Cechy eksploatacyjne statku. Dr inż. Robert Jakubowski

Transkrypt

1 Cechy eksploatacyjne statku powietrznego Dr inż. Robert Jakubowski

2 Własności i właściwości SP Cechy statku technicznego, które są sformułowane w wymaganiach taktyczno-technicznych, konkretyzują się w jego własnościach i właściwościach Własność cecha wspólna dla klasy, grupy SP wyrażająca się głównie w postaci wielkości fizycznej Właściwość cecha która pozwala rozróżnić SP w grupie. Jest to na ogół cecha względna i może ulegać zmianie pod wpływem oddziaływań na SP.

3 Własności i właściwości SP Własności i właściwości przypisuje się statkom powietrznym jako całości, ale także poszczególnym jego zespołom i stąd decydują o cechach statku powietrznego jako całości

4 Główne własności statku powietrznego Funkcja lotna zespół cech decydujących o możliwościach lotnych SP np.: charakterystyki lotno-techniczne, charakterystyki w zakresie stateczności i sterowności itp. Potencjał użytkowy SP zespół cech Potencjał użytkowy SP zespół cech decydujących o ekonomi i efektywności eksploatacji: charakterystyki zdolności przewozowej, promień działania

5 Właściwości statku powietrznego Niezawodność Gotowość Odpowiedniość SP Trwałość Żywotność Podatność eksploatacyjna Wartość SP Ergonomiczność Bezpieczność SP Użytkowalność Obsługiwalność SP Diagnostyczność SP Remontowalność SP Naprawialność SP Odnawialność SP Technologiczność SP itd

6 Główne właściwości statku powietrznego Funkcjonalność Niezawodność Gotowość Odpowiedniość Trwałość Żywotność Podatność eksploatacyjna

7 Funkcjonalność użytkowa, obsługowa i naprawcza: To właściwość decydująca o sposobie użytkowania i utrzymania SP m.in. decydująca o koniecznych czynnościach wykonywanych w fazie utrzymania i użytkowania oraz czasie ich trwania, ilości osób wymaganych do obsługi SP

8 Niezawodność To właściwość SP gwarantująca jego zdatność do wykonywania określonych zadań w określonym przedziale czasu i w określonych warunkach Gotowość To właściwość SP gwarantująca jego zdatność do wykonywania zadania lotniczego natychmiast lub w określonym czasie

9 Odpowiedniość To właściwość przystosowania SP do wykonywania określonego zadania lotniczego Trwałość To właściwość rozumiana jako zdolność do zachowania zasadniczych właściwości SP w ustalonym przedziale czasu, w określonych warunkach eksploatacji. Można wyróżnić trwałość techniczną, ekonomiczną, godzinową, międzyremontową itp.

10 Żywotność To własność mierzona prawdopodobieństwem wykonania zadania lotniczego w warunkach określonego niekorzystnego oddziaływania środowiska naturalnego (piorun, zapylenie, burza) lub innych czynników, które należy uwzględni w procesie eksploatacji (np. walka powietrzna, atak przeciwnika dla samolotów bojowych)

11 Podatność eksploatacyjna To właściwość określająca zdolność SP do racjonalnego wykorzystania potencjału eksploatacyjnego w oddziaływaniu zmiennego otoczenia w czasie użytkowania. Decydująco wpływa na takie cechy jak ergonomiczność i ekonomiczność eksploatacji SP. W podatności eksploatacyjnej można wyróżnić: podatność obsługową i naprawczą

12 Cechy własności i właściwości SP Własności i właściwości mogą mieć cechy Mierzalne Niemierzalne Własności i właściwości mogą być opisane: Wartością zdeterminowaną Zmienną losową Procesem losowym

13 Ocena właściwości SP Właściwości statku powietrznego ocenia się poprzez system wypracowanych miar np. miarą niezawodności eksploatacyjnej może być liczba godzin lotu do chwili nie wykonania zadania lotniczego, albo liczba niewykonanych zadań w określonym przedziale czasu

14 Wymagania techniczne odnośnie SP Wymagania techniczne określa się dopuszczalnymi przedziałami zmienności determinującymi : Górną i dolna wartość przedziału zmienności określonej cechy Górną i dolną wartość zmiennej losowej przy spełnieniu określonego poziomu ufności Przebieg procesu losowego w czasie

15 CECHY STATKU POWIETRZNEGO I ICH WPŁYW NA PROCES EKSPLOATACJI

16 Podatność eksploatacyjna Jest to zbiór cech (własności i właściwości) statku powietrznego decydujących w największym stopniu o procesie eksploatacji statku powietrznego. O poziomie podatności eksploatacyjnej decydują czynniki: Konstrukcyjne Technologiczno-produkcyjne eksploatacyjne

17 Niezawodność SP Niezawodność SP zdolność do realizacji zadań lotniczych w określonym czasie i w określonych warunkach. Z punktu widzenia praktycznej realizacji zadań lotniczych wymaga się takiego przygotowania SP, aby była zapewniona całkowita jego niezawodność. Niezawodność całkowita (pełna) to właściwość polegająca na zdolności SP do realizacji zadań lotniczych bez niesprawności

18 Niesprawność i uszkodzenie Niesprawność jest to takie zdarzenie niepożądane, które pojawia się w systemie technicznym lub antropotechnicznym, które uniemożliwia fizyczne lub umowne spełnienie określonych funkcji Uszkodzenie jest to zdarzenie polegające na przejściu elementu, zespołu lub statku powietrznego ze stanu zdatności technicznej do stanu niezdatności lub częściowej niezdatności

19 Niezawodność ( ) ( τ ) { },0 R t = P U = W τ t Niezawodność R(reliability) określa prawdopodobieństwo, że w przedziale czasu od 0 do t cechy funkcjonalne statku powietrznego Ubędą się mieścić w zbiorze dopuszczalnych wartości W R t i ( ) ψ υ ( τ ),0 = i τ Niezawodność i-tego czynnika jest funkcją ψ opisującą rozkład i_tegoczynnika wymuszającego niesprawność υ i (τ)w czasie od 0 do t. t

20 Kształtowanie własności i właściwości SP i ich wpływ na jego niezawodność Niezawodność SP kształtuje się na różnych etapach jego istnienia poprzez: Określanie wymagań niezawodnościowych na etapie tworzenia projektu koncepcyjnego Określenie metod realizacji SP zapewniających uzyskanie wymaganej niezawodności na etapie opracowywania projektu Zapewnienie procedur realizacji SP zapewniających wysoką niezawodność na etapie wytwarzania Wyznaczenie rzeczywistej niezawodności SP na etapie eksploatacji

21 Stąd można wyróżnić: Niezawodność pożądaną elementów i systemu z uwzględnieniem systemów wymuszających Niezawodność modelową symulowaną komputerowo Niezawodność rzeczywistą eksploatacyjną SP

22 Stany niezawodnościowe obiektu Stan zdatności to stan niezawodnościowy, w którym obiekt może wykonywać zadania w sposób zgodny z wymaganiami Stan niezdatności to stan niezawodnościowy, w którym obiekt nie może wykonywać zadań w sposób zgodny z wymaganiami Stany pośrednie: stan częściowej zdatności, stan częściowej niezdatności Stan graniczny to stan fizyczny, w którym dalsza eksploatacja obiektu jest niewskazania lub niemożliwa. Kryteria osiągnięcia stanu granicznego powinny być określone w dokumentacji normatywno-technicznej

23 Wektor stanów niezawodnościowych Wektor stanów niezawodnościowych opisuje system (obiekt techniczny) pod względem niezawodnościowym X = X1, X 2, X 3,..., X n Jeśli obiekt składa się z n elementów k-stanowych to zbiór możliwych reprezentacji omawianego wektora jest k n Dla obiektu dwustanowego sześcioelementowego, gdzie stan zdatności opisuje się 1 a stan niezdatności 0 wektor stanów niezawodnościowych wyraża się X = 1,1,1,1, 0, 0

24 Związek niezawodności SP z czasem eksploatacji Zawodność Q Q(t) Na niezawodność istotnie wpływa czas eksploatacji Q(t) jest prawdopodobieństwem wystąpienia zawodności obiektu technicznego. Funkcja niezawodności i zawodności spełnia równanie R( t) + Q( t) = 1

25 Wpływ odnowy na niezawodność i zawodność obiektu technicznego

26 Intensywność uszkodzeń Intensywność uszkodzeń, zwana też funkcją ryzyka mówi ona o tym jak w każdej chwili czasu t następuje pogorszenie niezawodności układu (elementu) λ( t) dr( t) 1 dr( t) 1 dq( t) 1 dq t = dt = = = R( t) R t dt 1 Q t dt R t dt ( ) ( ) ( ) ( )

27 Intensywność uszkodzeń elementów technicznych Etap I okres wprowadzania urządzenia technicznego do użytkowania usuwanie wad konstrukcyjnych i produkcyjnych Etap II - okres normalnej eksploatacji Etap III - okres intensywnego starzenia się urządzenia technicznego W drugim etapie eksploatacji intensywność uszkodzeń ma stałą wartość

28 Gęstość prawdopodobieństwa uszkodzeń f(t) f ( t) = lim ( + ) ( ) tt t 0 Q t t Q t gdy t 0 f ( t) dr t = = dt ( ) dq ( t) dt

29 Intensywność uszkodzeń λ(t) λ( skumulowana funkcja ryzyka uszkodzeń Λ(t) Λ( dr( t) f t λ ( t ) = dt = R( t) R( t) ( ) ( ) t Λ t = λ ( τ ) d τ 0

30 Przykład wyznaczania parametrów eksploatacyjnych dla wybranych modeli rozkładu intensywności uszkodzeń

31 Intensywność uszkodzeń ma stałą wartość λ ( t) = const Funkcja gęstości prawdopodobieństwa uszkodzeń: T f ( t) = λ t exp λ t dt = λ e λ 0 ( ) ( ) * Funkcja niezawodności: T R( t) = exp λ ( t) dt = e λ 0 Skumulowana funkcja ryzyka: T 0 ( ) Λ ( t) = λ t dt = λ T Oczekiwany czas pracy do uszkodzenia: * T T λt t R( t) dt e dt o = = = λ

32 Przyczyny wykorzystania modelu Prezentowany model dobrze opisuje normalny okres pracy obiektu nieodnawialnego, gdzie uszkodzenia są wynikiem oddziaływań głownie z przyczyn bodźców zewnętrznych, powtarzających się przypadkowo, ale ze stałą częstotliwością. Istnieje poważna grupa obiektów, których czas zdatności ma rozkład wykładniczy, lub nieistotnie różniący się od wykładniczego Pozwala o wiele łatwiej rozwiązywać zadania, a niżeli w przypadku innych rozkładów, gdzie nierzadko nie można znaleźć rozwiązania

33 Przykład obliczeń dla stałej intensywności λ ( t) = 0,04 rozkładu uszkodzeń np. λ=4% Funkcja gęstości prawdopodobieństwa uszkodzeń: T f ( t) = λ t exp t dt = 0,04 e 0 0,04* ( ) λ ( ) Funkcja niezawodności: T R( t) = exp t dt = e 0 Ilość miesięcy Gęstość prawdopodobieństwa uszkodzeń T Skumulowana funkcja ryzyka: 0,04* T λ ( ) λ ( ) Λ ( t) = t dt = 0,04 T Niezawodność Skumulowana funkcja ryzyka 1 0,0384 0,961 0, ,0268 0,67 0,4 48 0,0059 0,15 1,92 T 0

34 Średni czas zdatnej pracy t ( ) ( ) sr = tf t dt = R t dt 0 0 0,04 t 1 0,04 1 0,04 0 = = + = tsr = e dt = e + e = 0,04 0, Skumulowana funkcja ryzyka: Λ ( t = 25) = 0, = 1 R( t 25) 0,04* T = = e =

35 Wykres parametrów eksploatacyjnych dla stałej intensywności uszkodzeń

36 Funkcja gęstości prawdopodobieństwa uszkodzeń ma rozkład normalny (Gaussa) 1 ( t T ) 2 2σ f t = e ( ) σ 2π T 0 wartość średnia (oczekiwana) pojawienia się niesprawności σ odchylenie standardowe Niesprawności pojawiają się w czasie To ±3s. W zakresie poza przedziałem To ± 3s prawdopodobieństwo wystąpienia uszkodzenia jest znikome (Q(To- 3σ)=0,0014 Funkcja intensywności uszkodzeń monotonicznie rośnie praktycznie od 0 w punkcie To-3σi zbliża się asymptotycznie do funkcji y 1 y( t) = t T 2 σ 0 2 ( ) 0

37 Praktyczne rozwiązywanie zagadnień niezawodnościowych dla funkcji gęstości uszkodzeń w postaci rozkładu normalnego Wprowadza się zmienną U: Zawodność : Q( t) ( ) T = 0 f U du 1 U ( t) = ( t T ) σ 2 U f ( U ) 2 Gdzie : f ( U ) = e f ( t) 2π 0 = σ Praktycznie do obliczeń wykorzystuje się dane w TAB T2 str. 542:

38 Wyznaczyć dla stałego rozkładu gęstości uszkodzeń podstawowe charakterystyki niezawodnościowe Dokonać porównania wyników R, Q, f(t), Λ(t) i λ(t) dla λ=4%, λ=8% i λ=20% (porównanie na wykresie) Określić oczekiwane czasy pracy urządzenia