Файл: Методы расчета показателей надежности сжат.docx

4. Выводы об особенностях применения и эффективности использования различных методов при расчетах надежности СЖАТ

Теоретические методы расчета показателей надежности аппаратуры дают приближенную оценку ожидаемого уровня. Наиболее полная и достоверная оценка надежности может быть получена только по результатам экспериментального определения фактических значений показателей надежности в реальных условиях работы аппаратуры.

Сущность статистической оценки показателей надежности невосстанавливаемых и восстанавливаемых систем состоит в том, что на основании полученных из опыта ограниченных по объему исходных статистических данных по разработанным методам производится определение её фактического возможного значения с заданной точностью и достоверностью.

Неисправность логического элемента приводит на выход элемента к отказам двух видов:

ложное появление сигнала 1 вместо 0;

ложное появление сигнала 0 вместо 1.

Как правило, при расчетах надежности комбинационных схем принимается допущение об одиночных константных неисправностях, то есть считается, что вероятность одновременного появления двух и более неисправностей настолько мала, что ею можно пренебрегать при расчетах. В данном случае, чтобы определить вероятность исправной работы схемы необходимо проанализировать каждый элемент схемы. Данный метод является громоздким при расчетах больших комбинационных схем.

Многие параметры, характеризующие качество работы и надежность технических элементов и системы, являются функциями целого комплекса случайных факторов, результаты, воздействия которых постоянно меняются со временем эксплуатации. Такие параметры в теории надежности описываются вероятностными процессами. Для его описания применяют марковский процесс. Это процесс, у которого для каждого момента времени вероятность любого состояния объекта в будущем зависит только от состояния объекта в настоящий момент времени и не зависит от того, каким образом объект пришел в это состояние. В исследованиях надежности теория марковских процессов получила весьма широкое применение, так как процесс функционирования объектов

---

, как правило, сопровождается простейшими потоками отказов и восстановлений, а простейший поток в свою очередь, характеризуется свойствами ординарности, стационарности и отсутствием последействия. Важнейшей характеристикой марковского процесса является вероятность перехода объекта в то или иное состояние за заданный промежуток времени. Информация о вероятностях перехода объекта в различные состояния позволяет определить вероятности каждого из возможных состояний процесса.

Метод преобразования структурной схемы для систем с последовательно параллельной структурой. В таких системах элементы соединяются только последовательно или параллельно. Упрощая схему и объединяя элементы в более крупные блоки по элементарным формулам надежности можно найти показатели безотказности и безопасности системы.

Одним из основных способов повышения надежности техники является структурное резервирование, которое реализуется путем введения в систему дополнительных элементов. Определить показатели надежности либо по графу состояний, либо по структурной схеме системы без составления и решения уравнений можно топологическим методом. Но он имеет следующие ограничения:

интенсивность отказов и восстановления элементов сложной системы являются величинами постоянными;

топологический метод нельзя использовать для многосвязных графов.

Воздействие различных внешних факторов на устройства и системы ЖАТ в процессе эксплуатации оказывает в целом влияние на надежность и безопасность эксплуатируемых изделий. Для оценки эксплуатационных интенсивностей отказов электрорадиоизделий и ридиоэлектронной аппаратуры используются существующие справочники расчета надежности. Источниками информации для справочников являются количественные данные по интенсивностям отказов изделий электронной техники, определяемые по результатам производственных испытаний на заводах изготовителях, а также испытаний и эксплуатационных изделий потребителя. В общем случае, значения эксплуатационной интенсивности отказов рассчитываются по математическим моделям. Они распространяются на период постоянства интенсивности отказов во время эксплуатации аппаратуры. При расчете суммарной интенсивности отказов аппаратуры применяют дополнительные коэффициенты: коэффициент учитывающий наличие амортизации аппаратуры и коэффициент качества обслуживания аппаратуры. В микроэлектронной аппаратуре СЖАТ основной вклад в суммарную интенсивность отказов вносят интегральные микросхемы.

---

5. Способы повышения надежности и безопасности устройств и систем ЖАТ

Появление в последние годы на сети российских железных дорогах нового поколения средств автоматики и телемеханики (ЖАТ), основанного на микроэлектронной элементной базе и вычислительной технике, цифровых сетях передачи информации, поставило и новые требования к определению их характеристик по надежности и показателей безопасности.

Более надежная элементная база, структурное и элементное резервирование, введение параметрической и информационной избыточности, применение средств диагностики и другие меры приводят к тому, что вероятность отказов в новых устройствах ЖАТ меньше, чем в традиционных релейных устройствах.

