Содержание к диссертации
Условные сокращения и обозначения 4
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава Г. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРЕДМЕТА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 11
1.1 Современное состояние проблемы надежности СЭУ 11
1.2 Модели отказов элементов 18
1.3 Постановка задачи исследований 22
Глава П. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ОТКАЗОВ ДЛЯ АНАЛИЗА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ СЭУ 24
2.1 Анализ основных типов распределений показателей надежности 24
2.2 Исследование возможности использования композиций распределений для определения характеристик надежности систем СЭУ 73
2.3 Выводы 113
Глава III. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СБОРА ДАННЫХ ОБ ОТКАЗАХ 115
3.1 Характеристика объектов исследований 115
3.2 Теоретическое обоснование и разработка методики сбора данных об отказах 141
3.3 Основные результаты наблюдений об отказах 148
3.4 Выводы .172
Глава IV. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ОБ ОТКАЗАХ 173
4.1 Оценка принадлежности частных выборок данных об отказах систем к одной генеральной совокупности 173
4.2 Обоснование моделей отказов судовых систем 196
4.2.1 Установление модели наработки на отказ 198
4.2.2 Установление модели наработки между отказами 214
4.3 Выводы 243
Глава V. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 246
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 259
ЛИТЕРАТУРА 2
Введение к работе
Характерной чертой развития современного общества являются все ускоряющиеся темпы научно-технического прогресса, связанные с ростом показателей мощности, скорости, точности и других важнейших свойств современных технических устройств, сооружений и систем. Для повышения эффективности их использования большое значение имеет совершенствование теоретических и практических методов иследования надежности. Только на основе анализа надежности можно разработать мероприятия по повышению долговечности и безотказности деталей и узлов, обосновать межремонтные периоды, нормативы расхода сменно-запасных частей и объема ремонтов, оценить уровень безотказности изделий, сформулировать требования по надежности применительно к заданным условиям эксплуатации.
Сложная структура судовых энергетических установок (СЭУ) и автономных технических систем судна, и еще большее усложнение степени автоматизации их обслуживания, а также связанная с этим редукция обслуживающего персонала, требуют наличия достоверной информации о появлении возможных отказов и периода безаварийной работы судна. Необходимость получения таких данных связана с планированием ремонтов элементов СЭУ, наличием или доставке на судно, которое может находиться в любой точке земного шара, относительно дорогих запасных частей. Для технического персонала, занимающегося эксплутациеи энергетических систем, особое место, с точки зрения возможных расходов на аварийный ремонт, занимает определение „слабых звеньев" в энергооборудовании. Достоверная информация о его состоянии позволит производить профилактическое обслуживание оборудования на основании экономически и технически оправданных критериев. Одним из основных факторов, связанных с рассматриваемой тематикой, является безопасная эксплуатация судна.
Основной чертой теории надежности технических объектов, а в данном случае систем СЭУ, является использование для их анализа теории вероятности и математической статистики. Данные о работе СЭУ характеризуются относительно малыми совокупностями с длительным сроком службы, поэтому сопоставление показателей, характеризующих так называемую вероятностно-статистическую надежность, использующую теорию вероятности и математическую статистику, и физическую надежность, связанную с физико-химическими процессами отказов, может позволить более полнее оценить надежность СЭУ и характер ее изменения в течение достаточно длительного периода эксплуатации.
Определенные трудности при оценке надежности СЭУ е целом, или некоторых ее подсистем, связаны прежде всего с тем, что не всегда имеются соответствующие по величине совокупности подобных объектов, работающих в сходных условиях эксплуатации, надежность которых могла бы быть исследована с соблюдением условий проведения статистической обработки данных. Отсюда возникает необходимость разработки методов оценки возможности объединения малых выборок на основе принадлежности данных об отказах различных систем СЭУ к одной генеральной совокупности с целью последующей оценки и прогнозирования показателей надежности.
Актуальность задачи, комплексно представленной в работе, связана с решением важной народно-хозяйственной задачи повышения надежности сложных технических систем {в данном случае систем СЭУ) и разработкой теоретических положений, позволяющих получить достоверные данные о их возмож-ных отказах, планировании ремонтов и комплектации запасными частями.
Работа велась в соответствии с основными направлениями научных исследований Департамента Развития Науки (1993г.) и Секции Основ Эксплуатации (1997г.) Польской Академии Наук и представляет собой результат исследований, выполненных в соответствии с решением Комитета Научных Исследований Польской Академии Наук о проведении научно-исследовательского проекта № 9Т12С07710 Исследование отказов сложных техни ческих систем на примере судовых энергетических установок, в котором автор являлся ответственным исполнителем и научным руководителем. Основной целью работы является разработка достоверных математических моделей отказов систем СЭУ на основании теоретических исследований и информации о надежности их элементов.
