машины, агрегат, машина в целом, изделие и др.
Объект характеризуется качеством. Надежность является составляющим показателем качества объекта. Чем выше надежность объекта, тем выше его качество.
Работоспособный объект - объект, который может выполнять возложенные на него функции в условиях эксплуатации, определенных для данного объекта. Работоспособный объект находится в работоспособном состоянии.
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего его способность выполнять заданные функции, не соответствует нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Отказ - переход объекта из работоспособного состояния в неработоспособное.
Восстановление - возвращение объекту работоспособного состояния. Восстановление осуществляется путем ремонта объекта.
Надежность объекта - совокупность свойств, определяющих возможность объекта сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации и его приспособленность к восстановлению в случае отказа.
Численная оценка надежности - вероятность Pнахождения объекта в работоспособном состоянии в данный момент времениt. Эта вероятность с течением времени изменяется по некоторому законуP(t) (рис. 1). Вероятность работоспособного состоянияPобъекта связана с вероятностью отказаQ
.
Жизненный цикл объекта
Объект характеризуется жизненным циклом. Жизненный цикл объекта состоит из ряда стадий: проектирование объекта, изготовление объекта, эксплуатация объекта. Каждая из этих стадий жизненного цикла влияет на надежность изделия.
На стадии проектирования объекта закладываются основы его надежности. На надежность объекта влияют: выбор материалов (прочность материалов, износостойкость материалов), запасы прочности деталей и конструкции в целом, удобство сборки и разборки (определяет трудоемкость последующих ремонтов), механическая и тепловая напряженность конструктивных элементов, резервирование важнейших или наименее надежных элементов и другие меры.
На стадии изготовления надежность определяется: выбором технологии производства, соблюдением технологических допусков, качеством обработки сопрягаемых поверхностей, качеством используемых материалов, тщательностью сборки и регулировки.
На стадии проектирования и изготовления определяются конструктивно-технологические факторы, влияющие на надежность объекта. Действие этих факторов выявляется на стадии эксплуатации объекта. Кроме того, на этой стадии жизненного цикла объекта на его надежность влияют и эксплуатационные факторы.
Эксплуатация оказывает решающее влияние на надежность объектов, особенно сложных. Надежность объекта при эксплуатации обеспечивается путем:
- соблюдение условий и режимов эксплуатации (смазка, нагрузочные режимы, температурные режимы и др.),
- проведение периодических технических обслуживаний с целью выявления и устранения возникающих неполадок и поддержания объекта в работоспособном состоянии,
- систематическая диагностика состояния объекта, выявление и предупреждение отказов, снижение вредных последствий отказов,
- проведение профилактических восстановительных ремонтов.
Основной причиной снижения надежности в процессе эксплуатации являеются износ и старение компонентов объекта. Износ приводит к изменению размеров, нарушению работоспособности (из-за ухудшения условий смазки, например), поломкам, снижению прочности и т.д. Старение приводит к изменению физико-механических свойств материалов, влекущему поломки или отказы.
Условия эксплуатации назначаются такими, чтобы максимально снизить износ и старение: например износ возрастает в условиях дефицита или низкого качества смазки. Старение возрастает при выходе температурных режимов за допустимые (например, уплотнительные прокладки, клапаны и т.д.).
Надежность объекта на стадии эксплуатации можно иллюстрировать графиком типичной зависимости интенсивности отказов объекта от времени эксплуатации, представленном на рис. 2.
На рис. 2 показано: 1 - интенсивность отказов λ (t), 2 - кривая старения, tп- период приработки, tн- нормальная работа, tи- период износа. В период приработки надежность, в первую очередь, определяется конструктивно-технологическими факторами, что ведет к повышенной интенсивности отказов. По мере выявления и устранения этих факторов надежность объекта приводится к номинальному уровню, который сохраняется в продолжительном периодеtннормальной эксплуатации.
В течение эксплуатации в объекте накапливаются проявления износа и усталости, интенсивность которых возрастает с увеличением срока эксплуатации объекта (возрастающая кривая 2 на рис. 2). Наступает период tи интенсивного износа объекта, который заканчивается его приходом в предельное состояние и снятием с эксплуатации.
Ежегодные затраты на эксплуатацию характеризуются графиками на рис. 3, где 1 - суммарные затраты, 2 - затраты на ремонт, 3 - затраты на амортизацию. Из графиков видно, что существует оптимальный срок эксплуатации объекта, при котором суммарные затраты на эксплуатацию минимальны. Продолжи-тельная эксплуатация, существенно превышающая оптимальный срок экономически невыгодна.
Поддержание надежности объекта при эксплуатации
Поддержание требуемого уровня надежности технических объектов в процессе эксплуатации осуществляется путем проведения комплекса организационно-технических мероприятий. Сюда входят периодические технические обслуживания, профилактические и восстановительные ремонты. Периодические технические обслуживания направлены на своевременные регулировки, устранение причин отказов, раннее выявление отказов.
