МДК.05.02 15.02.07 МУ ПЗ — Технология контроля соответствия и надежности устройств и функциональных блоков мехатронных и автоматических устройств и систем управления

министерство образования и науки Российской Федерации
Старооскольский технологический институт им. А.А. УГАРОВА
(филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения
высшего образования
«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
ОСКОЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ



УТВЕРЖДЕНО НМС ОПК
протокол №01
от «01» сентября 2016 г.





МДК.05.02. Технология контроля соответствия и надежности устройств и функциональных блоков мехатронных и автоматических устройств и систем управления


Методические указания для студентов очной формы обучения
по выполнению практических заданий

Специальность

15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)













Старый Оскол 2016
Рассмотрены на заседании П(Ц)К спец. 13.02.11 и 15.02.07
Протокол №01
от «01» сентября 2016 г


Председатель П(Ц)К

______________________М. В. Горюнова
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по ПМ.05. МДК 05.02 Технология контроля соответствия и надежности устройств и функциональных блоков мехатронных и автоматических устройств и систем управления

Специальности 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)












Составители:

Ковалев А.П., преподаватель ОПК СТИ НИТУ «МИСиС»


СОДЕРЖАНИЕ
введение 3
Практическая работа №1 6
Практическая работа №2 9
Практическая работа №3 11
ПрактическИЕ работЫ №4 15
ПрактическИЕ работЫ №5 20
Список литературы 24
13 TOC \o "1-2" \h \z \u 14

15 введение

Невозможно себе представить современные технологические процессы без огромного количества автоматизированных и автоматических систем. Естественно, что надёжность этих систем – это один из фундаментальных вопросов проектирования и эксплуатации.
Вопросам надёжности систем управления (САУ), особенно на стадии проектирования АСУ ТП с каждым годом уделяется всё большее внимание. Важность проблемы надежности САУ обусловлена их повсеместным распространением фактически во всех отраслях промышленности.
Контроль соответствия и контроль надёжности становятся неотъемлемой частью технологической безопасности автоматических и автоматизированных систем.
Надежность – свойство системы сохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации.
Контроль (фр. contrфle, от contrerфle список, ведущийся в двух экземплярах, от лат. contra - против и rotulus - свиток) – одна из основных функций системы управления. Контроль осуществляется на основе наблюдения за поведением управляемой системы с целью обеспечения оптимального функционирования последней (измерение достигнутых результатов и соотнесение их с ожидаемыми результатами). На основе данных контроля осуществляется адаптация системы, то есть принятие оптимизирующих управленческих решений.
Цель дисциплины: формирование представлений об основных принципах контроля основных параметров простых и сложных систем..


Практическая работа №1
Разработка методики проведения климатических испытаний.
Цель работы: провести планирование климатических испытаний узла, закрепить знания приобретённые в ходе лекций.

Студент должен уметь:
обеспечивать надежность автоматических устройств за счет правильной эксплуатации систем
Студент должен знать:
способ повышения надежности электронных блоков путем введения процесса электротермотренировки;

Теоретическая часть

Условия окружающей среды в реальныхусловияхэксплуатации обычно представляют собой определенные сочетания ВВФ (внешние воздействующие факторы) переменной интенсивности. Вместе с тем точный контроль условий окружающей среды во время эксплуатационных испытаний обычно невозможен по экономическим соображениям, а также может быть нецелесообразен исходя из целей самих испытаний. Тем не менее фиксация условий эксплуатационных испытаний имеет особое значение.
При лабораторных испытаниях ВВФ могут прилагаться к испытуемым образцам поодиночке, в некоторых сочетаниях или в определенной последовательности. Во всех случаях, когда это возможно, тяжесть ВВФ при испытаниях на безотказность должна выбираться на основе ГОСТ Р МЭК 60068-2-30.
В подробном плане испытаний должны быть установлены условия их проведения в части ВВФ окружающей среды, предпочтительно в виде последовательности стандартных условий испытаний и переходов между ними, с дополнительной информацией, указанной в ГОСТ Р МЭК 60068-2-30. Должна быть также приведена полная информация о всех отклонениях выбранных условий испытаний от стандартизованных.
Подробные указания по выбору условий и режимов работы испытуемых образцов и ВВФ на них приведены в [4].
В большинстве случаев условия и режимы работы, условия окружающей среды, ТО и ремонтов изделий в эксплуатации отличаются большим разнообразием сочетаний, последовательности и тяжести различных факторов. Вместе с тем могут быть выделены некоторые сходные категории условий эксплуатации, встречающиеся достаточно часто, чтобы оправдать возможность применения стандартизованных испытательных циклов при проведении контрольных и определительных испытаний изделий на безотказность. Эти стандартизованные (предпочтительные) условия испытаний подробно регламентированы серией стандартов [5] и должны применяться везде, где это возможно.

Практическая часть
По своему варианту задания и по справочной таблице из ГОСТа определить продолжительность испытаний, температурный режим и режим установления и изменения влажности и температуры.
Заполнить таблицу испытаний (форма таблицы приведена в методических указаниях) на весь цикл испытаний.
Используя материал таблицы, начертить на миллиметровке с соблюдением масштаба циклограмму испытаний на весь цикл.
Ответить на контрольные вопросы

Контрольные вопросы:
Зачем нужны программы климатические испытания?
Что такое ВВФ, поясните?
Где устанавливаются условия в части ВВФ?

