автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Обеспечение надежности электрооборудования в сельском хозяйстве

РГь О Л

На правах рукописи

Воронин Евгений Алексеевич

кандидат технических наук

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА 1996г.

Работа выполнена в Московском государственном агроинженерном университете им.В.П.Горячкина.

Научные консультанты: -доктор технических наук, профессор

Судаков P.C.

-доктор технических наук, профессор Сырых H.H.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Левин М.С.

- доктор физико-математических наук Баскаков В.Н.

- доктор технических наук, профессор ШичковЛ.П.

Ведущая организация - Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства.

Защита состоится _1996г. в 13.00 часов на засе-

дании диссертационного совета Д 120.12.01 в Московском государственном агроинженерном университете им. В.П.Горячкина по адресу 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 58, Ученый совет МГАУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного агроинженерного университета им. В.П.Горячкина.

Автореферат разослан".

1996г.

Ученый секретарь диссертационного/совета

к.т.н., профессор '0е"] Загинайлов В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшим условием повышения эффективности средств электрификации и автоматизации сельского хозяйства является обеспечение надежности электрооборудования технологических машин и агрегатов на всех этапах жизненного цикла. Оценки надежности электрооборудования общепринятыми методами на стадии проектирования й обоснования требований, как правило, не подтверждаются результатами испытаний. Эксплуатационная надежность значительно ниже прогнозируемой на 30-80% и по среднему сроку службы составляет 2-4 года. Отсутствие пригодных для практического применения аналитических методов оценки и прогнозирования надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов и влияний условий эксплуатации не позволяет выбрать эффективные способы и средства ее повышения. Особую остроту эта проблема приобретает в условиях назревшей необходимости динамичного развития сельского хозяйства и ускоренного перевода его на новую техническую базу.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является создание теоретических основ и методических принципов обеспечения надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов в условиях сельскохозяйственного производства.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи: -обосновать, разработать и исследовать методы оценки надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов и условий эксплуатации в сельском хозяйстве;

-разработать метод, алгоритм и программу ЭВМ для оценки взаимовлияний и внешних воздействий на элементы электрооборудования в сельском хозяйстве;

-разработать метод и программу ЭВМ для оценки надежности электрооборудования с зависимыми отказами по априорной информации и ограниченному объему статистических наблюдений;

-разработать методы априорной оценки надежности и ремонтопригодности электрооборудования в сельском хозяйстве по его технологическому назначению, организации эксплуатации и гарантийным обязательствам поставщиков и произодителей;

-разработать метод обоснования предпочтения при выборе электрооборудования для сельскохозяйственного производства с учетом его надежности, ремонтопригодности и погрешности исходной информации;

-исследовать надежность электрооборудования электроприводов сельскохозяйственных машин с учетом зависисмых отказов, разработать методы ее прогнозирования и основные способы ее повышения.

Методическая база и методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе теории вероятностей, математической статис-

тики, теории случайнах процессов, теории графов, теории матриц, линейной алгебры, стохастических и обыкновенных дифференциальных уравнений, аналитических методов теории надежности, методов регуляризации некорректых задач, теории информации, математической экономики, системного анализа и результатов егатистичеких исследований надежности и ремонтопригодности электрооборудования в сельском хозяйстве. '"

Необходимые расчеты и верификация полученных результатов проводились на ЭВМ.

Научная новизна. Выполненные в работе исследования позволили получить следующую совокупность новых положений и результатов:

обоснованы основные определения и показатели надежности электрооборудования с зависимыми отказами;

разработаны методы оценки надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов и внешних воздействий, характерных для сельского хозяйства;

получена принципиально новая система дифференциальных уравнений динамики надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов, износа и замены отказавших элементов;

разработаны методы и программы для ЭВМ по оценке уровня взаимовлияний и интенсивности отказов элементов электрооборудования;

разработаны методы обоснования предпочтений возможных вариантов реализации, априорной оценки надежности и ремонтопригодности при выборе электрооборудования для сельскохозяйственного производства в условиях ограниченной достоверности и доступности необходимой инфорг. мации.

Методами разработанной теории построена, верифицирована по результатам статистических испытаний и исследована обобщенная математическая модель надежности электрооборудования типового электропривода сельскохозяйственных машин. На ее основе регуляризированы оценки надежности и параметры внешних воздействий на электрооборудование электроприводов технологических машин в сельском хозяйстве; найдены кинетические функции надежности асинхронных электродвигателей; определены функции роста и предельные значения интенсивности отказов асинхронных электродвигателей в сельском хозяйстве и объяснена причина отсутствия ожидаемого повышения их надежности при выпуске новых серий и исполнений.

В качестве универсального метода оценки структуры систем электрооборудования, его защиты и диагностики, обоснован информационный подход, использующий меры Хартли, Шеннона и Колмогорова, соответственно, для конечных автоматов, систем защиты и систем диагностики по отклонениям рабочих параметров.

Достоверность теоретических положений подтверждена экспериментальными исследованиями автора и других ученых.

Практическая ценность результатов исследований выражается в создании научных основ и методических принципов, позволяющих:

-получать (на порядок) более точные и достоверные оценки надежности электрооборудования и электроустановок;

-оценивать взаимовлияние элементов в электроустановках и влияние на их надежность режимов работы технологических машин, питающей электросети и других внешних воздействий;

-определять значимость и уязвимость, по надежности, элементов в системах электрооборудования;

-выбирать наиболее эффективные средства и способы повышения надежности электрооборудования;

-принимать гарантированные, по предпочтению, решения при выборе электрооборудования для электрификации сельскохозяйственного производства;

-расчитывать адекватные потокам отказов объемы комплектов запасных частей и элементов электроустановок;

-планировать профилактики и замены электрооборудования с учетом их режимов работы, условий эксплуатации и организации оперативного обслуживания;

-сократить сроки и затраты на проектирование, отработку и постановку на производство электроифицированных машин сельскохозяйственного назначения;

-снизить потери от простоев при внезапных отказах электрооборудования технологических машин и агрегатов в сельском хозяйстве;

-создать предпосылки для динамичного перевода сельского хозяйства на базу автоматизированных и электрифицированных технологий.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований составили научную базу для разработки руководящих технических материалов по оценке надежности электроприводов сельскохозяйственных машин; отраслевого стандарта испытаний шкафов и щитов управления сельскохозяйственными машинами; обоснований разработки, производства и поставок сельскому хозяйству электрооборудования подразделениями "главмехэлек-тро", МСХ и продовольствия РФ, предприятиями "Мосэлектро"; организации эксплуатации и обслуживания электрооборудования службами "Агро-промэнерго"; подготовки учебных программ и курсов по надежности и эксплуатации электрооборудования в сельском хозяйстве. Методы оценки надежности и программы для ЭВМ использовались при проведении государственных испытаний животноводческих комплексов "Щапово" и "Новые Анены"; опытных испытаний систем автоматизированного водоснабжения свиноводческого комплекса "Искра" Рязанской области. Они позволили получить гарантированные оценки надежности электрооборудования на этих уникальных объектах.

