II.

1. Określić cechy wskazujące na zdatność wybranego obiektu.

Poprawnie funkcjonujący obiekt jest w stanie zdatności. Oznacza to, że oczekiwane przez użytkownika parametry działania mieszczą się w zadanych zakresach.

2. Podać przykłady stanów granicznych.

• Przepalenie tłumika w samochodzie powoduje nadmierny hałas, który jest uciążliwy dla otoczenia (wymiana tłumika na nowy)

• Wymiana żarówki starego typu na żarówkę energooszczędną

3. Wyjaśnić pojęcia histogram i funkcja gęstości prawdopodobieństwa, wskazać różnice.

Jest graficznym przedstawieniem cech obiektu, jego parametrów.

Histogram uszkodzeń jest podstawowym zestawieniem danych statystycznych, charakteryzującym własności niezawodnościowe populacji obiektów. Krzywa poprowadzona przez środki szczytów słupków reprezentuje przebieg doświadczalnie wyznaczonej funkcji gęstości prawdopodobieństwa wystąpienia uszkodzenia.

4. Określić potoczne znaczenie intensywności uszkodzeń, podać przykłady.

Intensywność uszkodzenia obrazuje prawdopodobieństwa uszkodzenia w każdej chwili, gdy dotąd obiekt był sprawny. Przebiegi funkcji:

• Stała-przypadkowa uszkodzenia

• Malejąca - ujawnienie ukrytych wad

• Rosnąca - starzenie się

• Wannowa

• Grzbietowa

Przykład: nowy samochód się nie psuje ale po upłynięciu okresu gwarancji zaczyna się wszystko psuć.

5. Czy skumulowany histogram może być przybliżeniem funkcji zawodności?

Tak. Sumując kolejne wartości danego histogramu otrzymujemy skumulowany histogram (skumulowaną liczbę uszkodzeń), co jest doświadczalną reprezentacją dystrybuanty (funkcji zawodności F(t) spełniającej warunek F(t)=0 dla t≤0)

6. Co wpływa na błąd określania liczbowych wskaźników niezawodności za pomocą estymatorów?

Miarą trwałości są:

Czas w ciągu którego obiekt zachowuje posiadane własności, ilość wykorzystanej pracy, liczba wykonanych czynności, długość przebytej drogi. Estymatorem ET jest średnia.

7. Podać przykłady przeprowadzania badań niezawodności urządzeń.

Badanie:

- silników elektrycznych, przeciążeń na wałach i rozkładu temperatury;

- średniego czasu życia wałków rozrządu;

- żywotności pompy zanurzeniowej;

- urządzeń stacji transformatorowych.

III.

1. Jaki wskaźnik oddaje charakter przebiegu rozkładu zmiennej losowej czasu zdatności?

2. Podać przykład odniesienia zawodności do innego parametru niż czas.

3. Omówić własność rozkładu wykładniczego.

Rozkład wykładniczy opisuje czas zdatności obiektu, których intensywność uszkodzeń jest stała, niezależną od czasu. Wykorzystywany jest do opisu uszkodzenia urządzeń elektronicznych. Często też stosowany dla przybliżenia trwałości obiektów, ze względu na prostotę obliczeń. Daje to zwykle zbyt pesymistyczne szacunki niezawodności dla początku życia i mocno zawężone wartości dla schyłku, gdy obiekt ma „wannowy” przebieg funkcji ryzyka. Rozkład jest określany jako „bez pamięci” co oznacza, ze populacja obiektów maleje w jednakowym stopniu w kolejnych jednostkach swojego życia. Liczba wcześniejszych uszkodzeń nie wypływa na kondycję populacji obiektów. Funkcja f(t) gęstości prawdopodobieństwa jest malejąca, jej przebieg nie ma przegięć.

4. Przedstawić własności standaryzowanego rozkładu normalnego.

Rozkład normalny używany jest do modelowania zjawisk eksploatacji zależnych od wielu czynników jednocześnie, uszkodzenia powodowane są stopniowo przez zachodzące nieodwracalne zmiany np. starzenie.