В периодические технические обслуживания проводятся в установленные сроки и в установленном объеме: технические осмотры (ежедневные), еженедельное, ежемесячное, сезонное и др. техническое обслуживание (регламент). Задачей любого ТО является проверка контролируемых параметров, регулировка в случае необходимости, выявление и устранение неисправностей, замена элементов, предусмотренная эксплуатационной документацией.
Порядок выполнения несложных работ определяется инструкциями по техническому обслуживанию, а порядок выполнения сложных работ - технологическими картами.
В процессе технических обслуживаний обычно осуществляется и диагностика состояния эксплуатируемого объекта (в том или ином объеме). Диагностика заключается в контроле состояния объекта с целью выявления и предупреждения отказов. Осуществляется диагностика с помощью диагностических средств контроля, которые могут быть встроенными и внешними. Встроенные средства позволяют осуществлять непрерывный контроль. С помощью внешних средств осуществляется периодический контроль.
В результате диагностики выявляются отклонения параметров объекта и причины этих отклонений. Определяется конкретное место неисправности. Решается задача прогнозирования состояния объекта и принимается решение о его дальнейшей эксплуатации.
Объект считается работоспособным, если его состояние позволяет ему выполнять возложенные на него функции. Если в процессе эксплуатации характеристики объекта или его структура недопустимо изменились, то говорят, что в объекте возникла неисправность. Возникновение неисправности нельзя отождествлять с потерей работоспособности объектом. Однако в неработоспособном объекте всегда будет иметь место неисправность.
Для восстановления показателей надежности объекта при их снижении проводятся профилактические и восстановительные ремонты. Восстановительные ремонты служат для восстановления работоспособности объекта после отказа и поддержания заданного уровня его надежности путем замены деталей и узлов, потерявших свой уровень надежности или отказавших.
Количество ремонтов определяется экономической целесообразностью. Типичная зависимость вероятности безотказной работы ремонтируемого объекта от времени эксплуатации показана на рис. 4. На рисунке приняты следующие обозначения: P– вероятность безотказной работы объекта,Pmin- минимально допустимый уровень надежности,N– число заменяемых при ремонте элементов объекта.
Очередной ремонт не позволяет достичь исходного уровня надежности объекта и срок эксплуатации объекта после этого ремонта будет меньше, чем после предыдущего ремонта. Таким образом, эффективность каждого последующего ремонта снижается, что влечет необходимость ограничения общего количества ремонтов объекта.
Термины и определения
Technical diagnostics. Terms and definitions
Дата введения 1991-01-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН
Государственным комитетом СССР по управлению качеством продукции и стандартам
Министерством автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения СССР
Академией наук СССР
Министерством высшего и среднего образования РСФСР
Государственной комиссией Совета Министров СССР по продовольственным закупкам
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 26.12.89 N 4143
4. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Ноябрь 2009 г.
Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке и технике термины и определения основных понятий в области технического диагностирования и контроля технического состояния объектов.
Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения во всех видах документации и литературы, входящих в сферу действия стандартизации или использующих результаты этой деятельности.
1. Стандартизованные термины с определениями приведены в табл.1.
1. Объект технического диагностирования (контроля технического состояния)
Unit under test
Изделие и (или) его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю)
2. Техническое состояние объекта
Technical state of an object
Состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект
3. Техническая диагностика
Область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов
4. Техническое диагностирование
Определение технического состояния объекта.
1. Задачами технического диагностирования являются:
контроль технического состояния;
поиск места и определение причин отказа (неисправности);
прогнозирование технического состояния.
2. Термин "Техническое диагностирование" применяют в наименованиях и определениях понятий, когда решаемые задачи технического диагностирования равнозначны или основной задачей является поиск места и определение причин отказа (неисправности).
Термин "Контроль технического состояния" применяется, когда основной задачей технического диагностирования является определение вида технического состояния
5. Контроль технического состояния
Technical state inspection
Проверка соответствия значений параметров объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени.
Примечание. Видами технического состояния являются, например, исправное, работоспособное, неисправное, неработоспособное и т.п. в зависимости от значений параметров в данный момент времени
6. Контроль функционирования
Контроль выполнения объектом части или всех свойственных ему функций
7. Поиск места и определение причин отказа (неисправности)
8. Прогнозирование технического состояния
Technical state prediction
Определение технического состояния объекта с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени.
