06_Надежность_Надежность_сложн_систем

Основы надежности СЭУ, Чистяков А.Ю., 23.11.11 Надежность сложных систем

мы. Построение модели требует многократного воспроизводства изучаемого процесса, в нашем случае это возникновение отказов реальной системы [11, 16].

Алгоритм метода подробно описан в П.5 и также применим к сложной схеме, если представить ее одним неделимым объектом.

Преимуществами метода статистических испытаний является следующее:

-наглядная вероятностная трактовка событий;

-простая вычислительная схема;

-несложная оценка точности получаемых результатов;

-отсутствие в ряде случаев необходимости в информации о показателях надежности элементов системы, а часто и о самой структуре системы;

-отсутствие накопления ошибок, малая связность статистических алгорит-

мов.

Недостатками этого метода можно считать:

-возрастание числа испытаний для обеспечения требуемой точности;

-высокую стоимость экспериментальных исследований для сложных схем. Так как современные методы проектирования предполагают использование

при комплектовании СЭУ и ее систем серийного оборудования, показатели надежности элементов систем обычно оказываются уже известными, определенными с достаточной точностью изготовителем/проектантом серийного оборудования. В этом случае целесообразно использование структурных методов расчета показателей надежности сложных технических изделий.

Метод структурных схем. Структурная схема надежности является наглядным представлением надежности системы, так как показывает логическую связь компонентов системы, необходимую для ее работы.

Метод структурных схем надежности предназначен прежде всего для применения к системам без восстановления и системам в которых порядок появления отказов не имеет значения. В методе не делается различий между открытой и замкнутой схемой. В случае замкнутой схемы ее размыкание лучше производить по объекту, обслуживаемому этой системой, так как надежность обслуживаемого объекта в данном контексте не интересует и не связана с надежностью исследуемой системы. Например, внутренний контур системы охлаждения и циркуляционную систему смазывания двигателя можно размыкать по двигателю, причем сам двигатель в полученной разомкнутой схеме не фигурирует.

Описание метода структурных схем достаточно часто встречается в литературе [11, 8, 6, 2, 13, 14]. Более подробно с требованиями к методу структурных схем можно ознакомиться в ГОСТ 51901.14-2007 «Менеджмент риска. Структурная схема надежности и булевы методы» [15].

При построении структурной схемы надежности руководствуются следующими правилами:

-элементы схемы, отказ которых приводит к отказу всей системы соединяются последовательно;

-элементы, отказ которых не приводит к отказу всей схемы присоединяются параллельно основной цепи.

Основы надежности СЭУ, Чистяков А.Ю., 23.11.11 Надежность сложных систем

Так для системы циркуляционной смазки дизеля, представленной на рис. 6.6, состоящей из масляных фильтров МФ (одного грубой очистки и сдвоенного тонкой очистки), циркуляционных масляных насосов МН (один основной, второй резервный), маслоохладителя МО и терморегулирующего клапана ТРК можно составить разомкнутую структурную схему, показанную на рис. 6.7. При известной структурной схеме надежности нетрудно определить, пользуясь материалом, изложенным здесь и в предыдущих разделах, показатели безотказности для всей схемы. Тогда для схемы рис. 6.7 можно записать:

Rсх t Rзв 1 t Rзв 2 t Rзв 3 t Rзв 4 t Rзв 5 t ,

где с учетом равнонадежности элементов одного звена (обычно основные элементы резервируются по возможности точно такими же элементами, исключение составляют звенья типа основной навешенный на двигатель насос – резервный насос с электрическим приводом) для постоянного резервирования:

Rзв 1 t R1,1 t ,

Rзв 2 t 1 1 R1,2 t 1 R2,2 t 2 R1,2 t R12,2 t ,

Rзв 3 t 1 1 R1,3 t 1 R2,3 t 2 R1,3 t R12,3 t ,

Rзв 4 t R1,4 t ,

Rзв 5 t R1,5 t .

Необходимо отметить следующие особенности метода структурных схем:

-определение показателей надежности схемы возможно только при известных показателях надежности составляющих ее элементов;

-точность метода напрямую зависит от точности определения показателей надежности элементов схемы;

-под элементом схемы может пониматься объект любой сложности, в зависимости от уровня рассматриваемой схемы («СЭУ» – элемент или система сложного объекта «судно»; «масляная система главного двигателя» - элемент или система сложного объекта «СЭУ»; «насосный агрегат (циркуляционный масляный насос)» - элемент или система сложного объекта «масляная система главного двигателя»; «приводной электродвигатель насосного агрегата» - элемент или система сложного объекта «насосный агрегат» и т.д.);

-все элементы системы одноструктурны;

-отказы элементов структурной схемы должны быть независимыми.