Charakterystyczna dzwonowa postać gęstości prawdopodobieństwa jest tym smuklejsza, im mniejsza jest wartość wariancji czasu zdatności. Rozkład jest symetryczny względem wartości oczekiwanej. Przebiegi niezawodności i zawodności posiadają przegięcia dla wartości ET.

Zwykle korzysta się z tablic standaryzowanego rozkładu normalnego f₀(t)

(u=0,a=1) a f(t) można wyrazić jako f(t) =

5. Na czym polega graficzne wyznaczanie parametrów rozkładu Weibulla?

Zmieniając skale na osiach x=ln(t-t₀) y=ln(-ln(R(t-t₀)) przebiegi wskaźników rozkładu Weibulla można przedstawić w postaci prostych y= ax-αlnβ- stąd parametr kształtu a określany jest również mianem nachylenia.

Tak wyskalowane arkusze służą do analizy danych pomiarowych w badaniach niezawodnościowych. Poprowadzone na podstawie naniesionych danych statystycznych łamane, łatwo i wygodnie umożliwiają oszacowanie wartości parametrów rozkładu.

Graficzne przedstawienie funkcji zawodności pozwala określić charakter zmian sposobu uszkadzania się. Zmiana współczynnika kształtu dla kolejnych fragmentów aproksymacji odcinkowej przebiegu wskazuje na dominacje uszkodzeń przypadkowych, gdy α~1, a starzenia, gdy α>1.

6. Przedstawić podobieństwa między rozkładem normalnym i log-normalnym.

Zmienna losowa (czas zdatności) ma rozkład logarytmiczno-normalny, gdy logarytm czasu zdatności ma rozkład normalny.

7. Przedstawić własności rozkładu gamma, porównać z rozkładem Weibulla.

Rozkład gamma stosowany jest do modelowania niezawodności obiektów odnawialnych, obiektów z elementami rezerwowymi, których czasy zdatności mają rozkłady wykładnicze. Jest rozkładem dwuparametrowym.

Dla systemu z (n-1) elementami rezerwowymi, opisanymi intensywnością uszkodzeń λ, parametry rozkładu gamma wynoszą a=n, b=λ. Funkcja gęstości posiada dwa przegięcia dla a > 2. Intensywność uszkodzeń dla a < 1 maleje do wartości b, a dla wartości a > 1 wzrasta od 0 do b. Złożenie rozkładów jest też rozkładem gamma (o innych parametrach). Jeżeli każdy z elementów rezerwy nieobciążonej ma rozkład gamma o parametrach (a,b), to wypadkowy czas zdatności ma rozkład o parametrach (na,b). w rozkładzie Weibula występują 3 parametry:

α, β, t₀ a w rozkładzie gamma 2 parametry a i b.

8. Wymienić zastosowania rozkładów do modelowania niezawodności.

9. Przedstawić własności rozkładów Gumbela i Frecheta, porównać z rozkładem Weibulla.

Gumbela wykorzystuje się do modelowania uszkodzeń katastroficznych oraz zużycia zmęczeniowego.

Rozkłada Frecheta stosuje się do modelowania zużycia korozyjnego, uszkodzeń katastroficznych i obciążenia, a rozkład weibulla modelowanie uszkodzeń stopniowych , wytrzymałości

10. Podać przykłady wykorzystania rozkładów do modelowanie niezawodności.

11. W jaki sposób określa się parametry rozkładów na podstawie danych statystycznych?

IV.

1. Czym różni się struktura niezawodnościowa od modelu obiektu?

Struktura niezawodnościowa opisuje jak zmienia sie niezawodność obiektu i jak niezawodność zależy od poszczególnych elementów

Model - zbiór elementów obiektu i relacji pomiędzy nimi

2. Podać przykład struktury obiektu z dziedziny transportu.

Z punktu widzenia analizy niezawodnościowej wyróżnia się struktury:

- szeregowe,

- równoległe,

- mieszane.