Апробации. Основные положения диссертации и результаты выполненных автором исследований докладывались на научных конференциях и семинарах, в том числе: ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Московского государственного агроинженер-ного университета им. В.П.Горячкина; научном семинаре "Вопросы прикладной кибернетики и системного анализа", института высокопроизводительных вычислительных систем АН РФ (1996г.); научной конференции "Вопросы монтажа, эксплуатации, ремонта и надежности машин и оборудования животноводческих ферм", Минск, ВНИИТИМЖ (1977г.); на международной научной конференции "Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве", г.Углич (1995г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 20 научных публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и приложения. Изложена на 338 страницах, включая 25 таблиц, 43 рисунка и списка литературы из 235 наименований.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

1 .Методы оценки надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов и внешних воздействий.

2.Методы оценки надежности и взаимовлияния элементов по результатам испытаний систем с зависимыми отказами.

3.Методы обоснования предпочтений при выборе электрооборудования для сельского хозяйства с учетом показателей надежности и ремонтопригодности, а также априорной оценки этих показателей по его технологическому назначению, организации эксплуатации и гарантийным обязательствам поставщиков.

4.Математическая модель надежности электрооборудования электроприводов сельскохозяйственных машин и результаты ее исследований.

5.Метод оценки эффективности средств защиты и диагностики электрооборудования в сельском хозяйстве.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу состояния проблемы обеспечения надежности электрооборудования в сельском хозяйстве и постановке задач исследований.

Повышение эффективности сельскохозяйственного производства на современном этапе связано с широким применеием средств электрификации, автоматизации и вычислительной техники. Во многих случаях, на них приходится большая часть стоимости всего технологического оборудования. Поэтому, и по известному противоречию между сложностью и надежностью, последняя, как правило, не удовлетворяет условиям оптимальной экономической эффективности из-за потерь от отказов и длительных

простоев. Характер и причины отказов электрооборудования принципиально отличаются от механических систем. Значения показателей надежности электрооборудования, представляемые его поставщиками, значительно выше полученных по результатам эксплуатации. Кроме того, эксплуатационные показатели надежности и значимость факторов, их определяющих, имеют существенное расхождение у разных авторов публикаций по этой проблеме. Явно обозначена необъяснимая противоречивость во многих заключениях и рекомендациях по способам повышения безотказности электрооборудования в сельском хозяйстве. Используя научную методологию системного анализа, нетрудно заметить, что проблема обеспечения надежности затрагивает все этапы жизненного цикла машин и оборудования: -обоснования требований," -проектирование; -изготовление; -эксплуатацию; -обновление (реновацию). Для каждого этапа она имеет специфический набор задач. Их связь с проблемой и этапами представлена на рисунке I.

Анализ существующих способов решения этих задач и полученных при этом результатов позволил уточнить направление исследований по избранной проблеме и показал, что:

-отказы электрооборудования в электроустановках имеют, как правило, зависимый характер;

-информация о надежности и ремонтопригодности электрооборудования отсутствует или нуждается в корректировке для каждого конкретного вида технологических машин;

-отсутствует приемлемый для практических целей метод оценки надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов;

-технико-экономическое обоснование вариантов использования электрооборудования с учетом его надежности и ремонтопригодности по методу средних приведенных затрат не всегда позволяет принять подходящее решение;

-информация о режимах работы электрооборудования и причинах его отказов в сельском хозяйстве разнородна, противоречива и нуждается в регуляризации;

-рекомендации по выбору средств защиты, диагностики и повышению надежности электрооборудования в сельском хозяйстве основаны на эвристических заключениях и нуждаются в единой теоретической базе.

На основании этих заключений сформулированы задачи исследований в диссертационной работе.

Рис.1. Структура этапов и задач обеспечения надежности электрооборудования в сельском хозяйстве.

Вторая глава посвящена разработке методов оценки надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов. В ней отмечено, что стандартные показатели надежности неприемлемы для систем с зависимыми отказами. Анализ способов учета зависимых отказов в показателях надежности показал, что искомый показатель надежности должен удовлетворять ряду требований:

1 .Отражать как надежность системы, так и надежность каждого ее элемента.

2.0бладать своством разделимости, когда по числовому показателю надежности системы можно было бы однозначно определять надежность любого ее элемента.

3.Быть фундаментальным, когда по нему можно было бы вычислить любой общепринятый показатель надежности.

4.Изменение фундаментального показателя надежности определяются, как внутренними процессами в элементе, так и внешними воздействиями других элементов.

5.Величина показателя надежности системы на заданный момент времени однозначно определяет его на ближайший, следующий момент времени.

6.Для оценки взаимовлияний элементов в системе, ее показатель надежности дополняется измеримой по результатам наблюдений мерой, обуславливающей зависимые отказы.

Внешние воздействия на электрооборудование осуществляются через его элементы. Поэтому каждый источник внешних воздействий можно идентифицировать, как дополнительный элемент системы. Таким образом, представляется математическое погружение электрооборудования во внешнюю среду, позволяющее учитывать их взаимосвязь.

Исследованиями установлено, что эти требования будут удовлетворены, когда:

-фундаментальным показателем надежности системы с зависимыми отказами и состоящей из N элементов выбран К- мерный вектор с компонентами в виде интенсивностей отказов ее элементов;

-взаимовлияние, по надежности, элементов в системе представимо квадратной матрицей коэффициентов (вероятностей);

-оценка надежности систем с учетом зависимых отказов производится путем построения и решения систем разностных или дифференциальных уравнений для вектора интенсивностей отказов.

Математически эти условия представляются в виде:

А, =(Х,1Д2Лз>-^лОг; л~{аи)- (О

где Л,], %2> " интенсивности отказов элементов системы ,

а ^—коэффициент влияния отказа >го элемента на надежность ¿-го.

Для многих систем электрооборудования и электронных блоков, при наблюдениях за их отказами, можно выявить цепочки отказов. Когда отказ одного элемента однозначно приводит к выходу из строя ряда связанных с ним элементов. Такие всевозможные цепочки или деревья отказов (как их еще принято называть) представимы графом отношений или элементами матрицы А, а ее элементы имеют вид

П если при отказе ^го отказывает ьй элемент, аИ = |

|_0 если зависисмого отказа нет. Эта структура отношений между элементами названа жестко связанной.

Из физики развития процесса отказа в такой системе вытекает, что интенсивность отказов ьго элемента определяется суммой его собственной интенсивности отказов и интенсивностей отказов элементов, влияющих на него по цепочке отказов. Используя известные результаты теории графов и суммируя интенсивности отказов по возможным цепочкам отказов, с учетом того, что максимальная их длина не превышает N-1, методами математической индукции доказана формула

(N-1 ^

(2)

—> П~

где Ад- вектор интенсивности отказов системы, когда в ней не наблю-

->

даются зависисмые отказы (вектор начальных условий), К - вектор наблюдаемой интенсивности отказов, обусловленный зависимыми отказами.

В практических приложениях иногда удобнее вначале определять матрицу смежности V, а из нее транспонированием матрицу взаимовлияний А = У'1. (3)

Этот метод учета взаимовлияний эффективен на стадии проектирования при укрупненной оценке надежности, так как требует минимума исходной информации. Однако, в большинстве случаев из-за разброса предельных возможностей элементов и амплитуд повреждающих воздействий, зависимые отказы наблюдаются с некоторой вероятностью. При таком виде взаимовлияний отказ представляется случайным, ветвящимся процессом. Коэффициенты взаимовлияния ац определяются, как вероятности отказа ьго элемента при отказе З-го элемента или от _)-го внешнего воздействия. Аналогичным образом, как и для жестко связанных систем , доказано, что вектор наблюдаемой интенсивности отказов системы электрооборудования с зависимыми отказами будет вычисляться по той же формуле (2).

