РОБОТОТЕХНИКА

РЕЗЕРВНЫЕ ДЕТАЛИ

Один из путей повышения общей надежности системы или робота состоит в обеспечении двух или более параллельных бло­ков для выполнения каждой функции. Пример подобного приема в определенной степени дает нам тело человека или животного, у которых две руки, два глаза и т. д. В случае же робота возни­кают очевидные трудности экономического характера, поскольку сокращение времени простоя должно уравновешивать возросшую начальную стоимость устройства, а возможно также и необходи­мость в довольно сложном тестировании для выявления резерв­ных деталей, нуждающихся в ремонте. В случае подвижного робота, кроме того, дол ясна приниматься во внимание масса до­полнительных резервных блоков. Это особенно важно для борто­вых или космических роботов.

, Если п параллельно работающих блоков имеют вероятности отказа

f 1 ’ Г 2' • • • , jп’

то общая вероятность отказа F определяется произведением:

/•' = /V--V •

Это выражение следует сравнить с рассмотренной выше вероятно­стью безотказной работы R при исправной работе системы. Любой блок или система могут отказать или не отказать в работе, поэтому F + R = 1. Аналогичным образом для любой детали или узла с имеем fc + тс = 1. Тогда R = ехр (—ТІМ), и аналогично для любой детали или узла с гс = ехр (—Т/гпс), где т< — среднее время безотказной работы детали с.

Если все детали имеют одинаковые вероятности отказа, равные fc, то F = fc = (1 — гс)’1. Отсюда

R = 1 —- F = 1 — (1 — гс)п — 1 — [ 1 — ехр (—Т/тс)Г.

Например, используя это выражение для случая трехкратного резервирования, т. е. когда имеется три параллельно соединен­ных блока, у каждого из которых СВБР равно 100 ч, можно под­считать надежность для одного рабочего дня продолжительностью 12 ч (т. е. вероятность безотказной работы в течение 12 ч):

Я = 1 - [1 _ ехр (— 12/100;]3 = 1 _ (1 - 0.8869)3 ~=

— 0,998, т. е. « = 99,8%.

Эта цифра сравнима с надежностью 98,7% для спаренных бло­ков и 88,7% для одиночного блока. Использование более чем трех параллельно соединенных элементов едва ли выгодно, о чем можно заключить, построив график зависимости надежности от числа параллельно соединенных элементов в каждом отдельном случае. Трехкратное резервирование в некоторых случаях очень жела­тельно, например в оборудовании для автоматической посадки самолетов. Рассмотренный подход может быть распространен и на случай, когда неисправности выявляются и устраняются по мере возникновения.

Уолтер, указавший 116] на тот вызывающий удивление факт, что общая интенсивность отказов у человека по причине нервного расстройства составляет только около 10%, полагает, что одного резервирования в нервных путях недостаточно для объяснения столь высокой надежности. Он считает, что резерви­рование требуется, но кроме того необходимо независимое дей­ствие каждого канала. Например, важно, чтобы энергоснабжение нервной системы осуществлялось от большого числа совершенно независимых небольших источников, с тем чтобы отказ одного из них не мог вызвать полного отказа системы. Такими средствами необходимо будет преодолевать резкое падение надежности при увеличении числа элементов. В настоящее время единственным

известным способом достижения этого является использование для каждой части совершенно независимых друг от друга управ­ляющих систем. Необходимая перекрестная связь между под­секциями может осуществляться, насколько это возможно, через внешнюю среду.

В роботе такое подразделение может облегчить операцию вос­становления и замены, а также сократить время простоя. - Однако оно, по-видимому, повлечет за собой дополнительное увеличение габаритов и массы устройства, так как необходимые блоки долж­ны иметь по меньшей мере какие-то индивидуальные держатели или контейнеры, а также отдельные штепсельные разъемы для соединения с основным корпусом и другими блоками. Сами соеди­нения могут вносить ненадежность, и поэтому приходится прини­мать очень сложное решение относительно степени подразделения системы [17].

16.3. ВРЕМЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Общее время восстановления неисправного робота или другого устройства можно рассматривать как сумму трех следующих временных компонентов:

1) время диагностики, или время, необходимое для обнаруже­ния наличия неисправности в системе;

2) время, необходимое для устранения неисправности;

3) время, необходимое для ремонта отказавшего изделия или замены неисправного модуля.

Чтобы использование робота было оптимальным, необходимо предпринять шаги для минимизации всех трех компонентов. Это­го можно добиться путем максимальной автоматизации произво­димой операции. На стадиях проектирования и доработки следу­ет отдельно рассмотреть все три компонента, чтобы обеспечить наилучшую компоновку.

Желательно, чтобы в любом роботе были предусмотрены меры для исключения, насколько это возможно, внезапных и резких отказов в работе. Иордан указал [18] па одно из проявлений гиб­кости человеческого организма, состоящее в способности к плав­ному снижению возможностей. Другими словами, хотя человек и слаб, особенно грубые «ошибки», подобные тем, с которыми при­ходится сталкиваться в неисправных счетно-решающих системах, к счастью, редки и при старении организма или болезни процесс, приводящий к «отказу», носит постепенный характер. Подобное свойство хотелось бы видеть и в роботе.