Tập bài giảng Điều khiển từ xa

ản xuất , mà thường vượt qua phạm vi 1 nhà máy ,thiệt hại đó có thể xảy ra cho toàn nghành, gây rối loạn cho tiến độ thực hiện hợp đồng kinh tế với các nghành khác, nước khác. Trong những trường hợp nhất định ,những sản phẩm thiếu tin cậy trực tiếp hoặc gián tiếp gây tai họa cho tính mạng nhiều người,thậm chí đe doạ uy tín và sự an toàn của 1 hay nhiều quốc gia. Vì vậy việc xác định độ tin cậy của các sản phẩm kỹ thuật đó là 1 vấn đề có ý nghĩa quan trọng hàng đầu ,nhằm khai thác một 152 nguồn dự trữ lớn ,nâng cao hiệu quả lao động ,năng lực lao động và sức sản xuất xã hội. 5.2.1. Định nghĩa về độ tin cậy trong kỹ thuật -Độ tin cậy: là thước đo khả năng hoạt động của 1 bộ phận của thiết bị trong điều kiện không có những trục trặc xảy ra hư hỏng khi đưa vào sử dụng. Độ tin cậy được định nghĩa theo những cách khác nhau nhưng một trong những định nghĩa được sử dụng nhiều nhất là của NaSa . Theo NaSa ,độ tin cậy là khả năng của 1 thiết bị hoạt động hoàn toàn trong 1 khoảng thời gian dự kiến trong điều kiện hoạt động ngẫu nhiên. Độ tin cậy luôn luôn là khả năng được xác định trong điều kiện máy móc không có những trục trặc khi hoạt động (bao gồm cả những hệ thống lớn) trong 1 môi trường nhất định, trong một khoảng thời gian nhất định với những mức tin cậy mong muốn. Do vậy, độ tin cậy là xác suất mà một hệ thống xác định hoạt động như mong đợi. Ví dụ: Đối với một tên lửa với hệ thống phức tạp gồm hàng nghìn những chi tiết khác nhau, độ tin cậy trong thời gian đếm ngược trên bệ phóng là xác suất mà công việc sẽ không bị dừng giữa chừng vì bất cứ lý do gì bao gồm cả những lý do nhỏ nhất như việc bung một mối hàn sẽ ảng hưởng đến cả mạch vi xử lý. Nhưng đối với từng trường hợp cụ thể độ tin cậy sẽ được định nghĩa một cách phù hợp. -Độ tin cậy không thể sử dụng để dự đoán những điều trừu tượng, chỉ có xác suất hoặc mức trung bình là được dự đoán. Độ tin cậy sẽ không thể dự đoán số giờ xác định mà một thiết bị có thể hoạt động tốt trước khi bị hỏng. Ví dụ: khi nào một chiếc đồng hồ cơ khí sẽ chạy chậm lại. Chúng ta có thể dự đoán xác suất mà một thiết bị có thể hoạt động trong một số giờ cụ thể hoặc trung bình số những hỏng hóc xảy ra trong một khoảng thời gian xác định hay khoảng thời gian trung bình giữa những thời điểm hỏng hóc xảy ra. Một thiết bị xác định có thể hư hỏng ngay khi đưa vào hoạt động hoặc nó có thể làm đúng chức năng trong một khoảng thời gian dài khác thường. Độ tin cậy sẽ không dự đoán chúng. Như vậy, độ tin cậy được coi như là một tuyên bố chung về những dự kiến có thể xảy ra. 5.2.2. Đối tượng và nhiệm vụ của độ tin cậy Đối tượng nghiên cứu khoa học về độ tin cậy là động cơ, cơ cấu máy, thiết bị, dụng cụ các sản phẩm hàng hoá được chế tạo nói chung và các tổ hợp của chúng trong 153 mối quan hệ tương hỗ nhằm hoàn thành 1 số nhiệm vụ nhất định cũng như các bộ phận, nhóm, cụm, hệ thống các chi tiết cấu thành chúng. Ta thường gọi đối tượng nghiên cứu của khoa học này là sản phẩm. Xem xét chất lượng của sản phẩm khi chế tạo sau một thời gian sử dụng người ta thấy rằng dù vật liệu đã chọn lọc kỹ để đảm bảo tính thuần nhất cũng như các điều kiện công nghệ được giữ không đổi, chất lượng sản phẩm được chế tạo ra vẫn mang tính ngẫu nhiên. Cho dù chỉ tiêu chất ban đầu là giống nhau, nhưng sau 1 thời gian nhất định, một mặt do tác động của môi trường, lão hoá hay mài mòn ,điều kiện chăm sóc bảo dưỡng ,mặt khác do tác dụng của tải trọng thường không theo 1 quy luật biết trước, các chỉ tiêu ban đầu này trở nên khác nhau. 5.2.3. Quan điểm kinh tế của độ tin cậy Nâng cao độ tin cậy của sản phẩm cần được giải quyết trước hết theo quan điểm kinh tế, tức là cần coi tính kinh tế là tiêu chuẩn chủ yếu để giải quyết các bài toán thực tiến về độ tin cậy. Mặc dù kỹ thuật hiện đại cho phép đạt được độ tin cậy và các chỉ tiêu chất lượng khác theo ý muốn. Nhưng vấn đề là chi phí để đạt được các mục đích đặt ra. Chi phí ấy có thể cao tới mức, hiệu quả của công việc nâng cao độ tin cậy không đủ bù đắp lại và kết quả là giải pháp được tiến hành sẽ gây thua lỗ. Tất nhiên điều đó phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của giải pháp được áp dụng. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy có thể không đòi hỏi chi phí lớn, khi khoa học và thực tiễn chỉ ra lời giải tối ưu. Khi so sánh các phương án khác nhau để đạt được độ tin cậy cần thiết phải xuất phát từ điều kiện hiệu quả kinh tế tổng cộng đem lại là lớn nhất, có thể kể tới chi phí trong giai đoạn chế tạo và giai đoạn khai thác sản phẩm. 1.Các khái niệm cơ bản Những khái niệm cơ bản đươc chia thành 4 nhóm sau: a) Các khái niệm về đối tượng nghiên cứu: - Đối tượng có phục hồi:là đối tượng mà khả năng làm việc của nó có thể thiết lập lại trong trường hợp xẩy ra hư hỏng. - Đối tượng không phục hồi :là đối tượng mà khả năng làm việc của nó không thể thiết lập trong trường hợp xẩy ra hư hỏng 154 - Hệ thống: là đối tượng bao gồm một tập hợp các phần tử. Các phần tử này được liên kết chức năng và tương hỗ nhau trong khi thực hiện một hoặc nhiều nhiệm vụ -Phần tử là đối tượng có độ tin cậy độc lập, một đơn vị không thể chia nhỏ trong hệ thống b. Các khái niệm về trạng thái của đối tượng: - Khả năng làm việc: là tính chất của đối tượng có thể hoàn thành nhiệm vụ được giao và duy trì các thông số chủ yếu trong một giới hạn - Hỏng: là sự tổn thất toàn bộ hoặc một phần những tính chất của sản phẩm làm mất hoặc giảm thực chất khả năng làm việc của nó. - Trạng thái giới hạn: là trạng thái của đối tượng trong đó do những đòi hỏi về an toàn hoặc giảm hiệu quả làm việc tới mức không thể khắc phục được, sự làm việc tiếp tục là không thể hoặc không có lợi về mặt kỹ thuật. - Hỏng dần dần: là hỏng xuất hiện cùng với sự biến đổi chậm các thông số đầu ra xác định chất lượng làm cho các thống số này vượt ra ngoài mức giới hạn cho phép hỏng dần dần, thường do lão hoá, mài mòn hoặc ăn mòn. - Hỏng đột ngột: là hỏng xuất hiện cùng với sự biến đổi lớn trong khoảng thời gian ngắn các thông số đâu ra nói trên. - Hỏng hoàn toàn: là hỏng sau khi xẩy ra cho tới khi nó được phục hồi vẫn không thể đưa nó vào sử dụng với mục đích đã xác định trước đó. - Hỏng một phần: là hỏng sau khi xẩy ra sau khi đem phục hồi còn sử dụng vào mục đích đã xác định của nó, tuy nhiên trong đó giá trị một vài thông số đầu ra cơ bản đã vượt ra ngoài giới hạn cho phép. - Nhiễu – hỏng: làm mất khả năng làm việc của đối tượng trong một thời gian ngắn, nhưng tự khặc phục được. c. Các khái niệm về tính chất của đối tượng: -Độ tin cậy: là tính chất đối tượng, ở một thời điểm nhất định, dưới những điều kiện làm việc nhất định, hoàn thành nhiệm vụ chức năng cho trước, duy trì được giá trị các thông số làm việc đã được thiết lập trong giới hạn đã cho. Độ tin cậy là tính chất phức hợp, nó bao gồm các tính chất chủ yếu của đối tượng: tính không hỏng, tính sửa chữa, tính bảo quản và tính lâu bền. 155 +Tính không hỏng: là tính chất của đối tượng giữ được khả năng làm việc của mình. Đặc trưng định lượng cho tính không hỏng là các đại lượng xác suất làm việc không hỏng, thời gian làm việc trung bình giữa các lần hỏng, cường độ hỏng. +Tính sửa chữa: là tính chất của đối tượng thích ứng với việc tiến hành bảo dưỡng sửa chữa nó. +Tính bảo quản: là tính chất của đối tượng duy trì được các thông số đầu ra xác định chất lượng của mình trong giới hạn đã cho khi nằm trong kho hoặc khi vận chuyển. +Tính lâu bền: là tính chất của đối tượng duy trì đươc khả năng làm việc của mình cho tới trạng thái giới hạn, trong đó kể cả những gián đoạn cần thiết cho việc bảo dưỡng sửa chữa. Đặc trưng cho tính lâu bền là các đại lượng: tuổi thọ trung bình,trung bình thời gian làm việc, tuổi thọ gamma phần trăm, thời gian làm việc gamma phần trăm, trung bình thời gian làm việc giữa các lần sửa chữa, trung bình thời gian làm việc cho tới khi thanh lý. d. Các đặc trưng của độ tin cậy: - Lượng công việc: là số đo nào đó của nhiệm vụ mà đối tượng thực hiện như sản lượng, quãng đường đi, số chu trình tải trọng và đặc biệt thường dùng là khoảng thời gian làm việc. - Thời gian phục hồi hay tuổi thọ: là khoảng thời gian làm việc tính theo lịch của đối tượng, từ khi bắt đầu bước vào hoạt động cho tới khi đạt trạng thái giới hạn. Đặc trưng này thường dùng cho đối tượng chịu tác động thưòng xuyên của tải trọng và môi trường mà nguyên nhân của nó là làm mất khả năng làm việc của đối tượng thường là ăn mòn, thiệt độ... - Thời gian làm việc đến khi hỏng ( tuổi thọ hữu ích ): là tổng thời gian thực hiện nhiệm vụ của đối tượng, từ khi bước vào hoạt động tới khi đạt trạng thái giới hạn. - Thời gian phục hồi cho phép hay tuổi thọ danh định: là thời gian làm việc đến trạng thái giới hạn được quy định cho trước. 5.2.4. Những yếu tố ảnh hưởng tới độ tin cậy a. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy được phân thành các yếu tố kỹ thuật và các yếu tố kinh tế-kỹ thuật 156 - Các yếu tố kỹ thuật là các quá trình vật lý khác nhau của sự hư hỏng, các quá trình đó dẫn tới sự biến đổi về kích thước, hình dáng, về trật tự hình học tương đối giữa các bộ phận, về chất lượng bề mằt hoặc về những tính chất khác của sản phẩm. - Các yếu tố kinh tế-kỹ thuật: là các yếu tố làm giảm giá trị của sản phẩm kỹ thuật, do tiến bộ khoa học kỹ thuật tạo ra những sản phẩm kỹ thuật mới, có năng suất cao, chất lượng tốt hơn ... Yếu tố kinh tế kỹ thuật không làm giảm thông số làm việc hay tính chất sử dụng, nó chỉ làm cho sản phẩm trở lên cũ nỗi thời. b. Phân biệt theo dạng biểu hiện: Về mặt hình thức biểu hiện, các yếu tố gây hư hỏng chia làm 3 nhóm: dùng hỏng, quá tải và lão hoá. - Dùng hỏng: là khái niệm chung của sự mài mòn, mỏi và ăn mòn ( gỉ ) những dạng hỏng chủ yếu của sản phẩm kỹ thuật, khó có sự loại trừ yếu tố này, ngay cả khi biết sử dụng đúng cách. - Sự quá tải: có thể xẩy ra khi sử dung sai quy định hoặc do sự hỏng khiến cho tải trọng tăng lên vượt quá gá trị tới hạn. Nó trực tiếp dẫn tới sự hư hỏng hoặc làm tăng sự dùng hỏng. - Sự lão hoá: là quá trình biến đổi trong vật liệu làm thay đổi độ bền . Nó chỉ phụ thuộc vào yếu tố gây hư hỏng, nó xuất hiện ngoài công trình công nghệ chế tạo . c. Phân biệt theo quá trình tác dụng: Xét theo khoảng thời gian tác dụng là nhanh hay chậm mà các yếu tố gây ra tương ứng, hỏng đột ngột ( gẫy vì quá tải ), hỏng dần dần (công suất giảm, tăng mức tiêu hao nhiên liệu do mài mòn ). d. Phân biệt theo nguyên nhân tác dụng: - Nguyên nhân khách quan gây ra hư hỏng là nguyên nhân bên ngoài không biết trước, chẳng hạn môi trường, hoặc nguyên nhân không phải do con người,cụ thể do môi trường, do điều kiện thời tiết ... - Nguyên nhân chủ quan là nguyên nhân do sai lầm chủ yếu của con người gây ra: sai lầm trong phương pháp thiết kế, quy trình công nghệ chế tạo, sơ xuất trong thao tác... 157 Hình 5.1: Những yếu tố ảnh hưởng tới độ tin cậy 5.3. Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá độ tin cậy 5.3.1. Hỏng hóc, cường độ hỏng hóc Có nhiều nguyên nhân gây ra hỏng hóc: - Làm việc quá tải, do tác động của môi trường, do sai sót khi vận hành. - Các nguyên nhân gây mang tính ngẫu nhiên → do đó hỏng cũng có tính ngẫu nhiên. - Hỏng gồm 2 loại chính: + Hỏng đột ngột: trước khi xảy ra hỏng, phần tử đó đang họat động tốt, sau thời điểm đó xảy ra hỏng → phần tử mất khả năng làm việc. + Hỏng dần dần: hỏng xảy ra từ từ, trong quá trình đó phần tử vẫn làm việc nhưng chất lượng kém đi →tạo ra quá trình giả hóa. -Về mặt tương quan, hỏng gồm có hỏng độc lập và hỏng phụ thuộc. - Để định lượng hỏng người ta dùng khái niệm cường độ hỏng λ(t) λ(t) là cường độ hỏng, là số lần hỏng trên 1 đvị thời gian (thường lấy giờ, năm) -Cường độ hỏng λ(t) là hàm của thời gian: kỹ thuật kinh tế – kỹ thúât hư hỏng lỗi thời dùng hỏng quá tải lão hoá mài mòn mỏi ăn mòn ( gỉ) Các yếu tố ảnh hưởng kinh tế - kỹ thuật 158 Đường λ(t) chia làm 3 giai đọan: Đoạn 0 ÷ t1 là đoạn chạy thử máy. Trong giai đọan này, do những sai sót trong lắp ráp nên cường độ hỏng có thể rất lớn. Đoạn t1 ÷ t2 : là đoạn mà phần tử làm việc ổn định. Thời gian này là tuổi thọ của phần tử . Trong thời gian này λ = hằng. Đoạn t2 ÷ : đây là đoạn sau tuổi thọ, do hiện tượng già hóa nên hỏng tăng lên rất lớn. Trong phần này ta chỉ xét các hỏng độc lập và λ = hằng. → Có nghĩa là trong giai đọan mà thiết bị làm việc ổn định. Sau khi hỏng mà phần tử được phục hồi = sữa chữa để dùng tiếp, thì khả năng hỏng được khắc phục. Nếu hỏng mà không có khả năng phục hồi thì phải thay thế mới. Ở đây ta chỉ xét đến độ tin cậy của các p tử không phục hồi. 5.3.2. Độ tin cậy, thời gian làm việc tin cậy trung bình thời gian làm việc cho phép: Độ tin cậy là khả năng phần tử thực hiện được chức năng của nó trong điều kiện cho trước và trong khoảng thời gian cho trước. Theo định nghĩa này, thì 1 phần tử có thể làm việc tin cậy trong điều kiện và quảng thời gian cho trước. Theo định nghĩa này, thì 1 p tử có thể làm việc tin cậy trong điều kiện và quảng thời gian cho trước. Nhưng có thể không làm việc tin cậy trong điều kiện và quảng thời gian khác. Khi x = hằng → độ tin cậy được tính theo công thức sau: P(t) = e−λt λ : cường độ hỏng. (lần/giờ) t: quãng thời gian xét (giờ) → P(t) là 1 hàm mũ giảm dần. t=0 → P(t) = 1 t→  → P(t) = 0. Cường độ hỏng λ thường cho trong các sổ tay. 5.3.3. Thời gian làm việc tin cậy trung bình Do hỏng có tính ngẫu nhiên nên quảng thời gian từ lúc t = 0 ÷ xảy ra hỏng đầu tiên cũng là 1 đại lượng ngẫu nhiên. 159 Quảng thời gian trung bình theo xác suất được gọi là thời gian làm việc tin cậy trung bình: Ttb=1/λ λ : (lần/giờ) →ta tìm được xác suất làm việc tin cậy tại thời điểm t=Ttb: P(Ttb) = e−λTtb = e−1 = 0,37 Như vậy tại t=Ttb xác suất làm việc tin cậy còn lại rất thấp. Đối với các hệ đo điều khiển xa, độ tin cậy cho phép: [P(t)] ≥ 0, 9. Do đó ta cần quan tâm đến quảng thời gian vận hành cho phép Tcp đó là quảng thời gian mà độ tin cậy của hệ thống ≥ độ tin cậy cho phép. Sau khoảng thời gian tcp hệ thống phải được bảo dưỡng định kỳ. Ta có thể viết:[P(t)] = e−tcpλ→ tcp=     tPn1 5.3.4. Sản phẩm có phục hồi và sản phẩm không phục hồi Phục hồi là quá trình phát triển và khắc phục hư hỏng để thiến lập lại khả năng làm việc của các chi tiết máy thiết bị, dây truyền . . .. Sản phẩm có phục hồi: là sản phẩm mà khả năng làm việc của nó có thể khôi phục lại được trong trường hợp hư hỏng. Sản phẩm không phục hồi: khi ta thiết lập lại khả năng làm việc của sản phẩm trong trường hợp hư hỏng đang xét, có thể hoàn toàn là vô ích hoặc không thể tiến hành được (các đèn điện tử, các linh kiện bán dẫn các vệ tinh khhí tượng, lò xo gẫy...). 5.3.5. Xác suất làm việc không hỏng Giả sử tại thời điểm t = 0, sản phẩm bắt đầu làm việc và sau khoảng thời gian T ngẫu nhiên nó bị hư hỏng lần đầu ( thời gian T bao gồm tổng thời gian làm việc, thời gian gián đoạn ), nên ta gọi chung là tuổi thọ của sản phẩm. Hiển nhiên tuổi thọ T là đại lượng ngẫu nhiên liên tục không âm. + chỉ tiêu cơ bản của tính không hỏng là xác suất làm việc không hỏng: R( t ) = P ( T  t ) Đó là xác suất để tuổi thọ ngẫu nhiên T lấy giá trị không nhỏ hơn một số t đã cho, hay là xác suất trước thời điểm t không xẩy ra hư hỏng. 160 Ví dụ: xác suất không hỏng của một số thiết bị sau 2000 giờ làm việc bằng 0,95, tức là trung bình có 5% số thiết bị bị hỏng ttrước 2000 giờ. Vậy xác suất không hỏng rõ ràng phụ thuộc vào thhời điểm t đang xét, tức là vào tuổi của sản phẩm. R(t) còn được gọi là hàm tin cậy. Xác suất không hỏng có những tính chất sau: 1. 1)(0  tR 2. R(0) = 1 3. 1)( R 4. )()( 21 tRtR  với 12 tt  - Hàm R(t) đơn điệu tăng. Xác suất hỏng: Q(t) = P( T < t ) = 1- R(t). Như vây Q(t) là hàm phân phối tuổi thọ. Hàm Q(t) liên tục, tồn tại đạo hàm: )( )( )( )( )( // tR dt tdR tQ dt tdQ tf  ( 5.1 ) f(t) gọi là hàm mật độ phân phối tuổi thọ của sản phẩm. từ công thức ( 5.1 )ta có thể biểu diễn Q(t) và R(t) theo f(t):  t dttftQ 0 )()( ( 5.2)    t dttftR )()( ( 5.3) Thực tế có tập mẫu tiêu biểu gồm có n phần tử được thử hoặc làm việc dưới cùng một điều kiện. ở thời điểm t có n(t) sản phẩm không hỏng, lên ta có: - Xác suất không hỏng thực nghiệm: n tn tRtRn )( )()(   ( 5.4 ) - Hàm phân phối tuổi thọ thực nghiệm: )(1 )( )()( tR n tnn tQtQn     ( 5.5) - Hàm mật độ tuổi thọ thực nghiệm: 161 tn n tn ttntn tftfn        .. ).()( )()( ( 5.6 ) Trong đó n là số sản phẩm bị hỏng trong khoảng thời gian sau thời điểm t. 5.3.6. Cường độ hỏng Là mật độ phân phối xác suất có điều kiện để xuất hiện hư hỏng tại thời điểm t với điều kiện trước đó sản phẩm đã làm việc không hỏng. (t) được gọi là cường độ hỏng của sản phẩm. Nó là một đặc trưng cục bộ của độ tin cậy. Ta có mối quan hệ giữa )(t và R(t):    t dttf tf tR tf t )( )( )( )( )( ( 5.7 )         t dtR 0 )(exp)(  ( 5.8 ) Từ đó cũng rút ra được xác suất không hỏng trong một khoảng thời gian làm việc bất kỳ ),( 21 tt ta có:           2 1 )(exp),( 21 t t dttttR  ( 5.9 ) Ước lượng thống kê của hàm cường độ hỏng được xác định theo công thức: )(. )()( tnt n ttn      ( 5.10 ) Bảng 5.1: Biểu thức quan hệ giữa các hàm f(t), Q(t), R(t), và (t): Các hàm Q(t) R(t) f(t) )(t Q(t) _ 1 – R(t)  t dttf 0 )(         t d 0 )(exp1  R(t) Q(t) _ 1 -  t dttf 0 )(         t d 0 )(exp  f(t) )(/ tQ )( / tR _         t dt 0 )(exp)(  162 )(t )(1 )(/ tQ tQ    dt tRd )(ln   0 )( )( dttf tf _ 5.3.7. Các đặc trưng số của tính không hỏng Như ở trên ta đã xét các dặc trưng hàm của tính không hỏng. Trong nhiều trường hợp cần quan tâm tới các chỉ tiêu bằng số sau: a. Kỳ vọng thời gian làm việc đến khi hỏng (lần thứ nhất) hay kỳ vọng tuổi thọ của sản phẩm được định nghĩa bởi:    0 ).(.)( dttftTE ( 5.11) Áp dụng tích phân từng phần ta có:       0 0 0 )()()(.)( dttRdttRtRtTE ( 5.12 ) Nếu tích phân này hội tụ thì kỳ vọng thời gian làm việc hỏng có giá trị bằng diện tích giữa đường cong R(t) và trục hoành. Nếu có một tập mẫu t1,t2,...t3 của tuổi thọ ngẫu nhiên, thì ước lượng thống kê của kỳ vọng tuổi thọ được gọi là tuổi thọ trung bình và bằng:    n i in t n ttt n t 1 21 _ 1 )...( 1 ( 5.13 ) b. Phương sai của tuổi thọ: Được định nghĩa bởi biểu thức:   2 0 222 )()()(     dttftTEtDT ( 5.14 ) Phương sai thực nghiệm của tuổi thọ: 2 1 _ 22 1 1 )             n i i tt n Ts  ( 5.15 ) c. Độ lệch tiêu chuẩn của tuổi thọ: Là căn bậc hai của phương sai: )()( TDT  ( 5.16 ) 163 Độ lệch thực nghiệm của tuổi thọ: )()( 2 TTs    ( 5.17) d. Hệ số biến động của tuổi thọ: Khi E(T) # 0 được định nghĩa bởi : )( )( )( TE T T    ( 5.18 ) Và ước lượng thống kê của nó khi E # 0: E s    ( 5.19 ) 5.3.8. Quan hệ giữa cường độ hỏng với các quy luật phân phối tuổi thọ Qua những kết quả nghiên cứu tính chất vật lý của hiện tượng hư hỏng, người ta lại biết được quy luật biến đổi của cường độ hỏng trước khi biết được quy luật phân phối tuổi thọ, lên trong thực tế người ta quan tâm tới cường độ hỏng nhiều hơn mật độ. a. Cường độ hỏng không đổỉ: Một dạng cường độ hỏng điển hình của máy móc, thiết bị được chia làm 3 giai đoạn như sau: - Giai đoạn I: Giai đoạn chạy rà, hỏng hóc xẩy ra nhiều ngay sau khi bước vào hoạt động sau đó hư hỏng giảm dần cho đến cuối thời kỳ chạy rà. - Giai đoạn II: Thời kỳ làm việc ổn định. Thời kỳ này tình trạng làm việc của máy được gọi là tốt nhất, cường độ hỏng ở mức thấp nhất và giữ không đổi. - Giai đoạn III: Số lượng hư hỏng tăng dần do những nguyên nhân: cặp ma sát bị mài mòn, vật liệu bị lão hoá, một số bộ phận bị ăn mòn . . .. Nếu thời gian làmviệc được kể từ sau thời kỳ chạy rà vầ kết thúc trước khi cường độ hỏng tăng lên, có thể thừa nhận rằng, cường độ hỏng của nhiều sản phẩm không hỏng trong suốt quá trình làm việc. constt   )( (5.20 ) Khi đó theo quan hệ đã biết bảng ( 3.1 ) ta có: Xác suất không hỏng : tetR )( (5.21 ) Xác suất hỏng : tetQ 1)( (5.22 ) 164 Mật độ tuổi thọ: tetf  )( (5.23 ) Đây là luật phân phối mũ, kỳ vọng và phương sai của tuổi thọ:  1 )( TE (5.24 ) 2 2 1)()(    tTD (5.25 ) b. Cường độ hỏng tăng tuyến tính: Truờng hợp đơn giản, khi riêng giai đoạn III hay suốt thời gian hoạt động cường độ hỏng của sản phẩm tăng tuyến tính: a t t )( (5.26 ) Trong đó a là một hằng số dương. Lúc đó hàm :        a t a t tf 2 exp)( 2 (5.27 )        a t tR 2 exp)( 2 (5.28 ) Đó chính là luật phân phối Rayleigh. c. Cường độ hỏng biến đổi theo quy luật luỹ thừa: Nếu cường độ hỏng được mô tả dưới dạng:      1. )(   t t ( 5.29 ) Khi đó ta có: )(tf                      1 exp . 1t ( 5.30 )                  1 exp)(tR (5.31 ) Đây chính là luật Weibull, tuỳ theo giá trị  mà cường độ hỏng có thể tăng giảm hoặc không đổi. d. Cường độ hỏng biến đổi theo luật mũ: 165 Khi cường độ hỏng tăng hoặc giảm nhanh theo thời gian, thì nó có thể được mô tả bởi: tcet  )( ( 5.32 ) Khi đó ta có:        )1(exp)( t c txpcetf t    ( 5.33 )        )1(expexp)( t c tR   ( 5.34 ) Phân phối này phù hợp với luật phân phối cực trị. Tính chất của cường độ hỏng phụ thuộc vào các hằng số c và  . Ví dụ 1. Tính toán độ tin cậy của sản phẩm không phục hồi. Để hiểu rõ phần lý thuyết đã trình bày ở trương 3 ta lấy ví dụ: Xác định chỉ tiêu về tính không hỏng của bộ phận máy chịu tải trọng biến đổi có số chu trình tải trọng đến khi bị phá huỷ mỏi tuân theo luật loga chuẩn với các tham số 0428,0;06,11 2   Gọi số chu trình tải trọng đến khi phá huỷ, hay tuổi thọ của bộ phận máy này là N. áp dụng công thức: (5.32) và (5.33) ta có hàm mật độ và hàm phân phối tuổi thọ:         0428.0 06,11ln . 0428,0 1 )( N N Nf            0428,0 06.11ln )( N NQ  Trong đó các hàm )(),( zz  là các hàm mật độ và phân phối của đại lượng. z          0428,0 06.11ln N Xác suất không hỏng ( hay hàm tin cậy) R(N) và hàm cường độ hỏng của sản phẩm là: R(N) = 1 – Q(N) = 1- )(z )( )( )( NR Nf N  166 Kết quả tính toán giá trị các hàm nói trên theo biến N được nghi vào bảng 5.2, giá trị các hàm )()( zvaz  `, được đọc trực tiếp từ bảng phụ lục I, II. kỳ vọng vầ phương sai tuổi thọ của bộ phận này được tính: 410.49,6 2 0428,0 06,11exp)(       NE 810.847,1)10428,0).(exp0428,006,11.2exp()( ND Độ lệch quân phương của tuổi thọ: 410.36,1)()(  NDN Và hệ số biến động của tuổi thọ: 209,0 10.49,6 10.36,1 )( )( 4 4  NE N  Bảng 5.2: Bảng tíng toán các hàm f(N), Q(N), R(N) và (N) N ( 410 chu trình) 4,12 5,56 5,98 6,25 6,39 6,90 0428,0 06,11ln   N Z - 2,095 - 0,647 - 0,296 - 0,082 0,024 0 ,395 )(z 0,0449 0,323 0,382 0,398 0,399 0,370 0428,0 )( )( N z Nf   0,527. 510 2,81. 510 3,09. 510 3,07. 510 3,01. 510 2,59. 510 )()( NQz  0,0183 0,2612 0,3859 0,4681 0,5079 0,6517 )(1)( zNR  0,9817 0,7388 0,6141 0,5319 04921 0,3483 )( )( )( NR Nf N  0,58. 510 3,80. 510 5,03. 510 5,77. 510 6,11. 510 7,33. 510 5.3.9. Các chỉ tiêu độ tin cậy của sản phẩm có phục hồi Giả sử sau khi hỏng sản phẩm được phục hồi khả năng làm việc bằng cách sửa chữa hoặc thay mới. Sản phẩm bắt đầu làm việc ở thời điểm t = 0. Sau một khoảng thời gian làm việc T1, nó ngừng hoạt động trong thời gian 1 để tiến hành sửa chữa hư hỏng, rồi lại hoạt động trong khoảng T2. Ta thấy các đại lượng ngẫu nhiên T1, T2 độc lập với nhau có cùng phân phối. 167 a. Dòng hỏng và các đặc trưng xác suất của dòng hỏng Sự kiện hỏng hoặc sự kiện phục hồi bắt đầu xẩy ra ở các điểm ngẫu nhiên. Quá trình được tạo thành bởi tập hợp các thời điểm ngẫu nhiên đó là một quá trình điểm và được gọi là dòng phục hồi. Các đặc trưng xác suất của dòng hỏng đó là: - Kỳ vọng số lần hỏng trước thời điểm t:  (t) = E[r(t)] ( 5.35 )  (t): là kỳ vọng số lần phục hồi, còn được gọi là hàm phục hồi. - Kỳ vọng số sự kiện hỏng xẩy ra trong khoảng thời gian (t,t+∆t): E[ r(t +  t) – r(t) ] = E[ r(t +  t) ] – E[r(t)] = )()( ttt  ( 5.36 ) Cường độ hỏng hay cường độ phục hồi: dt td t ttt t t )()()( lim)( 0        (5.37) Đó là số lần hỏng ( hay phục hồi ) trung bình xuất hiện trong một đơn vị thời gian, bắt đầu từ thời điểm t đến thời diểm tt  . Vậy định nghĩa thống kê của cường độ dòng hỏng: t trttr t     )()( )( Thực tế hàm ώ(t) được xác định bằng cách chia khoảng thời gian quan sát thành nhiều khoảng đều nhau, sao cho số lần hỏng xẩy ra trong mỗi khoảng đủ lớn. ώ(t) là tỷ số sự kiện xẩy ra trong khoảng với độ dài khoảng thời gian đó. b. Xác suất không hỏng trong khoảng t0 kể từ khi kết thúc lần phục hồi thứ (k–1). Xác suất để sản phẩm không hỏng trong khoảng thời gian t0 với điều kiện là đầu khoảng t0 trùng với thời điểm kết thúc lần phục hồi thứ ( k – 1 ): )()()()()( 0 1 1 1 1 00 tTPtTTTttPtR k k i k i ikkiik               ( 5.38 ) Đây là xác suất có điều kiện. Định nghĩa thống kê của chỉ tiêu này được cho bởi: )0( )( )( 00 k k k N tn tR   ( 5.39 ) Trong đó 168 )( 0tnk : số mẫu không bị hỏng lần nào trong khoảng t0. )0(kN : số mẫu không bị hỏng tính tới thời điểm kết thúc lần thay mới thứ (k – 1 ) c. Xác suất không hỏng trong khoảng thời gian t đến ( t + t0). Chỉ tiêu này là xác suất để sản phẩm làm việc không hỏng trong khoảng thời gian 0t đã cho kể từ thời điểm t nào đó trở đi, tức là ( t, t + t0) ЄTk ( k = 1, 2, . . . )và có:     1 00 ]),[(),( k kTtttPtttR ( 5.40 ) Biểu thức định nghĩa thống kê của chỉ tiêu này được cho bởi: )( ),( ),( 00 tN ttn tttR   ( 5.41 ) Trong đó: ),( 0ttn số mẫu không hỏng ở thời điểm t tiếp tục làm việc không hỏng trong khoảng t0. N(t): số lượng mẫu. d. Xác suất không hỏng dừng trong khoảng t0. Chỉ tiêu này là xác suất để sản phẩm làm việc không hỏng trong khoảng thời gian t0 đã cho, kể từ sau một thời gian khai thác đủ lớn: ),()( 00 tttRLimtR t   ( 5.42 ) Gọi F(t) là hàm phân phối thời gian làm việc giữa hai lần hỏng, E(T) và E(τ) là các kỳ vọng toán của thời gian làm việc và thời gian phục hồi, thì ta có:      t dttF ETE tR )].(1[ )()( 1 )( 0  ( 5.43 ) Ước lượng thống kê của đại lượng )( 0tR : )0( ),( )( 00 N tttn tR     ( 5.44 ) Trong đó: ),( 0tttn  là số mẫu làm việc trong khoảng t0 kể từ một thời điểm đủ lớn. N(0): số lượng mẫu. e. Thời gian trung bình làm việc giữa hai lần hỏng thứ (k – 1) và k. Kỳ vọng của khoảng thời gian làm việc tk ( k = 1, 2, . . . ) được cho bởi: 169    00 ).().(.)( dttRdttftTE kkk ( 5.45 ) Trong đó: )(tfk là mật độ phân phối thời gian làm việc giữa hai lần hỏng liên tiếp ( k – 1 ) và k. Ướclượng thống kê của chỉ tiêu này được gọi là thời gian trung bình làm việc giữa hai lần hỏng và bằng:      )0( 1 )()0(21 _ ... )0( 1 N i i k N kkkk tttt N t ( 5.46 ) Trong đó: )(i kt , i = 1, 2, . . ., N(0) là thời gian làm việc giữa hai lần hỏng thứ (k – 1) và k N(0): số lượng mẫu. f. Cường độ phục hồi ở thời điểm t tính từ lúc bắt đầu dừng máy. Gọi h(t) là mật độ của thời gian phục hồi. H(t) là hàm phân phối tương ứng. Cường độ phục hồi của sản phẩm ở thời điẻm t tính từ lúc bắt đầu dừng máyđược định nghĩa bởi: )(1 )()( . )(1 1 )( tH th dt tdH tH t     ( 5.47 ) )(t : là mật độ thời gian phục hồi có điều kiện bởi thời điểm t tính từ lúc bắt đầu dừng máy. Ước lượng thống kê của chỉ tiêu này: ttN tttn ttN tnttn t H H H HH        ).( ),( ).( )()( )( ( 5.48 ) )(tnH : số mẫu tới thời điểm t đã phục hồi xong. )( ttnH  : số mẫu tới thời điểm )( tt  đã phục hồi xong. )( ttnH  : số mẫu được phục hồi trong khoảng t . )(tNH : số mẫu chưa phục hồi xong ở thời điểm t. Trong tính toán thực tế thì Hn cần đủ lớn và t cần đủ nhỏ. 170 g. Thời gian trung bình phục hồi. Kỳ vọng của thời gian được định nghĩa bởi biểu thức:      0 0 )(.).(.)( tdHtdtthtE  ( 5.49 ) Ước lượng thống kê của chỉ tiêu này được gọi là thời gian trung bình phục hồi:    )0( 1 )())0(()2()1( _ )0( 1 ]...[ )0( 1 N i iN NN  ( 5.50 ) N(0): số sản phẩm được quan sát. )(i : thời gian phục hồi của sản phẩm thứ i. h. Hàm sẵn sàng hoạt động tại một thời điểm. Hàm sẵn sàng S(t) tại thời điểm t là xác để sản phẩm ở thời điểm đó đang đứng trong trạng thái có khả năng làm việc:                1 0 0 1)()()( i i k i k kkkkk TTtTPtS  ( 5.51 ) Biểu thức thống kê của chỉ tiêu này cho bởi: )0( )( )( N tn tS   ( 5.52 ) Trong đó: n(t): số mẫu đang ở trạng thái hoạt động tại thời điểm t. N(0): số lượng mẫu. i. Hệ số sẵn sàng. Hệ số sẵn sàng của sản phẩm là xác suất để sản phẩm dưới điều kiện của một quá trình ngẫu nhiên khi đang ở trạng thái có khả năng làm việc. )(lim tSS t   ( 5.53 ) Theo( 5.53 ) hệ số sẵn sàng cũng chính là xác suất không hỏng dừng trong khoảng thời gian t0 với t0 = 0. S = R( 0 t = 0 ) (5.54 ) Với phân phối bất kỳ của thời gian giữa hai lần hỏng của thời gian phục hồi ta có:      1 1 )()( )( ETE TE S ( 5.55 ) 171 Trong đó: )( )( TE E    Được gọi là định mức thời gian phục hồi. Từ ( 5.54 ) và ( 5.55 ) ta có quan hệ:    0 ]).(1[ )( )( 0 t dttF TE S tR (5.56 ) Định nghĩa thống kê của hệ số sẵn sàng được cho bởi: )0( )( N tn S    (5.57 ) Trong đó :n(t∞): số mẫu đang có khả năng hoạt động ở thời điểm đủ lớn. j. Tổng hao phí lao động bảo dưỡng kỹ thụât. Tổng hao phí lao động bảo dưỡng là một đại lượng ngẫu nhiên, và là kỳ vọng toán của tổng hao phí lao động cho việc tiến hành bảo dưỡng kỹ thuật các dạng khác nhau trong một thời kỳ khai thác nhất định và được xác định bởi:    l j jibd ErEzAA 1 )().()(  ( 5.58 ) bd A : tổng hao phí cho việc bảo dưỡng, đo bằng ngày công hoặc giờ công. i A : hao phí lao động bảo dưỡng i. z: số lần tiến hành một dạng bảo dưỡng. j: số dạng bảo dưỡng kỹ thuật trong thời kỳ khai thác đang xét. E(r): trung bình số lần hỏng ( kỳ vọng ) trong thời kỳ khai thác. )(E : thời gian trung bình phục hồi. Ví dụ : Tính độ tin cậy của sản phẩm có phục hồi. Một sản phẩm có thời gian làm việc tuân theo luật số mũ với tham số λ và thời gian phục hồi theo luật số mũ với tham số µ. Hãy xác định các đặc trưng chủ yếu của độ tin cậy. Tính toán áp dụng cho trường hợp λ=0,04h-1 ; µ=2h-1 . Áp dụng các công thức trong mục 5.58 ta có: tetR )( 0 tetQ 1)( 0 172 E(T) =  1   1 )( E    S    K tKStS )].(exp[)(    )exp()](exp[),( 00 tKSttR   )exp(.)( 00 tStR  Trong trường hợp λ=0,04h-1 ; µ=2h-1 ,t0 =2h , ta có: - Xác suất làm việc không hỏng trong khoảng 2 giờ: 923,0)2( 2.04.0  eR - Xác suất làm việc hỏng trong khoảng 2 giờ: Q(2) = 1- 0,923 = 0,077 - Thời gian trung bình làm việc: hTE 25 04,0 1 )(  - Thời gian trung bình phục hồi: hE 5,0 2 1 )(  - Hệ số sẵn sàng: 9804,0 04,02 2   S - Hệ số sẵn sàng tức thời với t = 2h: 9808,010.0196,09804,0)2( 2).04,0( 2   tS - Xác suất không hỏng dừng với ht 20  : 9146.0 04,02 2 )2( 2.04,0    eR - Xác suất không hỏng trong khoảng từ 1h đến 3h: 173 906,0]..06196,09804,0[)3,1( 2.04,01).204,0(   eeR 5.3.10. Các chỉ tiêu của tính lâu bền Tính lâu bền là tính chất của sản phẩm duy trì khả năng làm việc của mình cho tới trạng thái giới hạn với các điều kiện quy định về bảo dưỡng và sửa chữa. Tính lâu bên được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau: a.Thời gian trung bình làm việc đến thời kỳ sửa chữa. Thời gian làm việc tính tới thời kỳ sửa chữa lần thứ nhất là một đại lượng ngâu nhiên scT có mật độ )( sctf . Kỳ vọng thời gian đến thời kỳ sửa chữa:    0 ).(.)( dttftTE scscsc ( 5.59) Thời gian trung bình đến thời kỳ sửa chữa là một đại lượng thống kê được tính:    n i scisc t n t 1 1 ( 5.60 ) n: Số lượng mẫu. sci t : thời gian làm việc tính đến kỳ trung hoặc đại tu mẫu lần thứ i. b. Thời gian trung bình làm việc đến lúc giải thể. Tương tự ta có kỳ vọng của thời gian đến lúc giải thể:    0 ).(.)( dttftTE gtgtgt ( 5.61)    n i gtigt t n t 1 1 c. Tuổi thọ gamma phần trăm. thời gian làm việc không hỏng gamma  t phần trăm được xác định từ biểu thức:      t dttf (%))( ( 5.62 )  t : tuổi thọ hay thời gian làm việc không hỏng. (%) : xác suất sản phẩm không đạt tới trạng thái tới hạn. Ví dụ: một loại sản phẩm có t80 = 15.000h, điều đó có nghĩa là 80% số sản phẩm có tuổi thọ trung bình là 15000h, còn 20% số sản phẩm có thể bị hỏng sớm hơn. 174 5.3.11. Các chỉ tiêu của tính lưu kho và vận chuyển. Sản phẩm sau khi dược chế tạo ở nhà máy, trước khi đến nơi tiêu thụ để bắt đầu làm việc, phần lớn phải qua các khâu bảo quan trong kho, xếp dỡ và vận chuyển trên đường. Thời gian đó ngắn hay dài cũng ảnh hưởng đến độ tin cậy vốn có của sản phẩm sau chế tạo. Đặc biệt với những sản phẩm nhạy cảm với ảnh hưởng của môi trường: thiết bị đo, máy chính xác, thiết bị điện, . . .. Người ta dùng các chỉ tiêu thời gian để đặc trưng cho tính bảo quản: - Thời gian trung bình bảo quản là kỳ vọng của thời gian lưu kho và vận chuyển. - Thời gian bảo quản gamma phần trăm là thời gian lưu kho và vận chuyển đạt một xác suất không hỏng đã cho (%) . 5.3.12. Các chỉ tiêu kinh tế của độ tin cậy. Rõ ràng là viẹc nâng cao tính không hỏng của và tính lâu bền của sản phẩm, một mặt đòi hỏi ngững phí tổn lớn về thiết kế chế tạo, một mặt làm giảm hao phí lao động xã hội trong quá trình sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa tránh được những tổn thất về kinh kế và thời gian.Như vậy để đánh giá chỉ tiêu kinh tế của độ tin cậycó thể lấy quan hệ giữa tổng tổng chi phí chế tạo ct C và chi phí khai thác kt C với lượng lao động ktt : kt t CC K ktcte   ( 5.63 ) Trong đó: bdcdct CCC  cd C : chi phí cố định. bd C : chi phí biến đổi. Cần cố gắng làm chỉ số này có giá trị nhỏ nhất bằng cách phân bổ hợp lý vốn đầu tư cho chế tạo và cho khai thác. 175 Khi thiết kế một sản phẩm mới có độ tin cậy cao hơn sản phẩm mẫu, ta thường phải tính những chi phí phụ thêm do việc nâng cao độ tin cậy. Chi phí phụ đó được gọi là giá của độ tin cậy tcG và được tính: a mtc tm t GG        ( 5.64 ) m G : giá của độ tin cậy mẫu. m t : thời gian khai thác. t: lượng lao động của sản phẩm. a: hằng số lấy trong khoảng ( 0,5 – 1,5 ), đặc trưng cho mức độ tiến bộ của sản xuất về khả năng nâng cao độ tin cậy của sản phẩm. Với cùng một điều kiện, chất lượng sản phẩm càng thấp, chi phí khai thác càng cao. vì vậy cần xác định độ tin cậy tối ưu. 5.4. Tính toán độ tin cậy của hệ thống Khi tính toán độ tin cậy của thiết bị ta cần xác định được sơ đồ thay thế. Sơ đồ thay thế là sơ đồ logic hiểu theo nghĩa, độ tin cậy trong các phần tử sẽ được nối tiếp, nếu lỏng 1 phần tử sẽ dẫn đến hỏng cả hệ thống, còn nếu hỏng 1 phần tử nào đó mà hệ thống vẫn làm việc bình thường thì phần tử đó được coi là nối song song với phần tử khác. Để có được sơ đồ thay thế chính xác, phải phân tích kỹ chức năng nhiệm vụ của từng phần tử. 5.4.1. Độ tin cậy của sơ đồ nối tiếp Giả sử có n phần tử, mà mỗi p tử có độ tin cậy là Pi (t) . Độ tin cậy của hệ thống được xác định:       1 1   tPtPtP i n i iht Ta thấy rằng: độ tin cậy của hệ thống không thể nhỏ hơn độ tin cậy của phần tử có độ tin cậy thấp nhất Pi(t)min. Trong sơ đồ nối tiếp, muốn nâng cao độ tin cậy của hệ thống, phải nâng cao độ tin cậy của từng phần tử. 176 Độ tin cậy của hệ thống sẽ giảm khi số phần tử trong hệ thống nối tiếp tăng lên. Hình bên cho ta thấy quan hệ giữa Pht và Ppt với các giá trị n khác nhau. 5.4.2. Độ tin cậy của sơ đồ song song Giả sử có n phần tử nối song song, mỗi phần tử có độ tin cậy là Pi(t) như hình sau: Độ tin cậy của hệ thống được xác định theo công thức sau:  ]1[1 1    n i iht tPP Khi độ tin cậy của các phần tử là như nhau và = P, ta sẽ có: Pht = 1− (1− P)n →Vậy: độ tin cậy của hệ thống ≥ độ tin cậy của phần tử. trong các phần tử song song, số phần tử song song càng tăng thì độ tin cậy của hệ thống càng tăng. → độ tin cậy của hệ thống ≥ độ tin cậy của phần tử. → Kết luận: có thể xây dựng các sơ đồ có khả năng có độ tin cậy cao, trên cơ sở những phần tử có độ tin cậy tương đối thấp. 5.4.3. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy Cần áp dụng các biện pháp tổng hợp. - Trong giai đọan thiết kế: phải chọn phương án tối ưu, có nghĩa là đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật, đồng thời có số phần tử ít nhất, đơn giản nhất, dễ vận hành. Khi cần thiết phải đặt các mạch dự phòng để nâng cao độ tin cậy của hệ thống. - Trong giai đọan chế tạo, phải áp dụng những công nghệ tiên tiến, dùng nguyên liệu tốt để các phần tử có tính năng đạt yêu cầu thiết kế. - Trong giai đọan vận hành: phải đảm bảo các điều kiện làm viậc đúng yêu cầu: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, độ bụi, độ rungPhải tuân thủ các quy trình quy phạm để ngăn chặn sự cố do nhầm lẫn, có chế độ theo dõi, bảo dưỡng thường xuyên. a. Ví dụ các biện pháp nâng cao độ tin cậy trong hệ thống cung cấp điện Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên lưới phân phối, có hai giải pháp chính: 1. Giải pháp làm giảm sự cố. 2. Giải pháp làm giảm thời gian mất điện. Bước 1: 177 - Các biện pháp làm giảm sự cố (ngăn chặn sự cố xảy ra) 1. Nâng cao chất lượng của thiết bị vận hành: Sử dụng các thiết bị có chất lượng vận hành tốt (lưu ý: thiết bị cũ, vận hành lâu ngày hay thiết bị mới nhưng có chất lượng thấp vẫn gây ra suất hư hỏng cao) và có tính tự động hóa cao. Lên kế hoạch và từng bước thay thế các thiết bị có suất hư hỏng cao bằng các thiết bị mới và có suất hư hỏng thấp. Ví dụ, Tổng công ty Điện lực đã triển khai áp dụng các cách điện đứng loại line post và pin post thay cho các cách điện đứng loại pin type (truyền thống) có suất sự cố cao. Khuyến cáo không sử dụng các máy cắt (S&S), các recloser (VR3S), cầu chì tự rơi có suất sự cố cao. 2. Trong thiết kế, mua sắm, lắp đặt cần sử dụng các vật tư, thiết bị và áp dụng các giải pháp phù hợp với điều kiện vận hành lưới điện nhằm giảm bớt các sự cố có tác nhân từ bên ngoài, ví dụ như : - Sử dụng dây bọc cách điện để ngăn ngừa các sự cố do tiếp xúc với các vật thể khác. - Sử dụng các thiết bị phù hợp với môi trường vận hành, sử dụng sứ chống nhiễm mặn khi các đường dây đi qua khu vực gần biển bị nhiễm mặn - Lắp đặt các chống sét đường dây, mỏ phóng cho các đường dây đi qua các vùng có mật độ sét lớn, suất sự cố do sét cao. 3. Tăng cường công tác kiểm tra, bảo dưỡng đường dây, thiết bị vận hành trên lưới để ngăn ngừa sự cố chủ quan. - Trang bị đầy đủ phương tiện phục vụ cho công tác quản lý vận hành, bảo dưỡng như xe thang, thiết bị kiểm tra phát nóng - Đào tạo để nâng cao kiến thức và tay nghề cùng tính kỷ luật cho nhân viên vận hành. - Từng bước nâng cao tỉ lệ sửa chữa lưới điện bằng hình thức hot-line (sửa chữa khi lưới điện đang vận hành). Bước 2: - Các biện pháp làm giảm thời gian mất điện (khoanh vùng và khắc phục sự cố nhanh) 178 1. Giảm đến mức tối thiểu khu vực mất điện bằng cách tăng số lượng lắp đặt thiết bị phân đoạn. 2. Nhanh chóng khoanh vùng sự cố bằng cách áp dụng công nghệ tự động hóa lưới điện phân phối nhằm tự động phân vùng sự cố. 3. Xây dựng hệ thống mạch kép (2 mạch), mạch vòng 4. Khắc phục sự cố nhanh. - Xác định nhanh điểm sự cố bằng các thiết bị chuyên dùng để dò điểm sự cố như thiết bị chỉ thị sự cố (Fault indicator). - Trang bị các thiết bị chuyên dùng để xử lý sự cố. - Tăng cường công tác bồi dưỡng, huấn luyện nhân viên vận hành về trình độ và kỹ năng xử lý sự cố. 5.4.4. Thông tin công nghiệp Hệ thống thông tin công nghiệp là các hệ thống thông tin dùng để điều khiển các quá trình vật lý. Các hệ thống này hoạt động trực tuyến với 1 quá trình được kiểm soát. Thông tin công nghiệp cần thỏa mãn các yêu cầu sau: - Quản lý 1 số lượng lớn đầu vào/ra. - Đảm bảo họat động tin cậy. - Thỏa mãn trong thời gian thực. Thông tin công nghiệp khác các hệ thống thông tin cổ điển bởi phương pháp và kỹ thuật của nó. Ví dụ cho độ tin cậy cung cấp điện Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối được hiểu là khả năng của hệ thống cung cấp đầy đủ và liên tục điện năng cho hộ tiêu thụ, với chất lượng điện năng (điện áp và tần số) đảm bảo (đúng quy định). Để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã có các quy định về chỉ tiêu suất sự cố (đường dây và trạm biến áp) trong quản lý, vận hành hệ thống điện, làm cơ sở cho việc đánh giá chất lượng quản lý vận hành nguồn lưới đáp ứng yêu cầu cung ứng điện liên tục cho khách hàng. Cụ thể như sau: - Suất sự cố thoáng qua đường dây trung thế : 12 vụ / 100 km/ năm. - Suất sự cố vĩnh cửu đường dây trung thế : 3,6 vụ / 100 km/ năm. 179 - Suất sự cố vĩnh cửu TBA : 1,8 vụ / 100 MBA/ năm Từ các quy định trên đã buộc các đơn vị thành viên phải tích cực đưa ra kế hoạch và các phương án cải thiện chất lượng cung ứng điện trên hệ thống điện toàn quốc, đồng thời có tác động tích cực đến ý thức trách nhiệm của đội ngũ cán bộ công nhân viên làm công tác quản lý kỹ thuật, vận hành hệ thống điện. Tuy nhiên, việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện qua chỉ tiêu suất sự cố còn một số bất cập sau: - Chỉ tiêu suất sự cố chỉ cho biết số lần mất điện (do sự cố) trung bình của hệ thống. Không biết được số lần và thời gian mất điện của khách hàng, cũng như phạm vi mất điện, lượng công suất và điện năng không cung cấp được (do mất điện); từ đó tính toán các thiệt hại do mất điện gây ra và đề ra các biện pháp thích hợp để giảm số lần và thời gian mất điện khách hàng, cũng như giảm phạm vi mất điện để tăng độ tin cậy của hệ thống. - Với chỉ tiêu suất sự cố nêu trên, không thấy rõ hiệu quả kinh tế đem lại của các dự án cải tạo lưới điện, lắp đặt các hệ thống tự động phân đoạn sự cố cũng như hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối, đặc biệt là sự cần thiết phải xây dựng các mạch liên lạc giữa các trạm nguồn, các mạch vòng cung cấp điện... để giảm thời gian mất điện cũng như hạn chế phạm vi (số hộ mất điện, lượng công suất và điện năng không cung cấp được) do sự cố hoặc thao tác hay bảo dưỡng thí nghiệm định kỳ. Để giải quyết vấn đề trên, cần phải xây dựng thêm nhiều chỉ tiêu cụ thể để đánh giá thực chất độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng vận hành của lưới điện cũng như công tác quản lý vận hành. Một số công ty điện lực ở các nước đã xây dựng các chỉ số chất lượng để theo dõi độ tin cậy vận hành của hệ thống. Các chỉ số chất lượng này có thể dùng để so sánh chất lượng phục vụ giữa các công ty, giữa các đơn vị trong cùng công ty hay dùng để so sánh trực tiếp chất lượng trước và sau cải tạo của một xuất tuyến hay của cả một hệ thống. Tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) của Mỹ đã xây dựng một số chỉ số để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, cụ thể như sau : - Các chỉ số đánh giá độ tin cậy về mặt mất điện kéo dài 1. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (System Average Interruption Frequency Index - SAIFI): Chỉ số này cung cấp thông tin về số lần mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm. 180 2. Chỉ số thời gian mất điện trung bình của hệ thống (System Average Interruption Duration Index - SAIDI): Chỉ số này cung cấp thông tin về thời gian (phút hoặc giờ) mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm. 3. Chỉ số thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average Interruption Duration Index - CAIDI): Chỉ số này thể hiện thời gian trung bình cần để phục hồi cung cấp điện cho khách hàng trong một lần mất điện (vĩnh cửu). 4. Chỉ số tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer Total Average Interruption Duration Index - CTAIDI): Đối với khách hàng thực tế đã mất điện, chỉ số này thể hiện tổng thời gian trung bình khách hàng trong thông báo bị mất điện. Chỉ số này được tính toán như chỉ số CAIDI, trừ việc khách hàng bị mất điện nhiều lần chỉ được tính một lần. 5. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average Interruption Frequency Index - CAIFI): Chỉ số này thể hiện số lần mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm. 6. Chỉ số sẵn sàng cấp điện trung bình (Average Service Availability Index ASAI): Chỉ số này thể hiện thời gian trung bình (thường tính bằng %) mà khách hàng được cung cấp điện trong vòng một năm. Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số giờ của khách hàng được cung cấp trong năm và tổng số giờ khách hàng yêu cầu (số giờ khách hàng yêu cầu = 24giờ/ ngày*365 ngày = 8760 giờ ). 7. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (Average System Interruption Frequency Index - ASIFI) về mặt phụ tải: Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số công suất (kVA) bị gián đoạn trên tổng số công suất (kVA) được cung cấp. Đây là chỉ số quan trọng đối với các khu vực cấp điện chủ yếu cho ngành công, thương nghiệp. Chỉ số này cũng được sử dụng bởi các công ty không có hệ thống theo dõi khách hàng. 8. Chỉ số thời gian trung bình mất điện của hệ thống (Average System Interruption Duration Index - ASIDI) về mặt phụ tải: Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng điện năng không cung cấp được (do bị gián đoạn cung cấp điện) trên tổng số công suất (kVA) được cung cấp. 9. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customers Experiencing Multiple Interruptions - CEMIn): Chỉ số này để theo dõi số sự kiện (n) những lần mất 181 điện đối với một khách hàng nào đó. Mục đích là xác định sự phiền toái cho khách hàng mà giá trị trung bình không thấy được. CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG CHƯƠNG 5: R(t): hàm tin cậy, xác suất làm việc không hỏng. Q(t): hàm phân phối tuổi thọ, xác suất hỏng. f(t): hàm mật độ phân phối tuổi thọ. )(t : cường độ hỏng. )(tR  : xác suất không hỏng thực nghiệm ( hàm tin cậy ) )(tQ  : hàm phân phối tuổi thọ thực nghiệm ( xác suất hỏng ) )(tf  : hàm mật độ tuổi thọ thực nghiệm. )(t   : cường độ hỏng thực nghiệm. E(t),  : kỳ vọng tuổi thọ. D(t), )( 2 t : phương sai của tuổi thọ. _ t : tuổi thọ trung bình. )(, 22 tS  : phương sai của tuổi thọ thử nghiệm. )(t : độ lệch tiêu chuẩn của tuổi thọ. v(t): hệ số biến động của tuổi thọ. )(t : kỳ vọng số lần hỏng ( hàm phục hồi ). )(t : cường độ dòng hỏng. S(t): hàm sẵn sàng tại thời điểm t. S: hệ số sẵn sàng. bd A : tổng hao phí lao động bảo dưỡng kỹ thuật. (%) : tuổi thọ gamma phần trăm. Ke: chỉ số kinh tế của độ tin cậy. 182 Câu hỏi chương 5 Câu 1: Cho biết các tiêu chí đánh giá độ tin cậy của hệ thống trong quá trình điều khiển từ xa. Câu 2: Trình bày các biện pháp nâng cao độ tin cậy trong truyền tin Câu 3: Phân tích quan hệ giữa cường độ hỏng với các quy luật phân phối tuổi thọ Câu 4: Tại sao nói độ tin cậy là chỉ tiêu quan trọng nhất của hệ thống đo, điều khiển từ xa Câu 5: Đánh giá các chỉ tiêu độ tin cậy của sản phẩm có phục hồi và không phục hồi trong hệ thống điều khiển. Câu 6: Trình bày mối quan hệ giữa cường độ hỏng với các quy luật phân phối tuổi thọ trong một hệ thống. Câu 7: Một sản phẩm có thời gian làm việc tuân theo luật số mũ với tham số  và thời gian phục hồi theo luật số mũ với tham số  . Hãy xác định các đặc trưng chủ yếu của độ tin cậy. Tính toán áp dụng cho trường hợp 11 2;04,0   hh  183 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: [1]. Nguyễn Hoàng Mai.(2010) “Giáo trình đo lường và điều khiển xa”. Trường Đại học Đà nẵng [2]. Phan Hồng Liên(2006), “Lý thuyết tín hiệu”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội [3]. Đặng Văn Chuyết. “Cơ sở lý thuyết truyền tin”. Tập 1,2. NXB Giáo dục [4]. Đỗ Xuân Tiến (2003), Kỹ thuật lập trình điều khiển hệ thống, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [5]. Lê Quyết Thắng. “Lý thuyết thông tin”. NXB KHKT- Hà Nội, 2001 [6]. Trần Thị Ngoan. “Cơ sở lý thuyết truyền tin”. Tập 1,2. NXB Bưu điện Tài liệu tiếng Anh: [7]. David J.C. Mackey. (2003). “Information Theory”Infernce and Learning Algorithms, CamBridge University Express [8]. G.J. Chaitin (1995), “Algorithms Information Theory” CamBridge University [9]. Gao Q S (1996), “Approach to making supercomputer by microprocessor cellular sector computer of vertical and horizotal processing with virtual common memory”, Conf. parallel Proc. [10]. Richard J Prestopic (1995), “Microprocessorand IC families”. Walter H. [11]. Mostafa AbDelBarr, Hesham ElRewini. Fundamentals of ComputerOrganization and Architecture. Wiley Interscience. 2005