2 Методичні вказівки до виконання КР по ОТН

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНО-КЕРУЮЧИХ СИСТЕМ ТА ТЕХНОЛОГІЙ

КАФЕДРА АВТОМАТИКИ ТА КОМП’ЮТЕРНОГО ТЕЛЕКЕРУВАННЯ РУХОМ ПОЇЗДІВ

РОЗРОБЛЕННЯ ПРИСТРОЮ ЗАЛІЗНИЧНОЇ АВТОМАТИКИ З ЗАДАНИМИ ПОКАЗНИКАМИ БЕЗВІДМОВНОСТІ ТА ФУНКЦІЙНОЇ БЕЗПЕЧНОСТІ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до виконання курсової роботи з дисципліни

“ОСНОВИ ТЕОРІЇ НАДІЙНОСТІ ТА ПОБУДОВИ БЕЗПЕЧНИХ СИСТЕМ ”

для здобувачів спеціальності

151 «АВТОМАТИЗАЦІЯ ТА

КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ»

всіх форм навчання

Харків 2021

Методичні вказівки розглянуто та рекомендовано до друку на засіданні кафедри “Автоматика та комп’ютерне телекерування рухом поїздів” 29 березня

2021 р., протокол №7.

Наведено вимоги та методичні рекомендації до виконання курсової роботи на тему: «Розроблення пристрою залізничної автоматики з заданими показниками безвідмовності та функційної безпечності».

Для здобувачів рівня бакалавр факультету ІКСТ денної та заочної форм навчання за спеціальністю 151 “Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології”, освітнЯ програма “Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології”.

Таблиць – 1, бібліографія – 4.

Укладач

доц. В.Ф.Кустов

Рецензент

доц. В.П.Мороз

2

ЗМІСТ

1Вступ……………………………………………………………………...……….. 4

2Мета та основні завдання………………………………………………………….4

3Перелік та опис компетенцій, що формуються у студентів у межах

вивчення навчальної дисципліни………………………………………………..... 4 4 Порядок і рекомендації щодо виконання роботи та форми звітності студентів.. …………………………..……………………………………………..…8

5Контрольні завдання (запитання) за кожною темою ……………………….....26

6Тести самоконтролю…………………………………………………...………...31

7Опис змісту індивідуального навчально-дослідного завдання,

методичні рекомендації щодо його виконання……………………………..……41

8 Список літератури…………………………………………...……........………...43

Додаток А………………..………………………………………………………….44

3

1 ВСТУП

Методичні вказівки розроблені з метою надання допомоги при виконані курсової роботи «Розроблення пристрою залізничної автоматики з заданими показниками безвідмовності та функційної безпечності» по курсу “Основи теорії надійності та побудови безпечних систем” (ОТН), а також при проведенні розрахунків показників надійності та функційної безпечності технічних засобів керування і регулювання руху поїздів при дипломному проектуванні.

2 МЕТА ТА ОСНОВНІ ЗАВДАННЯ

Мета виконання курсової роботи - навчитися виконувати аналіз надійності пристроїв та систем автоматизації, розраховувати основні показники їхньої безвідмовності та функційної безпечності, у тому числі з урахуванням використання різних способів резервування та періодичного контролю справності каналів резервування, а також забезпечувати потрібний рівень надійності та безпеки функціонування технічних засобів автоматизації,

підготовка студентів до рішення проблем надійності та функційної безпечності пристроїв і систем керування відповідальними технологічними процесами.

3 ПЕРЕЛІК ТА ОПИС КОМПЕТЕНЦІЙ, ЩО ФОРМУЮТЬСЯ У

СТУДЕНТІВ У МЕЖАХ ВИВЧЕННЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

Очікувані програмні результати навчання (компетентності), якими повинен оволодіти здобувач вищої освіти при виконанні КР по курсу «ОТН».

Інтегральна компетентність - здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми, що характеризуються

комплексністю та невизначеністю умов, під час професійної діяльності у галузі

4

автоматизації або у процесі навчання, що передбачає застосування теорії

надійності та функційної безпечності.

