Структурные модели технических систем

11.1 Понятие технической системы и ее структуры

Большинство технических систем являются сложными системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов, систем управления и т.п.

Под сложной системой понимается объект, предназначенный для выполнения заданных функций, который может быть расчленен на элементы (компоненты), каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элементами системы. В зависимости от условий решаемой задачи один и тот же объект может рассматриваться или как элемент, или как система.

Каждый элемент выполняет одну или несколько определенных функций. При эксплуатации вследствие различных причин (износа, коррозии, перегрузки, влияния внешних воздействий) элемент частично или полностью теряет свою работоспособность, что приводит к невыполнению соответствующих функций, снижает эффективность функционирования объекта, создает условия, благоприятствующие возникновению аварий, или непосредственно их вызывает.

Например, типичные элементы аппарата с мешалкой (реактора, промывателя) – корпус, перемешивающее устройство, электродвигатель привода мешалки, входной и выходной патрубки. Для рекуперативного теплообменника – это кожух, трубки, входной и выходной патрубки, насосы для прокачки жидкости.

Под словом «элемент» следует понимать не только неразложимую часть системы, но и любое устройство, блок, надежность которого изучается независимо от надежности составляющих его частей.

Система (подсистема, элемент) имеет входы и выходы.

Входом называется дискретное или непрерывное множество «контактов», через которые воздействие среды передается системе. Выход – множество контактов, через которые система воздействует на среду. Любой элемент системы имеет по крайней мере один выход и один вход. Воздействие может состоять в передаче вещества, энергии, информации или комбинации этих компонентов. Таким образом, система – не множество подсистем, а целостный объект, допускающий различные членения на подсистемы (быть может, даже бесконечное число членений). Поэтому система не тождественна никаким ее членениям.

С позиций надежности сложная система обладает как отрицательными, так и положительными свойствами.

Факторы, отрицательно влияющие на надежность сложных систем, следующие:

- во-первых, это большое число элементов, отказ каждого из которых может привести к отказу всей системы;

- во-вторых, оценить работоспособность сложных систем весьма затруднительно с точки зрения статистических данных, т.к. они часто являются уникальными или имеются в небольших количествах;

- в-третьих, даже у систем одинакового предназначения каждый экземпляр имеет свои незначительные вариации свойств отдельных элементов, что сказывается на выходных параметрах системы. Чем сложнее система, тем большими индивидуальными особенностями она обладает.

Однако сложные системы обладают и такими свойствами, которые положительно влияют на их надежность:

- во-первых, сложным системам свойственна самоорганизация, саморегулирование или самоприспособление, когда система способна найти наиболее устойчивое для своего функционирования состояние;

- во-вторых, для сложной системы часто возможно восстановление работоспособности по частям, без прекращения ее функционирования;

- в-третьих, не все элементы системы одинаково влияют на надежность сложной системы.

Анализ работоспособности сложной системы связан с изучением ее структуры и тех взаимосвязей, которые определяют ее надежное функционирование.

При анализе надежности сложных систем их разбивают на элементы (компоненты) с тем, чтобы вначале рассмотреть параметры и характеристики элементов, а затем оценить работоспособность всей системы. При этом возможно восстановление работоспособности элемента независимо от других частей и элементов системы.

Анализ надежности сложных систем имеет свои специфические особенности. Влияние различных отказов и снижение работоспособности элементов системы по-разному скажутся на надежности всей системы.

При анализе надежности сложной системы все ее элементы и компоненты целесообразно разделить на следующие группы.

1) Элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность системы (деформация ограждающего кожуха машины, изменение окраски поверхности и т.п.). Отказы (т.е. неисправное состояние) этих элементов могут рассматриваться изолированно от системы.

2) Элементы, работоспособность которых за рассматриваемый период времени практически не изменяется (станины и корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности).

3) Элементы, ремонт или регулировка которых возможна при работе изделия или во время остановок, не влияющих на его эффективность (подналадка и замена режущего инструмента на станке, регулировка холостого хода карбюратора автомобильного двигателя).

4) Элементы, отказ которых приводит к отказам системы.

Таким образом, рассмотрению и анализу надежности подлежат лишь элементы последней группы. Как правило, имеется ограниченное число элементов, которые в основном и определяют надежность изделия. Эти элементы и подсистемы выявляются при рассмотрении структурной схемы параметрической надежности.

Структурная схема надежности определяет функциональную взаимосвязь между работой подсистем (или элементов) в определенной последовательности. Эту схему составляют по принципу функционального назначения соответствующих подсистем (или элементов) при выполнении ими определенной части работы, выполняемой системой в целом.

На этапе составления схемы, во-первых: классифицируется понятие (вид) отказов, который существенным образом влияет на работоспособность системы. Во-вторых, определяется состав системы в виде отдельных элементов, в качестве которых могут выступать, например, электрические соединения пайкой, сжатием или сваркой, а также другие соединения (штепсельные и пр.), поскольку на их долю приходится 10 – 50 % общего числа отказов. В-третьих, как правило, имеется неполная информация о показателях надежности элементов, поэтому приходится либо интерполировать показатели, либо использовать показатели аналогов.

Техническая система может быть сконструирована таким образом, что для успешного ее функционирования необходима исправная работа всех ее элементов. В этом случае ее называют системой с последовательным соединением (последовательной системой). Если при отказе одного элемента системы другой элемент способен выполнить его функции, то такую систему называют параллельной. Очень часто системы обладают свойствами как параллельных, так и последовательных систем — системы со смешанным соединением.

Дата добавления: 2014-11-20; просмотров: 169; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!