Struktura skrzyni biegów

Skrzynia zawiera reduktor składający się z 3 kół zębatych:

Koła zębatego biegu wstecznego i kół zębatych 2 biegów w przód. Koła zębate biegów umieszczone są na wałkach.

Jest to struktura mieszana

3. W jaki sposób można uprościć strukturę niezawodnościową obiektu?

Można uprościć strukturę poprzez wyznaczenie minimalnych ścieżek zdatności. Pozwala to ustalić newralgiczne elementy obiektu, decydujące o jego sprawności. Kolejną metodą jest cięcie. Jest to podzbiór elementów struktury niezawodnościowej obiektu, które będąc w stanie niezdatności sprawiają, że obiekt jest niezdatny.

4. Wyjaśnić pojęcie rezerwowania.

Obiekt wyposażony jest w zwielokrotnione elementy realizujące funkcjonalność, włączane do działania w razie uszkodzenia lub będące w pogotowiu do działania. Stan pogotowia może oznaczać, że element działa wspólnie ze zwielokrotnianym elementem lub działa i jest tylko częściowo obciążony.

Elementy włączane określane są mianem rezerwy zimnej, a będące w pogotowiu to rezerwa gorąca lub ciepła, w zależności od stopnia obciążenia.

5. Podać przykłady podwyższania niezawodności z wykorzystaniem rezerwowania.

6. Podać przykłady nadmiaru parametrycznego

zapas pojemności akumulatora pojazdu w warunkach zimowych pozwala uruchomić pojazd, nadmiarowa grubość cięgieł dla wydłużenia pracy w agresywnym środowisku,

7. Podać przykłady nadmiaru funkcyjnego.

Dwufunkcyjny czujnik podciśnienia może zastąpić czujnik położenia przepustnicy lub miernik ugięcia zawieszenia.

Wartość podciśnienia pozwala określić zarówno rozmiar dawki paliwa dla zasilania silnika, jak i obciążenie pojazdu dla sterowania twardością zawieszenia.

8. W jaki sposób można wykorzystać ścieżki zdatności przy optymalizacji niezawodności obiektu?

wyznaczenie minimalnych ścieżek zdatności. Pozwala to ustalić newralgiczne elementy obiektu, decydujące o jego sprawności

1. Przedstawić metody przeprowadzania odnów podać przykłady.

Odnowa profilaktyczna klasyfikowana jest jako:

- bezpieczeństwa - po upływie czasu bezpiecznej pracy,

- bezwarunkowa - w z góry określonych odstępach czasu,

- sekwencyjna - po każdej odnowie ustala się kolejny czas odnowy,

- warunkowa - ustalony jest tok postępowania określony przez bieżące ograniczenia techniczne i ekonomiczne

Wymiana paska rozrządu jest odnową profilaktyczną bezwarunkową, ponieważ jest wykonywana z góry ustalonych odcinkach czasu. Wymiana łożyska po upływie czasu bezpiecznej pracy.

2. Na czym polega utrzymanie w ruchu?

Polega na tym aby utrzymać obiekt w stanie zdatności, przy optymalizacji kosztów działań z tym związanych. Prawdopodobieństwo poprawnego funkcjonowania w zadanym przedziale czasu, przy ograniczeniach wynikających z ustalonego zakresu działań utrzymania w ruchu.

3. Przedstawić przykład natychmiastowego procesu odnowy.

Wymiana okładzin ciernych w samochodzie. Wymianę taka przeprowadza się co 60 -80 tyś. km czas naprawy nie trwa dłużej niż 2h.

4. Przedstawić przykład alternatywnego procesu odnowy.

np wymiana amortyzatorów w pojeździe samochodowym (?)

5. Od czego zależy dostępność obiektu?

Dostępność obiektu zależy od tego ile dany obiekt będzie serwisowany w czasie roku.

