WYDZIAŁ MECHANICZNY ENERGETYKI I LOTNICTWA WYKŁAD

Transkrypt

1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY ENERGETYKI I LOTNICTWA WYKŁAD 3 dr inż. Kamila Kustroń Warszawa, 10 marca 2015

2 24 lutego: Wykład wprowadzający w interdyscyplinarną tematykę eksploatacji statków Latających; WARUNKI ZALICZENIA; bibliografia; 3 marca: Statek latający jako przedmiot eksploatacji, uwarunkowania prawne i normatywne eksploatacji, organizacje lotnicze; 10 marca: Własności i właściwości eksploatacyjne: niezawodność, gotowość, odpowiedniość, bezpieczeństwo lotów, trwałość, żywotność, podatność eksploatacyjna, część zadaniowa, obliczanie prostych charakterystyk eksploatacyjnych na podstawie danych z eksploatacji; 17 marca: Systemy eksploatacji statków powietrznych: system i proces eksploatacji, modele systemów eksploatacji, efektywność eksploatacji; 24 marca: Procesy degradacyjne i destrukcyjne. Diagnostyka, badanie uszkodzeń, wypadków lotniczych i prototypów; 31 marca: Model utrzymania SP w ciągłej zdatności do lotu. Obsługiwanie i odnowa, eksploatacja SP w czasie lotu; 14 kwietnia: CAME i podsumowanie przed kolokwium. Złożenie opracowań własnych; 21 kwietnia: Kolokwium zaliczeniowe z notatkami; 28 kwietnia: Podsumowanie 8. zajęć audytoryjnych i wprowadzenie do wizyt naukowych w Instytucjach eksploatujących samoloty.

3 24 lutego: Wykład wprowadzający w interdyscyplinarną tematykę eksploatacji statków Latających; WARUNKI ZALICZENIA; bibliografia; 3 marca: Statek latający jako przedmiot eksploatacji, uwarunkowania prawne i normatywne eksploatacji, organizacje lotnicze; 10 marca: Własności i właściwości eksploatacyjne: niezawodność, gotowość, odpowiedniość, bezpieczeństwo lotów, trwałość, żywotność, podatność eksploatacyjna, część zadaniowa, obliczanie prostych charakterystyk eksploatacyjnych na podstawie danych z eksploatacji; 17 marca: Systemy eksploatacji statków powietrznych: system i proces eksploatacji, modele systemów eksploatacji, efektywność eksploatacji; 24 marca: Procesy degradacyjne i destrukcyjne. Diagnostyka, badanie uszkodzeń, wypadków lotniczych i prototypów; 31 marca: Model utrzymania SP w ciągłej zdatności do lotu. Obsługiwanie i odnowa, eksploatacja SP w czasie lotu; 14 kwietnia: CAME i podsumowanie przed kolokwium. Złożenie opracowań własnych; 21 kwietnia: Kolokwium zaliczeniowe z notatkami; 28 kwietnia: Podsumowanie 8. zajęć audytoryjnych i wprowadzenie do wizyt naukowych w Instytucjach eksploatujących samoloty.

4 EKSPLOATACJA Definicja Eksploatacja to zespół celowych działań organizacyjno-technicznych i ekonomicznych ludzi związanych ze SP oraz wzajemne relacje, występujące między nimi od chwili wdrożenia SP do wykorzystywania zgodnie z jego przeznaczeniem, aż do jego likwidacji

5 Eksploatacja SP wymaga dużych środków materiałowych i technicznych Optymalizacja: minimalizacja kosztów przy zapewnieniu wymaganego bezpieczeństwa lotów, niezawodności, gotowości do realizacji zadań, itp. przedsięwzięcia profilaktyczne KATASTROFY I AWARIE zapewnienie wysokiego poziomu niezawodności SP gotowości technicznej SP i całego systemu ESP wzrost bezpieczeństwa lotów, trwałości działaniowej i kalendarzowej SP

6 Utrzymywanie zdatności Definicja Zdatność techniczna SP Stan, w którym statek powietrzny jest zdatny do wykonania zadania lotniczego zgodnie z przeznaczeniem, przy określonym sterowaniu, zasilaniu, możliwych zakłóceniach w wybranej chwili i z wymaganą efektywnością Zdatność SP do lotu Stan, w którym statek powietrzny jest zdolny do realizowania wymaganego zadania zgodnie z przeznaczeniem, przy określonym oddziaływaniu otoczenia po odpowiednim zaopatrzeniu, spełniając warunki odpowiedniości

7 Strategie eksploatacyjne Historycznie według bezpiecznej trwałości (resursy) SAFE LIFE według stanu technicznego ON-CONDITION - z kontrolowaniem parametrów - z kontrolowaniem poziomu niezawodności RCM, ATA MSG3 ciągłego monitorowania stanu technicznego CONDITION MONITORING Elementy główne struktury SSI, MSI

8 ZAPEWNIENIE WYSOKIEGO POZIOMU NIEZAWODNOŚCI W: PROJEKTOWANIU WYTWARZANIU BADANIACH PROTOTYPOWYCH EKSPLOATACJI

9 ANALIZA NIEZAWODNOŚCIOWA Element niezawodnościowy obiekt mający własne charakterystyki niezawodności System niezawodnościowy zbiór elementów połączonych ze sobą, o charakterystyce niezawodnościowej będącej funkcją charakterystyk elementów składowych System złożony - wykonuje się w nim szereg funkcji Model odwzorowanie rzeczywistości przy określonych założeniach i przybliżeniach MODELE Modele oparte o schematy blokowe Modele oparte o procesy Markowa Modele symulacyjne (Monte Carlo) Modele typu drzewo uszkodzeń Modele typu drzewo zdarzeń oznaczenia λ - intensywność uszkodzeń µ - intensywność odnowy

10 Niezawodność opisywana jest przez tzw. charakterystyki niezawodnościowe, które dodatkowo zdefiniowane są poprzez właściwości przypisywane statkom powietrznym nieuszkadzalność (ogólna i operacyjna), odnawialność (podatność: naprawcza, remontowa oraz wymiana i zamiana części lub podzespołów), obsługiwalność, bezpieczność, gotowość, trwałość, efektywność, odpowiedniość

11 CHARAKTERYSTYKI NIEZAWODNOŚCIOWE I WSKAŹNIKI NIEZAWODNOŚCI

12 Niezawodność opisywana jest przez tzw. charakterystyki niezawodnościowe, które dodatkowo zdefiniowane są poprzez właściwości przypisywane statkom powietrznym nieuszkadzalność (ogólna i operacyjna), odnawialność (podatność: naprawcza, remontowa oraz wymiana i zamiana części lub podzespołów), obsługiwalność, bezpieczność, gotowość, trwałość, efektywność, odpowiedniość

13 Funkcyjne wskaźniki niezawodności funkcję zawodności: (dystrybuanta) funkcję niezawodności: funkcję gęstości prawdopodobieństwa: funkcję intensywności: uszkodzeń funkcję wiodącą: (skumulowaną intensywność uszkodzeń) Q(t) P(T R(t) 1- Q(t) f(t) λ(t) Λ(t) dr(t) dt 1 R(t) t 0 t) P(T λ(τ)dτ dr(t) dt t) dq(t) dt

14

15

16

17 Liczbowe wskaźniki niezawodności 1. wartość oczekiwana E[T] - pierwszy moment zwyczajny zmiennej losowej T, którą interpretuje się jako oczekiwany czas pracy do uszkodzenia T 0. TE[T] 0 tf(t)dt R(t wariancja 2 σ 2 Var[T] D gdzie: D[T] dyspersja i odchylenie standardowe. Wariancja określa stopień rozrzutu zmiennej losowej T wokół wartości średniej T 0.

18 Średni czas T poprawnej pracy do chwili wystąpienia uszkodzenia Jest to wartość oczekiwana zmiennej losowej 0 zależnością: TE tft dt, wyrażona Oszacowanie statystyczne tego wskaźnika określa wzór: T 0 1 n n i1 t i gdzie: n liczba badanych obiektów; t i czas, w którym nastąpiło uszkodzenie i-tego obiektu

19 Średni czas poprawnej pracy między dwoma kolejnymi uszkodzeniami Jest to wartość oczekiwana zmiennej losowej, określającej czas pracy między dwoma kolejnymi uszkodzeniami: T E tft dt S Oszacowanie statystyczne tego wskaźnika określa wzór: 1 T n k t ki n k 0 i1 gdzie: n liczba badanych obiektów, z których każdy jest po (k-1)-tej naprawie t ki czas przebywania i-tego obiektu w stanie zdatności od chwili zakończenia (k-1)-tej naprawy do wystąpienia k-tego uszkodzenia. k k

20 Inne liczbowe wskaźniki niezawodności Mediana Me[T] rozkładu zmiennej losowej T to określona wartość t zmiennej losowej która spełnia równanie: R( t) Kwantyl rzędu p (0,1) zmiennej losowej T spełniający równanie: 1 R( t) p 1 2 oda M 0 [T] rozkładu zmiennej losowej T to określona wartość zmiennej losowej, której odpowiada największa wartość funkcji gęstości prawdop. czasu pracy obiektu techn. do uszkodzenia t

21 Trendy zmian wskaźników niezawodności Analiza zmian wartości wskaźników niezawodnościowych pozwala na określenie stanu technicznego SP Dokonujemy jej za pomocą badań eksperymentalnych w rzeczywistych systemach eksploatacji statków powietrznych Wyznaczenie wartości i trendu zmian wskaźników niezawodności opiera się na obliczeniach określonej liczby statków powietrznych z całej populacji, jednak w praktyce do obliczeń przyjmujemy całą populację SP

22 OBIEKTY TECHNICZNE nienaprawialne tj. OT, dla których konstruktor nie przewidział możliwości naprawy albo ich naprawa jest zbyt kosztowna; naprawialne tj. OT, w których po uszkodzeniu istnieje możliwość dokonania napraw oraz dalszej eksploatacji.

23 Niezawodność obiektów technicznych nieodnawialnych (nienaprawialnych) funkcję niezawodności funkcję zawodności (dystrybuantę) funkcję gęstości prawdopodobieństwa funkcję intensywności uszkodzeń funkcję wiodącą

24 Niezawodność obiektów technicznych odnawialnych (naprawialnych).. strumień odnowy funkcja odnowy funkcja niezawodności czas między uszkodzeniami wskaźnik odnowy

25

26 Odnowa SP są OT naprawialnymi, w których wymiana uszkodzonego elementu przywraca zdolność urządzeniu do działania. Przejście OT ze stanu uszkodzenia S do stanu zdatności S nazywa się odnową Proces odnowy urządzeń jest również procesem losowym, który charakteryzuje się następującymi wskaźnikami: prawdopodobieństwo dokonania odnowy w czasie t o : funkcja gęstości prawdopodobieństwa dokonania odnowy: średni czas odnowy: t intensywność odnowy: o 1 T E o o ft Ft t o 0 o ft o t F dt o o f t PT t o F' o o t o gdzie T o czas odnowy OT

27 Wykładnicze prawo niezawodności Zachowanie się OT podczas eksploatacji można przedstawić graficznie (rys. 1) przedstawiając na osi czasu przedziały czasu pracy t d1, t d2,..., t dn oraz przedziały czasu, w których urządzenie pozostaje w naprawie: t a1, t a2,..., t an. Występują tu więc dwa procesy stochastyczne, proces powstawania uszkodzeń i proces usuwania uszkodzeń (odnowy). 1 t d1 t a1 t d2 t a2 t dn-1 t an-1 t 0 Rys. 1. Czas pracy i napraw urządzenia: t d przedział czasu pracy, t a przedział czasu naprawy. Jeżeli uszkodzenia powstają jako zdarzenia dyskretne, pojedyncze i niezależne, to liczba uszkodzeń ma rozkład Poissona, a prawdopodobieństwo pojawienia się m uszkodzeń w przedziale czasu (0, t) oblicza się ze wzoru: m t t, Pmt e m! Niezawodność jako prawdopodobieństwo braku uszkodzeń wyrazi się wówczas wzorem: R t e t

28 Wykładnicze prawo niezawodności c.d. Dystrybuanta prawdopodobieństwa wystąpienia uszkodzenia wyraża zależność: 1e t tq, a funkcję gęstości prawdopodobieństwa wystąpienia uszkodzenia zależność: t e, ft gdzie: intensywność uszkodzeń. Oczekiwaną wartość czasu pracy o rozkładzie wykładniczym wyraża zależność: 1 ET te t dt (t) t 1 t 2 t Rys. 2. Intensywność uszkodzeń typowego OT w funkcji czasu działania Wartość intensywności uszkodzeń w okresie eksploatacji OT na ogół ulega zmianom. Z rysunku 2 wynika, że tylko w przedziale czasu (t 1, t 2 ) jest spełnione wykładnicze prawo niezawodności tj.: (t)= = const.

29 Obliczanie niezawodności układów SP składa się z dużej liczby współpracujących ze sobą elementów, zespołów, podzespołów, agregatów. Niezawodność SP zależy zarówno od parametrów zawodnościowych poszczególnych jej elementów, jak również od wzajemnego powiązania tych elementów w układy funkcjonalne Badania niezawodności układów złożonych można przeprowadzić przez za stosowanie metod opartych na teorii stochastycznych procesów Markowa, metod Monte Carlo lub opierając się na zasadach rachunku prawdopodobieństwa, przy czym metody oparte na teorii procesów Markowa mogą być stosowane do badania układów o stosunkowo niewielkiej liczbie możliwych stanów pracy Parametry niezawodnościowe poszczególnych elementów układu określa się metodami statystycznymi Elementy stanowiące strukturę konstrukcyjną SP mogą tworzyć różne struktury niezawodnościowe, a mianowicie: szeregową, równoległą lub złożoną

30 Struktura niezawodnościowa SP 1 2 m Rt m R t i i1 Struktura szeregowa obiektu złożonego 1 2 m Rt 1 1 Rit m i 1 Struktura równoległa obiektu złożonego

31 LĄDOWANIE Z WYŁĄCZONYM SILNIKIEM POZIOM OPERACYJNY POZIOM SYSTEMOWY POZIOM PRZYCZYNOWY BRAK CIŚNIENIA OLEJU W SILNIKU SILNIK UKŁAD OLEJENIA SILNIKA POMPA OLEJOWA INSTALACJA OLEJOWA NIEDOSTATECZNY WYDATEK PODAWANY PRZEZ POMPĘ BRAK ZASILANIA OLEJEM PĘKNIĘTY PRZEWÓD ZASILANIA POMPY

32 KSZTAŁTOWANIE NIEZAWODNOŚCI

33 Istnieje wiele sposobów oddziaływania na niezawodność systemów Ogólnie daje się wyróżnić: oddziaływanie na elementy oddziaływanie na strukturę niezawodnościową oddziaływanie na elementy i na strukturę niezawodnościową łącznie

34 realizacja Optymalizacja struktur niezawodnościowych kształtowanie poprzez zastosowanie metod optymalizacyjnych, nadmiarowych i rezerwowania z uwzględnieniem problemu granicznych funkcji niezawodnościowych i problemów ekonomicznych Nadmiarowa (redundacyjna) struktura niezawodnościowa systemu to każda taka struktura niezawodnościowa, w której istnieją co najmniej dwie różne realizacje wektora stanów niezawodnościowych elementów, przy których system jest zdatny Szczególną postacią nadmiarowości jest rezerwowanie, czyli zwielokrotnianie liczby elementów lub funkcji

35 Rodzaje nadmiarów: Nadmiarowa struktura niezawodnościowa statku powietrznego - strukturalny - funkcjonalny - informacyjny - czasowy - wytrzymałościowy - parametryczny

36

37 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