1.3.2. Трудности при вычислении вероятности отказа систем

Как видно, из приведённого примера, основой для расчёта надёжности технических систем, являются данные о надёжности элементов системы. Нужно понимать, что отказ элемента системы, приводит систему к некоторому состоянию, отличному от того, в котором она находилась до отказа элемента. Это состояние характеризуется изменением нагруженности и прочности элементов системы, что влияет на вероятность отказа в этом новом положении. Это обстоятельство часто не учитывается при вычислении вероятности отказа системы при использовании теоремы умножения вероятностей [26].

Любая техническая система обладает энергоёмкостью, энергия системы распределяется между элементами. Отказ какого-либо элемента приводит к перераспределению энергии между элементами. Данные об этих изменениях служат исходными данными для расчёта вероятности отказа элемента системы.

Рисунок 5. Примеры технических систем.

Простую иллюстрацию приведенных рассуждений можно пояснить с помощью рисунка . Отказ потребителя 2 (система 1) приведёт к возрастанию тока и увеличению мощности на потребителях 1 и 3. Отказ топливного фильтра №2 (система 2) приведет к тому, что через топливный фильтр № 1 будет фильтроваться в два раза больше топлива, что приведет к его более быстрому засорению и выходу из строя. Разрыв 5 стержня (система 3) приведёт к перераспределению усилий между остальными стержнями, что может вызвать разрушение других стрежней.

Выводы:

Основой для расчёта надежности системы являются данные о надёжности элементов этой системы. При отказе элемента системы происходит перераспределение физических полей между элементами, меняются условия их функционирования, поэтому использовать теорему умножения для определения вероятности отказа системы с вероятностями отказа элементов в начальном состоянии нельзя. Это ограничение приводит к тому, что необходимо вычислять нагруженность элементов во всех возможных состояниях системы. Для определения вероятности отказа элемента нужно использовать только аналитический способ (подход Ржаницина [76]) или метод статистического моделирования Монте-Карло [84], статистический способ не применим, так как заведомо не достаточно данных, а метод экспертных оценок субъективен.

1.4. Определение вероятности отказа элемента технической системы

В общем случае при анализе рисков в объектах техносферы действуют три типа нагрузок: механические (от давления, массы, сил инерции и др.), тепловые (от неравномерного распределения температур) и электромагнитные (от воздействия электромагнитных полей).

С учётом параметров эксплуатационного нагружения: числа циклов N, времени t, температуры T, эксплуатационных усилий F, напряжений и деформаций е, строят временные зависимости F, T, , e. Величины F, t и T, как правило, задаются режимами эксплуатации и могут регистрироваться встроенными измерительными средствами.

Рисунок 6. Схема эксплуатационного нагружения и основных параметров эксплуатационных нагрузок

Выделяют характерные режимы (рисунок ): монтаж (М), испытания (И), пуск (П) в эксплуатацию, стационарный (С) режим с поддержанием рабочих параметров, регулирование (Р) базовых параметров, аварийная ситуация (А), срабатывание систем защиты (З) и останов (О) эксплуатации после плановых или аварийных режимов.