docNiezawodność i diagnostyka systemów
download 
Reklamacja Transkrypt
Niezawodność i diagnostyka systemów
Niezawodność i diagnostyka systemów dr inż. Jacek Jarnicki doc. PWr. PWr. Instytut Cybernetyki Technicznej Politechniki Wrocławskiej p. 226 C3 tel. 320320-2828-23 email [email protected] www.zsk.ict.pwr.wroc.pl 1. Wprowadzenie 2. Matematyczna teoria niezawodności – parę faktów z historii 3. Współczesna teoria i praktyka niezawodności – dziedziny zainteresowania 4. Program wykładu – krótkie omówienie prezentowanych zagadnień dr inż. Jacek Jarnicki 1. Wprowadzenie 2. Matematyczna teoria niezawodności – parę faktów z historii • Niezawodność (Reliability) Reliability) - zdatność obiektu do spełniania postawionych mu wymagań w określonych warunkach użytkowania. • lata 4040-te – wiele wypadków podczas prób i eksploatacji niemieckich rakiet VV-1 i VV-2 • wczesne lata 5050-te - liczne wypadki rakiet testowanych przez armię USA • Ilościowe i jakościowe określanie niezawodności. • Rola metod probabilistycznych w dziedzinie niezawodności. dr inż. Jacek Jarnicki 2 3 • od 1952 - katastrofy samolotu Comet produkcji firmy British de Havilland dr inż. Jacek Jarnicki 4 1 Pierwszych 10 katastrof Cometa Nr Date Type Registration SN Operator Fatalities Location Cause 1 26 Oct 52 Comet 1 G-ALYZ 6012 B.O.A.C. 0/8 + 0/35 Rome , Rome, Italy Aircraft 2 03 Mar 53 Comet 1A CF--CUN CF 6014 Canadian Pacific 5/5 + 6/6 Karachi, Karachi, Pakistan Aircraft Aircraft 3 02 May 53 Comet 1 G-ALYV 6008 B.O.A.C. 6/6 + 37/37 37/37 Calcutta, Calcutta, India 4 25 Jun 53 Comet 1A F-BGSC 6019 UAT 0/7 + 0/10 Dakar, Senegal Pilot 5 10 Jan 54 Comet 1 G-ALYP 6003 B.O.A.C. 6/6 + 29/29 29/29 Elba, Italy Aircraft 6 08 Apr 54 Comet 1 G-ALYY 6011 South African Airways 7/7 + 14/14 14/14 Stromboli, Stromboli, Italy Aircraft 6411 Aerolineas Argentinas 1/6 + 1/44 Asuncion, Asuncion, Paraguay Pilot Pilot 7 Comet Mk1 27 Aug 59 Comet 4 LV-- AHP LV 8 20 Feb 60 Comet 4 LV-- AHO LV 6410 Aerolineas Argentinas 0/6 + 0/0 Buenos Aires, Argentinia 9 23 Nov 61 Comet 4 LV-- AHR LV 6430 Aerolineas Argentinas 12/12 12/ 12 + 40/40 40/40 Sao Paulo Paulo,, Brazil Pilot 10 21 Dec 61 Comet 4B G-ARJM 6456 British European Airways 7/7 + 20/27 Ankara, Turkey Aircraft razem było ich 20 dr inż. Jacek Jarnicki 5 dr inż. Jacek Jarnicki 6 Zygmunt William Birnbaum (1903 - 2000) • Początek lat 5050-tych - podjęcie prac nad konstrukcją samolotu Boeing 707 (Boeing (Boeing Scientific Research Laboratory, Laboratory, Seattle) Seattle) • 1925, ukończył Wydział Prawa Uniwersytetu we Lwowie • 1929, uzyskał na Uniwersytecie we Lwowie stopień doktora matematyki (promotorem był prof. Hugo Steinhaus)) • od 1937 roku w USA (New York University, Columbia University, University of Washington w Seattle) • W 1961 roku opublikował pracę „Multi-componenet systems and their structures and their reliability” , która zapoczatkowała matematyczną teorię niezawodności Boeing 707 dr inż. Jacek Jarnicki 7 dr inż. Jacek Jarnicki 8 2 3. Współczesna teoria i praktyka niezawodności – dziedziny zainteresowania • model elementu – czas życia opisywany jest jako dodatnia zmienna losowa ciągła • cel analizy – określenie rozkładu czasu życia lub jego parametrów (np. wartości średniej) 3.1. Określanie czasu życia elementów (Life testing) testing) • metody – badania niezawodnościowe (eksperyment), mające na celu zebranie danych o uszkodzeniach elementu oraz analiza statystyczna wykonywana dla przedstawienia wyników badań w języku probabilistyki • element – najmniejszy, niepodzielny obiekt na przyjętym poziomie rozważań uszkodzenie e 0 • problemy – trudności w uzyskaniu wystarczającej ilości danych dla wykonania analizy statystycznej czas życia dr inż. Jacek Jarnicki 9 dr inż. Jacek Jarnicki 3.2. Analiza niezawodności systemów (System reliability) reliability) • model systemu – modele elementów i warunek sprawności systemu • system – zbiór elementów i powiązań pomiędzy nimi • cel analizy – określenie niezawodności systemu na podstawie danych o niezawodności jego elementów składowych, bez konieczności przeprowadzania badań systemu (np. przed jego wyprodukowaniem) Przykład: system szeregowy … … e1 ei • problemy – trudności wynikające z niedostatków metod analitycznych i złożoności analizowanych systemów en Istnieje wiele metod opisu i algorytmów obliczeniowych stosowanych dla wyznaczania niezawodności systemów. system szeregowy (reprezentacja graficzna) Warunek sprawności systemu: System szeregowy jest sprawny, gdy są sprawne wszystkie wchodzące w jego skład elementy. dr inż. Jacek Jarnicki 10 11 Przykładem jest metodologia stosowana w normie MIL 271, 271, (Departament Obrony USA) umożliwiająca analizę niezawodności urządzeń elektronicznych. dr inż. Jacek Jarnicki 12 3 3.3. 3.3. Projektowanie z uwzględnieniem niezawodności (Design (Design for reliability) reliability) 3.4. Obsługiwanie i niezawodność (Maintainance and reliability) reliability) • zdefiniowanie problemu – określenie wymagań co do niezawodności projektowanego obiektu, zdefiniowanie roli niezawodności w stosunku do innych wymogów stawianych obiektowi • badanie stanu obiektu – czynności mające na celu zebranie informacji o tym, czy obiekt jako ca łość jest zdatny do działania • wybór technologii – ustalenie jakiego typu elementy będą używane przy budowie obiektu, zebranie informacji dotyczących niezawodności przewidywanych do użycia elementów • analiza niezawodności – obliczenie niezawodności obiektu i porównanie jej z przyjętymi kryteriami i ewentualne modyfikacje projektu przez zmianę elementów czy wprowadzenie rezerwy dr inż. Jacek Jarnicki • usuwanie uszkodzeń – organizacja procesu napraw i samo ich wykonanie • prognozowanie – przewidywanie zachowania się obiektu w przyszłości • profilaktyka – działania uprzedzające mające na celu podwyższenie niezawodności 13 3.5. Fizyka uszkodzeń (Phisics (Phisics of failure) failure) dr inż. Jacek Jarnicki 14 3.6 3.6. Badania przyspieszone (Accelerated Testing) Testing) W literaturze prezentowanych jest szereg modeli określających niezawodność prostych elementów, których źródłem są analizy na gruncie fizyki. Zbudowano je na drodze rozważań głęboko sięgających w zasadę działania danego typu elementu (np. złącza p-n, rezystora, itd ). • badania jakościowe - maja za zadnie dostarczyć ogólnej informacji o związku pomiędzy możliwością uszkodzenia obiektu a poziomem stresu • badania ilościowe - określenie liczbowych charakterystyk opisujących niezawodność obiektu w nominalnych warunkach eksploatacji . Ze względu na niemożność przeprowadzenia w realnym czasie eksperymentu w warunkach nominalnych, wymusza się szybsze wystąpienie uszkodzeń przez zwiększenie poziomu stresu a następnie w jakiś sposób, odwzorowuje wyniki badań na warunki nominalne. Przykład: model Arrheniusa E τ = Aexp kT τ - czas życia elementu T - temperatura k, A, E - stał stałe dr inż. Jacek Jarnicki • lokalizacja uszkodzeń – w przypadku stwierdzenia uszkodzeń, określenie miejsc gdzie one występują 15 dr inż. Jacek Jarnicki 16 4 4. Program wykładu – krótkie omówienie prezentowanych zagadnień 6. Wprowadzenie do teorii procesów stochastycznych, element naprawialny, system naprawialny 1. Wprowadzenie 7. Generatory liczb pseudolosowych 2. Podstawy rachunku prawdopodobieństwa 8. Podstawy symulacji komputerowej procesów losowych 3. Niezawodność elementu nienaprawialnego 9. Kolokwium (test wyboru) 4. Praktyka określania niezawodności elementu nienaprawialnego 10. Programy do obliczania niezawodności 5. Systemy nienaprawialne dr inż. Jacek Jarnicki 17 dr inż. Jacek Jarnicki 18 5