Примечание. Целью прогнозирования технического состояния может быть определение с заданной вероятностью интервала времени (ресурса), в течение которого сохранится работоспособное (исправное) состояние объекта или вероятности сохранения работоспособного (исправного) состояния объекта на заданный интервал времени
9. Технический диагноз (результат контроля)
10. Рабочее техническое диагностирование
Диагностирование, при котором на объект подаются рабочие воздействия
11. Тестовое техническое диагностирование
Диагностирование, при котором на объект подаются тестовые воздействия
12. Экспресс-диагностирование
Диагностирование по ограниченному числу параметров за заранее установленное время
13. Средство технического диагностирования (контроля технического состояния)
Средство диагностирования (контроля)
Technical diagnosis equipment
Аппаратура и программы, с помощью которых осуществляется диагностирование (контроль)
14. Приспособленность объекта к диагностированию (контролепригодность)
Diagnosability of an object (controllability)
Свойство объекта, характеризующее его пригодность к проведению диагностирования (контроля) заданными средствами диагностирования (контроля)
15. Система технического диагностирования (контроля технического состояния)
Система диагностирования (контроля)
Совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным в технической документации
16. Автоматизированная система технического диагностирования (контроля технического состояния)
Автоматизированная система диагностирования (контроля)
Computer-aided test system
Система диагностирования (контроля), обеспечивающая проведение диагностирования (контроля) с применением средств автоматизации и участием человека
17. Автоматическая система технического диагностирования (контроля технического состояния)
Автоматическая система диагностирования (контроля)
Automatic test system
Система диагностирования (контроля), обеспечивающая проведение диагностирования (контроля) без участия человека
18. Алгоритм технического диагностирования (контроля технического состояния)
Алгоритм диагностирования (контроля)
Algorythm of technical diagnosis
Совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования (контроля)
19. Диагностическое обеспечение
Комплекс взаимоувязанных правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для осуществления диагностирования на всех этапах жизненного цикла объекта
20. Диагностическая модель
Формализованное описание объекта, необходимое для решения задач диагностирования.
Примечание. Описание может быть представлено в аналитической, табличной, векторной, графической и других формах
21. Диагностический (контролируемый) параметр
Параметр объекта, используемый при его диагностировании (контроле)
ВИДЫ СРЕДСТВ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
(КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ)
22. Встроенное средство технического диагностирования (контроля технического состояния)
Встроенное средство диагностирования (контроля)
Built-in test equipment
Средство диагностирования (контроля), являющееся составной частью объекта
23. Внешнее средство технического диагностирования (контроля технического состояния)
Внешнее средство диагностирования (контроля)
External test equipment
Средство диагностирования (контроля), выполненное конструктивно отдельно от объекта
24. Специализированное средство технического диагностирования (контроля технического состояния)
Специализированное средство диагностирования (контроля)
Special purpose test equipment
Средство, предназначенное для диагностирования (контроля) одного объекта или группы однотипных объектов
25. Универсальное средство технического диагностирования (контроля технического состояния)
Универсальное средство диагностирования (контроля)
General purpose test equipment
Средство, предназначенное для диагностирования (контроля) объектов различных типов
26. Автоматизированное средство технического диагностирования (контроля технического состояния)
Автоматизированное средство диагностирования (контроля)
Computer-aided test equipment
27. Автоматическое средство технического диагностирования (контроля технического состояния)
Автоматическое средство диагностирования (контроля)
Automatic test equipment
ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
(КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ)
28. Продолжительность технического диагностирования (контроля технического состояния)
Продолжительность диагностирования (контроля)
Интервал времени, необходимый для проведения диагностирования (контроля) объекта
29. Достоверность технического диагностирования (контроля технического состояния)
Достоверность диагностирования (контроля)
Степень объективного соответствия результатов диагностирования (контроля) действительному техническому состоянию объекта
30. Полнота технического диагностирования (контроля технического состояния)
Полнота диагностирования (контроля)
Характеристика, определяющая возможность выявления отказов (неисправностей) в объекте при выбранном методе его диагностирования (контроля)
31. Глубина поиска места отказа (неисправности)
Характеристика, задаваемая указанием составной части объекта с точностью, до которой определяется место отказа (неисправности)
32. Условная вероятность необнаруженного отказа (неисправности) при диагностировании (контроле)
Вероятность того, что неисправный (неработоспособный) объект в результате диагностирования (контроля) признается исправным (работоспособным)
33. Условная вероятность ложного отказа (неисправности) при диагностировании (контроле)
Вероятность того, что исправный (работоспособный) объект в результате диагностирования (контроля) признается неисправным (неработоспособным)
34. Условная вероятность необнаруженного отказа (неисправности) в данном элементе (группе)
Вероятность того, что при наличии отказа (неисправности) в результате диагностирования принимается решение об отсутствии отказа (неисправности) в данном элементе (группе)
35. Условная вероятность ложного отказа (неисправности) в данном элементе (группе)
Вероятность того, что при отсутствии отказа (неисправности) в результате диагностирования принимается решение о наличии отказа (неисправности) в данном элементе (группе)
2. Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.
2.1. Для отдельных стандартизованных терминов в табл.1 приведены в качестве справочных краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.
2.2. В случаях, когда существенные признаки понятия содержатся в буквальном значении термина, определение не приведено и, соответственно, в графе "Определение" поставлен прочерк.
2.3. В табл.1 в качестве справочных приведены иноязычные эквиваленты на английском языке.
3. Алфавитные указатели содержащихся в стандарте терминов на русском языке и их английских эквивалентов приведены в табл.2 и 3.
Использование диагностических методов контроля обеспечивает более полное соответствие между состоянием объекта и объемом работ, необходимым для его технического обслуживания (ТО) и ремонта.
Методы технической диагностики классифицируются.
1. По стадиям эксплуатации:
• на этапах наладки;
• при техническом обслуживании;
• при выполнении плановых ремонтов оборудования.
