ми и выходными параметрами. При исследовании надежности системы элемент не рас-членяется на составные части, и показатели безотказности и долговечности относятся к элементу в целом. При этом возможно восстановление работоспособности элемента не-зависимо от других частей и элементов системы.

Анализ надежности сложных систем имеет свои специфические особенности. Влияние различных отказов и снижение работоспособности элементов системы по-разному скажутся на надежности всей системы.

При анализе надежности сложной системы все ее элементы и компоненты целе-сообразно разделить на следующие группы.

1. 
   Элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность сис-темы (деформация ограждающего кожуха машины, изменение окраски по-верхности и т.п.). Отказы (т.е. неисправное состояние) этих элементов могут рассматриваться изолированно от системы.
   
2. 
   Элементы, работоспособность которых за рассматриваемый период времени практически не изменяется (станины и корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности).
   
3. 
   Элементы, ремонт или регулировка которых возможна при работе изделия или во время остановок, не влияющих на его эффективность (подналадка и замена режущего инструмента на станке, регулировка холостого хода кар-бюратора автомобильного двигателя).
   
4. 
   Элементы, отказ которых приводит к отказам системы.
   

Таким образом, рассмотрению и анализу надежности подлежат лишь элементы последней группы. Как правило, имеется ограниченное число элементов, которые в основном и определяют надежность изделия. Эти элементы и подсистемы выявляются при рассмотрении структурной схемы параметрической надежности.

Модели надежности устанавливают связь между подсистемами (или элемента-ми системы) и их влиянием на работу всей системы. Структурная схема надежности определяет функциональную взаимосвязь между работой подсистем (или элементов) в определенной последовательности. Эту схему составляют по принципу функциональ-ного назначения соответствующих подсистем (или элементов) при выполнении ими определенной части работы, выполняемой системой в целом. Техническая система мо-жет быть сконструирована таким образом, что для успешного ее функционирования необходима исправная работа всех ее элементов. В этом случае ее называют

---

последо-вательной системой. Есть также системы, в которых при отказе одного элемента дру-гой элемент способен выполнить его функции. Такую систему называют параллельной. Очень часто системы обладают свойствами как параллельных, так и последовательных систем — системы со смешанным соединением. При расчете надежности необходимо исследовать действия системы, основываясь на ее функциональной структуре и исполь-зуя вероятностные соотношения.

Такое исследование структуры позволяет выявить узкие места в конструкции системы с точки зрения ее надежности, а на этапе проектирования разработать конст-руктивные меры по устранению подобных узких мест. Например, можно заранее под-считать, сколько резервных элементов необходимо для обеспечения заданного уровня надежности системы. Далее можно рассчитать надежность системы, построенной из элементов с известной надежностью, или наоборот, исходя из требования к надежности системы, предъявить требования к надежности элементов.

38







Сложные системы, состоящие из элементов высокой надежности, могут обла-дать низкой надежностью за счет наличия большого числа элементов. Например, если узел состоит всего из 50 деталей, а вероятность безотказной работы каждой детали за выбранный промежуток времени составляет P_i = 0, 99, то вероятность безотказной ра-боты узла будет P(t) = (0,99)⁵⁰ = 0,55.

Если же узел с аналогичной безотказностью элементов состоит из 400 деталей, то P(t) = (0,99)⁴⁰⁰ = 0,018, т.е. узел становится практически неработоспособным.

Пример 6.1. Определить надежность автомобиля (системы) при движении на заданное расстояние, если известны надежности следующих подсистем: системы зажи-гания p₁ = 0,99; системы питания топливом и смазкой p₂ = 0,999; системы охлаждения p₃ = 0,998; двигателя р₄ = 0,995; ходовой части р₅ = 0,997.

Решение. Известно, что отказ любой подсистемы приводит к отказу автомобиля. Для определения надежности автомобиля используем формулу (6.2)

Р = p₁ p₂ p₃ p₄ p₅ = 0,99^.0,999^.0,998^.0,985^.0,997 = 0,979. Ответ: Р = 0,979.

6.3. Структурные схемы надежности систем с параллельным

---

соединением элементов

В практике проектирования сложных технических систем часто используют схемы с параллельным соединением элементов (рис. 6.2.), которые построены таким образом, что отказ системы возможен лишь в случае, когда отказывают все ее элемен-ты, т.е. система исправна, если исправен хотя бы один ее элемент. Такое соединение часто называют резервированием. В большинстве случаев резервирование оправдывает себя, несмотря на увеличение стоимости. Наиболее выгодным является резервирование отдельных элементов, которые непосредственно влияют на выполнение основной ра-боты. При конструировании технических систем в зависимости от выполняемой систе-мой задачи применяют горячее или холодное резервирование.

