Ipari termékek használhatósága és biztonsága Dr. Szász Gábor Kutatók éjszakája Bp., 2015. IX. 25.

Az előadások a következő témára: "Ipari termékek használhatósága és biztonsága Dr. Szász Gábor Kutatók éjszakája Bp., 2015. IX. 25."— Előadás másolata:

1 Ipari termékek használhatósága és biztonsága Dr. Szász Gábor Kutatók éjszakája Bp., 2015. IX. 25.

2 Bevezetés A gépészmérnök felelőssége alkotásainak tár- sadalmi kihatására is kiterjed, de a felelősséget csak akkor vállalhatja, ha a termelés irányításá- ban és a vezetésben is részt vehet. Guillet francia műegyetemi professzor szerint „jó vezetőmérnök csak az lehet, akinek lelki és szellemi képességei a következő arány szerint oszlanak meg: 50% erkölcsi erő, 25% általános műveltség és 25% szaktudás”. Forrás: Pattantyús Á. Géza: A mérnöknevelés Franciaországban, (Technika, 1931.)

3 150 éve ezt minden mérnök ismeri. Az ún. WŐHLER-görbén látszik, hogy N>10 7 ciklusszám fölött már képes végtelen sok fárasztási ciklust is elviselni az acél, ha a kifáradási határfeszültséget nem lépik túl. A görbe a folyáshatárról indul (ez most 275 MPa), log-lin skálán negatív meredekségű egyenes, amely elgörbül és hozzásimul a kifáradási határ- hoz (ez most P=0-nál 173 MPa). Pl.: N= 200 000 igénybevételi ciklus és P=5% törési valószínűség esetén mekkora lehet az igénybevétel feszültségben kifejezve?

4 A teljes Wöhler-görbe Forrás: Sz. V. Szerenszen: Méretezés kifáradásra statisztikai módszerrel, Műszaki Könyvkiadó. Bp., 1971. 63. old. A grafikonról leolvasható σ meg =25,7 kp/mm 2 = =9,81∙25,7≈252[MPa].

5 Tartalom [i3] A megbízhatóság fogalomváltozása Megbízhatóság-elméleti modellek Gyorsítás, tartalékolás, hibatűrés Alkalmazási példák Vannak extrém hosszú élettartamú ipari gyártmányok és használati tárgyak is, mint pl. a 114 éve világító izzólámpa [i1]. A megbízhatóság növelésére törekvés mellett már az 1920-as években megkezdődött az élettartam szándékos csökkentése is üzleti megfon- tolásból.

6 A megbízhatóság fogalma A XX. század első felében megbíz- hatóságon a hibamentes működés valószínűségét értették. Később más tényezők jelentőségét is felismerték. A 70-es években pl. az MSZ KGST 292-76 szabvány a megbízhatóságot az alábbi jellemzők együtteseként határozta meg: –hibamentesség – tartósság – javíthatóság – tárolhatóság

7 A megbízhatóság mai definíciója Az MSZ IEC 50(191): 1992 szabvány definíciója szerint a megbízhatóság gyűjtőfogalom, amelyet a használ- hatóság és az azt befolyásoló tényezők, azaz a hibamentesség, a karbantarthatóság és a karban- tartás-ellátás leírására használnak.

8 Az SSI-modell elve és képlete [1], [2] Stress-Strength Interference technique

9 Az SSI-modell elve és képlete Meghibásodás akkor következik be, amikor a különbség negatívvá válik. ahol SM a biztonsági ráhagyás (Safety Margin) rövidítése.

10 Alkalmazási példa (I.) SM meghatározása: I.A teherbírás paraméterei: m t =500 MPa és  t =50 MPa, az igénybevételé pedig: m i =300 MPa, de  i =? R=0,9900 a hibamentes működés előírt valószínűsége. x2,302,322,342,36 (x)(x) 0,98930,98980,99040,9909

11 Alkalmazási példa (I. folyt.)

12 Műszaki biztonság A biztonság annak a valószínűsége, hogy egy kedvező helyzet meghatározott ideig fenn- marad. Műszaki biztonsági függvény: S(t)=R(t)-Q(t)= =2R(t)-1. Pl. exponenciális eloszlású meghibásodási időre:

13 A műszaki biztonsági függvény grafikonja MTTF=1000 h esetén

14 Rendszerelemre vonatkozó stressz-modellek 1.Szedjakin-elv (GS) Generalized Sedyakin’s model gyorsított vizsgálathoz [3] 2.Arrhenius-törvény: A meghibásodási ráták viszonya egyenlő a Boltzmann-eloszlások hányadosával: ahol 0 a meghibásodási ráta a T j0 vonatkoztatási hőmérsékleten; k a Boltzmann-állandó; E az aktiválási energia, amely a hibamechanizmustól függ; T j =T k +P·R a réteghőmérséklet, amely tehát függ a T k környezeti hőmérséklettől, a P disszipált teljesítménytől és az R termikus ellenállástól.

15 Arrhenius-törvény II. pl.: a meghibásodási ráta hőmérséklet- függő gyorsítási tényezője 50  C-ról 75  C-ra növelt réteghőmérséklet esetén a bipoláris eszköznél 3, MOS technológiával előállított- nál pedig 8,3.