Практическая работа №2
Расчет системы обеспечения теплового режима узла обработки данных в системе автоматизации.
Цель работы: провести расчет обеспечение теплового режима узла, закрепить знания приобретённые в ходе лекций.

Студент должен уметь:
предлагать схемотехнические методы повышения надежности
обеспечивать надежность автоматических устройств за счет правильной эксплуатации систем
Студент должен знать:
методы повышения надежности на различных этапах проектирования, производства и эксплуатации;
назначение элементов систем, обеспечивающих надежность работы систем автоматики и элементов мехатронных устройств и систем;

Теоретическая часть

Разрабатываемая система конструктивно представляет собой встраиваемый в систему автоматизации (СА) модуль. Учитывая высокую производительность современных СА целесообразно переложить на персональный компьютер выполнение основных функций обработки сигнала в проектируемой системе. Таким образом, затраты на построение аппаратных средств модуля будут минимизированы. Сам модуль будет выполнять функции первичной обработки входных сигналов и обеспечивать поступление информации в СА (например, через механизм прерываний). При таком подходе существенно упрощаются задачи по проектированию аппаратных средств системы, интерфейса между модулем и СА. Как недостаток – усложняется разработка программного обеспечения. Но учитывая предъявленные технические требования к системе (относительно большое количество входных каналов, требуемый интерфейс с СА и т. п.), и, как следствие, достаточно большой объем электронного оборудования, такой подход в заданных условиях представляется наиболее рациональным.
Руководствуясь функционально-модульным подходом в проектировании системы, все аппаратные средства модуля аналого-цифрового преобразования можно укрупненно разбить на четыре части (датчики условно отнесем к самостоятельной структурной единице). К первой части (входной блок) можно отнести аппаратуру, на которую непосредственно поступают сигналы от датчиков. Этот блок должен выполнять соответствующие функции: первичное усиление и фильтрация сигнала, коммутация каналов. Следовательно, аппаратура блока будет представлена фильтрующими и усилительными схемами, аналоговым коммутатором каналов, его схемой управления.
Ко второму блоку (с точки зрения структурного построения системы) можно отнести совокупность технических средств, задачей которых является осуществление аналого-цифрового преобразования. Данный блок целесообразно построить по классической схеме преобразователя напряжение – код. Такой выбор осуществлен в связи с тем, что 1) данная схема будет удовлетворять временным параметрам системы; 2) для дистанционных систем сбора данных наиболее оптимальным является именно такой вариант преобразования [4]; 4) дальнейшая обработка выходного сигнала от такой схемы (модуля вообще) является наиболее приемлемой с точки зрения объема дополнительной аппаратуры для преобразования и обработки сигнала.
Выбор разрядности преобразователя будет определяться точностными требованиями к системе, изложенными в техническом задании на разработку.
Укрупненно данный блок включает в себя следующие функциональные части: регистр последовательного приближения, цифро-аналоговый преобразователь, операционный усилитель, компаратор, генератор тактовых импульсов и схему запуска.
Третий блок проектируемого модуля системы представляет собой аппаратные средства, предназначенные для сопряжения устройства с персональным компьютером. Основные функции данного блока: 1) преобразование последовательного кода, поступающего с выхода блока аналого-цифрового преобразования, в параллельный; 2) осуществление дешифрации базового адреса и адресов регистров устройства; 3) формирование управляющих сигналов для выбора канала и работы преобразователя; 4) буферизация используемых сигналов шины микро-ЭВМ; 5) вспомогательные функции по синхронизации работы составных частей устройства и генерация сигнала вектора прерывания.
Аппаратура, предназначенная для согласования логических уровней составных частей устройства составляет четвертый аппаратный блок разрабатываемого модуля.
Таким образом, теперь можно сформулировать основные требования к структурным компонентам системы (некоторые из них исходят из описанного выше предназначения аппаратных средств).
Применяемые термодатчики должны удовлетворять предъявленным в ТЗ требованиям по диапазону измеряемых температур, погрешности измерения, а также конструктивным требованиям (установка датчиков должна осуществляться на поверхность ИМС и конструктивных элементов ЭВС).
Входной блок должен обеспечивать первичную обработку сигнала (усиление, фильтрация) и коммутацию входных каналов. То есть так обработать сигнал, чтобы его можно было передавать на блок аналого-цифрового преобразования. Необходимо стремиться к минимизации времени переключения канала и ослаблению взаимного влияния сигналов из разных каналов.
Главными требованиями, предъявляемыми к блоку аналого-цифрового преобразования являются точность и время преобразования.
Блок сопряжения устройства с СА должен обеспечивать интерфейс между модулем и персональным компьютером по стандарту ISA, выполнять вспомогательные функции по буферизации используемых сигналов шины модуля и синхронизации работы составных частей устройства.
Блок согласования и развязки должен осуществлять функции сопряжения составных частей устройства.
Необходимо отметить, что следует добиваться минимальной «паразитной» задержки сигнала во всех составных частях устройства (изначально определяющими являются задержки в блоке аналого-цифрового преобразователя и коммутатора, однако применяемая элементная база может внести существенные коррективы во временной баланс [4]).
Как уже было отмечено выше, основная логическая обработка сигнала в разрабатываемой системе возлагается на средства СА, в которую встраивается проектируемый модуль.
Реализация вышеизложенных положений по структурному построению аппаратных средств разрабатываемого модуля приведена на схеме электрической структурной БГУИ.411117.001Э1.
После выбора и обоснования структурного построения разрабатываемой системы следует определить те конструкторские расчеты, которые необходимо выполнить в процессе проектирования.
Проведение того или иного конструкторского расчета обуславливается тремя факторами: 1) заданными в ТЗ количественными требованиями к разработке, выполнение которых необходимо подтвердить (в частности, параметры надежности и технологичности); 2) необходимостью получения численных данных для проектирования (конструктивно-технологический и электрический расчеты элементов печатного монтажа (ЭПМ)); 3) математической проверкой принятых инженерных решений (расчет вибропрочности).
Таким образом, в рамках данного проекта предполагается выполнение следующих конструкторских расчетов: 1) надежности; 2) конструктивно-технологический ЭПМ; 3) электрический ЭПМ; 4) вибропрочности; 5) технологичности. Кроме этого, в исследовательской части проекта предполагается выполнить теоретический расчет теплового режима экспериментально исследуемого системного блока СА.
Исходя из представленных возможностей требуемого интерфейса между модулем и СА (стандарт ISA), а также из соображений целесообразности (соответствие между функциональными задачами модуля и персонального компьютера, в который он встраивается), наиболее рациональным способом взаимодействия технических и программных средств модуля АЦП и СА для разрабатываемой системы является использование системы прерываний СА.
Как известно, главная задача механизма прерываний заключается в предоставлении микропроцессору эффективного средства для быстрого отклика на непредсказуемые события. Обработка прерываний, выполняемая таким механизмом, повышает пропускную способность вычислительной системы, позволяя периферийным устройствам выдавать на микропроцессор запросы на обслуживание в тех случаях, когда они в нем нуждаются [6]. Это гораздо эффективнее опроса периферийных устройств микропроцессором с целью выявления того, необходимо ли им обслуживание.
Прерывания, которые, как правило, связаны с внешними по отношению к микропроцессору устройствами (модули расширения, дисковые накопители, принтеры), получили название аппаратных прерываний. Все запросы на аппаратные прерывания из системной шины направляются через контроллеры прерываний 8259A. Эти контроллеры генерируют запросы прерываний на вход INTR микропроцессора, которые могут маскироваться в процессоре.
Контроллеры прерываний могут принимать сигналы прерываний от нескольких устройств, назначать им приоритеты и прерывать работу процессора.
В архитектуре PC AT подсистема аппаратных прерываний состоит из двух контроллеров 8259А (главного - MASTER и подчиненного - SLAVE). Они объединены таким образом, что могут обслужить 15 запросов на прерывания.
Инициализация и установка режимов работы контроллера выполняется путем его программирования как устройства ввода-вывода с помощью команд байтного ввода-вывода OUT и IN микропроцессора.
Установка контроллера в исходное состояние и определение алгоритма обслуживания прерываний, а также его изменение в процессе работы осуществляют с помощью команд контроллера двух типов: команд инициализации (ICW) и рабочих команд (OCW).
Кoнтроллер может выполнять следующий набор операций: маскирование - индивидуальное маскирование запросов, специальное маскирование обслуживаемых запросов; установку статуса уровней приоритета по установке исходного состояния, по обслуженному запросу, по указанию; окончание прерываний – обычное и специальное, а также автоматическое; чтение регистра запросов, регистра обслуженных запросов, регистра маски, результатов опроса.
Таким образом, подсистема прерываний реализуется в самом чипсете СА. Внешние же сигналы, поступающие с шин расширения (ISA, PCI, AGP и др.) должны быть перераспределены между резервными линиями запросов на прерывания. Во избежание конфликтности между внешними устройствами при разработке модулей расширения необходимо предусмотреть возможность осуществления выбора (от модуля) того или иного номера прерывания, за которым будет закреплено устройство.
Анализируя взаимодействие технических и программных средств системы, необходимо еще раз подчеркнуть, что на модуль АЦП возложены функции по первичной обработке сигнала и «предоставлении» входной информации в СА.
Практическая часть
Выполнить расчет теплоотводящего радиатора для мощных электронных приборов (по индивидуальным заданиям).
Выполнить чертеж рассчитанного радиатора

