Контроль надежности робототехнического средства при испытаниях

1.6 Контроль надежности робототехнического средства при испытаниях

С целью дальнейшего повышения надежности работы РС функционирование данной системы рекомендуется на стадии отработки опытного образца исследовать методами технической диагностики, позволяющими произвести распознавание состояний системы и оценить полученную диагностическую информацию. Состояниями системы РС являются типовые состояния неисправности и нормальное состояние, определяющее наиболее важный показатель надежности, т.е. отсутствие отказов во время функционирования системы. Исследование отказов при эксплуатации системы является одним из факторов, используемых при разработке мероприятий по повышению надежности. Поскольку элементы системы РС находятся в сложной функциональной зависимости друг с другом, поэтому получение такого показателя надежности, как вероятность безотказной работы, обычным методом неприемлема, т. к. не дает возможности выявить «слабые» элементы системы, которые следует в дальнейшем подвергнуть конструктивной отработке. Анализ состояний при использовании методов технической диагностики производится в условиях эксплуатации, при которых получение информации крайне затруднено, поэтому не представляется возможным по имеющейся информации сделать однозначное заключение, вследствие чего используются статистические методы. Благодаря своей простоте и эффективности среди этих методов технической диагностики наибольшее распространение получил метод, основанный на обобщенной формуле Байеса, который предлагается использовать для исследования РС текстильных машин. В качестве признаков системы РС возможно использование легко наблюдаемых без разборки манипулятора случаев нарушения нормального функционирования его элементов:  – самопроизвольные остановки в точках их позиционирования;  – увеличение погрешности точности их позиционирования;  – увеличение погрешности времени их прохождения между характерными точками траектории. При наличии низких рабочих скоростей исполнительных органов данные признаки могут быть выявлены визуально, при высоких скоростях наблюдать их позволяет применение киносъемки.

Для анализа системы РС на основе применения формулы Байеса необходимы статистические сведения о характеристике состояний системы, их количестве в испытании и количестве наблюдаемых признаков в испытании. На основании статистических сведений определяется вероятность состояния  по формуле:

,

где  – количество состояний в испытании;  – общее число испытаний.

Далее определяется  вероятность появления признака  у системы с состоянием  согласно выражению:

,

где  – количество признаков в испытании, имеющих состояние .

Условная вероятность состояния  для некоторого состояния, при комплексе признаков к согласно формуле Байеса равна:

,

где комплекс признаков к рассматриваем состоящим из признаков , , , которые предполагаем независимыми, тогда вероятность  рассматриваем как вероятность сложного события, равную произведению вероятностей простых событий:

,

Окончательно имеем:

.

При пользовании формулой отсутствие какого-либо признака, например , рассматривается как противоположное событие с вероятностью . Состояния , , …, , …,  образуют полную группу несовместных событий.

Характеристика состояний РС, а именно: неисправность элементов по отдельности или в совокупности друг с другом, определяется визуально отсутствием передвижения манипулятора вдоль фронта текстильной машины при подаче сигнала на включение его в работу, а также при отсутствии передачи движения от привода ходовой секции и привода рабочей секции исполнительным органам РС. Для создания оптимальных условий наблюдения за работой РС ограждения, закрывающие кинематические связи элементов между собой, снимаются, при этом необходимо соблюдать осторожность. Признаки при испытании РС наблюдаются следующим образом: признак  – самопроизвольные остановки в точках позиционирования, определяется исходя из того условия, что кинематические связи между элементами системы задействованы, а исполнительный орган останавливается в какой-либо точке своего позиционирования при отсутствии выстоя в циклограмме его движения; признак  – увеличение погрешности точности позиционирования, определяется исходя из того условия, что наблюдается отсутствие четкого взаимодействия между элементами системы РС и текстильной машиной, следствием чего является нарушение технологического процесса функционирования РС; признак  – увеличение погрешности времени прохождения между характерными точками траектории, определяется исходя из того условия, что наблюдается отсутствие четкого взаимодействия между элементами самой системы РС, следствием чего является нарушение синхронизации движений между исполнительными органами.

На основании проведенных наблюдений при испытаниях системы РС составляются сводные таблицы: качественных и количественных характеристик состояний и признаков, наблюдаемых при испытании манипулятора; итогов обработки результатов испытаний манипулятора. По результатам последней таблицы определяются наиболее характерные состояния и детерминирующие признаки, присущие РС, после чего производится его конструктивная доработка.

В п. 1 отмечалось, что процесс проектирования является определяющим по возможности обеспечения надежности систем. Однако системы проектируются при наличии некоторой неопределенности относительно приспособленности отдельных элементов системы и системы в целом к нормальному функционированию в реальных, но недостаточно известных при проектировании условиях. Спроектированные таким образом системы, как правило, не лишены некоторых недостатков и до внедрения в серийное производство требуют конструкторской отработки. Основными задачами конструкторской отработки системы «робототехническое средство» являются: проверка правильности выбранных конструктивно-технических и схемных решений системы; обоснование целесообразности проведения, а также оценка эффективности доработок; определение количественных характеристик надежности сложной системы «робототехническое средство» и разработка рекомендаций по ее повышению; проверка выполнения количественных требований по надежности и обоснование решения о серийном производстве и принятии в эксплуатацию системы данной модификации. Эти задачи являются общими практически для всех видов элементов системы «робототехническое средство», а методы их решения во многом определяют качество конструкторской отработки системы. Так как стоимость изготовления системы «робототехническое средство» высока, то сначала проектируются и создаются несколько опытных образцов, которые затем подвергаются испытаниям. Если в процессе испытаний происходит отказ системы, то обработкой имеющейся информации делается попытка оценить причину, вызвавшую появление отказа. По результатам подобных исследований проводится доработка системы «робототехническое средство», направленная на устранение предполагаемых или установленных причин появления отказов. Если причины появления отказов установлены, то доработка повышает надежность системы. Конструкторские испытания системы «робототехническое средство» рекомендуется проводить по способу отработки системы в целом без предварительной отработки ее основных элементов, это обосновывается тем, что выполняемые исполнительными органами РС технологические операции взаимообусловлены и требуют синхронизации движений элементов системы. При этих испытаниях каждый отказ системы несет достаточное количество информации для установления причины его появления и разработки мероприятий по проведению соответствующих доработок.

Поскольку «робототехническое средство» относится к открытым и секвентивным системам, поэтому исследовать надежность такой системы следует в совокупности с текстильной машиной, при этом образуется новая система – «робототехническое средство – текстильная машина», в которой РС является подсистемой.

Определим необходимое число отрабатываемых РС циклов по обслуживанию им текстильных машин или необходимое количество рабочих мест на текстильной машине, обслуживаемых РС, при конструкторской отработке системы «РС – текстильная машина». Необходимое число отрабатываемых циклов определяется из условия:

где  и характеризует собой верхний предел возможных значений надежности;  и характеризует требуемый уровень надежности системы;  и характеризует надежность системы до доработки;  и характеризует степень неопределенности установления конструктивных, недостатков системы после одного неуспешного испытания.

При этом следует заметить, что значение  заимствовано из технических требований на проектирование РС, а значение  как можно ближе должно достигать уровня значения ; значения  и  взяты по одному из своих граничных значений с тем условием, что увеличивают значение необходимого количества отрабатываемых циклов для получения большего объема информации о надежности системы «РС – текстильная машина». После подстановки значений в формулу определяем :

В соответствии с принимаем необходимое количество отрабатываемых циклов РС равным . Далее, учитывая, что отрабатывается система «РС – текстильная машина», в которой число  обслуживаемых рабочих мест РС может превышать значение , следует сделать вывод о том, что

,

где  – коэффициент пропорциональности, равный целому числу.

При условии обслуживания РС группы из числа  текстильных машин, каждая из которых имеет  рабочих мест, значение  определяется выражением:

.

Полученное значение  по зависимостям и не должно быть менее 179.

Следует отметить, что формула определяет верхнюю границу требуемого количества испытаний для достижения заданного уровня надежности системы.

Испытание системы «РС – группа текстильных машин» рекомендуется начинать примерно с числа  текстильных машин. При получении достаточно высокого показателя надежности работы РС зона обслуживаемых им текстильных машин расширяется, а при получении низкого значения показателя надежности зона обслуживания снижается. Поскольку на  текстильных машинах количество рабочих мест равно , поэтому при получении низкого показателя надежности и снижении зоны обслуживания РС текстильных машин в условиях дальнейших испытаний манипулятор должен обойти также не менее  рабочих мест, т.е. при обслуживании  машин он производит рабочие циклы на одной из машин дважды, а при обслуживании одной текстильной машины он производит рабочие циклы на ней  раз. Соблюдение этого условия необходимо для равнозначности информации, полученной при различных видах испытаний PC.

При получении достаточно высокого показателя надежности работы PC и увеличении зоны обслуживания им текстильных машин в условиях дальнейших испытаний манипулятор должен обслужить все рабочие места на каждой машине. Следует заметить, что во всех экспериментах должно участвовать одно и то же PC, т.е. необходимо соблюдать «чистоту» эксперимента, т.к. одни и те же конструкции имеют индивидуальные особенности, которые могут сказаться на результатах исследования.