Повышая надежность элементов, вводя избыточность в аппаратуру, применяя взаимозаменяемость и восстановление, мы обеспечиваем безотказность системы, т.е. ее способность функционировать без отказов в течение определенного времени, и отказоустойчивость аппаратуры, т.е. ее способность правильно выполнять все или некоторые основные свои функции даже при наличии отказов ее элементов (до определенного их количества). Однако именно для сложных систем характерна возможность и сложных многократных комбинаций событий, вероятность каждого из которых мала, а в сумме таких событий, казалось бы, невероятных, набирается немало. Работа таких систем зависит подчас от деятельности нескольких операторов, включая обслуживающий персонал, от их квалификации и мастерства.

Методы обеспечения безопасности весьма разнообразны, но могут быть сведены к двум основным принципам.

Первый принцип связан с введением избыточности в создаваемые элементы, узлы, устройства и системы. Избыточность может быть параметрической (введение в состав узла запаса прочности), схемной (введение в состав устройства так называемых безопасных логических элементов, компараторов, ключей и т.д.), структурной или аппаратной (дублирование, троирование и т.д. в устройстве или в системе аппаратных средств, функциональных узлов и элементов), программной (решение задачи двумя независимыми программными продуктами), функциональной (создание возможности решения одной и той же задачи путем реализации полной или упрощенной функции, но с меньшей точностью), информационной (кодирование информации внутри системы с последующим декодированием и проверкой ее безошибочности перед использованием), временной (увеличение времени восприятия или выдачи воздействия), комбинированной (при использовании нескольких из перечисленных методов). Таким образом, требования безопасности накладывают дополнительные условия на комплектующие изделия и материалы, на конструкцию, на схемные решения и структуру системы, на представление информации в ней и т.д.

---

В соответствии со вторым принципом обеспечение безопасности достигается применением средств, локализующих развитие неблагоприятных процессов. Для этих целей используются контролирующие и диагностирующие устройства, которые оценивают значения выходных параметров системы и значения специальных диагностических признаков, а в необходимых случаях и окружающей среды (вибрации, температура, электромагнитная обстановка и др.). Сравнение измеренных сигналов с их заданными значениями, обработка информации и принятие решения о необходимых действиях для предотвращения аварийной ситуации должны осуществляться устройствами, которые сами обладают высокой достоверностью, т.е., в данном случае, отвечающих требованиям безопасности. Естественно, возможно и одновременное использование обоих методов реализации требований безопасности при построении одной системы.

Заключение

В данной курсовой работе были изучены 6 методов расчета показателей надежности СЖАТ.

Теоретические методы расчета показателей надежности аппаратуры позволяют получить приближенную оценку ожидаемого уровня. Такие методы не дают полной и достоверной оценки надежности. Полную и достоверную оценку можно получить по результатам экспериментального определения фактических значений показателей надежности в реальных условиях работы аппаратуры.

Сущность экспериментальной оценки надежности состоит в том, что на основании полученных из опыта ограниченных по объему исходных статистических данных производится определение ее фактического возможного значения с заданной точностью и достоверностью.

Расчет надежности комбинационных схем позволяет получить оценку надежности системы не прибегая к сложным вычислениям. Метод дает возможность получить вероятность безотказной работы по функциям алгебры логики.

Многие параметры, характеризующие качество работы и надежность технических элементов и систем, являются функциями целого комплекса случайных факторов, результаты воздействия которых постоянно меняются со временем эксплуатации. Такие параметры в теории надежности описываются вероятностными (случайными) процессами. Наиболее подходящим для описания процессов, происходящих во многих областях науки и техники, является марковский процесс.

В исследованиях надежности теория марковских процессов получила весьма широкое применение, так как процесс функционирования объектов, как правило, сопровождается простейшими потоками отказов и восстановлений.

---

Структурный метод основан на представлении объекта в виде логической схемы, описывающей зависимость состояний и переходов объекта. Данный метод можно применять только при условиях, что рассматривается период нормальной эксплуатации, время между отказами подчиняется экспоненциальному закону, поток отказов простейший и исследуемый процесс Марковский.

Топологическими называются методы, которые позволяют определить показатели надежности либо по графу состояний, либо по структурной схеме системы без составления и решения уравнений. Как и любые другие методы расчета надежности, они имеют свои ограничения: интенсивности отказов и восстановления элементов сложной системы являются величинами постоянными, другими словами, время наработки на отказ и время восстановления распределены по экспоненциальному закону и топологические методы нельзя использовать для многосвязных графов.

Расчет эксплуатационной надежности СЖАТ позволяет учитывать внешние воздействия на устройства и системы, которые возникают в процессе эксплуатации. Особенно критичны к воздействиям внешних факторов изделия, в состав которых входят микроэлектронные и микропроцессорные устройства.

Литература

1. 
   Конспект лекций по ОТН
   
2. 
   Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надёжность систем железнодорожной автоматики и связи; Под ред.Сапожникова Вл.В. – М.: УМК МПС, 2002.
   

---