Контрольные вопросы:
Зачем нужны системы обеспечения тепловых режимов?
В чём сложность создания однотипных модулей обеспечения тепловых режимов?
Переохлаждение так же опасно как перегрев? Почему?
Практическая работа №3
Расчет электронного узла управления на вибропрочность и ударную прочность.
Цель работы: провести расчет обеспечение вибрационного режима узла, закрепить знания приобретённые в ходе лекций.

Студент должен уметь:
предлагать схемотехнические методы повышения надежности
обеспечивать надежность автоматических устройств за счет правильной эксплуатации систем
Студент должен знать:
методы повышения надежности на различных этапах проектирования, производства и эксплуатации;
назначение элементов систем, обеспечивающих надежность работы систем автоматики и элементов мехатронных устройств и систем;

Теоретическая часть

Общие положения
Поверочный расчет на стадии проектирования необходимо проводить после выполнения расчета по выбору основных размеров.
Поверочный расчет следует проводить:
по номинальным размерам - на стадии проектирования;
по фактическим размерам - на стадиях сооружения и эксплуатации (при необходимости выполнения расчетов по пункту 1.1.5).
Поверочный расчет следует выполнять с учетом всех расчетных режимов эксплуатации.
При проведении расчета необходимо учитывать следующие нагрузки:
внутреннее и (или) наружное давление;
нагрузки от затяга болтов и шпилек;
собственный вес изделия и его содержимого;
дополнительные нагрузки (вес присоединенных изделий, в том числе изоляции трубопроводов, нагрузки, приводящие к деформированию при изготовлении и монтаже, и т.п.);
усилия от реакций и перемещений опор и трубопроводов;
температурные воздействия;
вибрационные нагрузки;
ударные воздействия, вызываемые столкновением судов и прочими навигационными ситуациями (посадка судна на мель, столкновение со скалами, айсбергами и т.п.).
Основными расчетными режимами являются:
стационарный режим;
пуск;
затяг болтов и шпилек;
функционирование системы аварийной защиты;
изменение мощности реактора;
остановка;
гидравлические испытания;
срабатывания предохранительных клапанов;
нарушение нормальной эксплуатации;
режим перехода с естественной на принудительную циркуляцию.
При поверочном расчете следует использовать физико-механические характеристики основного металла, указанные в национальных стандартах, стандартах организаций или в ТУ на материалы соответствующего сортамента.
При проведении поверочного расчета наплавленных или плакированных стенок напряжения в стенке и в наплавке следует определять с учетом температурных напряжений, вызванных разницей коэффициентов линейного расширения основного металла и наплавки.

