Надежность технических систем и техногенный риск
Министерство образования и науки Российской Федерации
 |
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
 |
А. Б. Корчагин, В. С. Сердюк, А. И. Бокарев
Надежность технических систем
и техногенный риск
Учебное пособие в двух частях
Часть 2. ПРАКТИКУМ
Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром
высшего профессионального образования для межвузовского использования
в качестве учебного пособия для студентов специальностей
направления подготовки «Безопасность жизнедеятельности»
Омск
Издательство ОмГТУ
2011
УДК 62-192.002.5(073)
ББК 30.14я73
К70
Рецензенты:
А. И. Володин, д-р техн. наук, проф., проректор по учебной работе ОмГУПС;
В. В. Титенко, канд. техн. наук, доц., проректор по учебной работе СибАДИ
Корчагин, А. Б.
К70 Надежность технических систем и техногенный риск : учеб. пособие : в 2 ч. / А. Б. Корчагин, В. С. Сердюк, А. И. Бокарев. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011.
ISBN 978-5-8149-1066-0
Ч. 2 : Практикум. – 140 с. : ил.
ISBN 978-5-8149-1068-4
Учебное пособие посвящено вопросам анализа и последующего расчета надежности и риска технических систем. Состоит из двух частей. Вторая часть содержит примеры решения задач, примеры анализа надежности и риска, индивидуальные задания и контрольные вопросы для самостоятельной проверки знаний.
В приложениях приведены данные об интенсивности отказов элементов.
Предназначено для студентов специальностей направления подготовки «Безопасность жизнедеятельности»; может быть полезным при профессиональной переподготовке специалистов.
УДК 62-192.002.5(073)
ББК 30.14я73
|
ISBN 978-5-8149-1068-4 (ч. 2)
ISBN 978-5-8149-1066-0
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................... 5
1. Примеры расчета надежности....................................................... 7
1.1. Замечания по решению задач.................................................................. 7
1.2. Критерии и количественные характеристики надежности..................... 7
1.3. Критерии надежности невосстанавливаемых изделий........................... 8
1.4. Критерии надежности восстанавливаемых изделий............................. 14
1.5. Примеры решения задач........................................................................ 21
2. Примеры анализа надёжности и риска систем................. 37
2.1. Расчет надежности системы аспирации................................................. 37
2.2. Анализ опасностей и рисков сварочного цеха...................................... 42
2.2.1. Задачи и цели проведения анализа риска.................................... 42
2.2.2. Расчет надежности оборудования и риска.................................. 46
2.3. Анализ и расчет надежности и рисков окрасочной линии................... 49
2.3.1. Расчет надежности........................................................................ 49
2.3.2. Расчет риска травмирования работников................................... 57
2.4. Расчет надежности и риска системы вентиляции.................................. 58
2.4.1. Обоснование необходимости расчета надежности и риска........ 58
2.4.2. Определение значений вероятности безотказной работы.......... 59
2.4.3. Анализ надежности вентиляционных систем методом
«дерева неисправностей».............................................................. 63
2.4.4. Расчет вероятности причинения ущерба здоровью.................... 65
2.5. Анализ надежности системы газоснабжения оборудования................ 66
2.5.1. .................................................... Описание системы газоснабжения 66
2.5.2. Определение вероятности отказа системы газоснабжения......... 68
2.5.3. Расчет вероятности причинения ущерба здоровью.................... 73
2.6. Анализ риска усорезной пилы............................................................... 77
2.6.1. «Дерево неисправностей» усорезной пилы................................. 77
2.6.2. Анализ риска травмирования сборщика конструкций ПВХ
при работе с усорезной пилой...................................................... 80
2.7. Анализ риска вальцов............................................................................ 84
2.7.1. Анализ надежности вальцов методом построения
«дерева неисправностей».............................................................. 84
2.7.2. Анализ риска травмирования вальцовщика............................... 88
3. Контрольные задания по дисциплине «Надежность
технических систем и техногенный риск».......................... 92
3.1. Определение надежности объекта......................................................... 92
3.2. Структурно-логический анализ технических систем.
Расчет вероятности безотказной работы систем................................... 94
3.3. Расчет вероятности безотказной работы сложных систем................... 98
3.4. Анализ и расчет надежности, расчёт риска объекта методами
«дерева неисправностей» и «дерева рисков»...................................... 101
3.4.1. Расчетные формулы.................................................................... 101
3.4.2. Описание системы «станок сверлильно-расточной группы»... 102
3.4.3. Анализ и расчет надежности системы «станок»........................ 108
3.4.4. Анализ и расчет рисков.............................................................. 111
3.5. Определение риска сокращения продолжительности жизни
при радиоактивном загрязнении.......................................................... 122
3.6. Расчёт величины риска и времени ожидаемого появления признаков
заболевания вибрационной болезнью у работников.......................... 123
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО КУРСУ.................................................... 124
ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................... 126
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................................ 128
приложения.............................................................................................. 130
А. Интенсивность отказов элементов......................................................... 130
Б. Интенсивность отказов защитных устройств......................................... 135
В. Справочные данные по интенсивности отказов некоторых деталей
и сборочных единиц............................................................................... 136
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие состоит из двух логически связанных между собой частей. Первая часть посвящена изложению основ теории надежности. Вторая – представляет собой сборник примеров решения задач, примеров расчета надежности и риска, контрольных заданий, контрольных вопросов и справочных материалов. Предпочтение отдано терминам и условным обозначениям, соответствующим российским стандартам по надежности, управлению надежностью и риском и др.
Пособие предназначено для студентов специальностей направления подготовки «Безопасность жизнедеятельности». Авторы надеются, что вторая часть – «Практикум» – окажет значительную помощь при выполнении контрольных, курсовых заданий, подготовке выпускных квалификационных работ, а также при профессиональной переподготовке специалистов.
Вторая часть учебного пособия состоит из введения, трех глав и приложений. Приложения содержат таблицы значений интенсивности отказов различных элементов, защитных устройств и сборочных единиц.
В первой главе внимание читателя обращается на то, что задачи по определению количественных характеристик надежности делятся на две группы: статистические и вероятностные. Оба подхода – статистический и вероятностный – представлены в предложенных примерах решения задач.
Во второй главе рассмотрены примеры анализа надежности ряда технических систем, дополненные расчетами риска причинения вреда здоровью работников. В приведенных примерах последовательность действий и применяемые методики расчета надежности и риска соответствуют изложению данных методик в восьмой и девятой главах первой части пособия.
Третья глава содержит контрольные задания, а также необходимые методические указания к их выполнению, примеры расчетов, анализа надежности и риска технических систем и построения структурных схем.
Необходимо заметить, что приведенные примеры расчета и анализа параметров технических систем являются малой частью всего многообразия подходов к оценке надежности и риска. Они предназначены для того, чтобы помочь читателю составить представление о содержании и последовательности действий при решении учебных и практических задач. В примерах рассмотрены системы аспирации, сварочного производства, окрасочной линии, металлообрабатывающего оборудования и т. д. Те же приемы можно использовать при анализе надежности и риска объектов железнодорожного, автомобильного и других видов транспорта и иных систем.
В качестве источника дополнительных сведений может быть предложен изданный в 1972 г. сборник задач по теории надежности под редакцией
А.М. Половко и И.М. Маликова [8].
Авторами учебного пособия являются: А. Б. Корчагин, канд. техн. наук,
В. С. Сердюк, д-р техн. наук, А. И. Бокарев, канд. техн. наук. В подготовке пособия к публикации принимала участие К. В. Марченко.
Авторы выражают признательность за ценные замечания и рекомендации рецензентам – доктору технических наук, профессору Омского государственного университета путей сообщения А. И. Володину и кандидату технических наук, доценту Сибирской автомобильно-дорожной академии В. В. Титенко.
1. Примеры расчета надежности
1.1. Замечания по решению задач
Отправной точкой в решении задач по определению количественных характеристик надежности могут быть:
1) статистические данные об отказах изделия;
2) известное аналитическое выражение одной какой-либо характеристики.
При решении задач первой группы используются статистические определения количественных характеристик надежности, при решении задач второй группы – вероятностные определения характеристик и аналитические зависимости между ними.
В настоящей главе при определении количественных характеристик надежности технических устройств по статистическим данным об их отказах не всегда возможно оценить достоверность используемой информации. По этой причине иногда в примерах и задачах исходные данные о числе испытуемых образцов и количестве отказов приводятся без учета требований к достоверности получаемых количественных характеристик надежности.
1.2. Критерии и количественные характеристики
надежности
Критерием надежности называется признак (мера), по которому (которой) оценивается надежность различных объектов (изделий). Критерии представляются в виде показателей надежности, свойств безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости и др.
К числу наиболее широко применяемых критериев надежности относятся показатели безотказности:
– вероятность безотказной работы в течение определенного времени P(t);
– гамма-процентная наработка до отказа 
;
– средняя наработка до отказа 
(для статистических задач 
);
– средняя наработка на отказ T (для статистических задач 
);
– частота отказов f(t);
– интенсивность отказов l(t);
– параметр потока отказов μ(t) и др.
Характеристикой надежности будем называть количественное значение критерия надежности конкретного изделия.
Выбор количественных характеристик надежности зависит от вида изделия.
Основные критерии надежности можно разделить на две группы:
– критерии, характеризующие надежность невосстанавливаемых изделий;
– критерии, характеризующие надежность восстанавливаемых изделий (рис. 1.1).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.1. Временной график работы нeвосстанавливаемых и восстанавливаемых изделий:
а – изделия невосстанавливаемые (t нр – время непрерывной работы,
Н. О. – начало операции, К. О. – конец операции); б – изделия восстанавливаемые
(tp – время исправной работы, tn – время вынужденного простоя)
1.3. Критерии надежности
невосстанавливаемых изделий
Пусть на испытании находится N0 объектов, и пусть испытания считаются законченными, если все они отказали. Вместо отказавших образцов отремонтированные или новые не ставятся. В таких случаях критериями надежности изделий являются:
– вероятность безотказной работы P(t);
– частота отказов f(t);
– интенсивность отказов l(t);
– средняя наработка до отказа T1 (в [8] T ср).
Вероятностью безотказной работы (ВБР) называется количественная мера того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не произойдет ни одного отказа.
Функция Р – относительная продолжительность непрерывной исправной работы объекта до первого отказа, а аргумент t – время, за которое нужно определить ВБР, следовательно, согласно определению,
P(t) = P(T ≥ t), t ≥ 0, (1.1)
где T – время работы объекта от начала до первого отказа; t – время, в течение которого определяется вероятность безотказной работы.