Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Оценка надежности электроинструмента с использованием размеченного графа состояний

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 622873.01.99
Головин, В.И. Оценка надежности электроинструмента с использованием размеченного графа состояний [Электронный ресурс] / В.И. Головин // Оптимизация производственных процессов. - Севастополь, 2006. - 7 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/520187 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

Министерство образования и науки Украины Севастопольский национальный технический университет






9





                Оптимизация производственных процессов













            Севастополь 2006

СОДЕРЖАНИЕ

Бохонский А. И., Варминская НИ Принцип действия как критерий синтеза оптимального управления переносным движением упругих объектов.......................................... 3
Новоселов К).К., Куля В.И. Интеллектуальная система оперативного управления для технологических систем ГПС................7
Скатков А.В.. Сосновский Ю.В. Оптимальная аппроксимация одноканальных систем обработки и передачи данных.............15
Конева С.А. Анализ точности системы управления с распределенными параметрами при детерминированных, возмущениях.......23
Кирющенко И. Г. Технология проведения потенциометрических измерений....................................................31
Пекарев Г.В., Раков А.И. Оптимизация технологических характеристик трубоукладочных судов методом релаксаций..............40
Кирилович В.А., Шдтиченко О.В. Склад математичноТ модел! гнучких виробничих KOMipoK для задач! автоматизованого планування обладнання........................................46
Кирилович В.А., Черепанська 1.Ю. Формализований опис оркптую-чих pyxis об'екпв роботизованих'механоскладалыгих виробництв.53
Гогунский В.Д., Оборская А.Г. Тонконогий В.М. Оптимизация управления рекламными проектами............................. 59
Чепепдюк Н.Н. Математическая модель бесщеточного синхронного генератора с параметрической стабилизацией напряжения.....65
Карташов Л.Е., Копп В.Я., Балакин А.И., Чуб О.П. Имитационная модель гибких автоматизированных линий с обратными связями...71
Бойко Е.Г Определение оптимального периода контроля по наработке параметрических отказов автоматизированной системы.....78
Волков СП., Круговой А Н., Волошина Е.А. Вибрационные испытания при оценке надежности печатных плат....................84
Мазепов В.Г, Мазепов СВ Оптимальный метод определения загрузки генераторов судовой электростанции морских самоходных плавучих кранов.......................................89
Копп В.Я., Балакин А.И., Скидан А. А., Коноваленко А.В. Энтропийный подход к анализу двухкоординатных измерений...........92
Маляр М.М. Багатокритер!альна задача оптимального вибору у нечутких множинах............................................98
Заморенова Д.В., Копп В.Я. Обжерин Ю.Е., Заморенов М.В. Производительность трехфазной синхронной автоматизированной линии со свободным циклом работы.....................105
Мешков В.В. Исследование устойчивости распределенной системы с дополнительным контуром стабилизации качества........117

241..

\оновалов В.П. Оптимизация динамики и управления судном.......121
ахаров В.В., Агранович ГА. О некоторых аспектах алгоритмиза   ции численного интегрирования уравнений Дункана и Риккати...125
Головин В. И. Оценка надежности электроинструмента с использованием размеченного графа состояний.......................133
Шевченко В. И. Оптимизация управления обработкой информационных потоков в распределенной вычислительной системе.....139
Балакирева И.А., Скатков А В. Определение параметров управления с учетом скорости переналадок при многономенклатурном производстве.......................................  149
Канов Л.Н. Оптимизация режима синхронного генератора на основе метода схемного моделирования..........................156
Песчанский А.И., Пргсходько Р.А. Полумарковская модель многокомпонентной последовательной технологической системы с учетом глубины календарного технического обслуживания.......162
Скороход Б.А. Поведение рекуррентного метода наименьших квадратов оценки параметров линейной регрессии при малых временах обработки..........................................175
7'роценко А.В., Шевченко С.Г Исследование динамических характеристик установки для гидростатических испытаний жидкостных сейсмоакустических преобразователей.................179
Троценко А.В., Шевченко С.Г. Исследование взаимосвязи технических характеристик установки для гидростатических испытаний с параметрами воспроизводимых сигналов................186
Редин М.И. Оптимизация геометрических параметров конического спирального облучателя для сферических антенн............191
Немецко А. В., Никитин М.М. Оптимизация контроля измерения рабочих параметров судового дизеля..........................199
Филипович О.В. Оптимизация параметров накопителей конвейерных гибких автоматизированных линий при ограничениях на максимально допустимую тяговую нагрузку конвейеров.......207
Новиков П.А., Канареев Ф.Н. Площадь среза при нарезании внут   ренних резьб (М2...Мб) с учетом технологической наследственности...................................................214
Поливцев В.П., Поливцев В.В. Исследование динамических характеристик преобразователя «газ - воздух» для процесса получения сжатого воздуха.......................................219
Беляева Л.Л. Исследование цифровой системы автоматического управления на ЭВМ на основе построения областей устойчивости и качества..............•.............................226
Истомин В.И. Оптимизация режимов работы насосов систем очистки нефтесодержащих вод.............\...................235

Л

   ал,ая,ас,ап соответственно. Легко показать, что тогда относительно* снижение вычислительных затрат при вычислении правой части уравнения' Дункана по сравнению с алгоритмом на основе матричной операции у^.. ножения составит величину (ал+2ас)/3. Очевидно, что относительное снижение вычислительных затрат всегда будет не меньше, чем 2ас/з : При этом для большинства приложений выполняется соотношение ас » аА . В этом случае, относительное снижение вычислительных затрат для уравнения Дункана будет значительно превышать величину ал.
     Дня уравнений Риккати наблюдателя и регулятора при аналитическом представлении матриц Qt (/) и R., (t) относительное снижение вычислительных затрат составит величины (ал4-ао)/4 и (otл + 2aD + ав)/6 со4^ ответственно. Иначе, даже при обращении лхл-матрицы Q.(/) и т х т - матрицы Н,Д/) на основе предложенного в [4] эффективного •• LU алгоритма, относительное снижение вычислительных затрат составит . уже меньшие величины (ал+ао)/(л+ 4) и (ал + 2ао +ая)/(ш + 6) соот<!/ ветственно. Очевидно, что в этом случае относительное снижение вычис-, ' лительных затрат для уравнений Риккати наблюдателя и регулятора будет ■ тем меньше, чем больше п и т .
     Так как вычислительные затраты при реализации алгоритма численного интегрирования уравнений Дункана и Риккати в основном обусловлены именно затратами на вычисление их правых частей, приведённые оценки справедливы и для реализации в целом алгоритмов их численного интегрирования.
     Очевидно, что в процессе вычисления матричных произведений QWDrWQj'(/)D(/)Q(() и P(/)H(/)R;'b'(/)P(/) уравнений Риккати .. вычисляются и сами матричные коэффициенты усиления Q (/) D⁷ (/)QZ’(/) и R,/Bf(/)P(Z) [3] оптимальных линейного наблюдЗ’ геля и линейного регулятора соответственно. Поэтому приведённые оценки снижения вычислительных затрат при реализации предлагаемого мето-да в полной мере справедливы и для реализации в целом алгоритмов оптимальных линейных наблюдателя и регулятора.
     Очевидно, что предложенный метод эффективной алгоритмизации численного интегрирования обоих вариантов матричного дифференциального уравнения Риккати применим и для алгоритмизации численного решений соответствующих алгебраических уравнений Риккати [3], т.е. и для опреД⁶' , ления установившихся решений дифференциальных уравнений Риккати.
     Рассмотренные же аспекты эффективной алгоритмизации численного интегрирования уравнения Дункана в такой же мерс актуальны и ЛЛЯ

в

133

Жеаризованных В гаУСС⁰ВСК⁰М и в негауссовском приближении [3] аналогов П'^авнения Дункана, соответствующих нелинейной непрерывной стохасти-/ ческой модели состояния. Однако, в нелинейном случае метод, предло-Ж$йный для уравнения Дункана, предполагает необходимость его обобще-Поэтому очевидно, что рассмотрение аналогичных аспектов алгорит-низании для линеаризованных уравнений вероятностных моментов нелинейной модели состояния представляется естественным продолжением вЫ пол не н них исс л е до в а и и й.
К’ Дальнейшие исследования будут направлены на рассмотрение аналогичных аспектов эффективной алгоритмизации и для матричных уравнений вероятностных моментов второго порядка стохастической нелинейной Г дискретной системы.


  / Библиографический список
fc. 1 Рей У. Методы управления технологическими процессами / У. Рей. — М.: Мир. 1983.    368 с.
      2.       Хофер Э. Численные методы оптимизации / Э. Хофер, Р. Лундсрнггедт. — №м;: Машиностроение, 1981. — 192 с.
      3.       Квакернаак X. Линейные оптимальные системы управления / X. Квакериа-|Ьк, Р. Сиван. — М.: Мир, 1977. — 650 с.
      4.       Тришкин С.А. Об одном эффективном HJ-алгоритме обращения матрицы „1СА. Тришкин, В.В. Захаров// Системы автоматики и автоматическое управление: Материалы науч - техн, конф.: В 2х г., Севастополь, 17-18 мая 2006 г. — Севастополь, 2006. — T.2. — С.46 - 49.
Ж'-               '
  Посту пила в редакцию 15.1 /. 2006 г.



  УДК 631.520
  В.И. Головин, ассистент
у Севастопольский национальный технический университет,
Ш.^тудгородок, г. Севастополь, Украина, 99053
С E-mail. vig220@mail.ru

        ОЦЕНКА надежности электроинструмента
        с использованием размеченного графа состояний


      Рассматриваются методы оценки надежности электроинструмента. При , *пом используется размеченный граф состояний, построенный для электромашин ; Св€Гпильного и ударного действия, производимых заводом «Фиолент». Для построчного графа составлена система уравнений финальных вероятностей. Проведен •с^ализ статистических данных, представленных заводом-изготовителем. Пред-^ЗзПавлвны расчеты параметров потоков отказов и восстановлений на основе раз-'¹ Мотанного алгоритма

Тй

•»
     Целью статьи является исследование надежности функционирования систем электроинструмента. Эксплуатационная надежность обусловлена высокой безотказностью узлов электроинструмента и возможностью их⁷ восстановления в случае отказа. На стадиях проектирования анализ безо?, казности позволяет выбрать из числа возможных вариантов системы наиболее надежный (при обеспечении других показателей в заданных пределах). Такой анализ может быть выполнен описанием функционирования системы моделями случайных процессов. Наиболее приемлемым и про-стым математическим аппаратом в данном случае можно считать однород. ныс цепи Маркова.
     Для анализа случайных процессов отказов функционирования систем электроинструмента составим граф состояний сверлильных машин различных модификаций, выпускаемых заводом «Фиолент» (рисунок 1). Элек-_ троинструмент может находиться в исправном состоянии - Sₒ, а также в состояниях, вызванных отказами его систем: Si - отказ (ремонт) привода; S₂ - отказ (замена) инструмента; S3 - отказ (замена) корпуса; S₄ - отказ (ре- ;

монт, замена) патрона; $₅ - отказ (ремонт) электрооборудования.

Рисунок 1 - Граф состояний электроинструмента с учетом отказов функционирования его подсистем
     Вероятность нахождения инструмента в каждом из вышеуказанных состояний обозначим соответственно Ро, Pₕ Р₂, Рз, Р^ Р$. Состояние инструмента определяется совокупностью уравнений финальных вероятностей: ;.

                             + х₂ + х₃ + х,₄ + х₅) - р} • Ц] + р₂ -ц₂ +•••■*■ Л 'Hsi ы ’ Mi ⁼ Л)' 1


                                                                                /5 ‘ В 5 — ^0 '^5
Mg

■‘4
■ад

?!

     Система (1) решается с помощью условия нормировки: сумма все* вероятностей равна единице. В уравнениях интенсивности Л характерна* ют входящий поток - ноток отказов; интенсивности ц - выходящий по?⁰* - ноток восстановлений.

     Из (I) определяем предельные вероятности:

н





Р.= 1+ )

/ ₊
Ml /М2 /Из /Р4

(2)

К



             р -р Уь/
              ⁵  ⁰ /р₅

„ч. Решение полученной системы уравнении позволяет выявить наименее надежную подсистему электроинструмента. Каждую из выделенных подсистем можно рассматривать поэлементно. Так, например, подсистема привода электроинструмента состоит из грех элементов: установочная подшипник, вал (рисунок 2).

Подшипник
S12

Bia

Mu

Плита S„

Рабочее состояние привода $10

Вал
S13

Mu





Рисунок 2 - Граф состояний прдсистемы привода
     Исследование параметров потоков отказов функционирования узлов







конкретных моделей электроинструмента в установившихся режимах ра-| боты проводилось по результатам реальных статистических данных, собранных в испытательных и сервисных центрах завода «Фиолент».







Кнопка

Щетка

Пружина S52

Обойма 'Sm

J >*»

Рисунок 3 -Граф состояний подсистемы электрооборудования

Якорь Ss»

Статор $5?

Конденсатор $w

Провод армированный Ssi

Рабочее состояние электрооборудования (30) $50

Регулятор электронный Sse

'                        - Я

     В результате было определено время между двумя отказами Tᵢ встствующих систем электроинструмента, а также среднее время восстань лений (замены, ремонта и т.д.) Те, узлов вышедшей из строя подсистемы
    Получены интенсивности потоков отказов Х₍- - \/т: и восстановлен


    Указанные значения подставляем в уравнения вероятностей (2) и под¹! считываем вероятность безотказной работы электроинструмента Ро, атак. ' же вероятности соответствующих отказов Р\...Р₅.
                    Для проведения вычислений составлен и реализован алгоритм, изображенный на рисунке 4.
                    Он является универсал ьн средством для выявления уязвимых подсистем электроинструмента и для последующего поэлементного^ рассмотрения найденной подси мы. Составляется система финаль-ных вероятностей и повторяете процесс нахождения наименее на- ( дежного узла данной подсистемы.
    Результатом выполнения этой

Рисунок 4 - Блок-схема алгоритма расиста финальных вероятностей состояний электроинструмета с учетом отказов элементов системы

операции уязвимого

  является выявлен... узла подсистему. Предлагаются методы изменения надежности этого элемента путем увеличения его безотказности либо

уменьшения                времени^
восста новления.  Следовательно» д
изменяются параметры элемента подсистемы и системы н целом.
     Проводится пересчет систем#.;Я для выяснения новых критически* д мест. Данная процедура повторяется до тех пор, пока будет достигнут необходимы уровень надежности всего изделия-

I

Ваблина । - Исходные данные для расчета надежности систем

   Под-     Наработка   Интенсив-      Среднее      Интенсив-  
  система   на отказ, ность отказа, время восст., ность восст.,
               Ъ,ч        х,л-'        Гсг(-,ч    М,           
^"Привод    102,4        0,0098         1,03          0,97     
'Инструмент    8,1        0,12          0,05           20      
Корпус        352,7      0,0028         0,82      1,2          
Патрон        211,8      0,0047         1,24          0,81     
ZZ-32__1      18,9        0,053         0,95           1,1     

Таблица 2 - Результаты расчетов надежности подсистем

       Подсистема         Показатель надежности
Безотказная работа (5'0)          0,93         
Отказ Привод (Sj)                0,0094        
      Инструмент (52)            0,0057        
      Корпус (53)                0,0022        
      I Татрон (5J               0,0054        
      ЭО(Х5)                      0,047        

Из результатов моделирования можно отметить, что наименее

»•





к

.надежной из подсистем является электрооборудование (ЭО). Определим ^поэлементно надежность данной подсистемы, используя размеченный граф ’-"состояний ЭО (рисунок 3). Для этого используем разработанный ранее ; алгоритм. Исходные данные для расчетов представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Исходные данные для расчета надежности подсистемы

                                        Среднее             
             Наработка на   Интенсив-    время   Интенсив-  
Подсистема   отказ, 7’-,ч ность отказа, восст., ность восст,
|ж):                                    7в(-,ч              
Шровод          112,3         0,009     0,36        2.8     
' ..Пружина      74,9         0,013     0,54        1,9     
.Обойма         147,4         0,007     0,58        1.7     
.Щетка           16,2     0,062 ‘       0,89         U      
■, ..Кнопка  48,2             0,021     0,75        1,3     
-Регулятор       12,1         0,083     1,52        0,66    
.Статор          95,8         0,010     2,41        0,41    
-Якорь           33,7         0,030                 0,47    
-Конденсатор    146,6        0,007..    _           0,75    
                                        1,33                

      Полученные результаты исследования надежности подсистемы элек-' Дооборудования представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты расчетов надежности элементов

       Подсистема         Вероятность, Р
Безотказная работа (S$o)       0,76     
Отказ Провод (Зя)             0,002     
      Пружина (S’52)          0,005     
      Обойма (S53)            0,002     
      Щетка (S54)             0,041     
      Кнопка (555)            0,013     
      Регулятор (55б)         0,096     
      Статор (S57)            0,019     
      Якорь (Sjg)             0,046     
      Конденсатор (S59)       0,007     

     В результате расчетов наименее надежным элементом является регулятор электронный (S’go). Для повышения надежности данного узла можно предложить несколько вариантов. Повысить безотказность узла, произвести замену данного устройства более падежным (от другого производителя), либо провести усовершенствование параметров, имеющегося устройства (таблица 5). В некоторых случаях это может повысить себестоимость продукта.


Таблица 5 Показатель надежности узла, замененного на более качественный

   Подсистема             М’1   Тв-,ч        Р56  
Регуля тор (556)  21,3   0,047  1,52  0,66  0,067 
                 (12,1) (0,083)            (0,096)

     Возможно также уменьшить среднее время восстановления за счет применения соединительных клемм вместо пайки контактов, что несколько увеличит скорость монтажа и демонтажа, но этот метод может привести к уменьшению безотказности регулятора (таблица 6).


Таблица 6 - Показатель надежности узла при использовании соединительных клемм

   Подсистема                    7в,,ч       1    />56    
                   10,4   0,096   0,92    Ы       0,081   
PciyjIHTOp (Л'56) (12,1) (0,083) (1,52) (0,66) ’ (О,О96Х__

     Разработанный метод анализа надежности функционирования систем электроинструмента позволяет выявить наименее надежные подсистемы и элементы этих подсистем, которые влияют на общую эксплуатанионну¹⁰ надежность системы. Разработанный алгоритм анализа надежности системы работает на основе данных, полученных в ходе испытательных работ, а также статистических данных сервисных центров завода-производителя-