Необходимость учета остаточных напряжений (сварочных, наплавочных, монтажных и др.) в конкретных разделах поверочного расчета устанавливается в соответствующих нормативных документах.
Порядок определения напряжений
Для рассматриваемого элемента конструкции оборудования и трубопровода на основе анализа условий эксплуатации, изготовления и монтажа должна быть установлена возможная последовательность чередования во времени эксплуатационных режимов работы и нагружения, включая условия испытаний, НЭ и ННЭ.
На основании принятой последовательности режимов работы и нагружения расчетами в упругой постановке следует определять значения главных напряжений без учета концентрации и температурных воздействий. Для начального и конечного моментов времени значения главных напряжений должны быть равны нулю.
Согласно принятой последовательности режимов работы и нагружения, следует определить напряженное состояние элемента с учетом температурных воздействий и концентрации напряжений и построить графики изменения приведенных условных упругих напряжений во времени.
Требования к построению вышеуказанных графиков, использованию теоретических и эффективных коэффициентов концентрации напряжений, а также к формированию категорий приведенных напряжений для проверки различных критериев прочности и выделению циклов изменения условных упругих приведенных напряжений устанавливают в одобренных Федеральной службой по атомному надзору документах организаций, занимающихся проектированием и изготовлением оборудования и трубопроводов.
Расчет на статическую прочность
При расчете на статическую прочность необходимо учитывать расчетные нагрузки, указанные в пунктt, кроме вибрационных и ударных нагрузок, и все эксплуатационные режимы, приведенные в пункте
Условия обеспечения статической прочности должны ограничивать уровень напряжений, вызывающих:
вязкое или хрупкое разрушение;
возникновение пластического течения по всему сечению элемента конструкции;
смятие поверхности элемента конструкции;
срез;
изменение формы.
Условия прочности устанавливают ограничением уровня соответствующих категорий напряжений относительно значений , или .
Суммарный уровень напряжений, входящих в группу категорий напряжений, вызывающих возникновение однородной пластической деформации в сечении элемента конструкции под действием механических нагрузок, должен быть не более:
при НЭ;
1,2 при ННЭ.
Суммарный уровень напряжений, входящих в группу категорий напряжений, вызывающих возникновение пластического шарнира в сечении элемента конструкции (кроме болтов и шпилек) под действием механических нагрузок, должен быть не более:
1,3 при НЭ;
1,6 при ННЭ.
Конкретные зависимости, используемые для проверки статической прочности различных групп категорий напряжений, устанавливаются в соответствующих нормативных документах.
Расчет на устойчивость
Расчет на устойчивость выполняют применительно к статическому нагружению элементов конструкций оборудования и трубопроводов. При ударном нагружении следует руководствоваться требованиями раздела 4.7.
Проверку на устойчивость следует выполнять для элементов сосудов (обечаек, выпуклых днищ) при совместном или раздельном действии наружного давления, превышающего внутреннее, и сжимающих усилий.
По условиям прочности следует определять допускаемые значения наружного давления и сжимающих усилий.
Методики расчета и условия прочности устанавливают в соответствующих нормативных документах.
Расчет на циклическую прочность
Определение допускаемого числа циклов по заданным амплитудам напряжений или допускаемых амплитуд напряжений для заданного числа циклов следует проводить:
1) по расчетным кривым усталости, характеризующим в пределах их применения зависимость между допускаемыми амплитудами условных упругих напряжений и допускаемыми числами циклов;
2) по уравнениям, связывающим допускаемые амплитуды условных упругих напряжений и допускаемые числа циклов.
В расчете необходимо учитывать влияние на циклическую прочность характеристик материала (включая сварные соединения), асимметрии цикла условных упругих приведенных напряжений (в том числе вызванной действием остаточных напряжений), температуры, флюенса нейтронов, воздействия теплоносителя.
При расчете деталей из титановых сплавов следует принимать во внимание влияние эффектов ползучести.
Условие прочности при наличии различных циклических нагрузок должно определяться накоплением усталостного повреждения вплоть до допускаемого значения.
В тех случаях, когда низкочастотные циклические напряжения, вызываемые пуском, остановом, изменением мощности, функционированием аварийной защиты или другими режимами, сопровождаются наложением высокочастотных напряжений, например, вызванных вибрацией, пульсацией температур при перемешивании потоков теплоносителя с различной температурой, расчет на циклическую прочность следует проводить с учетом многочастотного характера нагружения.
Допускается оценивать циклическую прочность на основе кривых усталости, полученных экспериментальным путем для рассматриваемых условий нагружения и состояния металла конструкции, или по результатам испытаний натурных элементов или их моделей, спроектированных и изготовленных в соответствии с требованиями, предъявляемыми к штатным конструкциям.
Методики расчета циклической прочности, а также расчетно-экспериментального определения кривых усталости, должны устанавливаться в одобренных Федеральной службой по атомному надзору документах организаций, занимающихся проектированием и изготовлением оборудования и трубопроводов.
Расчет на сопротивление хрупкому разрушению
Расчет на сопротивление хрупкому разрушению следует проводить для всех режимов НЭ, ННЭ и гидравлических испытаний.
Анализу подлежат зоны, в которых можно ожидать наибольшие значения коэффициентов интенсивности напряжений для расчетного дефекта, или наименьшие значения вязкости разрушения , или наименьшее отношение .
При расчете элементов, изготовленных из титановых сплавов, следует учитывать вязкий характер их разрушения, а в качестве характеристик прочности использовать и величину критического раскрытия трещины сплава.
Выбор расчетного дефекта, расчетных характеристик вязкости разрушения, критической температуры хрупкости, значений величин остаточных напряжений и последующий анализ прочности следует проводить согласно положениям одобренных Федеральной службой по атомному надзору документов организаций, занимающихся проектированием и изготовлением оборудования и трубопроводов.
Расчет на сопротивление хрупкому разрушению допускается не проводить для элементов конструкций, не подвергающихся облучению (или подвергающихся облучению при температурах 523-623 К до флюенса не более 10 н/м при энергии нейтронов 0,5 МэВ), в следующих случаях:
1) материалы элементов конструкций (включая сварные соединения) имеют предел текучести при температуре 293 К менее 300 МПа, а толщина стенки элемента конструкции составляет не более 25 мм;
2) материалы элементов конструкций (включая сварные соединения) имеют предел текучести при температуре 293 К менее 600 МПа, а толщина стенки элемента конструкции составляет не более 16 мм;
3) толщина стенки рассматриваемого элемента конструкции удовлетворяет условию:
мм
при в МПа· и в МПа (значения обеих характеристик следует принимать при наименьшей температуре эксплуатации и состоянии, соответствующем концу эксплуатации).
Расчет на ударостойкость
В основу расчета на ударостойкость положено требование надежной эксплуатации оборудования и трубопроводов ППУ в условиях воздействия ударных нагрузок, указанных в пункте Конкретные параметры ударных нагрузок определяются проектом ППУ и (или) техническим заданием на выполнение расчета на прочность.
Проверку ударостойкости следует выполнять по допускаемым напряжениям и допускаемым перемещениям.
При определении допускаемых напряжений следует учитывать:
- влияние на динамический предел текучести скорости деформации и расчетной температуры;
- допустимость ограниченной пластической деформации в наиболее нагруженных участках элемента при кратковременном внешнем воздействии;
- повышенную склонность материалов к хрупкому разрушению.
Допускаемое перемещение следует устанавливать из условий невозможности соударений рассчитываемого оборудования и трубопроводов с соседними или с корпусными конструкциями, или недопустимых повреждений.
Расчет следует проводить для режимов НЭ.
В расчете напряжения от эксплуатационных нагрузок следует суммировать с динамическими только тогда, когда они превышают последние более чем на 10% (в противном случае они могут не учитываться).
Определение допускаемых напряжений, перемещений и последующий анализ прочности оборудования и трубопроводов следует проводить согласно соответствующим нормативным документам.
Расчет на вибропрочность
Оценку вибропрочности оборудования и трубопроводов следует производить для вибрационных нагрузок, вызванных вращением гребного вала судна, а также других источников вынужденных колебаний, если они имеются.
Основные требования вибропрочности должны обеспечивать отсутствие резонанса с вибрационными нагрузками, действующими на оборудование и трубопроводы в диапазоне частот, соответствующем указанному в проекте.
В случаях, когда не удается обеспечить отсутствие резонанса, допускается не выполнять требования пункта при условии обязательного подтверждения вибропрочности экспериментальным или расчетным путем, а также по результатам анализа вибраций, зарегистрированных в процессе пусконаладочных работ и (или) на эксплуатируемой установке.
Расчет вибропрочности оборудования и трубопроводов следует проводить по методикам, приведенным в соответствующих нормативных документах.
Расчетную оценку вибропрочности рекомендуется выполнять с учетом требований пункта

Практическая часть
Выполнить расчет электронного узла на ударную прочность и вибропрочность.
Оценить результаты расчета и предложить методы, повышающие ударную и вибропрочность (если по результатам расчета возникнет необходимость)..

Контрольные вопросы:
Что такое вибрация?
Что такое вибрационная прочность
Связана ли вибрационная прочность с ударной прочностью?

Практическая работа №4
Планирование контрольных испытаний.
Цель работы: провести планирование контрольных испытаний узла, закрепить знания приобретённые в ходе лекций.

Студент должен уметь:
производить планирование контрольных испытаний
Студент должен знать:
особенности эксплуатации пожаро- и взрывозащищенного оборудования с точки зрения обеспечения надежности;
особенности эксплуатации электрооборудования бытовых механизмов с точки зрения обеспечения надежности;
особенности эксплуатации электрооборудования технологических линий с точки зрения обеспечения надежности;
критерии оценки надежности промышленных роботов;
способ повышения надежности электронных блоков путем введения процесса электротермотренировки ;
методы повышения надежности соединений

Теоретическая часть
Во время подготовки к проведению испытаний должны быть детально проработаны все методологические, технические и финансовые вопросы, включая связанные с персоналом, которому предстоит их проводить. Поскольку безотказность включает в себя каквременные аспекты, таки аспекты, связанные с работоспособностью изделий, то при планировании испытаний на безотказность должны быть установлены:
значения ресурса в часах и (или) циклах срабатывания, километрах пробега и др. (в зависимости от вида испытуемого изделия);
критерии отказов;
критерии предельных состояний;
постоянство или непостоянство интенсивности или параметра потока отказов испытуемых изделий (предполагаемых или подтверждаемых);
возраст испытуемых образцов, условия их хранения и порядок подготовки к испытаниям;
условия окружающей среды при проведении испытаний;
условия и режимы работы изделий во время испытаний;
требуемое и разрешенное при испытаниях техническое обслуживание испытуемых образцов.
Совокупность изделий, из которых отбирают образцы для испытаний, выбирают на основе временных, технических и экономических соображений. При этом оценить репрезентативность выборки обычно можно только качественно.
На практике контрольные испытания на безотказность для ускорения принятия решений на стадии производства продукции проводят на опытных образцах, созданных в ходе разработки, или на установочных образцах, изготовленных в процессе постановки на производство. Зачастую эти образцы не являются репрезентативными по отношению к серийной продукции, что может приводить к неверным решениям.
Выборка образцов для испытаний должна быть репрезентативной по отношению к той совокупнос­
ти, которуюона представляет, стем чтобы обеспечивать получение достоверной информации и вынесение верных суждений о безотказности этой совокупности. Выполнение этого требования может быть обеспечено отбором образцов для испытаний по методу случайной выборки. Если выборка не обладает должной репрезентативностью, то результаты ее испытаний могут вводить в заблуждение.
Отобранные образцы не должны подвергаться никаким воздействиям до начала испытаний, если иное специально не оговорено в плане испытаний. Все составные части и компоненты испытуемых образцов должны оставаться в оригинальном состоянии в течение всего периода испытаний за исключением разрешенных ТО и модификаций (см. 6.4).
Если испытания прерваны для проведения технического обслуживания или по административным и иным, непредвиденным причинам, то они должны быть возобновлены с минимальной задержкой с той наработки, при которой они были прерваны, если иное не оговорено в ПиМ.
При необходимости в плане испытаний и ПиМ должны быть установлены разрешенные перерывы в их проведении с указанием максимально допустимой продолжительности таких перерывов, а в случае циклического режима испытаний моменты времени внутри цикла, с которых разрешено возобновить испытания. Во время перерывов лабораторных испытаний испытуемые образцы должны храниться в стандартных лабораторных условиях, если иное не оговорено в ПиМ.
При объединении результатов нескольких испытаний используют накопленное время (наработку) всех испытаний.
Непостоянство интенсивностей или потоков отказов испытумых изделий способно сильно повлиять на результаты испытаний. Если количество испытуемыхобразцов невелико, а время испытаний достаточно продолжительно (наработки достаточно велики), то в ходе их проведения могут наблюдаться деградационные отказы, возникающие после продолжительной работы изделий. Однако если тоже суммарное время испытаний (суммарная наработка) достигается посредством суммирования относительно небольших продолжительностей испытаний (наработок) большого количества образцов, то фиксируемые отказы не могут быть отнесены кдеградационным. Для ранних отказов справедливо противоположное утверждение при испытаниях большего количества образцов в течение меньшего времени вероятность появления таких отказов возрастает.
Все ремонты (замены) отказавших образцов в процессе испытаний и досрочные прекращения испытаний должны быть отражены в отчетности по испытаниям, поскольку эта информация имеет важное значение для последующего статистического анализа их результатов.
Если предполагается, что отобранные для испытаний образцы могут иметь повышенную интенсивность ранних отказов, связанных с «приработкой» изделия, то при статистическом анализе должны учитываться любые отклонения от постоянства интенсивностей отказов.
Если ранние отказы при испытаниях на безотказность нежелательны и не должны учитываться в оценках безотказности изделий, то следует предусмотреть предварительные отбраковочные испытания отобранных образцов до их постановки на испытания.
Для оценки или контроля таких показателей, как интенсивность отказов, параметр потока отказов, средней наработки на отказ или средней наработки до отказа, продолжительность испытаний должна быть достаточной для наблюдения необходимого числа отказов испытуемых изделий. Любые априорные допущения должны быть заранее оговорены.
Для испытаний очень надежных изделий может потребоваться либо очень большое число испытуемых образцов, что возможно при эксплуатационных испытаниях, либо применение методов ускоренных лабораторных испытаний. Для изделий с резервированием испытания могут проводиться на уровне составных частей (с последующей расчетной оценкой показателей безотказности изделия в целом по результатам испытаний резервированных составных частей). В некоторых случаях для оценки или контроля безотказности таких изделий взамен испытаний допускается применять иные методы (см. ГОСТ Р 51901.3).

Практическая часть
Рассчитать и построить графики последовательных испытаний, оценить по линиями соответствия и несоответствия результаты форсированных испытаний..


Контрольные вопросы:
Объясните построенные графики.
Поясните критерии отказов. Какие они бывают?
Играют ли роль условия окружающей среды при проведении испытаний?
Что такое усеченные мспытания?
Практическая работа №5
Подбор приборов и средств измерения для контроля типовых и пусконаладочных работ по вводу в эксплуатацию систем автоматизации.
Цель работы: провести подбор приборов и средств измерения согласно задания, закрепить знания приобретённые в ходе лекций.

Студент должен уметь:
определять условия эксплуатации оборудования систем автоматизации
Студент должен знать:
методы повышения надежности на различных этапах проектирования, производства и эксплуатации;

Теоретическая часть

Инженерная подготовка пусконаладочных работ предусматривает:
Изучение проектной документации, проверку и уточнение смет на пусконаладочные работы.
Составление и выпуск справочного материала по проекту автоматизации.
Составление заявок и комплектование приобъектной лаборатории стандартными образцовыми иконтрольными приборами и оборудованием.
Изучение новых, примененных в проекте, средств автоматизации, разработку методов и оснастки для их предмонтажной поверки, автономной и комплексной наладки.
Составление заявок и комплектование нестандартными устройствами и оснасткой для наладки приборов и систем автоматизации.
Разбивку комплекса работ на участки, составление графика производства пусконаладочных работ по видам и объектам пускового комплекса, предварительный расчет численности и квалификации пусконаладочных бригад; назначение бригадиров (старших по объектам) и руководителя работ.
Составление и выпуск подготовительного отчета.
Составление подготовительных материалов для рабочих бригад:
журнала учета выполненных работ;
журнала поступления приборов и предмонтажную поверку и Госповерку;
рабочих тетрадей по объектам;
экрана производства работ.
Мероприятия по обеспечению безопасности производства работ.
При составлении заявок на стандартное оборудование подбираются группы однотипных приборов, и в зависимости от их количества в проекте рассчитывается число рабочих мест для предмонтажной поверки приборов пирометрии, давления, расхода, уровня, физико-химического контроля и т.п.
В соответствии с объемом работ и установленными сроками оборудуются места для поверки однотипных по средствам поверки и методам крепления групп приборов:
приборов расхода, давления, уровня (манометры и дифманометры);
буйковых уровнемеров и ротаметров;
термоэлектрических и манометрических термометров, сигнализаторов температуры и др.;
приборов физико-химического анализа, рН-метров, кондуктометров, датчиков газового анализа и т.д.;
вторичных пирометрических приборов и приборов токовой ветви ГСП;
пневматических вторичных приборов, регуляторов, функциональных блоков, электропневматических преобразователей;
электронных регуляторов, нормирующих преобразователей, функциональных блоков и модулей ввода-вывода информации, переработки информации и систем сигнализации.
Подготовительный отчет содержит основные материалы по подготовке производства и предназначен как для эксплуатационного, так и для пусконаладочного персонала в период ознакомления с проектной документацией и особенностями объекта.
Этот отчет содержит обычно следующие материалы:
описание технологии производства, сведения об оснащенности приборами и требования к системам автоматизации;
технологическую записку по технике безопасности проведения пусконаладочных работ;
упрощенные функциональные и структурные схемы автоматизации, позволяющие быстро усвоить основные задачи автоматизации и особенности технологии;
описание аппаратуры контроля, методов наладки, вопросов организации предмонтажной поверки, метрологии;
описание сложных схем контроля и регулирования, разработанных методов статической и динмической настройки, особенностей предмонтажной поверки аппаратуры и т.п.
Дополнительные материалы подготовки производства позволяют облегчить работу с документацией бригадам наладчиков, формализовать учет выполненных работ, дать общее представление о состоянии работ.
Рабочие тетради ведут, как правило, старшие по объектам (бригадиры); форма этих материалов достаточно индивидуальна. Обычно на первых страницах приводятся структуры отдельных позиций проекта и упрощенная функциональная схема отделения или блока, а также перечень позиций.
Экран производства работ выполняется либо в виде перечня позиций, либо в виде функциональной схемы. Но в обоих случаях у каждой позиции отмечаются разным цветом этапы предмонтажной поверки, окончания монтажа, автономной наладки (систем передачи показаний, дистанционного управления) и включения в работу.
ПРИБОРЫ И ОСНАСТКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПУСКОНАЛАДОЧНЫХ РАБОТ
Основы метрологии и выбора аппаратуры для предмонтажной поверки и автономной наладки средств измерения
В соответствии с основными нормативными документами (ГОСТ 12997-76 «Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации. Технические требования» и ГОСТ 22261-76
«Средства измерений электрических величин. Общие технические условия») основной метрологической характеристикой измерительного прибора является класс точности, предел допускаемой основной погрешности или допускаемой систематической составляющей и допускаемого отклонения случайной составляющей погрешности.
Для большинства типов приборов в качестве основной характеристики устанавливается класс точности, который является обобщенной характеристикой средств измерений, определяющей пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей.
Основная погрешность – это погрешность средства измерений, используемого в нормальных (паспортных) условиях эксплуатации (например, при паспортных значениях температуры окружающей среды, относительной влажности, давления и т.п.).
В связи с тем, что реальные условия эксплуатации отличаются от нормальных, все приборы разбиты на семь групп по допустимым значениям влияющих величин для рабочих условий применения и предельным условиям транспортирования.
В частности, рабочим условием для приборов первой группы по температуре окружающей среды принят диапазон 10 ... 25 °С, а седьмой группы – диапазон –30 ... +70 °С. Аналогично различаются условия применения по относительной влажности, атмосферному давлению, вибрации, допустимости ударов и т.п.
Поэтому при применении для пусконаладочных работ лабораторных или переносных приборов необходимо обращать внимание, к какой группе относится прибор по устойчивости к воздействию температуры окружающей среды, механическим воздействиям и т.п.
К метрологическим характеристикам также относятся: предел допускаемой погрешности в интервале значений влияющей величины и предел дополнительной погрешности, обусловленный изменением влияющей величины.
Пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей устанавливаются в виде абсолютных (
·), приведенных (
·) или относительных (
·) погрешностей, которые могут определяться по следующим формулам:


где a, b, c, d – постоянные размерные и безразмерные величины; Х – измеряемые или влияющие величины, применяемые без учета знака; Xк – конечное значение диапазона измерений; Xн – нормирующее значение измеряемой величины.
Для большинства применяемых в наладочной практике приборов (табл. 1 – 3) используются одночленные или двучленные обозначения класса точности. Например, обозначение класса точности 0,5 показывает, что пределы допускаемых погрешностей выражаются в процентах нормирующего значения.
Обозначение класса точности 0,1/0,02 означает, что предел допускаемой относительной погрешности в процентах значения измеряемой величины определяется формулой (6), где c = 0,1, а d = 0,02.
Рассмотрим пример определения относительной погрешности прибора.

Практическая часть
Пользуясь приведенными справочными данными по своему варианту задания определить возможность применения конкретных средств автоматизации при пусконаладочных работах.
Подобрать конкретные средства для работ по вводу в эксплуатацию систем автоматизации

Контрольные вопросы:
Для чего необходим выбор приборов?
Критерии выбора приборов.
Как подобрать погрешности приборов
Список использованных источников

Основные источники:
Метрология, сертификация и стандартизация: учеб. Пособие/ Троценко И.А., Тарасова М.В.-М.: Омский государственный аграрный университет имени П.А.Столыпина, 2014-108с.
Метрология, стандартизация, сертификация. Учебник/Рыжаков В.В. –М.: Пензенский государственный технологический университет, 2012-338с.
ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ, СТАНДАРТИЗАЦИИ, СЕРТИФИКАЦИИ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА. учебное пособие / Шелепаев А.Г., Осипович Л.М., Соловьева О.Н., Смирнова О.Е. –М.: Министерство образования и науки Российской Федерации, Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин). Новосибирск, 2012
МЭК 60605-2:1994 Испытание аппаратуры на надежность. Часть 2: Разработка испытательных циклов
МЭК 60605-3 Испытание аппаратуры на надежность. Часть 3: Предпочтительные условия испытаний
Дополнительные источники:
Метрология, стандартизация и сертификация: учебник/В. М. Клевлеев, И. А. Кузнецова, Ю. П. Попов.-М: Форум: ИНФРА-М, 2004-256с.
Метрология, стандартизация и технические средства измерений: учебник для вузов/Д. Ф. Тартаковский, А. С. Ястребов.- М.: Высшая школа, 2002.-205с.
Основы метрологии, стандартизации и сертификации: учебное пособие/Н. Д. Дубовой, Е. М. Портнов.-М. : Форум: ИНФРА-М, 2009.-255с.
Средства измерения, контроля и автоматизации технологических процессов. Вычислительная и микропроцессорная техника: учебное пособие для техникумов/К. И. Котов, М. А. Шершевер.-М.: Металлургия, 1989.-490с.
Периодические издания
«Контрольно-измерительные приборы»
«Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика»
«Промышленные контроллеры».

Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
http://www.obzh.ru/nad/index.html – Надежность технических систем и техногенный риск –электронное учебное пособие. МЧС России. EMERCOM.
http://window.edu.ru/library?p_rubr=2.2.75.2 - Диагностика и надежность автоматизированных систем. Часть 1: Учебное пособие / Хмельницкий А.К., Пожитков В.В., Кондрашкова Г.А.
http://window.edu.ru/library?p_rubr=2.2.75.2 Диагностика и надежность автоматизированных систем. Часть 2: Учебное пособие / Хмельницкий А.К., Пожитков В.В., Кондрашкова Г.А.
http://window.edu.ru/library?p_rubr=2.2.75.2 Надежность средств автоматизации: Методические указания и контрольные задания / Чистофорова Н.В., Голубцова Т.В.










13 PAGE \* MERGEFORMAT 14215


13 PAGE \* MERGEFORMAT 14215


13 PAGE \* MERGEFORMAT 14315


13 PAGE \* MERGEFORMAT 14115




Зђ Заголовок 1 ђ Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 5 Заголовок 6 Заголовок 7 Заголовок 8 Заголовок 915

Приложенные файлы


Добавить комментарий