Диссертация (1137171), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Это обуславливаетширокое использование метода структурного повышения надежности впроектировании РЭА. Для такой аппаратуры в силу отсутствиявозможности ремонта контролируются показатели долговечности ибезотказности.Современная тенденция роста сложности структуры РЭА заметнозатрудняет оценку показателей безотказности. С точки зрения процессапроектирования это приводит к трудностям в анализе по реализацииструктуры РЭА и алгоритма реконфигурации, так как невозможно всжатые сроки оценить эффект данных мер по повышению безотказности.Эта задача решается в рамках типовой проектной процедуры расчетнойоценки показателей безотказности.

При ее выполнении либо оцениваютсяпоказатели безотказности для проверки соответствия требованиям ТЗ,либо (на ранних этапах проектирования) генерируются ЧТЗ к СЧ,соблюдение которых позволит обеспечить выполнение требований ТЗ кРЭА в целом.Меры по структурному повышению безотказности принимаются наранних этапах проектирования и для минимизации риска возвращения кэтим этапам необходимо проводить сравнение различных вариантовреализации реконфигураций и резервирования.В работе проведен анализ автоматизированных методов, которыемогут применяться для выполнения процедуры оценки показателейбезотказности. При анализе основное внимание уделялось возможностямучетаврасчетах нестандартныхалгоритмоврезервирования,реконфигурации, изменения режимов работы СЧ и сложных критериевотказов. Показано, что это сильно усложняет создание модели, делает егопо сути невозможным в приемлемые сроки.

Обычно на практике в таких7случаях переходят к оценке нижнего значения показателей, однако это неприменимо для сравнения альтернативных вариантов по уровнюбезотказности.Для структурно-сложной РЭА перспективным является применениеимитационного моделирования, что также отражено в стандартах поуправлению рисками. Его применение позволяет снять часть ограничений,присущих аналитическим методам в области учета особенностейструктуры устройства, и видов зависимости интенсивности отказов отвремени.

Анализ методов и средств имитационного моделированияпоказал, что применение имитационного моделирования для проектногорасчета надежности ограничено сложностью создания и верификациимодели. Так как в модели необходимо отразить все особенностифункционирования системы, то для каждой конкретной задачи требуетсяповторять разработку и верификацию.Построение модели и ее верификация требует определенныхнавыков в области имитационного моделирования и представляет собойсложную и длительную работу. Анализ публикаций по данной темепоказал, что применение имитационного моделирования как эффективногоинструмента исследования сложных систем для оценки надежностишироко используется в задачах связанных с техническим обслуживанием(основанные на теории массового обслуживания модели) имоделированием физических процессов (деформации, случайные нагрузки,производственныедефекты).Вопросынадежностисложных,резервированных и реконфигурируемых структур затрагиваются реже.Рассматриваются только частные случаи, строятся модели отдельныхсистем, при этом подходе повторно использовать результатызатруднительно, по сути можно лишь повторить разработку моделей исредств верификации для другой системы, ориентируясь на общиеподходы предложенные авторами статей, поэтому на данный момент этотметод применяется для исследований, и практически не используется впроектировании.Несмотря на крайнее разнообразие инструментов имитационногомоделирования (одних языков имитационного моделирования более 3тысяч), не известны модели и ПО, обеспечивающие расчет структурносложной РЭА с приемлемым соотношением «время-точность».

Исходя извышесказанного, можно сделать вывод, что существующее обеспечениепроектной процедуры оценки безотказности имеет недостатки, негативносказывающиеся на качестве проектирования. Для ее развития необходиморазработать метод исследования надежности на основе имитационногомоделирования, включающий в себя специализированные модели,средства верификации, проведения имитационного моделирования иинженерные методики их применения.На основе проведенных исследований в выводах по главе 1 быласформулирована цель и поставлены задачи диссертационной работы.8Во второй главе рассматриваются вопросы, посвященныеразработке модели, применимой для описания разнообразной структурносложной РЭА с расчетом на наиболее сложные реализации.

Дляобеспечения адекватности результатов моделирования модель должнаотражать действия реконфигурации на разных уровнях разукрупнения,учитывать зависимость интенсивности отказов от времени, историюфункционирования РЭА и сложные критерии отказов. Для выполнениятребования применимости модели к разнообразному классу структурносложной РЭА необходимо гибко описывать его состав, структуру икритерии отказов. Такие требования можно обеспечить только примоделировании жизненного цикла исследуемого РЭА от ввода вэксплуатацию до отказа, с учетом всех изменений происходящих впроцессе функционирования.На основе сформулированных требований была предложена формапредставления РЭА как множества отдельных компонентов и возможныхсобытий в системе.

Параметрами модели компонента являются состоянияи режим функционирования, также модель независимо определяет время,которое компонент пробудет в исправном состоянии при неизменномрежиме работы с учетом истории эксплуатации, и информирует обизменениях своего состояния при перемотке модельного времени. Приэтом разрешается смена режимов и состояний компонента как следствиеслучайного процесса (характеризующегося интенсивностью), так и врезультатереконфигурациивсоответствиисалгоритмомфункционирования.