16 Statisztikán alapuló gyorsítás pl.

17 Rendszerre vonatkozó modellek I. Tartalékolások: szerkezeti (az N1 kudarca), terhelési, algoritmusbeli és időbeli (Fukushima) tartalékolás lehetséges. pP(M) 30-ból legalább 27 működik p 30 0,90,647440,04239 0,960,969410,29386 0,980,997110,54548

18 Az N1 rakéta

19 Boole-modellek Alkalmazási pl. (III.) 100%- os melegtartalékolt rendszer várható élettartamának meghatározása azonos, állandó meghibásodási rátájú elemek esetén Rendszerre vonatkozó modellek II. ahol λ>0, t≥0 és n=m+1.

20 A hidegtartalék hatékonysága

21 IV. pl. időbeli tartalékolás elmulasztására A Daiichi forralóvizes atomreaktor sémája [7] Hiányzott a jégtároló.

22 Markov-modellek (V. pl.) Bejáratási folyamat megközelítése diszkrét Markov-folyamattal A rendszernek három állapota van: S 1 : a berendezés még bejáratás alatt működik; S 2 : a berendezés már bejáratódott és működik; S 3 : a berendezés még bejáratás közben, vagy utána meghibásodott, ezért nem működik.

23 Markov-modell folyt. A leíró differenciálegyenlet-rendszer az egyes állapotokban tartózkodás valószínűségeire:

24 Markov-modell folyt.

25 Markov-folyamat jelfolyam- gráfja meleg tartalék és felújítás esetén (VI. pl.)

26 VisSim grafikus szimulációja

27 Megoldás a Markov-gráfokra készített Proba.exe programmal:

28 Megbízhatóság előrejelzése matematikai alakfelismerés (statisztikai osztályozás) segítségével [4], [5]  Mérés A szükséges műszaki karakterisztikák felvétele (pl. villamos jellemzők mérése)  Mintavétel Meghibásodási kritérium definiálása, a hibák detektálása, megbízhatósági mutatók meghatározása  Lényegkiemelés Hasonlósági kritériumok definiálása, kritikus részrendszerek kiválasztása (alakzatvektor konstruálása)  Döntés Osztályba sorolás a döntésfüggvény segítségével; pl. a leghasonlóbb objektum alapján (NN módszer)

29 Megbízhatóság-szabályozási kör hatásvázlata [6]

30 IRODALOMJGYZÉK: [1. R. L. DISNEY, C. LIPSON and N. J. SHETH: The determination of the Probability of Failure by Stress/Strength Interference Theory. IEEE Symposium on Reliability, Jan. 1968. in: DR. PETRIK OLIVÉR: Berendezések megbízhatóságra tervezésének néhány kérdése, Finommechanika-Mikrotechnika, 28. évf. 1989. március, pp. 65-72 2. J. DAVIDSON: The reliability of mechanical systems, ImechE Guides for the Process Industries, Mechanical Engineering Publications Limited for Institution of Mechanical Engineers London, 1968 in: DR. GAÁL ZOLTÁN, DR. KOVÁCS ZOLTÁN : Megbízhatóság, karbantartás, 1994. Veszprémi Egyetem, Kiadói Iroda p. 342

31 IRODALOMJGYZÉK (folyt.) 3. SEDYAKIN, N. M. (1966). On one physical principle in reliability theory, Technical Cybernetics, 3, pp. 80-87. 4. Gy. BARTA, G. SZÁSZ and Gy. SZÖLLŐSSY: Reliability of integrated material and data processing systems (IMDP) Perodica Polytechnica (Mechat- ronik) Vol. 31. Nos 2-3. 1987 pp. 235-240.

32 IRODALOMJGYZÉK (folyt.) 5. György BARTA, István KUN és Gábor SZÁSZ: A Reliability Control Model Using Pattern Recognition, EQC Journal and Newsletter for Quality and Reliability Vol. 7. No. 4. pp. 233-261 (1992) 6. SCHÖNFELD Tibor : Gépipari nagyberen- dezések néhány megbízhatóságszabályozási kérdése Egyetemi doktori értekezés (BME Gépész- mérnöki Kar) Budapest, (1985) 7. RÓNAKY József, LUX Iván: Tájékoztató a Fu- kushima Daiichi japán atomerőmű földrengés utáni baleseti helyzetéről, OGy Fenntartható fejlődés bizottság, 2011. 03. 17. (Az OAH- ban készült: japan_lux.pdf)

33 IRODALOMJGYZÉK (folyt.) Internetesek: [i1] http://www.centennialbulb.org/cam.htm Letöltve: 2011. VIII. 20. 6:50http://www.centennialbulb.org/cam.htm [i2] A VILLANYKÖRTE ÖSSZEESKÜVÉS - A TERVEZETT ELAVULÁS TÖRTÉNETE https://www.youtube.com/watch?v=aM2SoP r9I7khttps://www.youtube.com/watch?v=aM2SoP r9I7k Letöltve: 2015. VIII. 26. 11:06 [i3] Szász Gábor: IPARI RENDSZEREK MEGBÍZHATÓSÁGA IPARI RENDSZEREK MEGBÍZHATÓSÁGA

34 KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET.