28.Структурные модели объектов. Параллельное соединение элементов

Для расчетов параметров надежности удобно использовать структурно - логические схемы надежности ТС, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Структурно - логическая схема представляет собой совокупность ранее выделенных элементов, соединенных друг с другом последовательно или параллельно. Критерием для определения вида соединения элементов (последовательного или параллельного) при построений схемы является влияние их отказа на работоспособность ТС.

Последовательным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента приводит к отказу всей системы.

Параллельным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента не приводит к отказу системы, пока не откажут все соединенные элементы.

Вопрос 2. Схема с параллельным соединением

Системой с параллельным соединением элементов называется система, отказ которой происходит только в случае отказа всех ее элементов. Такие схемы надежности характерны для ТС, в которых элементы дублируются или резервируются, т.е. параллельное соединение используется как метод повышения надежности. Однако такие системы встречаются и самостоятельно (например, системы двигателей четырехмоторного самолета или параллельное включение диодов в мощных выпрямителях).

Для отказа системы с параллельным соединением элементов в течение наработки необходимо и достаточно, чтобы все ее элементы отказали в течение этой наработки. Так что отказ системы заключается в совместном отказе всех элементов, вероятность чего (при допущении независимости отказов) может быть найдена по теореме умножения вероятностей как произведение вероятностей отказа элементов:

Соответственно, вероятность безотказной работы

Для систем из равнонадежных элементов (р_i = р)

Q=qⁿ ,

т.е. надежность системы с параллельным соединением повышается при увеличении числа элементов (например, при р=О.9 и n=2 Р=0.99, а при n=3 Р=0.999).

Поскольку q_i<1, произведение в правой части всегда меньше любого из со множителей, т вероятность отказа системы не может быть выше вероятности самого на- дежного ее элемента (“лучше лучшего”) и даже из сравнительно ненадежных элементов возможно построение вполне надежной системы.

При экспоненциальном распределении наработки выражение принимает вид

Р = 1 - [1 ехр(- lt)]ⁿ

откуда после интегрирования и преобразований средняя наработка системы определяется

,

где Т_{0 i}= 1/l_i- средняя наработка элемента. При больших значениях n справедлива при- ближенная формула

.

Таким образом, средняя наработка системы с параллельным соединением больше средней наработки ее элементов (например, при n = 2 Т₀ = 1.5T_oi, при n = 2T₀ = 1.83T_0i).

29. Классификация методов резервирования

Для повышения надежности систем применяют различные методы резервирования. Различают структурное, функциональное, временное и информационное резервирование (рис.124).

Рис124. Способы резервирования

Структурное резервирование, называемое также аппаратным, предусматривает использование избыточных элементов структуры объекта. При этом вводимые в дополнение к основным избыточные резервные структурные элементы имеют единственное назначение - взять на себя выполнение рабочих функций при отказе соответствующих основных элементов. Такое резервирование - своеобразный метод автоматизации процесса замены отказавшего элемента.

Из многочисленных способов структурного резервирования можно выделить:

• общее резервирование - резервируется весь объект в целом;

• раздельное резервирование — резервируются отдельные элементы;

• резервирование замещением — когда функции основного элемента передаются резервному только при отказе основного элемента;

• скользящее резервирование - когда группа основных элементов резервируется с использованием специальных переключающих устройств одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент).

По степени нагруженности резервного элемента до наступления отказа принято различать:

• нагруженный ("горячий") резерв - когда резервные элементы находятся в том же режиме, что и основной элемент;

• облегченный ("теплый") резерв - резервные элементы находятся в менее нагруженном режиме, чем основной;

• недогруженный ("холодный") резерв - резервные элементы не несут нагрузок до момента подключения их вместо основных.

Структурное резервирование в СЖАТ применяется не только для того, чтобы повысить безотказность СЖАТ, но также и для безопасности микропроцессорных и компьютерных систем. Повышение достоверности результатов обработки информации обеспечивается резервированием аппаратных средств с применением многоканальных систем с жесткой или мягкой синхронизацией каналов и сравниванием результатов на выходе каналов с помощью безопасных схем сравнения. Обычно используют два канала. Такое резервирование называется дублированием.

Функциональное резервирование обеспечивает использование способности элементов выполнять дополнительные функции, а также возможность выполнять заданную функцию дополнительными средствами.

Временное резервирование предусматривает использование избыточного времени. При этом время выполнения аппаратурой требуемой paботы заведомо больше времени, необходимого для выполнения какой-то операции, например, на установку маршрута по станции или открытие проходного сигнала АБ после освобождения ограждаемого этим сигналов блок-участка на железнодорожных участках, где пропускная способности используется не полностью.

Информационное резервирование предусматривает использование избыточной информации. Его простейшим примером является многократная передача одного и того же сообщения по каналу связи

Основным параметром резервирования является его кратность. Под кратностью резервирования m понимается отношение числа резервных изделий к числу резервируемых (основных). Различают резервирование с целой и дробной кратностью. При резервировании с целой кратностью величина m есть целое число, при резервировании с дробной кратностью величина m есть дробное несокращаемое число. Например, m=4/2 означает наличие резервирования с дробной кратностью, при котором число резервных элементов равно 4, число основных 2, а общее число элементов равно 6.

Р и с.125. Схемные обозначения способов резервирования

а – общее постоянное с целой кратностью; б – раздельное постоянное с целой кратностью; в – общее замещением с целой кратностью; г – раздельное замещением с целой кратностью; д – общее постоянное с дробной кратностью; е – раздельное замещением с дробной кратностью

32.К задачам прогнозирования относятся:

Прогнозирования- специальное научное исследование конкретных перспектив развития какого-либо процесса.

1. Определение значений прогнозируемых параметров в конкретной размерности (величине) на предстоящий отрезок времени;

2. Расчет вероятности того, что исследуемый процесс и его параметры не выйдут за пределы зоны допусков в течение заданного времени;

3. Расчет времени эксплуатации изделия, при котором обеспечивается заданная вероятность сохранения прогнозируемых параметров в зоне допусков;

4. Расчет зоны допусков, из корторых параметр не выйдет в течении заданного времени с заданной вероятностью.

Решение задачи прогноза выполняется в виде реализации следующих последовательных этапов:

разработка модели исследуемого процесса и ее математическое описание;

получение данных контроля и использование их для определения исследуемого процесса (построение апостериорного процесса);

вычисление необходимых апостериорных характеристик процесса.

Научное прогнозирование основывается на изучении закономерностей, которые определяют поведение рассматриваемых процессов и событий. При этом могут быть использованы закономерности случайных и детерминированных событий.

При углублении контроля ТС изделий области случайных величин (времени и места) отказа сужаются. Однако практически осуществить глубокий контроль всего множества элементов объекта невозможно, а приходится ограничиваться контролем только некоторых параметров объекта, по которым можно судить с некоторой вероятностью о его фактическом состоянии в настоящий момент времени и в определенном будущем. Задача состоит в том, чтобы найти необходимое и минимальное количество таких наиболее информационных параметров.

В большинстве случаев внезапность отказа является следствием несовершенства наших знаний процессов, связанных с этим отказом. Однако там, где имеется возможность получать информацию об этих процессах, говорят не о внезапных, а о постепенных отказах, для которых используются специальные методы их прогнозирования.

Различают прогнозирование технического состояния и прогнозирование надежности. В первом случае дается прогноз технических параметров машины либо эти параметры относятся к тому или иному классу, а также дается прогноз отказов машины. Во втором случае дается прогноз количественных показателей надежности машины на основе прогнозирования постепенных и внезапных отказов.

Прогнозирование может быть групповым и индивидуальным. К методам группового прогнозирования можно отнести статистическую оценку срока службы однотипных изделий на основе результатов контрольных и определительных испытаний на надежность. В этом случае путем обработки результатов испытаний некоторого числа изделий на срок службы вычисляется количественная среднеквадратичная оценка срока службы всей партии электрических машин. К достоинствам метода индивидуального прогнозирования относится возможность оценки надежности каждой конкретной машины.

Прогнозирование надежности, основанное на наблюдении и обработке прогнозирующих параметров, позволяют исследовать надежность конкретных изделий в процессе их эксплуатации, что особенно важно для изделий, изготовленных в малых количествах и выполняющих ответственные функции, когда может оказаться недопустимой практика расчётов надежности по числу событий отказов.

Точность прогноза может быть повышена, если будет получена и правильно использована априорная информация о статических характеристиках изменения во времени многочисленных воздействий на изделие как из внешней среды, так и своей собственной внутренней среды. Затем исследовано влияние этих воздействий на входные и выходные параметры объекта, оплучен оператор алгоритма связи входных и выходных параметров объекта, в том числе и с внешними факторами. Это способствует известному нацчному положению: чем больше избыточная информация, тем будет выше помехозащищенность исследуемой системы.

К решению задачи прогнозирования существуют два подхода — детерминированный и стохастический. В первом случае задача сводится к отысканию аппроксимирующего выражения, во втором в качестве прогнозируемой характеристики принимается реализация случайной величины, определяющая интервал времени от момента контроля до первого пересечения поля допуска прогнозируемой величины. Поскольку процессы износа, старения и разрегулирования электрических машин, обусловливающие развитие постепенных отказов, являются случайными величинами, более общий характер носит стохастический подход.

В настоящее время разрабатывается третий метод прогнозирования — метод распознавания образов. Метод предполагает разбиение всей группы изделий на несколько классов (групп) в соответствии с признаками каждого класса. Между классами устанавливаются строгие границы. Процесс создания образа разбит на три этапа: «обучение», создание образа, «экзамен». Процесс индивидуального прогнозирования надежности методом распознавания образов сводится к отнесению данной электрической машины к тому или иному классу на основании критериев работоспособности, причем для каждого класса должны быть априорно известны показатели надежности и технические характеристики.

Структура процесса прогнозирования показана на , ос­новными его этапами являются: формулирование цели и задач прогно­зирования, сбор и подготовка необходимых исходных данных о поведе­нии прогнозируемого явления до настоящего момента времени (преды­стория прогнозируемого явления или интервал наблюдения), иденти­фикация или формирование модели прогнозируемого явления, выбор метода и средств прогнозирования, накопление априорной информа­ции о прогнозируемом явлении, принятие решения по результатам про­гноза. Техническое состояние объекта полностью характеризуется на­бором его выходных сигналов . В качестве их могут рассматри­ваться характеристики входных сигналов или некоторые системные ха­рактеристики.