Наглядное представление модели одного компонентаприведено на рис.1, это некоторая диаграмма возможных состояний,которые изменяются с определенной интенсивностью (показанынеразрывными стрелками) или вследствие событий (направленияобозначены пунктиром).Рисунок 1 – Вид диаграммы переходов модели компонентов9Таким образом, можно представить множество состояний СЧ,образующих модель РЭА:U R ,  {s1, , s 2, , s3, , s 4, ....s n, }(1)000000где U R , 0 -множество состояний СЧ РЭА в момент времени  0 ; каждое si ,τ 0представляет конкретное положение i-й СЧ, на ее диаграмме режимов исостояний.si ,  S i  {si 0 , si1 , si 2 ...sim }(2)0Si - множество возможных состояний СЧ; si 0 , si1 … - конкретныегдеположения на диаграмме состояний (рис.

1).При этом должно быть известно начальное состояние всехкомпонентов в модели и их интенсивности переходов в какое-либо другоесостояние (как правило, состояние отказа). Тогда путем розыгрышаслучайных величин можно определить СЧ, которая первой изменитсостояние и ее новое состояние, то есть состояние РЭА в момент τ 0 . 9 :U R ,  {s1, , s 2, , s3, , s4, ,...sk , ,....sn , }(3)0.9000000.9U R , 0  U R, 0.9 \ U R , 0  U R , 0 \ U R , 0.9  {s k , , s k , }0.9(4)0где U R, - множество состояний СЧ после смены состояния k-ой СЧ; U R ,0.90- множество изменений в U R, ; sk , , sk , - текущее и предыдущее состояниеk-ой СЧ.В силу того что рассматривается реконфигурируемая РЭА возможнывзаимосвязи в отказах и/или реконфигурации в структуре, то естьокончательно определить состояние РЭА после отказа (изменениясостояния) одной и СЧ можно только через некоторую функцию вида:U R ,  f  (U R , , U R , )(5)0.90.91000f  - функция преобразующая структуру РЭА и состояние СЧ вгдесоответствии с алгоритмом функционирования на основе предыдущегосостояния U R , и произошедшего события U R ,Функция f  должна однозначно определить состав множества U R , τ ,то есть состояние всех составных частей РЭА после изменения состоянияодной из них.

На основе этого множества можно определить состояниеРЭА в целом, задав для него аналогичную область определения:s R,  S R  {s R 0 , s R1 , s R 2 ...s Rm }(6)s R,  f s (U R , )(7)001111где S R - множество возможных состояний РЭА в целом; f s - функцияопределяющая состояние РЭА sR,1 на основе множества состояний СЧU R ,1 в соответствии с критериями отказов РЭА.В общем случае набор состояний для РЭА может быть вида:«отказало»,«работоспособно»,«исправно».Однакодляреконфигурируемой РЭА может быть целесообразно вводить другой наборсостояний, более четко описывающий специфику функционирования10конкретной РЭА.

Иногда необходимо учитывать историю отказов, этолегко можно проиллюстрировать на примере электромеханическогокомпонента – релейного переключателя, его отказы напрямую связаны сколичеством переключений. В случае если он осуществляет переключениекомпонентов, то есть его использование связано с действиямиреконфигураций, то наиболее точно моделировать его отказы черезколичество переключений, то есть при определении его состоянияучитывать всю историю жизненного цикла модели РЭА, тогда функции (6)и (7) приобретает окончательный вид:U R,τ = f Δ (U R,τ , ΔU R,τ ,U R,τ ,U R,τ ,...U R,τ )(8)i+1iii 1i20s R , τ = f s (U R , τ )(9)i +1i+1где U R , - множество состояний СЧ в i-ый промежуток времени; sR, состояние РЭА в i-ый промежуток времени.Таким образом, можно последовательно определить состояние РЭАв каждый момент времени, сформировать временную диаграммусостояний и использовать ее для определения показателей надежности,таких как интенсивность отказов, вероятность безотказной работы,наработка на отказ, коэффициент готовности и др.Для улучшения восприятия модели предложено объединениекомпонентов в группы с индивидуальными критериями отказов (рис 4).При этом группа компонентов будет описываться теми же параметрами,что и отдельный компонент (режим, состояние), но без заданияинтенсивности переходов – ее роль исполняют критерии состояниягруппы, аналогично функции f s для РЭА (рис.

2). Такая организациямодели позволяет наиболее точно и близко к действительности отразитьструктуру исследуемой РЭА, а также разбить функцию f s на подфункциии тем самым ее упростить без потери точности моделированияреконфигураций.ii11Рисунок 2 – Представление структуры РЭА в моделиВкачестверешениязадачипреобразованиядействийреконфигураций и критериев отказов в формальный вид, пригодный дляавтоматизированнойобработкиирасчетабылпредложенспециализированный язык описания отказов и реконфигураций РЭА. Егофункцией в разрабатываемом методе является однозначное заданиеструктуры РЭА и действий реконфигурации в виде формальной модели,пригоднойдляавтоматизированнойобработкиипроведенияимитационных экспериментов.В третьей главе описывается способ формализации моделей в видеспециализированного языка описания отказов и реконфигураций РЭА.Язык моделирования содержит средства для описания моделейкомпонентов в текстовом виде, определяющей вид диаграммы иинтенсивности переходов (в соответствии с моделью, представленной нарис.

1).При этом каждый компонент в модели определяется уникальнымименем, через которое можно использовать его состояние ввычислительных операциях. В язык вводитсянесколько основныхконструкций — это действие реконфигурации в виде конструкцииусловие-действие и критерий отказа в виде вычислительной процедурынад локальными и глобальными переменными, а так же встроеннымиоператорами, определяющими состояние компонентов СРН.В условиях событий реконфигурации и критериях отказов можноиспользовать стандартный набор логико-арифметических операцийсовместно, как над состояниями компонента, так и над переменными,локальными и глобальными.

Характеристики

Список файлов диссертации