2. По степени использования технических средств – выполняемые:
• без технических средств;
• с применением простейших средств усиления информационного сигнала;
• с использованием технических средств.
3. По глубине диагностирования технологической системы:
4. По степени информативности – методы, обеспечивающие получение информации:
• о моменте появления отказа; о месте возникновения дефекта;
• о причине отказа при использовании автоматических средств диагностики.
Диагностическая информация – это методы диагностирования, выявляющие сведения о самом контролируемом процессе, о косвенных показателях, сопутствующих продолжению процесса.
Диагностическую информацию получают путем измерения ряда параметров: величины вибраций, акустических колебаний, собственных деформаций одной или нескольких деталей ТС (технологической системы), деформаций в стыках пар сопрягаемых неподвижных и подвижных деталей ТС, усилий, действующих в ТС, параметров, сопутствующих процессу обработки (режимы, температура отдельных элементов ТС, длительность циклов обработки, производительность).
По архитектонике построения процесса диагностирования оборудования различают: поэлементные проверки, групповые проверки, логический анализ симптомов отказа.
Диагностирование ТС является сложным процессом. Средства технической диагностики подразделяют на:
1) пассивные – служат только для определения неисправностей и оценки показателей, характеризующих текущее состояние оборудования;
2) активные – воздействуют на объект диагностирования, вырабатывают и посылают сигнал, который вызывает оцениваемую реакцию оборудования. По принципу диагностирования всех технических средств подразделяют на средства: для проверки работы оборудования, для оценки точности параметров изготовляемых деталей или норм точности оборудования. Эти средства могут быть ручными, полуавтоматическими и автоматическими.
По характеру решаемых задач их подразделяют на:
1) средства проверки оборудования, посредством которых определяется его соответствие заданным техническим условиям;
2) средства проверки работоспособности, посредством которых определяется возможность оборудования выполнять заданный алгоритм функционирования в рабочем цикле.
Возникающие в процессе эксплуатации оборудования отказы классифицируют на внешние проявления (основные и скрытые). Внешние проявления скрытых отказов зависят от нескольких причин, явные отказы элементов оборудования определяются визуально, по функционированию и параметру взаимосвязи: зависимые, независимые.
Зависимые – вторичные отказы, обусловлены действием первичного отказа.
Независимые отказы могут быть вызваны любыми причинами, кроме воздействия другого отказа.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
Результаты измерения надежности должны включать данные: 1)об объеме выборок;
2) о доверительных границах;
3) о процедурах выборочного исследования и др. Основными понятиями, связанными с надежностью, являются следующие.
Исправность – состояние изделия, при котором оно на данный момент времени соответствует всем установленным требованиям.
Неисправность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени не соответствует хотя бы одному из требований, характеризующих нормальное выполнение заданных функций.
Работоспособность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям, установленным в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций.
Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате изделием его работоспособности.
Полный отказ – отказ, до устранения которого использование изделия по назначению становится невозможным.
Частичный отказ – отказ, до устранения которого остается возможность частичного использования изделия.
Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до разрушения.
Под отказом понимают появление первых признаков неправильной работы или неполадки в ходе работы аппаратуры. Каждый отказ характеризуется определенным временем его возникновения.
Отказы системы могут быть обусловлены:
1) конструкцией деталей;
2) их изготовлением;
В современных условиях большое внимание уделяется надежности электронного оборудования.
Надежность многих изделий может быть выявлена в условиях их потребления. Научно обоснованная система наблюдения за эксплуатацией изделий позволяет выявить дефекты, обусловленные нарушениями технологического процесса производителя.
1) применять статистический контроль качества;
2) проверять через определенные интервалы состояние управляемости процессов;
3) стремиться к повышению качества и надежности выпускаемого оборудования;
4) обеспечить правильное понимание требований заказчика и удовлетворение их.
Продолжительность службы не является единственным показателем эксплуатационных свойств.
В ряде случаев надежность можно характеризовать другими показателями:
1) километраж пробега;
2) продолжительность активного использования и др. Продолжительность службы изделий зависит как от условий изготовления, так и от условий эксплуатации.
ТРЕБОВАНИЯ СООТВЕТСТВИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫМ СТАНДАРТАМ
Объективная сторона правонарушения характеризуется действием и выражается в нарушении обязательныхтребований государственных стандартов при реализации, использовании, транспортировании и утилизации продукции.
Нарушение обязательных требований приравнивается к непредставлению субъектами хозяйственной деятельности продукции, документов, сведений, необходимых для осуществления государственного контроля и надзора.
Обязательные требования государственных стандартов, установленные законодательством РФ:
• обеспечение безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества;
• обеспечение технической и информационной совместимости;
• единство методов и их контроля;
Другие требования государственных стандартов к продукции, работам и услугам подлежат обязательному соблюдению субъектами хозяйственной деятельности, если указано в договор, технической документации изготовителя продукции, исполнителя работ и услуг.
Государственный контроль и надзор осуществляется на стадиях разработки, подготовки продукции к производству, ее изготовления, реализации и т. д. Порядок осуществления государственного контроля устанавливает Госстандарт РФ.