Горячее резервирование применяют тогда, когда не допускается перерыв в рабо-те на переключение отказавшего элемента на резервный с целью выполнения задачи в установленное время. Чаще всего горячему резервированию подвергают отдельные элементы. Используют горячее резервирование элементов и подсистем, например ис-точников питания (аккумуляторные батареи дублируются генератором и т.п.).

Холодное резервирование используют в тех случаях, когда необходимо увеличе-ние ресурса работы элемента, и поэтому предусматривают время на переключение от-казавшего элемента на резервный.

Существуют технические системы с частично параллельным резервированием, т. е. системы, которые оказываются работоспособными даже в случае отказа несколь-ких элементов.

40









42













довательном конструктивном включении фильтров, наоборот, разрыв сетки одного из них не будет означать отказа, поскольку дублирующий фильтр продолжает выполнять свои функции. Поэтому структурная схема надежности изображена в виде параллель­ного соединения.

6.5. Применение теории надежности для оценки безопасности

---

технических систем

Обеспечение безопасности машин и конструкций - составная часть проблемы надежности. Под безопасностью понимаем надежность по отношению к жизни и здо­ровью людей, состоянию окружающей среды.

Вероятностно-статистические методы и теория надежности начали широко ис­пользоваться при расчете особо ответственных объектов, при анализе крупных аварий.

Основным базовым показателем надежности и безопасности технических систем может служить вероятность безотказной работы Р(t) - вероятность проведения произ­водственных процессов без происшествий в течение некоторого времени t, т.е. того, что в заданном интервале времени t = Т не возникнет отказа этого объекта.

Значение Р(t), как всякой вероятности, может находиться в пределах 0< Р(t) <1. Вероятность безотказной работы Р(t) и вероятность отказа R(t) образуют полную груп­пу событий, поэтому

Р(t) + R(t) = 1.

Допустимое значение Р(t) выбирается в зависимости от степени опасности отка­за объекта. Например, для ответственных изделий авиационной техники допустимые значения Р(t)=0,9999 и выше, т.е. практически равны единице.

При высоких требованиях к надежности объекта задаются допустимым значени­ем Р(t) = у% (у% - вероятность безотказной работы объекта в %) и определяют время работы объекта t = Т_ъсоответствующее данной регламентированной вероятности без­отказной работы. Значение Т_у называется «гамма-процентным ресурсом» и по его зна­чению судят о большей или меньшей безотказности и безопасности объектов.

Пусть R(t) - вероятность возникновения аварийной ситуации на отрезке времени [0, t]. Эта вероятность должна удовлетворять условию

R(Т*) < R*,

где R* - предельно допустимое (нормативное) значение риска возникновения аварий­ной ситуации.

Используем нормативное значение вероятности безотказной, т.е. безопасной, работы Р*, которая весьма близка к единице (например, Р* = 1).

Функция риска на отрезке времени [0

---

, t] дополняет функцию безопасности P(t) до единицы:

R(t)=1 - P(t).

Интенсивность риска аварийной ситуации (удельный риск) аналогична интен­сивности отказов:

45































R – восприятие и обработка физического сигнала (запоминание, обдумывание и т.д.);

О – действие, обусловленное внутренней реакцией человека на сигнал (напри-мер, речь, нажатие кнопки);

Е – изменение в машине (системе), вызванное действием оператора Сложность заключается в том, что поведение человека определяется действием многих цепей S→ R→O, переплетенных между собой. Человек допускает ошибку, ко-гда какой-либо элемент цепи оказывается неисправным. Например:

• 
  физические изменения окружающих условий не воспринимаются как сигнал S;
  
• 
  сигналы неразличимы;
  
• 
  сигнал принят, но неправильно понят;
  
• 
  сигнал принят, понят, но правильный отклик неизвестен оператору;
  
• 
  правильный отклик находится, за пределами возможностей человека;
  
• 
  отклик выполняется неправильно, не в требуемой последовательности.
  

Применительно к конструированию аппаратуры это означает следующее: чтобы оператор был в состоянии откликнуться соответствующим образом, сигналы должны восприниматься оператором и требовать отклика, который оператор способен произве-сти. Характеристики аппаратуры должны быть приспособлены к возможностям опера-тора, должны учитывать ограничения, налагаемые ростом человека, его весом, време-нем реакции на сигнал. Для четкой работы системы, оператор должен получить под-тверждение о последствиях отклика по каналам обратной связи. Не имея возможности видеть результаты своей деятельности, оператор не может быть уверен в их правильно-сти, его реакция будет характеризоваться большой изменчивостью.

---

Смотрите также файлы

• Написанию и оформлению индивидуального.docx

• Влияние использования steam технологии на познавательную потребность детей дошкольного возраста.docx

• Лабораторная работа 1 по курсу Инструменты бизнесаналитики исполнитель Богомолов Д. Н. Фио.docx

• Вопросы для экзамена по дисциплине Гражданский процесс.docx

• Цель влияние самооценки на профессиональное самоопределение в юношеском возрасте Объект исследования.docx