Расчет надежность систем. Общие понятия и определения

Как правило, при расчетах надежности сложных систем, возникает противоречивая ситуация: с одной стороны, желание иметь наиболее точную модель, адекватно описывающую процессы отказов и восстановлений, с другой – стремление к простате расчетов и обеспеченности выбранной расчетной модели исходными данными. В связи с этим в настоящее время широко распространены так называемые элементные методы расчета надежности, которые исходят из предположения, что система состоит из самостоятельных, в смысле надежности, элементов. При применении элементных методов, отказом элемента считается выход его параметров (электрических, механических, тепловых и т.д.) за пределы, при которых он перестает выполнять свои функции. Предполагается, что в этих условиях элемент отключается коммутационными устройствами от остальной части системы.

При расчетах этим методом количественно не анализируются функциональные зависимости между параметрами режимов отдельных элементов системы, что является их недостатком. Однако, простота расчетов и возможность получения количественных оценок надежности для сложных современных систем на данном этапе развития теории надежности, применение этих методов считается оправданным.

Метод структурных схем является самым простым и заключается в том что, реальное изделие отображается в виде структурной схемы событий безотказной работы составных частей.

Структурная надежность базируется на относительности понятий «элемент» и «система». Необходимость указания на относительность этих понятий вызвана не только различием масштабов рассматриваемых объектов, но и различием решаемых задач для одних и тех же физических объектов.

Объект, считающийся системой в одном исследовании, может рассматриваться как элемент в объекте большего масштаба (пример – п\ст и генератор).

Применение поэтапных методов расчета надежности, заключается в том, что на каждом последующем этапе расчетные элементы сложной системы (станции, п/ст, группы ЛЭП и т.д.) представляются системой, с последовательным уточнением показателей надежности.

Задача расчета надежности: определение показателей безотказности системы, состоящей из невосстанавливаемых элементов, по данным о надежности элементов и связях между ними.

Цель расчета надежности:

• обосновать выбор того или иного конструктивного решения;

• выяснить возможность и целесообразность резервирования;

• выяснить, достижима ли требуемая надежность при существующей технологии разработки и производства.

Расчет надежности состоит из следующих этапов:

1. Определение состава рассчитываемых показателей надежности.

2. Составление (синтез) структурной логической схемы надежности (структуры системы), основанное на анализе функционирования системы (какие блоки включены, в чем состоит их работа, перечень свойств исправной системы и т. п.), и выбор метода расчета надежности.

3. Составление математической модели, связывающей рассчитываемые показатели системы с показателями надежности элементов.

4.Выполнение расчета, анализ полученных результатов, корректировка расчетной модели.

 

Состав рассчитываемых показателей:

 

Системы с невосстанавливаемыми элементами	- cредняя наработка до отказа (T0с);
	- ВБР к заданной наработке Pс(t);
	- ИО к заданной наработке с(t);
	- ПРО к заданной наработке fс(t).
Системы с восстанавливаемыми элементами	- T0с; Pс(t); коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности, параметр потока отказов.

 

Структура системы – логическая схема взаимодействия элементов, определяющая работоспособность системы или иначе графическое отображение элементов системы, позволяющее однозначно определить состояние системы (работоспособное/неработоспособное) по состоянию (работоспособное/ неработоспособное) элементов.

По структуре системы могут быть:

• без резервирования (основная система);

• с резервированием.

Составление структурой схемы системы является наиболее важным этапом расчета надежности и определения показателей надежности составляющих ее элементов. Для одних и тех же систем могут быть составлены различные структурные схемы надежности в зависимости от вида отказов элементов.

Следовательно, для этого необходимо:

Во-первых, составить перечень отказов, которые существенным образом влияют на работоспособность системы.

Во-вторых, в состав системы в виде отдельных элементов ввести, при необходимости, электрические соединения пайкой, сжатием или сваркой, а также другие соединения (штепсельные и пр.), поскольку на их долю приходится 10-50% общего числа отказов.

В-третьих, учесть наличие неполной информации о показателях надежности элементов, для чего необходимо либо интерполировать показатели, либо использовать показатели аналогов.

Практически расчет надежности производится в несколько этапов:

1. На стадии составления технического задания на проектируемую систему, когда ее структура не определена, производится предварительная оценка надежности, исходя из априорной информации о надежности близких по характеру систем и надежности комплектующих элементов.

2. Составляется структурная схема с показателями надежности элементов, заданными при нормальных (номинальных) условиях эксплуатации.

3. Окончательный расчет надежности проводится на стадии завершения технического проекта, когда произведена эксплуатация опытных образцов и известны все возможные условия эксплуатации. При этом корректируются показатели надежности элементов, вносятся изменения в структуру – выбирается вид резервирование.

Разработка структурной схемы изделия производится при соблюдении следующих принципов:

1. изделие подразделяется на ряд составных частей, выполняющих определенные функции, при этом каждая составная часть формирует выходные параметры при условии правильного поступления к ней входных параметров или сигналов;

2. все составные части должны быть взаимосвязаны при выполнении заданных функций;

3. все составные части рассматриваются как одноотказные.

4. изделие представляется в виде структурной схемы, состоящей из последовательных и параллельных соединений составных частей, и отказ каждой составной части является независимым событием;

4. в схеме не должно быть события, являющегося отрицанием другого события.

Вид структурной схемы надежности при последовательном и параллельном соединении составных частей приведен на рис. 1.

1. схема последовательного

соединения

б) схема параллельного соединения

Рис. 1. Вид структурной схемы надежности при последовательном и параллельном соединении элементов

Расчет безотказности методом структурных схем производится в следующей последовательности:

а) определяются основные функции изделия и проводится анализ взаимосвязей между составными частями (при выполнении работы используются принципиальные и монтажные схемы изделия, а также логика работы);

б) составляется структурная (расчетная) схема событий безотказной работы изделия;

в) составляются расчетные формулы;

г) осуществляется подготовка исходных данных для проведения расчетов;

д) проводится количественная оценка показателей безотказности изделия по расчетным формулам и принятым исходным данным.