Ответственность наступает за исключением тех случаев, когда правонарушение предусмотрено специальной нормой.
Объективная сторона правонарушения выражается в нарушении правил обязательной сертификации.
• реализация сертифицированной продукции, не отвечающей требованиям нормативных документов, на соответствие которым она сертифицировалась;
• реализация сертифицированной продукции без сертификата или закона соответствия;
• отсутствие указаний в сопроводительной технической документации сведений о сертификации, о нормативных документах, которым должна соответствовать указанная продукция;
• недоведение сведений до потребителя (покупателя, заказчика);
• предоставление недостоверных результатов испытаний продукции;
• необоснованная выдача сертификата соответствия на продукцию, подлежащую обязательной сертификации.
Нарушение обязательных требований государственных стандартов влечет ответсвенность:
• на должностных лиц – наложение административного штрафа в размере от пяти до десяти МРОТ с конфискацией предметов административного правонарушения;
• на юридических лиц – наложение административного штрафа в размере от пятидесяти до ста МРОТ с конфискацией предметов административного правонарушения.
СУЩНОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ СТАНДАРТИЗАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Стандарт – нормативно-технический документ.
Стандартизационная деятельность заключается в нахождении решений для повторяющихся задач в сфере науки, техники, экономики и направлена на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной сфере.
Основная задача стандартизации – создание системы нормативно-технической документации, определяющей прогрессивные требования к продукции, а также контроль за правильностью использования этой документации. Действующая система стандартизации обеспечивает и поддерживает в надлежащем состоянии:
1) единый технический язык;
2) унифицированные ряды важнейших технических характеристик продукции (допуски, посадки, частоты);
3) типоразмерные ряды и типовые конструкции изделий общемашиностроительного применения (подшипники, крепежи, режущий инструмент);
4) взаимозаменяемость, вариантность и системность, повторяемость.
Повторяемость определяет круг объектов, к которым применимы вещи, процессы, обладающие одним общим свойством (повторяемость либо во времени, либо в пространстве).
Вариантность – создание рационального многообразия, что обеспечивает минимум рациональных разновидностей стандартных элементов, входящих в стандартизуемый объект.
Системность определяет стандарт как элемент системы и приводит к системе стандартов, связанных между собой внутренней сущностью.
Система стандартизации в зависимости от уровня подразделяется на:
1) международную стандартизацию;
2) межгосударственную стандартизацию (межгосударственные регионы);
3) национальную стандартизацию;
4) отраслевую стандартизацию;
5) стандартизацию на уровне предприятия;
6) стандартизацию на уровне общественных организаций, ассоциаций, союзов.
Впервые в 1904 г. была создана Международная электромеханическая комиссия (МЭК), которая стала заниматься стандартизационной деятельностью применительно к изделиям электротехнического назначения. Россия вступила в МЭК в 1911 г., СССР вступил в МЭК в 1926 г.
МЭК сохранилась до нашего времени и занимается вопросами стандартизации в области радиоэлектроники и электротехники.
В 1926 г. была образована Международная федерация национальных ассоциаций по стандартизации (ИСО). В 1939 г. все связи были нарушены, в 1944 г. вновь началась работа по международной стандартизации и был образован Комитет по координации стандартов (ККС), который в 1946 г. был преобразован в Международную организацию по стандартизации ИСО.
В настоящее время ИСО И МЭК работают в тесном взаимодействии, но самостоятельно. ИСО занимается всеми видами стандартизационной деятельности, кроме тех, что закреплены в МЭК.
Комитеты-члены – национальные организации по стандартизации стран, признанные их правительствами как наиболее представительные и заявленные в ИСО в качестве полноправного представителя. От РФ таким представителем является Госстандарт. От каждой страны в ИСО может быть заявлена только одна организация по станции с правом одного голоса.
Члены-корреспонденты – страны, в которых отсутствуют организации по стандартизации.
Конечный результат деятельности ИСО – международные стандарты, разрабатываемые техническими комитетами. В настоящее время существует 170 технических комитетов.
Современный рынок предъявляет высокие требования к качеству и надежности систем управления и цифровых устройств. Ни одно крупное предприятие на сегодняшний день не может обойтись без систем автоматизации и цифровых устройств, таких как SCADA – систем, ЭВМ, датчики, контроллеры и т.п. Они помогают хранить, обрабатывать и использовать информацию для решения производственных задач, увеличивают скорость производства и улучшают качество продукции. Создание данных систем и устройств дорогостоящий процесс, именно поэтому надежности и диагностированию систем управления и цифровых устройств уделяют большое внимание. В работе рассматриваются некоторые виды систем управления, цифровых устройств, критерии оценивания их надежности и методы её повышения, а также диагностирование.
5. Проблемы обеспечения надежности программно-конфигурируемых сетей. Кусакина М. С., Нетес В. А. –МТУСИ, 2019 39-43 с
Введение
Цифровое устройство – техническое устройство или приспособление, предназначенное для получения и обработки информации в цифровой форме, используя цифровые технологии.
Цифровые решения – технологии, которые основаны на представлении сигналов дискретными полосами аналоговых уровней, а не в виде непрерывного спектра.