В работе доказано, что в случае, когда эвклидова норма матрицы А меньше единицы формула (2) может быть заменена на приближенную формулу

Х=(1-А)~1-1>0. (4)

Фомула (4) будет точной, если длина цепочек взаимовлияний или д лина путей на графе отношений между элементами не превышает 1.

Использование ее в исследованиях надежности реальных систем электрооборудования с зависимыми отказами показало, что она практически всегда, дает оценки близкие к точным.

С помощью изложенного определения и описания процесса зависимых отказов представляются возможными анализ струхтурных схем электроустановок и оценки значимости их элементов.

Значимость элемента в системе может быть оценена по последствиям его отказов (как это и принято). Если отказу каждого элемента сопоставить определенные технологические, функционалные или экономические последствия, то учитывая, что в системе с зависимыми отказами, отказ одного элемента приводит к отказу тех элементов, которые достижимы из соответствующей ему вершины на графе отношений, мы должны просуммировать ущербы по всей цепочке связанных (зависимых по отказам) элементов.

Определим достижимость ]-го элемента, при отказе ¡-го, через матрицу достижимости = {(1ц ]■. Для жестких структур она будет находиться по формуле

В = в[1+ ¥+ V2 +... уХ'1 ] = в[(1+ (5)

где В-бинарная операция

В[х] = 1 если л > 0;

2?[л;] = 0 если .г = 0.

Для структур с вероятностными отношениями (взаимовлияниями) между элементами, 2) будет иметь вид

ЛМ

£ = + = 2 Р"-1. (6)

72=1

В случае, когда эвклидова норма матрицы V меньше 1, формулу (6) можно заменить приближенной

0*(1-У)-1={1-АтУ~Х (7)

Обозначив через и/- ущерб от отказа .^го элемента, а И'г-- значимость ьго элемента, по определению значимости, получим

= 2 с/гу ■ г/ , (8)

—>

или в векторной форме IV— О ■ и (9)

-> ->

где IV- вектор значимости элементов в системе, II - вектор ущербов от отказов соответствующих элементов в системе.

В качестве альтернативного значимости, введен показатель уязвимости элемента, определенный как кратность увеличения его интенсивности отказов в системе с зависимыми отказами

(Ю)

л О

где Лг- -интенсивность отказов элементов, определяемая их внутренними свойствами, без учета внешних воздействий.

С помощью приведенных показателей значимости и уязвимости элементов решаются задачи распределения ресурсов, резервирования и комплектования запасными частями.

Формулы (2) и (4) позволяют оценивать надежность систем электрооборудования с зависисмыми отказами, но состоящих из элементов, неизна-щиваемых в процессе эксплуатации. Это справедливо для большинства радиоэлектронных элементов и микросхем. Но в сельском хозяйстве широко распространено электрооборудование с явно выраженным характером из-носовых отказов. Примером такого оборудования являются асинхронные электродвигатели. Поэтому представляется необходимым развить разработанный подход на системы из элементов с изменяющимися во времени векторами интенсивности отказов.

Фундаментальным показателем надежности их принята вектор-функция интенсивности отказов.

Элементы матрицы взаимовлияний ац были определены, как вероятность того, что под действием отказа >го элемента или >го внешнего воздействия в ¿-м элементе будут наблюдаться изменения его надежности (интенсивности отказов). Для математического описания зависимости этих изменений введено понятие кинетической функции надежности элемента 1|/(А,г-), определяемое из выражения

N

= ■ оо

т

Экспериментально она может быть найдена путем известного способа периодических нагружений и решения конечно-разностного уравнения

Л^^ + Ч^,) , (12)

Л (и)

где к\ -интенсивность отказов 1-го элемента после п-го периодического нагружения.

На основе предложенных определений надежности систем электрооборудования с зависимыми отказами, взаимовлияний элементов, кинетических функций и кинетики процесса изменеия интенсивности отказов, по схеме событий, учитывающей замены отказавших элементов на новые, получена система обыкновенных, дифференциальных уравнений

= 2 ау ■ Х] ■ у^) + X? • Xi - х} , (13)

.м

и у = 1,2,3,

л о

где Лг- - интенсивность отказов нового 1-го элемента.

Они названы кинетическими потому, что они описывают динамику надежности (интенсивности отказов) системы под действием внутренних взаимовлияний элементов при отказах и внешних воздействиях.

Решения их существуют и единственны, так как правые части (13) непрерывны и дифференцируемы при непрерывных и дифференцируемых кинетических функциях надежности элементов.

Главное преимущество этих уравнений, перед любыми другими способами решения поставленной задачи, заключаются в следующем: -число уравнений не превышает числа элементов; -интенсивности отказов входят в уравнения в виде переменных, а не параметров;

-их переменные представлены фундаментальным показателем надежности, с ясным физически смыслом в практических приложениях;

-они являются разновидностью уравнений восстановления (с допущением о малости времени замены отказавшего элемента на новый), т.е. решением задачи теории восстановления;

-в них, с помощью матрицы взаимовлияний, учитывается структура системы и резервирование.

Если известны решения этой системы уравнений, то путем наложения на них логической схемы событий, можно исследовать поведение систем при выполнении функциональных (определенных технологией) задач.

В простейшем случае логически последовательных систем интенсивность отказов электроустановки будет вычисляться по формуле

N

**(*)= Б >-/(*). (14)

/=1

При = 0,когда ¿-й элемент не стареет в процессе эксплуатации,

решение (13) будет иметь вид ХДО = Х^ (проверяется подстановкой), что является наглядным и простым подтверждением достоверности и справедливости этих дифференциальных уравнений.

Эта система может иметь стационарные асимптотически устойчивые решения. При кинетических функциях надежности элементов типа Ц1(Х{) = с,- • Х{,

ненулевое стационарное решение (13), в векторной форме, будет иметь вид

X =(1-С-А)~1 -Я0 , (15)

где С - диагональная матрица с элементами с ц — с2\

При С[ = 1 оно совпадает с (4). Этот факт подтверждает единую логическую основу разработанных методов оценки надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов.

Характер получаемых решений разработанных кинетических дифференциальных уравнений подробно исследован в работе. В качестве примера, на рисунке 2 представлены фазовые траектории 2-х элементной системы.

1

Х2

0.8

0.<

0 Л

ол

О 0.2 0Л 0.6 0.8 X11

Рис.2. Фазовые траектории решений кинетических дифференциальных уравнеий надежности 2-х элементной системы с зависимыми отказами и накоплением износа.

Графики их решений по временной координате, подтверждающие существование стационарных, асимптотически устойчивых решений, представлены на рисунке 3.

Уравнения (13) описывают случайный процесс, но являются уравнениями с детерминированными параметрами. Однако износ и приработка электрооборудования имеют значительную случайную компоненту из-за скрытых неоднородностей материалов, дефектов, случайных амплитуд действия рабочих и повреждающих факторов (напряжений, перенапряжений, токов, механических и тепловых нагрузок и т.д.). Это позволяет утверждать, что система подвергается случайному внешнему и внутреннему воздействию. Следовательно, представляется необходимым изучить влияние случайного шума на решения (13).

Рис.3. Графики решений кинетических дифференциальных уравнеий надежности 2-х элементной системы с зависимыми отказами и накоплением износа.

Анализ возможных проявлений шума показал, что он действует через кинетическую функцию надежности элементов в виде

(16)

где ф(А,г-)-зашумленная кинетическая функция надежности, -детерминированная кинетическая функция надежности, 6-амплитудный параметр уровня шума, Е,(0 -случайная функция с характером гауссовского белого шума.

После подстановки (16) в (13) получена система стохастических дифференциальных уравнений в форме Ито

0-1 ,2

=

Е |/(1г-) + /„ух./ - Ц

т

Ж +

6 Е а^Ч'Оч) М

(17)

где (Н¥= - стохастический дифференциал.

Это система с аддитивнам шумом. Среднее по ансамблю ее решений совпадает с решением (13). Их дисперсия ограничена при существовании асимптотически устойчивой стационарной точки в фазовом пространстве решений. Наглядным подтверждением этих заключений являются фазовые

траектории решений, полученные численными методами. Пример представлен на рисунке 4.

Л2 ' 1 1 1 1

0,3 _ -

0.6 1 Г /

0.4 / / / --"* / -

0.2 1 1 | |

0 0.2 0.4 0.6 0.8 XI

Рис.4. Фазовые траектории решений стохастических дифференциальных уравнений, полученные численными методами.

Основные выводы этой главы представляются следующими положениями:

1.Фундаментальным показателем надежности электрооборудования с зависимыми отказами может быть вектор интенсивностей отказов ее элементов.

2.Вззимовлияние, по надежности, в системах электрооборудования с зависимыми отказами может быть представлено квадратной матрицей, состоящей из элементов определенных, как вероятности отказа одного элемента при отказе другого.

3.Процесс развития отказов в системах электрооборудования с зависимыми отказами имеет характер ветвящегося случайного процесса и математически формализуется методами дискретных марковских цепей.

4.Динамика надежности систем электрооборудования с зависимыми отказами, при известных кинетических функциях надежности элементов, матрице взаимовлияний и векторе начальных интенсивностей отказов, описывается, устойчивой к стохастическим возмущениям, системой обыкновенных дифференциальных уравнений.

5. Разработанные методы являются единой теоретической базой решения основных задач обеспечения надежности электрооборудования.

Третья глава посвящена методам оценки надежности и взаимовлияния в системах электрооборудования с зависимыми отказами.

Применение на практике, изложенных во 2-й главе методов, невозможно без достоверной исходной информации. К таковой относятся матрица взаимовлияний, кинетические функции надежности и интенсивности отказов элементов.

Для жестких структур матрица взаимовлияний может быть найдена с помощью экспертов, которые, на основе знаний физики отказов

электрооборудования и эмпирического опыта способны определить связанность зависимых отказов элементов. Но при взаимовлияниях случайного характера их заключения нуждаются в уточнении по результатам натурных испытаний. Первым способом, наиболее простым теоретически, но сложным в практической реализации, является определение элементов матрицы взаимовлияний а ц по относительной частоте отказов

а ц *пц!п; (18)

где количество наблюдаемых, за время испытаний, отказов 1-го элемента при отказе,^го элемента; п^- общее число отказов ,]-го элемента за время испытаний.

При этом, по каждому случаю, необходимы подтверждения, что отказ 1-го элемента вызван отказом .¡-го элемента или ]-м внешним воздействием. Испытания, такого рода, требуют больших объемов статистической информации и времени.

Во многих случаях, с помощью известных методов испытаний, значительно проще получить оценки наблюдаемой интенсивности отказов эле-» —>

ментов в системе, т.е. вектор X . Затем, при известном А.о, с помощью формул (4) или (15) попробовать найти матрицу А из системы уравнений

А X = X -Х0 . (19)

Но задача такого типа относится к некорректным и система (19) недо-определена, так как число неизвестных равно Л^, а число уравнений N. Поэтому, в качестве наиболее подходящего способа ее решения, был использован комбинированный вариационный метод регуляризации А.Н.Тихонова с регуляризацией на компакте. Алгоритм регуляризации строится на минимизации функционала

тш Ь =

А-Л~Х

2

+ о\\А-А{)\2 : а и е (20)

где ()(а) -компакт, определяемый соотношениями

=0, к = 1,2,3, ..л,

_» —»

Л = X — А-о - приращение интенсивности отказов, М-общее число уравнений связи и неравенств, А о-матрица начального приближения матрицы взаимовлияний, а- параметр регуляризации.

Особую роль, в такой постановке решения, играют компакт и матрица начального приближения. Они являются видами априорной информации и

должны определяться экспертами по проектированию и эксплуатации электрооборудования. Их обоснованный выбор, фактически, сводит задачу поиска ац к уточнению предполагаемых взаимовлияний по результатам эксперимента. Параметр регуляризации находится путем минимизации невязки или как мера доверия условиям начального прибллижения, т.е. матрице/!о-

Минимимзируемый функционал (20) представляет собой квадратичную форму. Поэтому, в качестве численного метода поиска его минимума, использовался метод парабол с коррекцией по условиям принадлежности решений компакту. Он реализован в виде соответствующей программы на алгоритмическом языке ФОРТРАН. Проверка ее на моделях и реальных результатах наблюдений за электрооборудованием электроприводов сельскохозяйственных машин подтвердили работоспособность и практическую при- годность разработанного метода.

Кинетические функции надежности, несмотря на новизну их определения, легко находятся по результатам ускоренных испытаний методом периодических нагружений.

Если методами ускоренных испытаний определена функция интенсивности отказов А,(п), то по определению кинетической функции надежности можно записать

VW = kiH-l ~Х„, (21)

где Хя-интенсивность отказов после п периодических (близких к предельным) нагружений.

Из этой формулы видно, что \\>(Хп) есть функция приращения интенсивности отказов и графически может быть получена по сглаженной Х(п).

Аналитчески эта задача решается с помощью дискретного Z- преобразования. Применив его к (21) получим

\\)(z) = X(z)(z -\)-Xq-z, (22)

где z - параметр Z - преобразования, Xq- начальная интенсивность отказов. Следовательно, при известной Х(п), с помощью Z-преобразования (прямого и обратного), находится искомая кинетическая функция.

Очень важно строго различать понятия X(t) и Х(п). Наблюдаемая в процессе эксплуатации интенсивность отказов X(t) есть результат преобразования Х(п) пуассоновским потоком внешних воздействий на элемент системы электрооборудования. Поэтому, если известен параметр этого потока, то кинетическая функция надежности элемента может быть определена по формуле полученной из системы дифференциальных кинетических уравнений (13)

_ жогжо-ы+я/«)

Av

/

где X (/) - производная по времени от интенсивности отказов, наблюдаемой в прцессе эксплуатации; Л у- параметр пуассоновского потока внешних воздействий.

Согласно основным определениям теории зависисмых отказов, представленным в диссертации, фундаментальным показателем надежности электрооборудования с зависисмыми отказами является интенсивность отказов или ее вектор . Его точные значения необходимы при решении многих задач обеспечения надежности. Одноко, в силу некоторых ососбенностей и традиций, наиболее исследованы и отработаны методы оценки вероятности отказов или функций распределения. При этом, для сокращения объема испытаний, используется априорная информация. Но, практически во всех справочниках и руководящих материалах, надежность электрооборудования представяется в виде интервальных оценок интенсивности отказов [А,), ^21- О™ же являются априорной информацией по принятому нами фундаментальному показателю надежности. Поэтому представляется необходимым разработать метод объединения их с результатами статистических испытаний и получения гарантированных оценок наблюдаемой интенсивности отказов в конкретных условиях эксплуатации.