Основы надежности СЭУ, Чистяков А.Ю., 23.11.11 Надежность сложных систем

Рис. 6.6. Функциональная схема циркуляционной масляной системы дизеля.

Рис. 6.7. Структурная схема циркуляционной масляной системы дизеля.

Метод логических схем. Для сложных схем возможно использование метода логических схем [11] (таблиц истинности и булевых выражений в соответствии c [15]) для определения показателей надежности сложных объектов.

Основными преимуществами этого метода являются:

-возможность анализа схем, выполняющих несколько функций;

-возможность анализа схем, состоящих из элементов, отказы которых могут иметь несколько различных причин.

При использовании метода логических схем необходимо:

-проанализировать принципы работы элементов, функциональные взаимосвязи элементов;

-сформулировать условия безотказной работы системы в зависимости от сочетания возможных отказов элементов;

-построить логическую схему условий безотказной работы системы с цепочкой логических связей ее работоспособности с отказами элементов.

После чего появляется возможность составления алгебраических уравнений событий безотказной работы и уравнений вероятностей с помощью булевой алгебры.

Основы надежности СЭУ, Чистяков А.Ю., 23.11.11 Надежность сложных систем

Так, для системы на рис. 6.6 логическая схема безотказной работы будет выглядеть следующим образом:

В данном случае система будет работоспособна если в обоих звеньях с резервированием откажет не более одного элемента.

После чего возможно составить алгебраическое уравнение для определения вероятности безотказной работы схемы:

Rсх t A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 ,

где,

A1 R1,1 t R1,2 t R2,2 t R1,3 t R2,3 t R1,4 t R1,5 t ,

A2 R1,1 t Q1,2 t R2,2 t R1,3 t R2,3 t R1,4 t R1,5 t ,

A3 R1,1 t R1,2 t Q2,2 t R1,3 t R2,3 t R1,4 t R1,5 t ,

A4 R1,1 t R1,2 t R2,2 t Q1,3 t R2,3 t R1,4 t R1,5 t ,

A5 R1,1 t R1,2 t R2,2 t R1,3 t Q2,3 t R1,4 t R1,5 t ,

A6 R1,1 t Q1,2 t R2,2 t Q1,3 t R2,3 t R1,4 t R1,5 t ,

A7 R1,1 t R1,2 t Q2,2 t R1,3 t Q2,3 t R1,4 t R1,5 t ,

A8 R1,1 t Q1,2 t R2,2 t R1,3 t Q2,3 t R1,4 t R1,5 t ,

A9 R1,1 t R1,2 t Q2,2 t Q1,3 t R2,3 t R1,4 t R1,5 t .

При этом следует учитывать, что один и тот же элемент может отказать по различным несовместным причинам [11], например, отказ фильтра может произойти по причине как засорения фильтрующего элемента, так и его разрыва, отказ насоса может произойти как по причине потери работоспособности самого насоса, так и его привода (второй вариант достаточно просто учитывается и в методе структурных схем, если представить насосный агрегат в виде двух последовательно соединенных объектов – собственно насоса и его привода):

Очевидно, что при наличии такой таблицы составление логической схемы безотказной работы системы и дальнейшее получение расчетного уравнения для определения вероятности безотказной работы схемы может быть облегчено.

Основы надежности СЭУ, Чистяков А.Ю., 23.11.11 Надежность сложных систем

ГОСТ Р 51901.14-2007 [15] рекомендует для наглядности использовать также таблицы истинности. Для схемы рис. 6.6 данная таблица будет выглядеть следующим образом (где «1» - работоспособное состояние, «0» - неработоспособ-

достаток метода логических схем: для схем с большим числом звеньев/цепей и большими кратностями резервирования формулирование условий безотказной работы схемы затруднено и трудоемко.

Контрольные вопросы

1.Как определить показатели безотказности схемы, состоящей из последовательно соединенных элементов?

2.Как определить показатели безотказности схемы, состоящей из параллельно соединенных элементов?

3.Какие виды резервирования вы знаете?

4.В чем заключаются основные достоинства и недостатки резервирования замещением?

5.В чем заключаются основные различия раздельного и постоянного резервирования? Перечислите достоинства и недостатки обоих видов.

6.В каких случаях возможно использование асимптотической формулы большого резерва?

7.Назовите основные особенности метода статистических испытаний, его достоинства, недостатки и область применения.

8.Назовите основные особенности метода структурных схем, его достоинства, недостатки и область применения.

Основы надежности СЭУ, Чистяков А.Ю., 23.11.11 Надежность сложных систем

9.Назовите основные особенности метода логических схем, его достоинства, недостатки и область применения.

10.Приведите примеры использования методов определения надежности сложных технических изделий.