С каждым днем происходит бурное усложнение процессов на автоматизированных системах управления, на сегодняшний день невозможно обойтись без использования контрольно-измерительных приборов. В основном используются дискретные устройства (цифровые устройства).
Большое количество ученых, инженеров и конструкторов в нашей стране и в зарубежье трудятся над более совершенными видами цифровых устройств. С каждым годом также растут и требования к системам, а как следствии и к цифровым устройствам, что дает еще больший стимул к развитию данной индустрии.
Усовершенствованные технологии дают колоссальные преимущества в конкурентной борьбе предпринимателей, а именно: более высокое быстродействие устройств, повышение качества обслуживания, уменьшение затрат на производство продуктов, комфортная работа, дополнительный сервис, маркетинговую информацию, высокую конкурентоспособность, совокупность этих факторов приводит и к росту прибыли.
В основном на предприятиях используются логические регуляторы, программируемые логические котроллеры, микропроцессорные контроллеры, электронно-вычислительные машины, различного назначения, SCADA-системы (в том числе отечественная система TRACE MODE).
Цифровые устройства используются в управлении сложными технологическими процессами. К примеру, в современных САУ для реализации сложных алгоритмов управления применяют как аналоговые, так и цифровые ЭВМ, но роль ЭВМ с каждым годом растет все сильнее. Также цифровые устройства используются в медицинских приборах диагностики и лечения, в связи с этим требования надежности к таким устройствам очень высокие.
Многие осведомлены о нарастающей роли цифровых устройств в их жизни, а также в жизни автоматизированных систем управления, но мало кто задумывается об их надежности и диагностировании, а ведь надежность цифровых устройств на предприятии играет такую же важную роль, как и вычислительная способность, ведь если устройство даст сбой в какой-то ответственный момент, то предприятие понесет значительные убытки, нарушение технологического процесса может угрожать жизни людей, не говоря об отказах, которые влекут за собой многочисленные жертвы.
Надежность АСУ ТП
Разработка АСУ ТП должна осуществляться в соответствии с целым рядом требований:
- проектирование АСУ ТП выполняется так, чтобы готовая система имела открытую и гибкую архитектуру;
- структура АСУ ТП, уровни системы должны создаваться таким образом, чтобы различные подсистемы имели возможность взаимодействия и интеграции;
- в случае, если создание АСУ ТП выполняется в условиях, когда на предприятии уже функционирует ряд аналогичных подсистем, новый функционал должен иметь возможность интеграции с ними, в том числе и при условии, что действующие системы АСУТП разработаны другими производителями;
- проект АСУ ТП должен допускать поэтапный ввод системы в эксплуатацию, ее наращивание и развитие. [1]
Методы повышения надежности систем при проектировании
При проектировании системы в первую очередь выбираются принцип работы системы и ее структура. Если на стадии проектирования не будут учитываться вопросы надежности или будут допущены просчеты и неточности, то обеспечить надежность на последующих двух фазах жизнедеятельности будет весьма трудно, а иногда просто невозможно.
На безотказную работу системы влияет выбор стабильной схемы, в ней обычно наблюдаются минимальные связи между параметрами отдельных элементов, а также обеспечивается минимальное влияние отклонений элементов на величину ошибки в выходной величине системы.
Периодически, выбор между количеством элементов и стабильной работы схемы связан с преодолением определенных противоречий. В этих случаях применяется принцип отрицательных обратных связей. По этому принципу увеличивается количество каскадов разомкнутой цепи усиления, то есть увеличение количеств элементов схемы. Таким образом, повышение стабильности коэффициента усиления приводит к увеличению потенциальной возможности внезапного отказа в схеме.
Вероятность отказа зависит не только от количества, но и от качества элементов. А безотказность элементов зависит от режима работы элементов, именно поэтому лучше всего выбирать режим работы при котором нагрузка меньше, чем номинальные значения, а степень уменьшения нагрузок зависит от конкретных задач.
Кроме того, на безотказность работы системы влияют условия работы, поэтому стоит максимально уменьшить влияние внешних и внутренних факторов на нагрузку системы.
Не стоит забывать о конструктивных мерах повышения безотказности, которые уменьшают воздействия механических нагрузок. Также стоит уменьшить влияние климатических нагрузок, что можно сделать, путем правильного оформления узлов и блоков.
Выделим основные моменты повышения надежности системы на стадии проектирования:
1) выбор простых и стабильных схем, учитывающих также возможности повышения надежности системы при эксплуатации;
2) применение качественных и перспективных элементов и выбором режимов работы элементов, соответствующих пониженным электрическим нагрузкам;
3) разработка конструкции системы и приборов, обеспечивающей минимальные нагрузки на систему и элементы, а также удобство обслуживания системы.
Методы повышения надежности систем при эксплуатации
При эксплуатации применяют следующие методы повышения надежности:
1) Обратные связи;
Применение обратных отрицательных связей позволяет стабилизировать параметры отдельных узлов, блоков и приборов системы, что уменьшает вероятность отказа системы из-за постепенных отказов. Иногда применяют положительные обратные связи.
