Объективные факторы эксплуатации. Классификация

После того как выбран объект исследования и параметр оптимизации, нужно включить в рассмотрение все существенные факторы, которые могут влиять на процесс. Если какой-либо существенный фактор окажется неучтенным, то это может привести к неприятным последствиям. Так, если неучтенный фактор произвольно флуктуировал – принимал случайные значения, которые экспериментатор не контролировал, – это значительно увеличит ошибку опыта. При поддержании фактора на некотором фиксированном уровне может быть получено ложное представление об оптимуме, так как нет гарантии, что фиксированный уровень является оптимальным.

Если число факторов больше пятнадцати, нужно обратиться к методам отсеивания несущественных факторов. Здесь можно воспользоваться формализацией априорной информации, методом случайного баланса, планами Плаккета-Бермана и др. Иногда эти планы применяются и при меньшем числе факторов.

Фактором называется измеренная переменная величина, принимающая в некоторый момент времени определенное значение. Факторы соответствуют способам воздействия на объект исследования.

Так же, как и параметр оптимизации, каждый фактор имеет область определения. Мы будем считать фактор заданным, если вместе с его названием указана область его определения. Под областью определения понимается совокупность всех значений, которые в принципе может принимать данный фактор. Ясно, что совокупность значений фактора, которая используется в эксперименте, является подмножеством из множества значений, образующих область определения.

Область определения может быть непрерывной и дискретной. Так, для факторов с непрерывной областью определения, таких, как температура, время, количество вещества и т. п., всегда выбираются дискретные множества уровней. В практических задачах области определения факторов, как правило, ограничены. Ограничения могут носить принципиальный либо технический характер.

Произведем классификацию факторов в зависимости от того, является ли фактор переменной величиной, которую можно оценивать количественно: измерять, взвешивать, титровать и т.п., или же он – некоторая переменная, характеризующаяся качественными свойствами.

Факторы разделяются на количественные (измерять, взвешивать) и качественные факторы. Качественные факторы – это разные вещества, разные технологические способы, аппараты, исполнители и т.д.

Хотя качественным факторам не соответствует числовая шкала в том смысле, как это понимается для количественных факторов, однако можно построить условную порядковую шкалу, которая ставит в соответствие уровням качественного фактора числа натурального ряда, т.е. производит кодирование. Порядок уровней может быть произволен, но после кодирования он фиксируется.

В ряде случаев граница между понятием качественного и количественного фактора весьма условна.

Чтобы точно определить фактор, нужно указать последовательность действий (операций), с помощью которых устанавливаются его конкретные значения (уровни). Такое определение фактора будем называть операциональным. Так, если фактором является давление в некотором аппарате, то совершенно необходимо указать, в какой точке и с помощью какого прибора оно измеряется и как оно устанавливается. Введение операционального определения обеспечивает однозначное понимание фактора.

С операциональным определением связаны выбор размерности фактора и точность его фиксирования. Мы привыкли считать, что выбор размерности фактора не представляет особой трудности. Экспериментатор хорошо ориентируется в том, какую размерность нужно использовать. Это действительно так в тех случаях, когда существует устоявшаяся традиция, построены измерительные шкалы, приборы, созданы эталоны и т.д. Так обстоит дело при измерении температуры, времени, давления и т. д. Но бывает, что выбор размерности превращается в весьма трудную проблему выбора измерительных шкал, сложность которой далеко выходит за рамки нашего рассмотрения.

Замена одной измерительной шкалы другой называется преобразованием шкал. Оно может быть использовано для упрощения модели объекта.

Точность замера факторов должна быть возможно более высокой. Степень точности определяется диапазоном изменения факторов. При изучении процесса, который длится десятки часов, нет необходимости учитывать доли минуты, а в быстрых процессах необходимо учитывать, быть может, доли секунды. Если факторы измеряются с большой ошибкой или особенность объекта исследования такова, что значения факторов трудно поддерживать на выбранном уровне (уровень фактора «плывет»), то экспериментатору следует обратиться к конфлюэнтному анализу.

Конфлюэнтный анализ – это совокупность методов математической статистики, относящихся к анализу априори постулируемых (заданных) функциональных связей между количественными (случайными или неслучайными) переменными в условиях, когда наблюдаются не сами переменные, а случайные величины, образуемые добавкой случайной ошибки измерений. Если анализируется зависимость одной переменной от остальных, то - это задача регрессионного анализа.

Факторы должны быть непосредственными воздействиями на объект. Факторы должны быть однозначны. Трудно управлять фактором, который является функцией других факторов. Но в планировании могут участвовать сложные факторы, такие, как соотношения между компонентами, их логарифмы и т. п.

Необходимость введения сложных факторов возникает при желании представить динамические особенности объекта в статической форме. Пусть, например, требуется найти оптимальный режим подъема температуры в реакторе. Если относительно температуры известно, что она должна нарастать линейно, то в качестве фактора вместо функции (в данном случае линейной) можно использовать тангенс угла наклона, т.е. градиент. Положение усложняется, когда исходная температура не зафиксирована. Тогда ее приходится вводить в качестве еще одного фактора. Для более сложных кривых пришлось бы ввести большее число факторов (производные высоких порядков, координаты особых точек и т.д.). Поэтому целесообразно пользоваться сложным качественным фактором – номером кривой. Различные варианты кривых рассматриваются в качестве уровней. Это могут быть разные режимы термообработки сплавов, переходные процессы в системах управления и т.д. Мы показали, как можно сложный фактор-функцию представить с помощью простых однозначных факторов.

Рис.11. Схема «Объективные факторы эксплуатации»

Плесень, грибки – контакты, оптико-волоконные системы. Грызуны – кабели, электрическая сеть. Космос – космические факторы. Альбедо – величина, характеризующая способность поверхности отражать электромагнитное излучение.

Искусственные факторы.

Механические факторы

Ри.12. Схема «Механические факторы»

Основные параметры: а (ускорение), F(усилие)

Постоянные и медленно изменяющиеся

Рис.13.а. График ускорения и усилияю

Переменные

Рис.13.б. График ускорения и усилияю

Динамические:

- вибрация (f, a, f = 300 – 1000 Гц);

- удар (перегрузка - , 1,5 – 1000 g);

- инерционные нагрузки (F – силовое воздействие, N, 2 - 15 g):

- активные (перегрузка самого объекта);

- пассивные (через механический контакт от другой массы).

- аккустические (80 – 15 дБ).

a – перегрузка летная

n – пассивная инерционная нагрузка (пример, кто падает на Вас в автобусе при торможении)

Гидрогазовые факторы

Рис.14. Схема «Гидрогазовые факторы»

Основные параметры: расход (), давление().

Динамические:

p=var; p=var; p=const

Q=var0; Q=const; Q=var

Тепловые нагрузки

Тепловые нагрузки - основной параметр температура.

Тепловые нагрузки:

1. аэродинамический нагрев: стационарные, нестационарные (входящие в атмосферу);

2. солнечное и планетное излучение;

3. внутренние источники нагрева (от двигателя, от агрегатов)

Трение и износ

Трение и износ: работа механических агрегатов, работа механических соединений.

Трение и износ характеризуют состояние поверхностей контактирующих физических элементов (биение, вибрация). В зависимости от материала вида смазки и интенсивности перемещений определяется износостойкость, время работоспособности кинематической пары. Старение смазки вызывает увеличение нагрузки исполняющих органов и ускорение их износа.