Postój w czasie roku poniżej 31s zalicza się do 6 klasy dostępności.

6. Wyjaśnić różnice między pojęciami MTBF i ESn.

MTBF (ang. Mean Time Between Failure) to średni czas między uszkodzeniami, który odnosi się do populacji urządzeń (np. maszynogodziny). Poprawnie charakteryzuje on zmienną losową - czas między uszkodzeniami - tylko wtedy, gdy opisywana jest ona przez rozkład wykładniczy.

ESn - ???

7. W jakich przypadkach można stosować procesy Markowa do modelowania niezawodności?

Proces Markowa pozwala zamodelować zachowanie obiektu składającego się z wielu elementów przechodzących między stanami zdatności i niezdatności. Czasy przebywania w stanach mają rozkłady losowe wykładnicze. Możliwe jest też zamodelowanie obiektów z elementami o innych rozkładach, pod warunkiem analizy w bardzo krótkim przedziale czasu At = t-to i przyjęciu przybliżenia:

w którym średnia intensywność uszkodzeń w rozpatrywanym przedziale czasu analizy jest stała. Odnowy przywracają elementom początkowe parametry niezawodnościowe.

VI.

1. Przedstawić cele metody FTA.

- identyfikacja przyczyn i ich kombinacji prowadzących do zdarzenia szczytowego,

- identyfikacja potencjalnych problemów w procesie projektowania, produkcji, eksploatacji, w procedurach utrzymania w ruchu,

- określenie czynników wpływających w największym stopniu na zawodność w celu ich eliminacji w procesie poprawiania własności niezawodnościowych obiektu,

- porównanie alternatywnych rozwiązań dla zmniejszenia zawodności obiektu,

- określenie zbieżności wyników uzyskiwanych innymi metodami analizy niezawodności,

- obliczenie prawdopodobieństw zdarzeń wpływających na zawodność obiektu,

- obliczenie wskaźników niezawodnościowych elementów i całego obiektu.

2. Podać przykłady zastosowania FTA.

W latach 70. zaczęto stosować metodę analizy drzewa zawodności przy projektowaniu elektrowni atomowych, a obecnie znajduje również zastosowanie w przemyśle samochodowym i telekomunikacji.

3. Przedstawić przykłady zdarzeń i relacji między nimi.

Drzewo niezdatności FTA pozwala na identyfikację przyczyn i ich kombinacji prowadzących do zdarzenia szczytowego.

Przykłady zdarzeń (tab 6.1 str 61):

- zdarzenie bazowe (początkowe) - znane jest prawdopodobieństwo wystąpienia i wskaźniki niezawodności. Jest to przyczyna uszkodzenia lub mechanizm powstawania uszkodzenia.

Relacje między zdarzeniami - bramki ( tab 6.2 str 61/62):

- suma logiczna OR - zdarzenie wyjściowe wystąpi, gdy dowolne ze zdarzeń wejściowych wystąpi

4. Na czym polega analiza logiczna drzewa niezdatności?

Wykorzystując aksjomaty i twierdzenia algebry Boole'a, można uprościć relacje między zdarzeniami w drzewie.

Najczęściej korzysta się z praw de Morgana, idempotentności i pochłaniania podczas upraszczania drzew.

5. W jaki sposób konstruuje się drzewo niezdatności?

Konstrukcja rozpoczyna się od ustalenia zdarzenia szczytowego, które powinno być jednoznacznie zdefiniowane.

w następnych kroku należy określić możliwe zdarzenia i relacje między nimi, prowadzące do wystąpienia zdefiniowanego zdarzenia szczytowego.

Procedura składa się z następujących kroków:

1. Określenie zdarzenia szczytowego.

2. Określenie bezpośrednich uszkodzeń (przyczyn lub czynników), mogących doprowadzić do zdarzenia.

3. Rysowanie gałęzi kolejnego poziomu drzewa reprezentujących relacje między zdarzeniami prowadzące do zdarzeń na wyższym poziomie.

