УДК 62 -192

 

                                Шебанов О.Г. к.т.н., Шебанова В.І.

                  Харківський національний технічний університет

                    сільського господарства імені Петра Василенка

 

                Динаміка розвитку досліджень з прогнозування надійності 

                                              механічних систем

 

          In the article the dynamics of the reseaches development on forecasting of     

                      the mechanical systems reliability is stated.

 

     Перший етап розвитку досліджень з прогнозування механічних систем був окреслений широким запровадженням методу структурних схем [1] , [2]. Головна теза цього методу полягає в припущенні що стан механічної системи цілком визначається станом її елементів.

    Автори методу І.Б. Пясик та К.Н.Войнов застосовують три гіпотези: перша визначає, що функціонування системи здійснюється за умови нормальної роботи усіх її елементів; друга гіпотеза передбачає відмову системи при відмові всіх її елементів; третя обумовлює нормальне функціонування системи у випадку виходу з ладу будь –якого з елементів системи.

     Кожен i -ий елемент структурної схеми наділений імовірністю Pi безвідмовної роботи на протязі певного проміжку часу. Імовірність безвідмовної роботи структурної схеми з паралельним або послідовним з’єднанням елементів визначається добутком імовірностей елементів схеми.

    Складні структурні схеми, де має місце комбінація паралельного і послідовного з’єднань, були досліджені І.Базовським [3], який запропонував

для даних схем використання формули Байєса.

    Н.А. Ніколаєнко пішов далі, запропонувавши в роботі [4] для оцінки надійності механічних систем елементарні функції алгебри логіки у вигляді закону складення імовірностей для спільних незалежних подій.

     Н.А.Ніколаєнко розбиває систему на підсистеми від 1 до n, розглядаючи

функції, які виконує система і досліджуючи вплив відмов елементів і

2

окремих підсистем на роботу системи. Отримані дані, зведені в таблицю, утворюють масив, який використовується для складення прогнозу надійності.

       Леонас Йокубайтіс в роботі [5] розглядає спосіб прогнозування, побудований на статистичному аналізі надійності пристроїв – аналогів.

      Збільшення надійності відбувається ступенево, після кожного випробування вносяться корективи до проектуємої конструкції  Функція прогнозу надійності апроксимується S – образною кривою, навколо якої формується поле припустимих значень надійності механічної системи.

     Попадання показника надійності проектуємої конструкції в певну зону поля свідчить щодо певного ступеню надійності конструкції в умовах майбутньої експлуатації.

     Л.І Волков, А.М. Шишкевич представили ще один метод структурного аналізу надійності механічних систем з паралельним  або послідовним з’єднанням елементів [6]. Згідно з цим методом, стан механічної системи описується системою рівнянь, яка включає вектор вихідних параметрів об’єкта і вектор зовнішніх та унутришніх збурень, як випадкових функцій часу. Розв’язок системи рівнянь визначає поведінку вихідних параметрів системи, в залежності від початкових умов і зовнішніх факторів збурення. Аналіз надійності структурної схеми при цьому зводиться до визначення значень імовірностей відмов елементів для множини несумісних станів системи.

       Дослідженню питання застосування мулевих моделей до прогнозування надійності механічних систем була присвячена робота К.Райншке [7]. Обмеженість підходу, запропонованого К.Райншке полягала не тільки в прагненні абстрагуватись від реальних фізичних процесів, а більш вагоме – в припущенні ,що окремі компоненти системи не впливають на характер відмови інших.

     Недоліком визначення надійності методом структурних схем є відсутність

врахування впливу процесів старіння, зовнішніх факторів і встановлення

3

фіксованих значень імовірності безвідмовної роботи для кожного і –го елемента. Застосування вказаного методу обмежено випадками: коли розглядаються самостійно працюючі підсистеми, елементи;  коли розглядаються декілька незалежних вихідних параметрів системи.

      Відхід від методу структурних схем був вперше зроблений В.Є.Канарчуком [8]. Він розпочав розглядання питання прогнозування надійності механічних систем з позицій теорії адаптації. Прогноз будувався на основі даних статистичних випробувань. Використаний математичний апарат доволі складний. Окрім того, звертання автора к виключно к окремому випадку- компенсації зносу в кінематичних ланцюгах, свідчить про

локальність даного методу.

      Нова пропозиція щодо прогнозування надійності механічних систем була викладена в роботі П.І. Буловського [9]. Прогноз надійності ґрунтувався на аналізі конструкції системи. На першому етапі здійснювався аналіз робочих креслень і оцінка складності технічного виконання вузлів. На другому етапі – уточнення розрахунків першого етапу і змінення на цій основі даних щодо очікуваємого терміну експлуатації і технічного обслуговування. Всі робочі креслення розбивались на дві групи: перша – креслення відповідальних деталей; друга – креслення інших деталей. Врахування особливостей конструктивного виконання, експлуатації і ремонту здійснювалось на основі введення трьох коефіцієнтів: К1 –конструкційного коефіцієнту, К2 – коефіцієнту ремонтної складності, К3 – експлуатаційного коефіцієнту.

      Близький до підходу П.І. Буловського є спосіб прогнозування надійності, представлений А.В. Пушем [10] для вузлів верстатів на різних етапах проектування. А.В. Пуш надав збільшений алгоритм прогнозування вихідних характеристик шляхом статистичних випробувань. Автором застосований доволі складний ЛП – пошук, який потребує множини розрахунків цільової функції. Використання симплекс – методу не дозволяє суттєво спростити

розв’язок. Отримання закону розподілу сил на вузол можливо лише після

4

проведення іспитів натурального зразку.

      Метод імовірної трактовки еволюції технічного стану механічної системи

був запропонований П.П. Баронсом, А.В. Звиедрисом, Н.К. Саленіексом [11] для прогнозування надійності статичних та динамічних характеристик систем. Моделі прогнозів були побудовані на основі статистичного матеріалу, отриманого в ході випробувань на надійність.

     Ф.П.Попов, І.Д. Гомзенов [12] вважали що єдиною можливою інформацією для прогнозування мають бути статистичні випробування машин – аналогів. Свої висновки вони представили на прикладі прогнозування надійності лісозаготівельних машин.

      Суттєво відрізнявся від попередніх досліджень спосіб прогнозування надійності машин на основі інформації щодо матеріалів і навантажень, запропонований В.В.Болотіним. [13]. Їм була розроблена оригінальна процедура прогнозування залишкового ресурсу.

      В.С. Калмуцкій в роботі [14] представив в якості основи прогнозування ресурсу деталей машин, які підвернені багато цикловим навантаженням, кореляційні рівняння довговічності в зв’язку з комбінованим  методом прогнозування.

       До кінця 90 – років минулого століття в прогнозуванні надійності механічних систем превалював формалізований підхід структурних схем , який спирався  на статистико – імовірний апарат, фізика відмов не знаходила

необхідного застосування.

      Проривом в дослідженнях з прогнозування надійності механічних систем стали роботи А.С. Пронікова [15], [16]  і А.І.Кубарева [17]. Їми, на основі фізики відмов, були сформульовані моделі поступової відмови, загальна схема втрати машиною роботоздатності, схема прогнозу параметричної надійності машин, з врахуванням можливості застосування методу статистичного моделювання.

        Роботи А.С.Пронікова та А.І.Кубарева стали прологом другого етапу

5

досліджень з прогнозування надійності механічних систем, який характеризується базуванням подальших розробок на фізиці відмов.

       Лукинський В.С., Зайцев В.І. в роботі [18], з позицій фізики відмов, представили логічні моделі відмов деталей машин, навели методи розрахунків на знос, втомленість та міцність.

      Питання визначення і розрахунку норм надійності було досліджено Невзоровим В.Н., Сугаком Е.В. в роботі [19].

      На фізичних основах теорії надійності Амалицьким В.В., Бондарем В.Г., Волобуєвим А.М.,Воякиним А.С. були сформовані правила вибору технічного стану, показників надійності і діагностування [20].

      Проблеми дослідження надійності виробів на етапі експериментальної обробки оптимізації конструкції машин по показникам надійності були розроблені Фроловим К.В. [21].

      Бобров В.І в роботі [22] , розглядаючи надійність технічних систем  в поліграфічному виробництві, запропонував оригінальний метод оцінки надійності на стадії проектування.

      Інженерно – фізичні основи надійності і випробування машин на надійність були досліджені і викладені Баженовим К.В в роботі [23].

      Кузнецовим Н.Л. були досліджені методи експериментальної оцінки надійності, діагностики електричних машин [24].

      Теоретичне обґрунтування системи заходів з оцінки і забезпечення надійності машин на стадії проектування представив Кравченко И.Н. в роботі [25].

       Гуськов А.В.,Милевський К.Е. [26], розглядаючи методи прогнозування надійності, запропонували вибір номенклатури показників надійності на стадії проектування.

      Роботи останніх років переконливо свідчать, що фізика відмов, надійність  щодо забезпечення вихідних параметрів, врахування поступової відмови в результаті зносу, розрахунок надійності на стадії проектування стають

6

притаманними дослідженням з прогнозування надійності механічних систем.

 

                                                  Література

1.     Пясик И.Б.Расчет надежности машин в процессе проектирования. К.: Техника, 1976.-260с.

2.     Воинов К.Н. Прогнозирование надежности механических систем. Л.: Машиностроение, 1978.-208с.

3.     Базовский И.Надежность.Теория и практика.М.: Мир, 1986. -363с.

4.     Николаенко Н.А. Вероятностные методы динамического расчета машиностроительных конструкций.М.:Машиностроение, 1987.-368с.

5.     Jokubaitis Leonas K.Prediction and Analysis of Reliability.- Growth.: National Defence, 1987, p. 236-239.

6.     Волков В.И.,Шишкевич А.М. Надежность летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 1988.- 296 с.

7.     Райншке К. Модели надежности и чуствительности систем. М.: Мир,1989- 452с.

8.     Канарчук В.Е., Деркачев О.Б., Чигринец А.Д. Математические методы прогнозирования надежности машин. Киев.: Знание,1981.-24с.

9.     Буловский П.И.Проектирование и оптимизация технологических процессов и систем РЭА.М.: Радио и связь, 1989. – 176с..

10. Пуш А.В.Прогнозирование выходных характеристик узлов машин при их проектировании.// Машиностроение, 1990, №5, с. 54 -60.

11. Баронс П.П.,Звиедрис А.В.,САлениекс Н.К. Надежность и качество механических систем.Рига.: Авотс, 1990. -85с.

12. Попов Ф.П., Гомзенов И.Д. К вопросу прогнозирования показателей надежности машин //Надежность и контроль качества. М.: ВНИИНМАШ, 1990, №10, с. 42 -45.

13. Болотин В.В.Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение , 1990.-312с.

7

14. Калмуцкий В.С. Прогнозирование ресурса деталей машин элементов конструкций.Кишинев.: Штиица, 1989.-199с.

15. Проников А.С. Надежность машин. –М.: Машиностроение, 1988.-592с.

16. Проников А.С. Проблемы надежности машин.// Машиностроение, 1984, №11, с. 5 -13.

17. Кубарев А.И. Надежность в машиностроении. М.: Изд-во стандартов, 1989, -224с.

18. Лукинский В.С., ЗайцевВ.И. Прогнозирование надежности автомобилей.-Л.: Политехника, 1991.-224с.

19. Невзоров В.Н.,Сугак Е.В. Надежность машин и оборудования. Красноярск. Сибирский государственный технологический университет,

1998. -240с.

   20.Амалицкий В.В.,Бондарь В.Г.,Волобуев А.М., Воякин А.С. Надежность

        машин и оборудования лесного комплекса.М.: МГУЛ, 2002. -279с.

 21.Фролов К.В. Надежность машин. М.: Машиностроение, 2003.-592с.

 22.Бобров В.И. Надежность технологических систем. М.: МГУПб 2004.- 

     236с.

 23.Баженов К.В. Основы теории надежности машин. Владимир.: Изд – во Владим. гос. Ун – та, 2006. -160с.

 24.Кузнецов Н.Л. Надежность электрических машин. МЭИ, 2006.

 25.Кравченко И.Н. Основы надежности машин. М.: Изд-во, 2007.- 260с.

26. Гуськов А.В., Милевский К.Е. Надежность техническиъ систем и техногенный риск. Новосибирск.:НГТУ, 2007.-427с.