Анализ современного состояния проблемы надежности эксплуатации систем СЭУ предопределил разработку методики сбора информации об отказах, исследовании возможности использования основных типов распределений и их композиций для определения характеристик надежности и определении моделей наработки на отказ и между отказами судовых систем.
Наиболее существенными новыми научными положениями и результатами, полученными при реализации программы исследований, являются следующие:
- разработан способ организации сбора и представления информации об отказах во время рейса, позволяющий простыми и достоверными методами получить в короткий срок достаточное количество данных;
- разработана методика обработки данных об отказах с целью определения возможности считать их выборкой из одной генеральной совокупности;
- разработана методика определения принадлежности данных об отказах однотипных систем установки к той же самой генеральной совокупности;
- впервые разработано представление отказов в работе отдельных систем композициями распределений;
- разработаны основы для разработки вероятностной модели сложной технической системы с переменной функциональной структурой;
- определены условия использования критерия Крускаля-Валлиса для проверки гипотезы о принадлежности данных об отказах элементов судовых систем к одной генеральной совокупности;
- определены условия использования критерия Колмогорова-Смирнова для установления соответствия эмпирических распределений моментов и интервалов времени наступления отказов в энергетической системе судна с выбранными теоретическими распределениями;
- определены вероятностные распределения отказов сложных технических систем (в данном случае оборудования судовых энергетических установок) на основе составляющих их элементов; - разраоотаны вероятностные модели технических систем с переменными функциональной структурой и структурой надежности (какими и являются судовые энергетические системы);
- проведены аналитические исследования - определения принадлежности отдельных систем к одной генеральной совокупности при помощи критерия Крускаля-Валлиса; - определения соответствия эмпирических распределений моментов времени наступления отказов и интервалов времени между очередными отказами при помощи критерия Колмогорова-Смирнова;
- подтверждена основаная гипотеза диссертации - для преобладающего количества судовых энергетических систем отсутствуют основания для отвержения гипотезы о том, что данные о моментах времени наступления отказов и данные об интервалах времени между очередными отказами относятся к той же самой генеральной совокупности, а моделью распределения могут быть некоторые теоретические.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
- разработана и реализована методика сбора и представления достовер-ной информации об отказах систем СЭУ;
- разработана методика и алгоритм обработки экспериментальных дан-ных об отказах сложных технических систем (СЭУ);
- предложены теоретически обоснованные модели отказов систем СЭУ, позволяющие прогнозировать техническое состояние судовых систем во время рейса;
- результаты исследований используются при эксплуатации судов и решении ряда вопросов, связанных с подготовкой к ремонтам систем СЭУ на предприятиях Катерпиллер, Веритас, Судоремонтной верфи Свиноустье, а также на курсах повышения квалификации судоме-хаников СДКО в Щецине о чем свидетельствуют соответствующие документы.
- подготовлена и издана монография Вопросы безошетности судовых энергетических установок (1996, серия Studia, издат. WSM, Щецин), которая широко используются в учебном процессе высших морских учебных заведений Польской Республики. В первой главе диссертации приведен анализ современного состояния предмета исследований и обзор литературных источников, что позволило сформулировать постановку задачи и цель исследований.
Теоретическим исследованиям по разработке математических моделей отказов систем СЭУ посвящена вторая глава работы. Представлен анализ смешивания основных типов распределений показателей надежности сложных технических систем, какими являются системы СЭУ, поскольку ни одно из известных теоретических распределений не описывает с достаточной точностью распределение наработки до отказа объекта из-за накладывания потоков отказов составляющих их элементов, имеющих различные вероятностные характеристики. Представлена возможность использования композиций распределений для определения характеристик надежности систем СЭУ.
В третьей главе представлена методика сбора данных об отказах элементов систем СЭУ, являющаяся основой для получения достоверных данных с целью последующего определения метода оценки возможного представления их выборками из одной соответствующей генеральной совокупности.
Методика обработки данных об отказах систем СЭУ, в частности установление моделей наработки до отказа и наработки между отказами элементов систем, приведена в четвертой главе. Проведена проверка гипотезы (на основании критерия суммы рангов Крускаля-Валлиса) о принадлежности данных об отказах для десяти случайно выбранных судов к одной генеральной совокупности, что позволило определить общие характеристики надежности для отдельных систем на основании данных экспериментальных исследований. Предложены математические модели распределений наработки до отказа и между очередными отказами элементов систем, при использовании характера статистических данных, на основании известных законов распределений. Проверка на адекватность проводилась при использовании критерия соответствия Колмогорова-Смирнова в программном пакете STATGRAPHICS,
Пятая глава диссертации посвящена прогнозированию надежности систем СЭУ.
В заключении представлены основные разультаты исследований и выводы.