4. Sprawdzenie rodzaju zdarzeń w gałęziach, jeżeli nie są zdarzeniami pierwotnymi, to następuje powrót do kroku 2, przeciwnie - zakończenie rysowania drzewa.

6. Podać zależności liczbowe dla wyliczania niezdatności struktury szeregowej, równoległej.

W upraszczaniu konstrukcji drzewa niezdatności wykorzystuje się Twierdzenie Algebry Boolea i Prawo de Morgana

Aksjomaty algebry :=(B, +, • , ~ , 0,1) dla a,b,cg B :

1. a + b = b + a a • b = b • a działania są przemienne,

2. (a + b) + c = a + (b + c) (a • b) • c = a • (b • c) działania są łączne,

3. a + (b • c) = (a + b) • (a + c)

a(b + c) = (a • b)+(a • c) rozdzielne względem siebie,

Twierdzenia:

1. a + a = a a • a = a idempotentność,

2. a + (a • b) = a a(a + b) = a pochłanianie,

3. ~(a + b) = ~a — b ~(a • b) = ~a + ~b prawa de Morgana,

4. a + 0 = a a-1=a istnieją elementy neutralne,

5. a + ~a = 1 a • ~a = 0 istnieją elementy przeciwne.

VII.

1. Przedstawić cele metody FMECA.

• Celem nadrzędnym FMECA jest poprawa niezawodności obiektów.

• Pomoc w wyborze alternatywnych rozwiązań projektowych, zwiększających niezawodność umożliwiającą weryfikacje lub uzupełnienie specyfikacji wymagań,

• Katalog możliwych mechanizmów uszkodzeń i ich skutków dla całego cyklu życia rozwiązania technicznego,

• Wykorzystuje się argumentację zdobytego doświadczenia użyteczną dla przeprowadzenia kolejnych analiz uszkodzeń i opracowania przyszłych rozwiązań.

• Uzyskuje się bazę danych dla analizy ilościowej niezawodności i dostępności

2. Podać przykłady zastosowania FMECA.

Można wyróżnić trzy dziedziny wykorzystania FMECA:

- projektowanie, opracowanie nowego rozwiązania technicznego,

- procesy, wytworzenie produktu, utrzymanie w ruchu,

- systemy (złożone procesy, złożone rozwiązania techniczne).

Procesor, kamera, układ rozruchowy silnika

3. Przedstawić etapy postępowania FMECA.

Postępowanie FMECA składa się z następujących etapów:

- określenia przedmiotu analizy,

- określenia funkcji,

- identyfikacji uszkodzeń,

- oceny ryzyka wystąpienia uszkodzeń,

- wskazania sposobów zmniejszenia ryzyka.

4. W jaki sposób systematyzuje się określanie uszkodzeń/wad obiektu?

Usterka lub wada klasyfikowana jest jako:

- losowa - powstająca w toku eksploatacji, zadziałania przypadkowych czynników,

- fizyczna - wynikająca z własności zastosowanych materiałów, technologii,

- projektowa - przyczyna błędu powstała w specyfikacji wymagań lub w procesie opracowania rozwiązania,

- błąd, pomyłka - nieprawidłowe zadziałanie sterowania lub błąd operatora.

5. Na czym polega ocena ryzyka?

Ocena ryzyka polega na określeniu miary znaczenia uszkodzenia dla funkcjonalności obiektu, co wskaże uzasadnienie preferencji przy podejmowaniu działań naprawczych lub serwisowych.

6. Na czym polega formułowanie zaleceń w FMECA?

Dla każdego uszkodzenia należy zaproponować działania lub zalecenia zmniejszające miary ocen, które należą zwykle do jednej z 3 kategorii:

• projektowe,

• eksploatacyjne,

• serwisowe.

Zalecenia projektowe polegają na modyfikacji konstrukcji rozwiązania przez użycie innych materiałów, poprawienie relacji między podzespołami.

Zalecenia eksploatacyjne zawierają definicje zmienionych sposobów eksploatacji, zakresów stosowania, ograniczeń funkcji.

Zalecenia serwisowe obejmują wprowadzenie rygorów przeglądów technicznych, elementów monitorowania funkcji obiektu, diagnostyki profilaktycznej.

7. Porównać cechy metod FTA i FMECA.

Analiza drzewa niezdatności jest metoda analizy od góry, a FMECA analizą od dołu. Analiza bezpieczeństwa koncentruje się zwykle na jednym uszkodzeniu co jest domeną FMECA, FTA uzupełnia analizę o wielokrotne uszkodzenia. FMECA jest użyteczną metodą wyczerpującej identyfikacji zdarzeń początkowych, podczas gdy FTA pozwala zanalizować skutki ich następstw.

VIII.

1. Wyjaśnić pojęcia zagrożenie i ryzyko.

Ryzyko definiowane jest jako możliwość powstania strat. Najczęściej ryzyko wyraża się jako wartość oczekiwaną strat, zatem jest zależne od wielkości straty i prawdopodobieństwa jej powstania. Zawężone pojęcie bezpieczeństwa, obejmuje tylko zagadnienia związane z zapobieganiem zagrożeń dla człowieka.

2. Na czym polega kształtowanie bezpieczeństwa systemów? Podać przykład.

Zagadnienia kształtowania bezpieczeństwa obejmują opracowanie wskazań dla założeń projektowych i wymagań dla rozwiązań potencjalnie zagrażających użytkownikowi lub środowisku. Opracowuje się wytyczne i ograniczenia normatywne, jakie muszą spełniać rozwiązania, aby być dopuszczone do użytkowania.

3. Przedstawić z użyciem przykładów stany bezpieczeństwa systemu.

Stan zagrożenia bezpieczeństwa to zwiększone prawdopodobieństwo przejścia do stanu zawodności bezpieczeństwa, spowodowane wystąpieniem zdarzenia wpływającego na zmniejszenie sprawności systemu, np. uszkodzenie podzespołu powodujące zwiększenie obciążenia i tym przyspieszenie zjawisk zużywania pozostałych podzespołów systemu, przejmujących jego rolę.

4. Przedstawić własności sytemu krytycznego.

Jest to rozwiązania techniczne lub organizacyjne, którego awaria lub niewłaściwe funkcjonowanie może spowodować:

- stratę życia lub poważny uszczerbek na zdrowiu,

- duże straty materialne,

- zanieczyszczenie środowiska.

Realizacja systemów krytycznych, muszą być przeprowadzane bardzo starannie. Powinny być tak zaplanowane, aby monitorować przebieg i zapobiegać wprowadzaniu wszelkich błędów. Dodatkowo systemy te powinny być weryfikowane na każdym etapie realizacji, co zwykle pociąga za sobą znaczne koszty.

5. Określić zastosowania metody HAZOP.

- w produkcji oprogramowania komputerów, systemów wbudowanych,

- w transporcie,

- w ocenianiu procedur administracyjnych.

Metoda ta jest użyteczna w określaniu słabości systemów związanych z przepływem materiałów, ludzi lub danych. Pozwala ocenić sekwencje czynności w procesach, identyfikując zagrożenia ciągłości realizacji procesów.

6. Przedstawić etapy procedury HAZOP.

Wyróżnia się 4 etapy procedury:

- zdefiniowanie zakresu i celów badania,

- określenie planu,

- badanie,

- dokumentacja.

7. Jaką rolę pełni kierownik badania HAZOP?

Kierownik pełni rolę koordynatora. Opracowuje porządek prowadzenia badania oraz przygotowuje materiały służbowe.

8. Zinterpretować pary słów kluczowych i odchyleń dla wybranego systemu krytycznego.

9. Narysować schemat blokowy badania w kolejności najpierw słowo kluczowe.

---