Загальні компетентності:

-здатність застосування отримання знання з надійності та та функційної безпечності у практичних ситуаціях: при розробці та проектуванні технічних засобів та систем автоматизації, виробництві та сертифікації, виробництві та допуску до постійної експлуатації;

-здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово у процесі обговорення результатів виконання КР та її захисту;

-навички використання інформаційних і комунікаційних технологій при виконанні КР та її захисту;

-здатність до пошуку, опрацювання та аналізу інформації з різних джерел, у тому числі з навчальної літератури, національних, європейських і міжнародних стандартів та інших нормативних документів;

-навички здійснення безпечної діяльності - за рахунок впровадження пристроїв та систем з високим рівнем безпеки функціонування, наприклад, у

системах автоматизації, керування та регулювання руху поїздів;

-прагнення до збереження навколишнього середовища – за рахунок зменшення ризику появи катастроф, аварій та інших інцендентів за рахунок впровадження та експлуатації високонадійних та безпечних систем.

Спільні спеціальні (фахові, предметні) компетентності:

-здатність застосовувати знання математики, в обсязі, необхідному для використання математичних методів для аналізу і синтезу надійності та функційної безпечності систем автоматизації;

-здатність застосовувати знання фізики, електротехніки, електроніки і мікропроцесорної техніки, в обсязі, необхідному для розуміння процесів в системах автоматизації та компۥютерно-інтегрованих технологіях з позиції надійності, функційної безпечності та електромагнітної сумісності;

5

-здатність обгрунтовувати вибір технічних засобів автоматизації на основі розуміння принципів їх роботи, призначення і технічних характеристик з урахуванням вимог з надійності та безпеки функціонування;

-здатність використовувати для вирішення професійних завдань новітні технології у галузі автоматизації, зокрема, проектування багаторівневих систем керування, у тому числі з використанням резервування;

-здатність обґрунтовувати вибір технічної структури для мікропроцесорних систем керування на базі локальних засобів автоматизації;

-здатність проектування систем автоматизації з врахуванням вимог відповідних нормативно-правових документів та міжнародних стандартів з надійності, функційної безпечності та електромагнітної сумісності;

-здатність вільно користуватись сучасними комп’ютерними та інформаційними технологіями для вирішення професійних завдань,

програмувати та використовувати прикладні та спеціалізовані комп’ютерно-

інтегровані середовища для вирішення задач автоматизації, у тому числі для розрахунків показників надійності та функційної безпечності;

- врахування комерційного та економічного контексту при проектуванні систем автоматизації, наприклад, своєчасне оцінювання можливих збитків внаслідок впливів грозових перенапружень на комп’ютерні системи та впровадження систем керування рухом поїздів з недостатнім рівнем функційної безпечності або надійності, які можуть призвести до аварій та катастроф.

6

4 ПОРЯДОК І РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ ТА ФОРМИ ЗВІТНОСТІ СТУДЕНТІВ

4.1 Розрахунок показників безвідмовності і функційної безпечності заданого пристрою

Частина 1 курсової роботи (КР) повинна мати такий зміст:

1.1Титульний аркуш.

1.2Завдання до КР.

1.3Вихідні дані.

1.4Визначення можливих станів, захисної та небезпечної відмови для заданого пристрою.

1.5Обѓрунтування розрахунково-логічних схем безвідмовності і функційної безпечності.

1.6Розрахунок показників безвідмовності.

1.7Розрахунок показників функційної безпечності.

1.8Висновок.

4.1.1 Титульний аркуш

На титульному аркуші потрібно вказати прізвище та ім’ я студента,

№ його залікової книжки, № варіанта КР та інші дані згідно зразка, який наведено у додатку 1.

4.1.2.Завдання до КР

Завдання до КР повинно бути підписано студентом та викладачем. Перед здаванням на перевірку КР студенти повинні перевірити наявність необхідних матеріалів згідно завдання.

4.1.3 Вихідні дані

Пункт 4.1.3 повинен містити згідно заданого варіанта:

7

-принципову або структурну схему заданого пристрою;

-інтенсивності відмов елементів та термін служби заданого

пристроя;

-вимоги безвідмовності і функційної безпечності.

