Надежность АСОИУ (1088455), страница 9
Текст из файла (страница 9)
параллельное соединение используется как метод повышениянадежности. Для отказа системы с параллельным соединением элементов в течение наработки t необходимо и достаточно, чтобы все ее элементы отказали в течение этой наработки. Отказ системы заключается в совместном отказе всехэлементов, вероятность чего (при допущении независимости отказов) может быть найдена по теореме умножениявероятностей:nni =1i =1Q (t ) = q1 (t )q2 (t )...qn (t ) = ∏ q1 (t ) = ∏ (1 − pi (t )).Соответственно вероятность безотказной работы:kni =1i =1P(t ) = 1 − Q (t ) = 1 − ∏ q1 (t ) = 1 − ∏ (1 − pi (t )).Для систем из равнонадежных элементов (р { =р)Q (t ) = q n (t ), P(t ) = 1 − (1 − p (t )) n ,т. е.
надежность системы с параллельным соединением повышается при увеличении числа элементов (например,при p = 0 , 9 и n = 2 имеем P = 0,99, а п р и n= 3 P = 0,999).Поскольку qi(t) < 1, произведение в правой части всегда меньше любого и з сомножителей, т. е. вероятность отказасистемы н е может быть в ы ш е вероятности самого надежного ее элемента.Графический метод расчета надежности. Для графического метода расчета необходимо знать общее число элементов( N ) , требуемое время непрерывной работы ( t ) и средневзвешенное значение интенсивности отказов (λcρ).25Для определения значений параметров надежности используются специальные номограммы. Они позволяютпрогнозировать не только надежность аппаратных средств, но и предельно допустимую сложность системы с точкизрения удовлетворения заданным требованиям по надежности (без резервирования); рассчитывать значения надежностисоставных узлов системы, формулировать предложения по повышению надежности.
В результате с помощьюномограмм можно определить вероятность безотказной работы системы или ее составной части (Р i ).Инженерные методы оценки надежности. Рассмотренные ранее аналитические модели в практике анализа и оценкинадежности проектируемых аппаратных средств систем применяются в виде инженерных методов, представляющихсобой последовательность процедур или алгоритм использования определенных расчетных уравнений. Как былоуказано выше, надежность системы закладывается уже на этапе проектирования, в процессе разработки архитектурысистемы и структур подсистем АСОИУ. И на каждом из этапов проводится оценка уровня надежности.Так, на этапе эскизного проектирования осуществляется прогнозирование надежности; на этапе техническогопроектирования обосновывается выбор комплекса технических средств и их архитектуры с оценкой надежности ихфункционирования; на этапе испытания системы определяется соответствие показателей надежности заданнымтребованиям; на этапе эксплуатации с помощью расчета показателей надежности осуществляется планированиепрофилактического обслуживания аппаратного комплекса.В общем случае исходными данными для расчета надежности являются:• структурная, функциональная или принципиальная схема аппаратных средств со спецификацией комплектующихизделий;• логическая схема надежности;• режимы и условия работы устройств, функциональных блоков или элементов;• интенсивности отказов элементов или компонентов схемы;• изменение параметров устройств, блоков или элементов как функции от времени эксплуатации аппаратныхсредств( для учёта постепенных отказов)Обычно расчет надежности начинают с определения понятия отказа.
Из эксплуатационных или конструктивныхсоображений определяют отказ, например, как частичную потерю работоспособности (потеря быстродействия,снижение точности, снижение функциональных возможностей и т. д.), или как полную потерю работоспособности. Прирасчете надежности, как правило, учитываются только те компоненты схем, выход из строя которых приводит к отказувсей системы.В результате расчета определяют одно или несколько значений параметров надежности, например:вероятностьбезотказной работыР(t ) ;с р е д н е е вр е м я р а б о т ы T0;безотказной работы T0;интенсивностьотказовλ ( t )Винженерныхметодахоценкинадежностипринимают,чтораспределениеотказовподчиняетсяэкспоненциальному закону и отказы элементов системы независимы. При этом часто используют упрощенные формулы.Интенсивность отказов (λ) системы определяется интенсивнос-тями отказов составляющих схему элементов.Среднестатистические значения интенсивности отказов λ(ί) могут быть определены из специальных таблиц илиномограмм.
Обычно данные в таблицах имеют широкий разброс, поэтому, как правило, ведут два расчета по определению минимального и максимального значений параметра надежности λmin(t) и λmax( t ) .Приведем пример оценки надежности, который достаточно часто встречается в инженерной практике.Расчет надежности схемы без резервирования и восстановления работоспособности элементов (последовательноесоединение двух элементов — рис.1.3).Возможны следующие исходные данные:λα, λ6, Toα , T o b , Pa(t), Pb(t) — известные количественные показатели.
