книги из ГПНТБ / Чельцов, А. В. Опыт нормирования надежности приборов контроля качества химической продукции

Ленинградская организация общества «Знание» РСФСР ЛЕНИНГРАДСКИЙ ДОМ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОИ ПРОПАГАНДЫ

УДК 62-52.019.3

А. В. Чельцов, Я. М. Линденбаум, Г. Ф. Соколин

ОПЫТ НОРМИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПРИБОРОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

С е р и я — Улучшение качества промышленной продукции (стандартизация, надежность, защитные покрытия, техническая эстетика)

Л е н и н г р а д

1974

j и&учно - тэхнмчегнаи

' ф'чблиотека С С С Р

ЭКЗЕМПЛЯР

'■ ЧИ ТАЛЬНО ГО Д А Л А

Ъ ' - М / /

ЧЕЛЬЦОВ Анатолий Васильевич, ЛИНДЕИ БАУМ Яков Мои­ сеевич, СОКОЛИН Герцель Файвелевич

Опыт нормирования надежности приборов контроля качества химической продукции. ЛДНТП, 1974.

32 с. с ил. 6200 экз. 17 коп.

В брошюре излагаются общие предпосылки н приводятся конеч­ ные зависимости (без вывода), связывающие качество целевых про­ дуктов с качеством (надежностью и точностью) анализаторов. Пе­ речисляются и описываются необходимые подготовительные работы по обоснованию рациональных и определению фактически достигну­ тых показателен надежности анализаторов. Рассматриваются приме­ ры нормирования и обеспечения надежности приборов контроля ка­ чества химической продукции. Приводятся краткие описания техно­ логических процессов, необходимые схемы привязки и конструкции анализаторов.

УДК 62-52.019.3

Ленинградская организация общ. «Знание» РСФСР.

ЛДНТП, 1974.

Вв е д е н и е

ВДирективах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану раз­ вития народного хозяйства поставлена задача и определены основ­ ные направления по повышению качества промышленной про­ дукции.

Обеспечение высокого качества продукции в химической, неф­ тяной и др. смежных отраслях промышленности требует разра­ ботки разнообразных по номенклатуре и назначению анализаторов качества (преобразователей физико-химических свойств и со­ става).

Конструктивная сложность, тяжелые условия эксплуатации промышленных анализаторов, а также более жесткие требования к их функционированию при использовании в автоматизированных системах управления (АСУ), выявляют необходимость решения, в первую очередь, таких вопросов качества, как нормирование и контроль показателей надежности самих анализаторов.

В имеющейся в настоящее время литературе задача определе­ ния оптимальной надежности технических устройств в общем слу­ чае сводится к минимизации суммарных затрат, связанных с их разработкой, изготовлением, эксплуатацией и снижением экономи­ ческой эффективности при отказах. При исследовании последствий отказов измерительных устройств (ИУ) основное внимание уде­ ляется прежде всего отказам, обусловленным полной потерей ра­ ботоспособности.

- Не уменьшая важности подобных исследований, заметим, что для вышеперечисленных отраслей промышленности характерны:

а) крупнотоннажность производства и высокая стоимость це­ левого продукта;

б) длительное применение ИУ в режиме непосредственного управления объектом.

Потерн в количестве, и, главным образом, в качестве целевых продуктов, обусловленные ненадежной работой ИУ, могут значи­ тельно превышать затраты, связанные с изготовлением и эксплуа­ тацией АСУ.

Отказы являются не единственными источниками потерь, выз­ ванных несовершенной работой ИУ (в том числе анализаторов ка­

3

чества), применяемых при управлении химико-технологическими

производствами.

Потери, на наш взгляд, складываются из следующих составляю­ щих: '

1) потерь, обусловленных грубыми ошибками измерений пли переходом при отказах ИУ на менее эффективный способ получе­ ния информации;

2)потерь, обусловленных дополнительными затратами на эксплуатацию ИУ, полностью теряющих работоспособность;

3)потерь, обусловленных запаздыванием информации, вслед­ ствие периодичности опроса ИУ в АСУ, нестабильности контроли­

шающей допускаемой; 5) потерь, обусловленных местом ИУ в технологической схеме.

Ограничение суммарных потерь по качеству целевых продуктов химико-технологических процессов следует считать основным эле­ ментом регламентации показателей надежности и точности , про­ мышленных анализаторов.

Ряд авторов рассматривают либо теоретические вопросы нор­ мирования точности и надежности ИУ [1, 2, 3], либо конкретные конструкции и схемы привязки анализаторов качества [4, 5]. Работ, где бы излагались практические результаты нормирования и до­ стижения требуемого уровня точности и надежности ИУ, в том числе анализаторов качества, не имеется.

Целью брошюры является:

изложение разработанных и внедренных авторами инженерных методов, нормирования целесообразного уровня точности и надеж­ ности ИУ, иллюстрация опыта практического нормирования и до­ стижения целесообразного уровня надежности ИУ на примере кон­ кретных анализаторов качества.