Наиболее подходящим, для этих целей, признан метод Байеса. Он поз-вляет получать гарантированные оценки и определять их достоверность.

Приняв в качестве априорной информации интервальные оценки А, и предположив, исходя из правила минимизации субъективизма, что на этом интервале она имеет равномерное распределение, запишем

Г х^Ле&ьЫ

1г(X) = I (24)

10, Хе\Х\,Х21

Для апостериорной функции распределения X , по теореме Байеса можем записать

Г(к\щ = Ж^Ё!, , (25)

| (N1,7)-ехр (-Л1 Т)сГк

и

где ¿V- число испытываемых элементов, Т- время испытаний, т- число наблюдаемых отказов.

На основании этой функции распределения вычисляются математическое ожидание интенсивности отказов и доверительные оценки.

В порядке практической реализации изложенного метода в диссертации разработаны и представлены соответствующие упрощенные формулы и программа для ЭВМ, написанная на алгоритмическом языке ФОРТРАН. Они широко использовались при проведении государственных испытаний электрооборудования животноводческих комплексов и позволили, при ограниченных (малых) объемах сгатистичесих наблюдений, получить гаранта- рованные оценки интенсивности отказов.

Основные выводы этой главы представляются следующими положениями:

[.Теоретической основой расчета матрицы взаимовлияний электрооборудования с зависимыми оказами является комбинированный метод А.Н.Тихонова с регуляризацией на компакте, образованном ограничениями на пространстве значений элементов искомой матрицы.

2.Эффективным численным методом расчета матрицы взаимовлияний является метод парабол. Он позволяет получить линейный алгоритм и компактную, устойчиво работающую программу для ЭВМ.

3.Кинетические функции надежности элементов электрооборудования находятся по к{п), полученным с помощью ускоренных испытаний методом периодических нагружений. Для получения их по результатам эксплуатации необходимо знать параметр потока внешних воздействий и вид ?.(/).

4.Наиболее распространенным видом априорной информации о надежности электрооборудования являются интервальные оценки интенсивности отказов. Для оценки надежности электрооборудования с зависимыми отказами по результатам статистических наблюдений и с учетом априорной информации, необходим и достаточен метод Байеса. Он реализуется в виде программы для ЭВМ и дает эффетивные оценки интенсивности отказов.

Четвертая глава посвящена обеспечению надежности электрооборудования в сельском хозяйстве по технико-экономическим показателям с учетом реальных условий его применения.

Основным условием эффективного использования электрооборудования в сельском хозяйстве является его правильный выбор. Он должен проводиться с помощью доступной информации по критериям эффективности, с учетом надежности и ремонтопригодности.

В качестве основного показателя экономической эффективности использования электрооборудования взята прибыль. Проведен анализ ее связи с критерием суммарных приведенных затрат. Показано, что при фиксиро- ванном валовом доходе, результаты их применеия совпадают и обоснование предпочтений можно проводить по условиям минимума суммарных приве- денных затрат. Но его использование, при случайном валовом доходе, сни- жает объем (мощность) множества эквивалентных по предпочтению реше- ний, тем самым, сужая выбор потребителя. Математически это предсгавля- ется в виде

и^я-г-ир-,

maxD ~ minZ при R = const,

где D - годовая прибыль, Z - годовые суммарные приведенные затраты, Up- ущербы от простоев технологического оборудования.

В диссертации исследована структурная связь показателей надежности и ремонтопригодности электрооборудования с показателями экономической эффективности и потерями от отказов.

Основным фактором,затрудняющим технико-экономическое обоснование, является отсутствие или негарантированность исходной информации по показателям ремонтопригодности и надежности.

Показатели ремонтопригодности а, следовательно, время простоя при отказах электрооборудования в значительной степени зависят от его структуры, назначения, организации эксплуатации и оперативного обслуживания. Поэтому был исследован процесс поиска и устранения неисправностей при различных сочетаниях вышеуказанных факторов.

Для систем с протяженной или логически линейной структурой была рассмотрена дихотомическая стратегия поиска неисправности и получены соответствующие оценки времени.

Но не всегда уровень подготовки и оснащения оперативного персонала позволяет точно определить работоспособность фрагмента системы электрооборудования. Существует вероятность ошибки. Таким условиям отвечает дихотомическая стратегия с ошибкой. Она является обобщением первой стратегии. Для нее построена и исследована соответствующая математическая модель, позволившая получить функцию распределения времени поиска неисправности.

В больших и сложных систем электрооборудования поиск неисправности может проводиться последовательным перебором элементов или частями по информационной мере сложности. Дя этих стратегий были построены математические модели и получены функции распределения времени поиска нисправности.

Характерным для сельского хозяйства является невысокий уровень подготовки и технической вооруженности оперативного персонала. Благодаря этому, распространена стратегия поиска неисправности основанная на опыте и интуиции ремонтников (электромонтеров). Процесс его характеризуется некоторым случайным перебором элементов и некоторой величиной вероятности правильного заключения о их работоспособности. Методами теории вероятностей в работе была построена соответствующая ему математическая модель. Она позволила установить, что при такой стратегии, время поиска неисправности имеет случайный характер с экспоненциальным распределением. Сбор и обработка статистической информации о времени восстановления при отказах магнитных пускателей в системах электрооборудования сельскохозяйственных машин подтвердили распространенность и достоверность вышеуказанных особенностей. А математическая

модель логически обосновала многими оспариваемое допущение об экспоненциальном характере времени поиска и устранения неисправности.

Математические модели указанных стратегий поиска неисправности и условия их прменеия приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Математические модели поиска неисправности электрооборудования и области их применеия

N п/п Наименование математической модели стратегии Условия применения стратегии и модели поиска Области применения стратегии поиска

1 Дихотомическая Физически или логически последовательные системы Линии и сети, поточные линии, системы передачи информации

2 Дихотомическая с ошибкой диагностики элементов Физически или логически последовательные системы. Звеньями их являются сложные подсистемы Линии и сети, поточные линии, системы передачи, обработки информации

3 Информационная Системы со сложной структурой и логикой взаимодействия элементов. Квалифицированный персонал Системы электрооборудования и управления производством. Электри-чские станции и подстанции

4 Последовательного выбора Системы со сложной структурой. Персонал средней квалификации Системы электрооборудования и управления производством. Электри-чские станции и подстанции

5 Случайного выбора с ошибками в диагностике Системы с небольшим числом элементов 20<. Персонал средней квалификации и с простейшей диагностической аппаратурой Электрооборуд. отдельных машин и агрегатов с простыми производственными функциями и алгоритмом работы

Таблица 2.

Основные характеристики математических моделей стратегий поиска неисправности электрооборудования

N п/п Наименование математической модели Функция распределения времен поиска неисправности Математическое ожидание Дисперсия

1 Дихотомическая Нормальное

2 Дихотомическая с ошибкой диагноза Биномиальное Дт(1 + 2с[)\о%2Ы 4Лт2да1о§2Лг

3 Информацион -ная Равномерное

4 Последовательного выбора Равномерное 1 ¡1Р ; Г*

5 Случайного выбора Экспоненциальное Дт Р Ах Р

Основные обозначения принятые в таблице 2 : Е[ ]- оператор математического ожидания; /)[ ]- оператор дисперсии;

Ах - длительность операции определения работоспособности элемента или узла электрооборудования;

q- вероятность ошибки при оценке работоспособности элемента или узла электрооборудования;

Полное время устранения неисправности электрооборудования состоит из времени демонтажа неисправного элемента (или блока), времени монтажа исправного элемента, времени доставки потребителю исправного элемента и других составляющих, которые можно определить по соответствующим нормам или экспертным путем.

Показатели надежности электрооборудования, приводимые в его документации, как правило, нуждаются в проверке или вообще отсутствуют. Анализ возможностей их полчения показал, что наиболее достоверным источником являются гарантийные обязательства поставщиков. Поэтому, в соответствии с видами отказов электрооборудования, гарантийными обязательствами и способами их обоснования были разработаны методыы оценки математического ожидания и средиеквадратического отклонения сроков его службы. Расчетные формулы представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Формулы расчета показателей надежности электрооборудования по гарантийным обязательсьвае его поставщиков._-

N Тип электрооборудования Исходная информация Средний срок службы

1 Изделия с микродефекта ми, приводящими к рассеиванию срока службы q-вepoятнocть выявления раннего отказа ^ -гарантийный срок службы Ь ЬО-я) и 1п(1-9)

ч-Ч Ра -доля изделий со скрытыми дефектами ч о, = Г

Ц, ¿К-наценка на стоимость расходов по гарантийному ремонту К-цена оборудования и 1п(1 -АК/К) 0{ = Т

1в,дК, К, Р, с , = Г

Б-планируемые расходы на ремонт N изделий С2-затраты на ремонт одного устройства а, = Г

2 Изделия с неисправимым и дефектами Риск потребителя и риск изготовителя - . 1пр 1п(1-а) а, = Г

Потери потребителя и потери изготовителя - Рл <г -р*) _ 1пР 1п(1-а)_ а,= Т

3 Изделия с исправимыми дефектами с!К, С2 <яСг АК

п0-планируемое число отказов, вероятность его превышения а = Щ- Г=|

Предлагаемые формулы дают приближенные оценки (фактически по укрупненным показателям) ,в условиях дефицита времени, при вы боре электрооборудования для сельскохозяйственных машин на стадии проектирования или обновления. Они позволяют получить ариорную информацию о надежности и не исключают необходимости ее возможного уточнения.

Надежность и ремонтопригодность электрооборудования представляются случайными величинами или их статистическими оценками. Информация по технологическим условиям его применения имеет стохастический разброс. Для учета этих особенностей исходной информации при технико-

экономическом обосновании широко используется метод средних значений. Но он ограничивает, как уже указывалось, множество эквивалентных, по предпочтению, решений и, соответственно свободу выбора. Поэтому при парном сравнении вариантов реализации, в диссертации предложено применять статистически метод оценки различия. Он основан на понятиях порога различия критерия предпочтения Д£> , доверительной вероятности принятия ошибочного решения 9 и правиле определения предпочтения. Правило сформулировано следующим образом.

Если имеется 1 -й вариант реализации с функцией распределения полезности F1 (Д) и 2-й вариант с /^(Д), а

Г(В ]-П2) = ДЛ-О) и 1 - ЯАО) < & (26)

при заданных АД и Ф, то первый вариант предпочтительнее 2-го.

Функции случайных величин, составляющих монотонны, непрерывны и удовлетворительно аппроксимируемы квадратичным приближением в окрестностях их реальных значений. Поэтому и из-за того, что критерий экономической эффективности представляет собой сумму независимых случайных величин, в соответствии с центральной предельной теоремой (теории вероятностей), функции распределения О2, Л£)имеют распределения близкие к нормальному.

Благодаря таким свойствам, для оценки предпочтения достаточно рассчитать их математические ожидания и дисперсии. Затем из таблиц нормального распределения найти ДА/)).

На основе этих результатов, разработаны формулы и методика обоснования предпочтений при выборе электрооборудования сельскохозяйственных машин с учетом их надежности и ремонтопригодности.

Выводы по главе представляются следующими положениями:

1 .Прибыль, как показатель эффективности использования электрооборудования в сельском хозяйстве, эквивалентна суммарным приведеным затратам при точно известном совокупном доходе. Но позволяет получить большее число эквивалентных вариантов реализации, при его случайном характере.

2.3начимость предпочтения, при парном сравнении вариантов реализации электрооборудования с учетом его надежности и ремонтопригодности, должна определяться статистическим методом оценки по порогу различия и доверительной вероятности принимаемого решения.

3.В сельском хозяйстве наиболее распространенной стратегией поиска неисправности электрооборудования является стратегия случайного выбора. Она дает экспоненциальный характер функции распределения необходимых затрат времени.

4. Априорные оценки являются основными методами получения информации об ожидаемой надежности и ремонтопригодности электрооборудования в конкретных условиях сельскохозяйственного производства.

Пятая глава посвящена исследованию надежности и эффективности средств ее повышения на примере электрооборудования электроприводов сельскохозяйственных машин методами теории надежности с учетом зависимых отказов.

Электрооборудование электроприводов сельскохозяйственных машин является наиболее распространенным и типичным видом систем с зависимыми отказами. Накоплен большой статистический материал по его эксплуатационной надежности и различного рода рекомендации по способам ее повышения. Но они нуждаются в логической взаимоувязке и представлении на единой научной базе.

На основе систематизации взаимовлияний элементов электрооборудования, рабочей машины и питающей электрической сети составлена граф-схема их отношений. Она изображена на рисунке 4.

Рис.4. Функциональная граф-схема взаимовлияний между элементами электрооборудования электропривода и внешней средой. Пф(1)-потеря фазы. Пр(2)-перегрузка, Зр(3)- заторможенный ротор, П(4)-за-щита от перегрузок, Кз(5)- защита от коротких замыканий, ЗАЩ(6,7)-про-тивоперегрузочная защита, МП(8)-магнитный пускатель, ЭД(9)- асинхронный электродвигатель.

В результате ее логического анализа был построен направленный граф взаимовлияний, по надежности, при отказах элементов и внешних воздействиях в объединенной системе "рабочая машина-электропривод-сеть". Его вид представлен на рисунке 5. В нем предусмотрены обратные связи по последействию отказов магнитного пускателя и асинхронного электродвигателя, которые соответствуют потере фазы питющего напряжения и заклиниванию ротора электродвигателя.

Рис.5.Граф взаимовлияний, по надежности, при отказах электрооборудования электропривода и внешних воздействиях на него.

Этот граф послужил основой разработки математической модели надежности с учетом зависимых отказов элеменов электорооборудования и внешних воздествий на него.

Конструктивная надежность элементов электрооборудования, отражаемая в соответствующих компонентах вектора начальной надежности (ресурса), рассчитана по отраслевым методикам минэлектротехпрома.

Численные значения интенсивностей внешних воздействий получены по результатам экспериментальных исследований в сельском хозяйстве.

Разработанная математическая модель верифицирована на данных о надежности, электрооборудования электроприводов навозоуборочных транспортеров и защитных характеристиках противоперегрузочной защиты. С ее помощью регуляризированы статистические материалы по надежности, параметрам взимовлияний и получены конкретные математические модели надежности электрооборудования электроприводов сельскохозяйственных машин. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Регуляризироваииые параметры математических моделей надежности электрооборудования электроприводов сельскохозяйственных машин

Типы Т Коэффициенты влияния

машин д 16 24 35 46 57 68 69 78 79 81 93

Интенсивности потоков отказов (1/год)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

трансп. V 0.04 1 0.5 1 0.06 0.8 0.95 0.8 0.95 0.5 0.8

шнеки нории —» Х.о 3.2 0 5 0 0.04 0 0 0.06 0.09

—> X 3.34 0 5.3 0 0.16 0 0 0.27 0.35

измельч V 0.04 1 0.5 0.21 0.06 0.8 0.95 0.8 0.95 0.5 0.8

кормов дробилки —> 1 1.05 2 0 0.04 0 0 0.06 0.09

А, 1.16 1.05 2.32 0 0.16 0 0 0.32 0.4

навозн У 0.04 1 0.5 1 0.06 0.8 0.95 0.8 0.95 0.5 0.8

трансп. —> Хо 3.7 0 8 0 0.04 0 0 0.06 0.09

-> X 3.88 0 8.36 0 0.16 0 0 0.27 0.46

насосы V 0.04 1 0.5 1 0.06 0.8 0.95 0.8 0.95 0.5 0.8

—> 3.2 0 5 0 0.04 0 0 0.06 0.09

-> X 3.4 0 5.28 0 0.16 0 0 0.28 0.35

венти- У 0.04 1 0.5 1 0.06 0.8 0.95 0.8 0.95 0.5 0.8

ляторы —> Хо 6 0 1 0 0.04 0 0 0.06 0.09

-» X 6.13 0 1.26 0 0.16 0 0 0.26 0.33

Асинхронные электродвигатели, применяемые в электроприводах сельскохозяйственных машин, по данным статистичеких наблюдений, имеют износовый характер функции распределения времени безотказной работы (Вейбулла).

Исследования решений, соответствующих, им кинетических дифференциальных уравнений, для выбранных типов сельскохозяйственных машин, показали, что кинетическиие функции надежности асинхронных электродвигателей имеют вид линейной функции

\|/(Х) = с-71 . (27)

Среднее значение с , т.е. Е{с\ = 3.202, а коэффициент его вариации по всем видам машин равен V[c] = 0.04. Такое значение коэффициента вариации говорит о высокой устойчивости и достоверности найденной кинетической функции надежности.

Вид функций плотности распределения времени безотказной работы электродвигателей, полученных на основе математических моделей и кинетических функций из решений кинетических дифференциальных уравнений, представлен на рисунке 6.

04

1

лЗ

03 1 2\ -

01 ' // S -

0 1 ,Г

ч 1 .. ^

0 2 * ( « 10 12 t it

Рис.б.Графики функций плотности распределения времени безотказной работы асинхронных электродвигателей в электроприводах сельскохозяйственных машин.

Они статистически неразличимы от распределения Вейбулла на объемах выборок порядка 100-200 значений (характерных для исследований). Но по физическому смыслу имеют принципиальное отличие, так как, математически строго, отражают износовый характер отказов, а не модель слабого звена, которая соответствует распределению Вейбулла.

С помощью полученных математических моделей надежности исследована динамика интенсивности отказов электродвигателей сельскохозяйственных машин и ее предельные значения. Выявлены наиболее значимые факторы внешних воздействий и наиболее уязвимые элементы электрооборудования электроприводов.

В качестве примера использования методов обоснования предпочтений и оценки надежности с учетом зависимых отказов, изучена возможность применеия противоперегрузочной защиты, типа ФУЗ, в электроприводах доильных усановок. Оказалось, что это решение не удовлетворяет условиям предпочтения (1 - ДАЙ) = 0.374) и потому не распространено в практике.

Важную роль в проблеме обеспечения надежности играет задача выбора и применеия средств диагностики электрооборудования. Она решается разработанными методами теории надежности с учетом зависимых отказов. Но во многих случаях более оправданным может быть использование метода, основанного на теории информации и представленного в диссертационной работе. Суть его заключается в оценке энтропии состояния объеди-

ненной системы, представляющей собой сочетание диагностируемой и диагностирующей систем.

Энтропия объединенной системы расчитывается по известным формулам теории информации

Н(Х, У) = Н(Х) + Н(У\Х) (28)

или

Н(Х, У) = ЩХ) + Н( У) - 1(Х: У) (29)

где Н(Х) -энтропия диагностирующей системы; Н( У)-энтропия диагностируемой системы; Н(У\Х)-энтропия диагностируемой системы, если известна энтропия диагностирующей системы; 1{Х: У)-информация в диагностирующей системе о состоянии диагностируемой.

Наилучшей будет та система диагностики, которая минимизирует энтропию объединенной системы.

В зависимости от назначения и принципа действия диагностирующей и диагностируемой систем, предлагается использовать соответствующие меры информации:

-для систем, работающих по принципу конечных автоматов (релейные системы), требуется мера Хартли;

-для систем, работающих по принципу вероятностных автоматов (релейные защиты), требуется мера Шеннона;

-д ля систем компъютгерной диагностики по непрерывному изменению параметров, требуется мера Колмогорова.

Предложенный метод устойчив к погрешности исходной информации и прост в расчетах. Это подтверждено сравнением 2-х видов противопрегру-зочных защит асинхронных электродвигателей.

Выводы по главе представляются следущими положениями:

1 .Разработанные методы оценки надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов позволяют построить универсальную, логически завершенную математическую модель надежности электропривода сельскохозяйственных машин.

2.Математическая модель надежности электропривода позволяет систематизировать и регуляризировать статистическую информацию о надежности и условиях работы электрооборудования сельскохозяйственных машин. Выявить наиболее значимые факторы эксплуатации и наиболее уязвимые (подверженные внешним воздействиям) элементы. Определить эффективные способы повышения их надежности.

3.Для асинхронных электродвигателей, установленных в приводах сельскохозяйственных машин, кинетические функции надежности являются линейными-однопараметрическими. Среднее значение этого параметра равно 3.2. Это означает, что действие аварийной перегрузки увеличивает интенсивность отказов электродвигателей практически в 4 раза.

4.Основные теоретические положения метода оценки надежности элек- трооборудования с учетом зависимых отказов подтверждаются

результатами статистических исследований надежности электроборудова-ния электро приводов сельскохозяйственных машин. В частности, решения кинетических дифференциальных уравнений надежности асинхронных электродвигателей подтверждаются результатами статистических исследований. Но они опровергают распространенное мнение о вейбуловском характере функции распределения времени безотказной работы.

5. Информационный метод оценки эффективности средств защиты и диагноста универсален по типам исследуемых систем, учитывает структуру и функциональные отношения, оперирует интегральным показателем- энтропией, устойчивым к погрешности исходной информации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ В ДИССЕРТАЦИИ

В процессе выполнения комплекса исследований, при решении поставленной проблемы, получены следующие научные результаты:

1 .Выполнен анализ методов решения задач обеспечения надежности электрооборудования в сельском хозяйстве на всех этапах жизненного цикла технологических машин и обоснованы актуальность и практическое значение проблемы оценки надежности с учетом зависимых отказов, выбора средств и способов ее повышения и получения необходимой информации.

2. Введены и обоснованы основные определения теории надежности электрооборудования с учетом зависимых отказов. В том числе:

-векторный показатель надежности в виде вектора интенсивностей отказов элементов системы;

-матрица взаимовлияний для определения зависимости отказов и описания динамики вектор-функции интенсивностей отказов;

3.Разработаны методы оценки надежности электрооборудования без накопления нарушений и зависимыми отказами элементов.

4.Разработан метод оценки надежности электрооборудования с зависимыми отказами и накоплением нарушений. В том числе:

-введено и обосновано понятие кинетической функции надежности электрооборудования;

-определена кинетика надежности электрооборудования при зависимых отказах;

-обоснованы и исследованы кинетические дифференциальные уравнения надежности электрооборудования с зависимыми отказами;

-доказана возможность их примения при случайных флуктуациях кинетических функций надежности, отвечающих наиболее реальному характеру их поведения.

5.С помощью построенной теории надежности электрооборудования с зависимыми отказами решен ряд сопутствующих ей задач:

-разработаны метод, алгоритм и программа (для ЭВМ) расчета матрицы взаимовлияний при отказах элементов и внешних воздействиях;

-разработаны метод, алгоритм и программа (для ЭВМ) расчета надежности электрооборудования по ограниченному объему статистической информации с учетом априорной информации в виде интервальных оценок интенсивности отказов.

6.На основании анализа и математического моделирования процесса поиска и устранения неисправностей электрооборудования, с учетом его структуры и уровня подготовленности оперативного персонала разработаны формулы априорной оценки ремонтопригодности электроустановок. Найдена наиболее характерная для сельского хозяйства стратегия поиска неисправности.

7.Для обоснования предпочтений, при выборе электрооборудования, разработаны способы априрной оценки надежности, учитывающие его характер отказов, гарантийные обязательства поставщиков и стратегии их обоснования.

8.Исходя из того, что надежность, ремонтопригодность и многие технико-экономические показатели электрооборудования имеют случайный характер разработан статистический метод обоснования предпочтений по по- рогу допустимого различия значений критерия экономической эффективности и уровню значимости принятия ошибочного решения.

9.Методами построенной теории надежности с учетом зависимых отказов электрооборудования разработана и верифицирована по результатам статистических исследований универсальная математическая модель надежности типовых электроприводов сельскохозяйственных машин. На ее основе:

-регуляризированы оценки надежности и параметры внешних воздействий на электрооборудование электроприводов основных технологических машин в животноводстве;

-найдены кинетические функции надежности, функции роста и предельные значения интенсивности отказов асинхронных электродвигателей в сельском хозяйстве;

-определена зависимость среднего срока службы электродвигателей в сельском хозяйстве от их ресурса;

-показано, что использование статистического метода обоснования предпочтений дает достоверные и подтвержденные практикой результаты;

-объяснена причина отсутствия ожидаемого повышения надежности асинхронных электродвигателей в сельском хозяйства при выпуске их новых серий и исполнений;

-указаны основные направления исследований по повышению надежности электрооборудования электроприводов сельскохозяйственных машин и представлен способ их выбора.

Ю.Предложен информационный подход в качестве основы универсального метода оценки эффективности средств защиты, диагностики и структуры систем электрооборудования, использующий информационные меры Хартли, Шеннона и Колмогорова.

Весь комплекс теоретических и прикладных задач представляет собой обобщение и решение научной проблемы обеспечения надежности электроо- борудования с учетом зависимых отказов в сельском хозяйстве.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1.Воронин Е.А. и др. Автоматизация оценки надежности электропри-вода//Механизация и электрификация сельского хозяйства. -1977, N11, с. 40-48.

2.3уль Н.М.,Воронин Е.А. Технико-экономическая оценка надежности последовательных систем электропривода технологическихх поточных линий с непрерывным режимом работы/НТБ ВИЭСХ, вып.3(27). М.:ВИЭСХ, 1975, с.38-41.

З.Зуль Н.М,,Воронин Е.А. Технико-экономическая оценка надежности последовательных систем электропривода с периодическим режимом работы//НТБ ВИЭСХ, вып. 1(28). М.:ВИЭСХ, 1976. с.74-78.

4.3уль Н.М.,Воронин Е.А. Оценка надежности электропривода по результатам испытаний//Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1975,-N8. -с. 29-30.

5.Мусин А.М.,Воронин Е.А.,Ходырев В.М. Методы определения интенсивности потока отказов электродвигателя из-за аварийных режимов //НТБ ВИЭСХ,1983, -с.3-7.

6.РТМ 105/23.2-0-05278 Руководящий технический материал. Оценка надежности электроприводов сельскохозяйственных машин. М.:ВИСХОМ, 1979, -59с.

7.Воронин Е.А. Оценка надежности систем в виде жестко связанных элементов//Надежность и контроль качества, серия "Надежность", 5,95. М.: Стандарты и качество. 1995, с.28-33.

8.Воронин Е.А. Оценка надежности систем электрооборудования с групповыми отказами элементов//Труды МГАУ/Автоматизация и компьютеризация в сельском хозяйстве. М.:МГАУ,1995, с.13-19.

9.Воронин Е.А. Математическая модель надежности систем электрооборудования со случайным характером групповых зависимых отказов элементов //Груды МГАУ/Автоматизация и компьютеризация в сельском хозяйстве. М.:МГАУ, 1995, с.8-12.

Ю.Воронин Е.А. Векторно-матричный метод оценки надежности элек-троустановок//Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1996,N5, с.39-41.

П.Воронин Е.А.Оценка надежности систем с взаимовлиянием элементов при отказах/Яезисы докладов/Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве. Г.Углич. М.:РАСХН,1995. с.40-41.

12.Воронин Е.А. Надежность систем с накоплением последствий отказов их элементов //Проблемы машиностроения и надежности машин. 1996, N6.

1 З.Воронин Е.А. Анализ влияния режимов и условий эксплуатации на надежность электродвигателей в животноводческих помещениях //Материалы научн.техн.конф./Вопросы монтажа.эксплуатации ремонта и надежности машин и оборудования животноводческих ферм. Минск.:ВНИИТИМЖ, 1977, с. 12-14.

14.Воронин Е.А. Оценка взаимовлияний в системах с зависимыми отказами //Проблемы машиностроения и надежности машин. 1996,N4.

1 З.Воронин Е.А. Комбинаторная математическая модель времени поиска неисправности в сложной технической системе//Тр.МИИСП. М.:МИИСП, 1991, с.81-84.

16.3уль Н.М., Воронин Е.А. Анализ времени восстановления магнитных пускателей при их отказах на животноводческих фермах// Тр.ВИЭСХ /Электропривод сельскохозяйственных машин и оборудования. М.:ВИЭСХ, 1972, с.112-113.

17.Воронин Е.А. Исследование влияния режимов и условий эксплуатации на надежность электродвигателей в животноводческих помещениях //НТБ ВИЭСХ, вып 3(33). М.:ВИЭСХ,1977.с.35-37.

18.Воронин Е.А.,Ходырев В.М. Оценка средней наработки до отказа электродвигателей в сельскохозяйственном производстве с учетом условий эксплуатации//НТБ ВИЭСХ, 1986.вып.З(58),с.6-10.

19.Воронин Е.А. Определение критерия предпочтения при выборе оборудования с учетом надежности //Сборник научных трудов МГАУ. М.:МГАУ,1996.

20.Воронин Е.А. Информационная оценка эффективности систем диагностики и обслуживания электроустановок//Рациональное проектирование и эксплуатация сельского электроснабжения/Сборник научных трудов. М.:МИИСП,1989, с.14-20.