Расчетные формулы:26а)интенсивность отказов схемы (состоящей из элементов α и 6)λ = λa + λb;б)To= Tсреднее время работы схемы до отказаo aв)T/(To bo a+To b);вероятность безотказной работы изделия на протяжении t часовP(t) = Ρa(t) · Pb(t).Инструментальные средства, базирующиеся на технологиях имитационного моделирования и экспертных системах. Сегодня дляаприорного анализа надежности сложных аппаратных средств предлагается использовать технологию имитационногомоделирования и методологию экспертных систем, ключевой особенностью которых является возможностьмоделирования процессов принятия решений специалистом в отдельной предметной области на основе определеннымобразом организованных профессиональных знаний.В настоящее время только задача расчета показателей представлена математическими моделями (например, наоснове методов теории вероятностей и математической статистики), позволяющими автоматизировать процессполучения соответствующих решений.
Остальные задачи (выбор методики, разработка структурной схемы надежностии анализ результатов) решаются вручную ввиду их недостаточной формализуемости посредством традиционныхматематических методов и моделей, что ставит итоговые результаты в зависимость от квалификации разработчиков. Вто же время, как показывает практика, указанные типы задач достаточно успешно решаются посредством методовинженерии знаний, используемых в экспертных системах. Таким образом, существует практическая проблемаразработки инструментальной среды, обеспечивающей надежность сложных технических объектов, реализованной наоснове базовых принципов экспертных систем.Инструментальныесистемывбольшинствесвоемориентированынарешениеобщетеоретическихиобщеинженерных задач на основе универсальных методов манипулирования базами данных и базами знаний,семантические модели которых также являются универсальными, не связанными с особенностями конкретнойпредметной области.
Использование подобных систем для анализа надежности сложных изделий сопряжено созначительными трудностями.Специфика анализа надежности сложных технических объектов заключается в необходимости комплексного учетаособенностей таких системно-разнородных сущностей, как сама система, которая характеризуется многоуровневойструктурой, так и технологическая среда ее создания, представляющая собой систему технологических процессов исоответствующего оборудования. Эти особенности обусловливают проблемно-ориентированную направленностьразработки инструментальной среды системы обеспечения надежности, которая предполагает функциональноеразделение компонентов объектно-независимых математических моделей, применяемых для расчета показателейнадежности, и экспертных компонентов, использующих специфическую методологию решения сложноформалиэуемьгхзадач анализа надежности.Разработкаиисследованиеинструментальныхсистем,функционирующихнаосновеимитационногомоделирования разнородных компонентов проектируемых систем, является актуальной проблемой.
При разработкепроблемно-ориентированныхсистемдолжныбытьсоблюденыосновополагающиепринципыпостроенияавтоматизированных систем и обеспечено функциональное разделение на объектно-независимое (инвариантное) ядросистемы, включающее математическое и программное обеспечение, и проблемно-ориентированное проектирование,основанное на имитационном моделировании разнородных объектов предметной области. В каждой прикладнойобласти знания должны разрабатываться и применяться специфические методология, аппарат исследования и языкпредставления теории.Главной задачей разработки экспертных компонентов является построение концептуальной модели предметнойобласти, определяющей систему представления, хранения и использования профессиональных знаний, и способыполучения числовых данных, хранящихся в соответствующих базах.
Структура этой модели лежит в основе построения27информационных моделей практически всех компонентов инструментальной системы — блоков приобретения знаний,логического вывода (решателя), пользовательского интерфейса (за исключением инструментального блока объектнонезависимых моделей). Экспертные системы учитывают особенности мышления конкретного эксперта, определяют егопрофессиональное поведение (изучение задачи, поиск решения, объяснение результатов). Причем помимо уровнясобственно профессиональных знаний, как правило, присутствует более высокий уровень так называемых метазнаний, т.е. знаний о знаниях или знаний о том, как применять эти профессиональные знания в конкретной ситуации.Особенностью построения концептуальной модели системы анализа надежности сложных технических объектовявляется то, что в общем случае существует не один уровень метазнаний, а несколько, так как сложный техническийкомпонент включен как минимум в некоторую технологическую систему, знания о которой также должны бытьвключены в инструментальную систему.Задача обеспечения надежности сложного технического объекта традиционно предполагает использованиеаналитических методов оценки с точки зрения соответствия показателей надежности проектируемого изделия заданным.Показатели надежности в процессе синтеза проектных решений учитываются лишь частично путем применения методовструктурной оптимизации при наличии альтернативных вариантов комплектующих.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