Повышение надежности системы также может производиться при помощи резервирования. Различают информационное, временное, функциональное, аппаратурное и структурное резервирование, рассмотрим последние три из них.
Функциональное резервирование обеспечивается введением в систему родственных взаимодополняющих функций, например аналоговой и цифровой регистрации, ручного и дистанционного управления, контроля с помощью приборов и на мониторе компьютера и т.п.
Аппаратное резервирование обеспечивается применением нескольких одинаковых устройств, для достижения цели.
Структурное резервирование предусматривает параллельную установку устройств (контроллеров и компьютеров) при выполнении наиболее важных функций управления.
Используют поэлементное резервирование и резервирование всей цепи основных элементов (нагруженный резерв). В полностью резервированной системе отказ одного элемента не ведет к отказу всей системы. При постоянном резервировании резервные устройства всегда включены в цепь, при этом до момента ремонта в цепь включены, как отказавшие устройства, так и рабочие. Постоянное регулирование имеет ряд преимуществ: простота схем, возможность применения к различным конструкциям (системам, приборам, узлам) и даже к внутриэлементным связям.
Существенным недостатком является изменение параметров схемы и режимов работы при отказах резервных устройств, что в некоторых случаях недопустимо, также для некоторого ряда систем данный вид резервирования технически трудно осуществить. Также ему присущи недостатки, связанные с увеличением веса, объема, стоимости аппаратуры и усложнением эксплуатации. Вес системы с применением постоянного резервирования может быть значительно уменьшен с применением микроминиатюрных и молекулярных элементов.
Резервирование с поэлементным замещением (ненагруженный резерв). Достоинство – в сохранении ресурса резервных элементов. Недостаток – в дополнительной возможности отказа переключающего элемента
Резервирование с общим замещением (ненагруженный резерв). Общее правило, которое можно применять в схемном резервировании, гласит: чем мельче масштаб резервирования, тем больше надежность.
Очень важное средство обеспечения надежности – соблюдение условий технологических процессов. Оно включает контроль за материалами, используемыми в системе, привальную организацию производственного контроля и уровня культуры производства.
Таким образом надежность системы на этапе эксплуатации может быть обеспечена только совокупностью большого количества методов, рассмотренных ранее.
Рассмотрим меры надежности отечественной SCADA-системы TRACE MODE. В TRACE MODE 6 использованы специальные методы повышения надежности АСУ ТП:
горячее резервирование серверов реального времени, горячее резервирование промышленных контроллеров под управлением Micro TRACE MODE, специальные технологии обеспечения работы в условиях помех и нестабильной связи, ведение дампа данных для безударного рестарта (при перезагрузке) программ,резервирование сетевых адаптеров с горячим переключением, горячее резервирование серверов промышленной СУБД РВ SIAD/SQL 6, восстановление данных на резервированных серверах СУБД РВ SIAD/SQL 6, автоматическое безударное переключение клиентов. [2], [3].
Надежность цифровых устройств
Надежность ЭВМ – свойство выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в допустимых пределах в течение требуемого промежутка времени, и возможность возобновления функционирования, утраченного по тем или иным причинам.
Классификация отказов ЭВМ:
- По характеру изменения параметров до момента возникновения отказы делят на внезапные и постепенные.
Внезапные отказы возникают в результате мгновенного изменения одного или нескольких параметров элементов, из которых построена ЭВМ. Устранение внезапного отказа производят путем замены отказавшего элемента.
Постепенные отказы возникают в результате постепенного изменения параметров элемента до тех пор, пока значение одного из параметров не выйдет за некоторые пределы, определяющие нормальную работу элементов. Устранение постепенного отказа связано либо с заменой, ремонтом, регулировкой параметров отказавшего элемента, либо с компенсацией за счет изменения параметров других элементов.
- По характеру устранения отказы делят на устойчивые и самоустраняющиеся.
Для устранения устойчивых отказов необходимо отрегулировать или заменить отказавший элемент. Самоустраняющиеся отказы исчезают без вмешательства техника и проявляются в форме сбоя или перемежающегося отказа
К внешним факторам возникновения сбоев относятся колебания напряжения питания, вибрации, температурные колебания. Специальными мерами (стабилизация, амортизация и термостатирование) влияние этих факторов может быть значительно ослаблено.
К внутренним факторам относятся флуктуационные колебания параметров элементов, не синхронность работы отдельных устройств, внутренние шумы и наводки.
Если в ЭВМ возникают сразу несколько отказов, то по их взаимосвязи различают независимые отказы (возникновение их не связано с предшествующими отказами) и зависимые (появление их вызвано отказом в предыдущий момент времени).
- По внешним проявлениям отказы делят на явные и неявные.
Явные отказы обнаруживаются при внешнем осмотре, а неявные отказы - специальными методами контроля. [4]
Контроллеры отличаются друг от друга по широте и комплексности решения при их создании вопросов обеспечения надежности их функционирования. В целом надежность контроллеров характеризуется наработкой на отказ, которая определяется как отношение суммарного времени работоспособного состояния контроллера к математическому ожиданию числа его отказов в течение этого времени (ГОСТ 27.002-89) или наработкой до отказа – временем от начала эксплуатации до первого отказа. Надежность контроллеров обеспечивается целым комплексом мер.
В контроллерах для ответственных применений могут быть предусмотрены функции самодиагностики:
обнаружение ошибок центрального процессора; сигнализация о срабатывании сторожевого таймера; обнаружение отказа батареи или источника питания; обнаружение сбоя памяти; проверка программы пользователя; обнаружение выхода из строя предохранителя; обнаружение обрыва или короткого замыкания в цепи датчика и нагрузки.
Для сведения к минимуму нежелательных последствий, возникающих при сбое программного обеспечения, используется сторожевой таймер. [5]
Диагностирование
Для дискретных объектов диагностирования (ОД) характерно тестовое диагностирование, при котором на объекте подаются специальные, так называемые тестовые воздействия. Тестовые воздействия и последовательность их выполнения называются тестом.
В процессе технического диагностирования используются определенные параметры объекта, называемые диагностическими (контролируемыми) параметрами. Для каждого объекта можно указать множество параметров, характеризующих его техническое состояние. Их выбирают в зависимости от применяемого метода диагностирования. Различают прямые и косвенные диагностические параметры. Прямой параметр непосредственно характеризует техническое состояние объекта. Косвенный параметр косвенно характеризует техническое состояние
Средства диагностирования по отношению к ОД могут быть встроенными или внешними.
Встроенное средство диагностирования (контроля технического состояния) - средство диагностирования (контроля), являющееся составной частью объекта.
Внешнее средство диагностирования (контроля технического состояния) - средство диагностирования (контроля), выполненное конструктивно отдельно от объекта.
В зависимости от предназначения для однотипных или разнотипных объектов диагностирования различают специализированные или универсальные средства технического диагностирования.
Кроме того, средства диагностирования могут быть аппаратурными или программными.
Техническая диагностика тесно связана с понятием ремонтопригодность. Данное свойство электронных средств (ЭС), характеризующее показатели надежности, в технической диагностике рассматривается близким по значению свойством, называемым приспособленностью объекта к диагностированию (контролепригодность), которое означает свойство
Для достоверности определения работоспособного состояния цифровых устройств наиболее эффективно используются тестовые методы диагностики и контроля. В основе тестового контроля лежит тестовый сигнал, подаваемый на цифровое устройство (ЦУ) и вызывающий такую реакцию на входной сигнал, которая свидетельствует о том, что ЦУ находится в работоспособном состоянии. Контрольный тест формально определяется как последовательность входных наборов и соответствующих им выходных наборов, обеспечивающих контроль исправного состояния цифрового узла. Контрольные тесты составляются таким образом, что позволяют обнаружить одиночные константные неисправности в статическом режиме.
Работоспособность контролируется следующим образом. На вход ЦУ подаются наборы кодов контрольного теста, снимаемые с ЦУ выходные наборы кодов сравниваются с эталонными кодами. При совпадении каждого из выходных кодов теста с эталонными, ЦУ считается работоспособным. Контрольные тесты составляются на базе анализа принципиальных схем ЦУ. В случае несовпадения сигналов контрольного и эталонного кодов дальнейшая подача тестов прекращается и на этом наборе диагностируется отказ. Диагностирование отказа начинается с того выхода ЦУ, на котором зафиксировано не совпадение контрольного и эталонного кодов.[6]
Средства диагностирования
При диагностировании и поиске неисправностей широко используются электрические измерительные приборы: вольтметры, омметры, мультиметры, осциллографы. В настоящее время практически все они применяют рассмотренные ранее способы измерения на основе использования микропроцессорной техники.
Для диагностирования цифровых устройств применяют логический пробник. Он представляет собой устройство для индикации двоичного состояния элементов дискретных схем.
Для дискретных систем используют логический анализатор. Логические анализаторы (ЛА) характеризуются числом каналов, емкостью памяти на канал (глубина записи), частотой записи, способами синхронизации и запуска, формой представления данных.
Заключение
Надежность систем управления и цифровых устройств играет очень важную роль в работе предприятий. В данной работе были рассмотрены основные виды цифровых устройств и систем управления, показатели их надежности, методы диагностирования, а также методы повышения надежности систем.
Для цифровых устройств рассмотрены основные типы отказов, такие как: внезапные и постепенные, устойчивые и самоустраняющиеся, явные и неявные. Для систем управления были исследованы методы повышения надежности систем на этапе проектирования – выбор простых и стабильных схем, учитывающих также возможности повышения надежности системы при эксплуатации, применение качественных и перспективных элементов и выбором режимов работы элементов, соответствующих пониженным электрическим нагрузкам, разработка конструкции системы и приборов, обеспечивающей минимальные нагрузки на систему и элементы, а также удобство обслуживания системы, на этапе эксплуатации – обратные связи, резервирование, а также резервирование систем.
Но, ни один из методов не может обеспечить приемлемую надежность системы, необходимой надежности можно добиться лишь совокупность методов, а также своевременной диагностикой.
Читайте также: