Niezawodność i diagnostyka systemów dr inż. Jacek Jarnicki doc. PWr. Instytut Cybernetyki Technicznej Politechniki Wrocławskiej p. 226 C3 tel. 320-28 28-2323 email jacek@ict.pwr.wroc.pl www.zsk.ict.pwr.wroc.pl 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 2 Niezawodność (Reliability) - zdatność obiektu do spełniania postawionych mu wymagań w określonych warunkach użytkowania. Ilościowe i jakościowe określanie niezawodności. Rola metod probabilistycznych w dziedzinie niezawodności. dr inż. Jacek Jarnicki 3 2. Matematyczna teoria niezawodności parę faktów z historii lata 40-te wiele wypadków podczas prób i eksploatacji niemieckich rakiet V-1 V 1 i V-2V wczesne lata 50-te - liczne wypadki rakiet testowanych przez armię USA 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 G-ALYZ 6012 0/8 + 0/35 Rome, 2 03 Mar 53 A CF-CUNCUN 6014 Canadian Pacific 5/5 + 6/6 Karachi, Pakistan 3 02 May 53 G-ALYV 6008 6/6 + 37/37 Calcutta, India 4 25 Jun 53 A F-BGSC 6019 UAT 0/7 + 0/10 Dakar, Senegal 5 10 Jan 54 G-ALYP 6003 6/6 + 29/29 Elba, 6 08 Apr 54 G-ALYY 6011 South African Airways 7/7 + 14/14 Stromboli, 7 27 Aug 59 LV-AHP 6411 1/6 + 1/44 Asuncion, Paraguay 8 20 Feb 60 LV-AHO 6410 0/6 + 0/0 Buenos Aires, Argentinia Comet Mk1 9 10 23 Nov 61 21 Dec 61 B LV-AHR G-ARJM 6430 6456 British European Airways 12/12 + 40/40 7/7 + 20/27 Sao Paulo, Brazil Ankara, Turkey dr inż. Jacek Jarnicki 5 razem było ich 20 dr inż. Jacek Jarnicki 6 Początek lat 50-tych - podjęcie prac nad konstrukcją samolotu Boeing 707 (Boeing( Scientific Research Laboratory, Seattle) Zygmunt William Birnbaum (1903-2000) 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) Boeing 707 dr inż. Jacek Jarnicki 7 W 1961 roku opublikował pracę Multi-componenet systems and their structures and their reliability, która zapoczatkowała matematyczną teorię niezawodności dr inż. Jacek Jarnicki 8 2
3. Współczesna teoria i praktyka niezawodności dziedziny zainteresowania 3.1. Określanie czasu życia elementów (Life testing) element najmniejszy, niepodzielny obiekt na przyjętym poziomie rozważań 0 czas życia e uszkodzenie dr inż. Jacek Jarnicki 9 model elementu czas życia opisywany jest jako dodatnia zmienna losowa ciągła cel analizy określenie rozkładu czasu życia lub jego parametrów (np. wartości średniej) metody badania niezawodnościowe (eksperyment), mające na celu zebranie danych o uszkodzeniach elementu oraz analiza statystyczna wykonywana dla przedstawienia wyników badań w języku probabilistyki problemy trudności w uzyskaniu wystarczającej ilości danych dla wykonania analizy statystycznej dr inż. Jacek Jarnicki 10 3.2. Analiza niezawodności systemów (System reliability) system zbiór elementów i powiązań pomiędzy nimi Przykład: system szeregowy e 1 system szeregowy (reprezentacja graficzna) Warunek sprawności systemu: System szeregowy jest sprawny, gdy są sprawne wszystkie wchodzące w jego skład elementy. e i e n model systemu modele elementów i warunek sprawności systemu cel analizy określenie niezawodności systemu na podstawie danych o niezawodności jego elementów składowych, bez konieczności przeprowadzania badań systemu (np. przed jego wyprodukowaniem) problemy trudności wynikające z niedostatków metod analitycznych i złożoności analizowanych systemów Istnieje wiele metod opisu i algorytmów obliczeniowych stosowanych dla wyznaczania niezawodności systemów. Przykładem jest metodologia stosowana w normie MIL 271,, (Departament Obrony USA) umożliwiająca analizę niezawodności urządzeń elektronicznych. dr inż. Jacek Jarnicki 11 dr inż. Jacek Jarnicki 12 3
3.3. Projektowanie z uwzględnieniem niezawodności (Design( for reliability) zdefiniowanie problemu określenie wymagań co do niezawodności projektowanego obiektu, zdefiniowanie roli niezawodności w stosunku do innych wymogów stawianych obiektowi 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 13 3.4. Obsługiwanie i niezawodność (Maintainance and reliability) badanie stanu obiektu czynności mające na celu zebranie informacji o tym, czy obiekt jako całość jest zdatny do działania lokalizacja uszkodzeń w przypadku stwierdzenia uszkodzeń, określenie miejsc gdzie one występują usuwanie uszkodzeń organizacja procesu napraw i samo ich wykonanie prognozowanie przewidywanie zachowania się obiektu w przyszłości profilaktyka działania uprzedzające mające na celu podwyższenie niezawodności dr inż. Jacek Jarnicki 14 3.5. Fizyka uszkodzeń (Phisics( of failure) 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 ). Przykład: model Arrheniusa τ - czas życia elementu T - temperatura k, A, E - stałe τ = Aexp E kt dr inż. Jacek Jarnicki 15 3.6. Badania przyspieszone (Accelerated Testing) 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. dr inż. Jacek Jarnicki 16 4
4. Program wykładu krótkie omówienie prezentowanych zagadnień 2. Podstawy rachunku prawdopodobieństwa 3. Niezawodność elementu nienaprawialnego 4. Praktyka określania niezawodności elementu nienaprawialnego 5. Systemy nienaprawialne 6. Wprowadzenie do teorii procesów stochastycznych, element naprawialny, system naprawialny 7. Generatory liczb pseudolosowych 8. Podstawy symulacji komputerowej procesów losowych 9. Kolokwium (test wyboru) 10. Programy do obliczania niezawodności dr inż. Jacek Jarnicki 17 dr inż. Jacek Jarnicki 18 5