1.Установление показателей точности и надежности измерительных устройств автоматизированных

систем управления

Определение целесообразных значений показателей точности и надежности ИУ производится исходя из ограничения потерь от их отказов и погрешностей измерений. Под потерями понимаются от­ клонения от оптимальных значений показателей качества продукта или целевой функции управления (прибыль, себестоимость, произ­ водительность) .

Определение целесообразных значений показателей точности и надежности ИУ производится в два этапа.

На первом этапе производится определение значений показате­ лей точности ИУ, при которых потери не превысят допустимых зна­ чений. При этом предполагается, что потери обусловлены раз-

4

ностыо между истинным и используемым при управлении значения­ ми измеряемого параметра. Значение этой разности при исправной работе ИУ определяется составляющими:

а) А х, — погрешностью ИУ;

б) A.v2— запаздыванием информации.

Величину A.Vo мы будем называть в дальнейшем ошибкой изме­ рений.

На втором этапе производится определение значений показате­ лен надежности ИУ, при которых с заданной вероятностью р га­ рантируется, что погрешность измерения будет не выше погреш­ ности ИУ.

'ния (потери);

аи cij, ат— коэффициенты зависимостей между ошибками и

погрешностями измерений г-го, /-го, т-то парамет­ ров и потерями по целевой функции и (или) пока­ зателями качества;

Cm — коэффициент корреляции между /-м и щ-м пара­ метрами технологической установки;

п— число ИУ, измеряющих те параметры технологиче­ ской установки, которые входят в математические

зависимости для определения показателя качества и (или) целевой функции;

a(A.v2l) — среднее квадратическое отклонение ошибки изме­ рений г'-го параметра;

г= 1, 8, ..., /г;

/= 1, 2, ..., п; tn= 1, 2, ..., п.

5

В случае, если автокорреляционная функция изменения изме­ ряемого параметра может быть аппроксимирована уравнением за­

В случае, если оценивается возможность применения ИУ для целей управления, то должно быть выполнено соотношение

(4)

где Д — предел допускаемой погрешности ИУ, регламентируемый технической документацией на ИУ (технические условия, техническое описание).

Надежность ИУ оценивается нижним значением наработки на отказ, гарантируемым в соответствии с ГОСТ 13216—67 с довери­ тельной вероятностью 0,8. Под отказом ИУ понимается превыше­ ние погрешностью ИУ величины Д.

Целесообразное значение наработки ИУ на отказ определяется по формуле [6]

ных условиях не превышает допускаемого значения.

6

Предполагается, что проверка правильности работы ИУ с пе­ риодом ta включает в себя элементарные операции (проверка ре­ перных точек, нуля, Диапазонов показаний, контрольный анализ и т. п.), а в случае сомнения в исправности ИУ производится его внеочередная поверка.

Р— рекомендуется брать в пределах 0,8—0.85. П р п м е р 1.

Рассчитаем целесообразные значения показателен точности и надежности ИУ, являющихся источниками исходной информации при управлении установкой для производства высокооктанового бензина. Показателем качества является октановое число N. Исходные данные, полученные методами изложенными в [2. 8] при­ ведены в табл. 1.

^оп= 1 ч; /3= 0; ,Д А = Д N = 0,60 о. ед.; /"12 = 0,8; остальные r,-m = 0.

Определяем величины a(Axoi) по формуле (3). Для рефракции сырья она будет равна

Целесообразные значения показателей точнбстп рефрактометра и датчика упругости паров удовлетворяют условию (4).

Для измерения удельного веса сырья необходимо применять измерительное устройство с более высокой точностью, чем ДУВ ПТК-104.

8

Рассчитаем целесообразное значение наработки на отказ ре­

2.Расчет целесообразных значений показателей точности

инадежности автоматических анализаторов

Расчетные зависимости получены исходя из условия обеспече­ ния целесообразности применения автоматического анализатора по сравнению с лабораторным анализом.

Оценка целесообразности применения анализатора может быть произведена непосредственно по значениям средних квадратиче­ ских отклонений случайной погрешности.

Метод расчета целесообразного значения среднего квадратиче­ ского отклонения погрешности а(Дх',-)ц зависит от характера изме­ нения во времени измеряемого параметра x(t).

Если характер изменения параметра x(t) легко приводится к скачкообразному виду (9], то

где a'(A .\'i)— среднее квадратическое отклонение погрешности

ряемого параметра x(t), ч;

ос — среднее квадратическое отклонение величин скачков измеряемого параметра x(t);

ton — время между опросами автоматического анализато­ ра и между снятиями показаний, ч;

тп — время, затрачиваемое на производство одного ана­ лиза неавтоматическим анализатором, ч;

t ’a — время между анализами неавтоматическим анали­

затором до внедрения или при простоях автомати­ ческого анализатора, ч;

?э— время начала реагирования (ГОСТ 14833—69) не­ прерывного автоматического анализатора с учетом пробоотборной системы, ч.

Величины Тс и ос определяются статистически на стадиях техни­ ческого задания, технического предложения по результатам лабора­ торных анализов неавтоматическим анализатором, а- на стадиях технического проекта и опытного образца — по показаниям автома­ тического анализатора.

9