4.1.4 Визначення можливих станів, захисної та небезпечної відмови

для заданого пристрою

У пункті 4.1.4 необхідно визначити працездатний, непрацездатний,

захисний, безпечний і небезпечний стан, а також захисну та небезпечну відмову для заданого пристрою. Наприклад, захисний стан пристрою керування стрілочним електродвигуном – стан, при якому неможливо увімкнути стрілочний електродвигун та зупинка електродвигуна при переведенні стрілки;

захисний стан пристрою керування світлофором – стан, при якому на світлофорі з’являється несанкціоновано більш забороняючий сигнал.

Небезпечний стан пристрою керування стрілочним електродвигуном – стан,

при якому стрілочний електродвигун вмикається несанкціоновано; небезпечний стан пристрою керування світлофором – стан, при якому на світлофорі з’являється несанкціоновано більш дозволяючий сигнал, наприклад, зелений або жовтий вогонь на світлофорі замість червоного, а також коли він автоматично не перемикається на більш заборонний за алгоритмом функціонування, наприклад, при прослідуванні поїзду вхідного, вихідного або проходного світлофору [1, 2].

При визначенні можливих станів заданого пристрою необхідно використовувати терміни й визначення згідно навчального посібника [1] та ДСТУ 4178 [2].

8

4.1.5 Обѓрунтування розрахунково-логічних схем безвідмовності і

функційної безпечності

Методику складання розрахунково-логічних схем безвідмовності (РЛСБ)

і функційної безпечності (РЛС ФБ) наведено у п.п. 3.1 навчального посібника

[1].

Особливу увагу потрібно приділяти компонентам, які у складі мають декілька елементів та позначаються, наприклад, DD1.1, DD 1.2, DD 1.3, DD 1.4

(4 логічних елемента у корпусі інтегральної мікросхеми); VE1.1, VE1.2 (2

оптрона в одному корпусі). Інтенсивність відмов надається на увесь компонент

(на корпус компонента), тобто для них буде тільки по одному зображенню.

Якщо позначення буде DD1, DD 2, DD 3, DD.4 – це 4 зображення, VE1, VE2 –

це 2 зображення у РЛСБ чи РЛСФБ.

При складанні РЛСФБ необхідно враховувати тип об’єкту:

-1 тип, коли небезпечна відмова настає у разі несанкціонованої

появи сигналу на вході або на виході пристрою;

- 2 тип, коли небезпечна відмова настає у разі несанкціонованого зникнення сигналу на вході або на виході пристрою.

Об’єкти контролю та керування також необхідно враховувати при побудові РЛСБ та РЛСФБ, якщо у заданій схемі немає відповідного виділення заданого пристрою.

У пункті 4.1.5 необхідно навести:

-детальне обѓрунтування долучення зображень всіх елементів у РЛСБ і РЛС ФБ з описом конкретних дефектів елементів, які відповідно призводять до захисного чи небезпечного стану пристрою;

-обѓрунтування відсутності зображень всіх елементів у РЛСБ та РЛС

ФБ;

-розрахунково-логічні схеми безвідмовності і функційної безпечності з позначеннями інтенсивностей відмов над зображеннями відповідних елементів.

9

4.1.6 Розрахунок показників безвідмовності

Пункт 4.1.6 повинен містити:

-розрахункові формули показників безвідмовності Р(t), Q(t), f(t), (t), Тср

взагальному вигляді, з визначенням усіх складових їх частин;

-чисельні значення, які будуть підставлені у розрахункові формули (з

одиницями виміру);

-розрахункові формули з чисельними значеннями (проміжні результати розрахунків можна не надавати);

-результати розрахунків показників безвідмовності заданого пристроя з вказівкою одиниць їх виміру;

-графіки функцій показників безвідмовності Р(t), Q(t), f(t), (t) в

залежності від тривалості експлуатації на інтервалі від нуля до трикратного значення наробітку до захисної відмови Тср (з вказівкою одиниць їх виміру та часу експлуатацї).

Зурахуванням того, що у завданні надані інтенсивності відмов,

значення яких не залежать від часу експлуатації, необхідно використовувати для розрахунків формули для експоненційного закону розподілу захисних відмов елементів технічного засобу.

При послідовному з'єднанні зображень елементів у РЛСБ імовірність безвідмовної роботи, щільність розподілу наробітку до відмови, інтенсивність відмов та середній наробіток до відмови визначають відповідно за формулами навчального посібника [1]: