Файл: петербургский государственный университет путей сообщения министерства путей сообщения российской федерации.docx

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.11.2023

Просмотров: 16

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования


«ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ


МИНИСТЕРСТВА ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»



Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»



СТРУКТУРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ

Методические указания

к выполнению практической работы по дисциплине: «Надежность CЖАТ»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2007



2

1 Структурная схема расчета надежности



Структурная схема расчета надежности (ССРН) - это графическое представление условий, при которых объект находится в работоспособном или неработоспособном состоянии.

Элементы, из которых состоит ССРН, означают события, которые мо- гут произойти (с точки зрения надежности) с элементами исследуемого объ- екта.

Например, элемент электрической схемы - резистор может быть в ра- ботоспособном состоянии (событие А) или неработоспособном состоянии (событие В). В неработоспособное состояние он может перейти в результате обрыва (событие 1) или короткого замыкания (событие 2) резистора.

Элементы ССРН могут включаться последовательно или параллельно. Последовательно они соединяются, если каждое событие (например, 1 или 2) ведет к отказу объекта. Параллельно элементы ССРН соединяются в слу- чаях, когда к отказу объекта ведет совместное наступление всех событий, учитываемых при расчете надежности.


Численные значения параметров надежности объекта могут быть оп- ределены, если заменить события, учтенные при анализе и вошедшие в ССРН, на вероятности этих событий.

Элементы ССРН могут образовывать простые и сложные узлы.

Простой узел образуется из одного или k - элементов включенных па- раллельно (на Рис.1 это узлы, образованные элементами 4-5 и элементом 6).






Рис.1

Сложные узлы образуются из параллельно-последовательного соеди- нения, в котором в одной из параллельных ветвей последовательно включе- но несколько элементов (узел, образованный элементами 1 - 2 - 3 на Рис.1) Расчет надежности сложного узла выполняется, начиная с последовательно- го соединения элементов. В рассматриваемом примере необходимо найти надежность ветви с последовательным соединением элементов 2 - 3, а затем надежность параллельного соединения элементов 1 и 2 3.


1-2-3





Рис.2.

Заканчивается преобразование структурной схемы после получения эквивалентного значения надежности всех последовательно включенных узлов.


1-2-3


4-5


6-7-8-9-10



1-2-3-4-5-6-7-8-9-10
j-оепреобразование

1узел 2узел 3узел объект

Рис.3.

В результате j преобразований необходимо получить аналитическое выражение расчета надежности системы по заданной ССРН.



Если в узле имеется структура типа мостика (структура из элементов 6, 7, 8, 9, 10 на Рис. 1), то для преобразования в последовательно- параллельную схему используют формулу разложения по ключевому эле- менту:

F(a,b,c,...) a F(1,b,c,...) a F(0,b,c,...)

На основании этой формулы можно сформулировать следующее об- щее правило разложения общей структуры по ключевому элементу:

  1. В исходной структуре выбирается элемент с наибольшим числом связей – элемент разложения х.

  2. В месте расположения элемента х делается замыкание. Получается первая структура. Последовательно перед ней включается элемент разложе- ния х.

  3. В месте расположения элемента х в исходной структуре делается обрыв. Получается вторая структура. Последовательно перед ней включает- ся элемент x.

  4. Исходная структура эквивалентна параллельному включению по- лученных выше структур.

Рассмотрим разложение по ключевому элементу структуры из эле- ментов 6, 7, 8, 9, 10 на Рис. 1. В качестве элемента разложения используем элемент мостика 8. Тогда исходная структура преобразуется к виду:





2 Параметры надежности




Интенсивность отказа - условная плотность вероятности возникнове- ния отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возникнет - в общем слу- чае определяется по формуле

(t)

P' (t)



P(t)

f(t)


P(t)

(1)


где f(t)плотность распределения наработки до отказа,

Р(t) вероятность безотказной работы.


c


Например, для систем с общим резервированием, состоящих из n рав- нонадежных элементов с экспоненциальным законом распределения, интен- сивность отказов определяется выражением

c(t)

P' (t)

net(1 et)n1




(2)



Pc(t)

1 (1 e t)n

где - интенсивность отказов одного элемента,

Рс(t),Р'с(t) вероятность безотказной работы резервированной систе- мы и ее производная.

Cредняя наработка до отказа определяется по формуле



Tо P(t)dt

0

(3)

Для случая экспоненциального закона распределения времени безот- казной работы, вероятность безотказной работы определяется как:

P(t) e t

Вероятность отказа Q(t)равна

Q(t) 1 P(t) 1 et

(4)
(5)


  1. Расчет вероятности безотказной работы для невосстанавливаемых элементов, соединенных последовательно



Вероятность безотказной работы узла P(t), состоящего из nпоследо- вательно включенных элементов равна:


Py(t)


p1 (t) p2 (t) ... pn(t) pi(t)

i1

, (6)

где Py(t)- вероятность безотказной работы узла,

pi(t)- вероятность безотказной работы i-го элемента.

Для случая экспоненциального закона распределения времени безот- казной работы:


n
Py(t) 
eit


ti

ei1

eyt
(7)



n


где

y ii1

i1

- интенсивность отказов узла (1/ч),


i
 (t) - интенсивность отказов i-го элемента (1/ч).

Поэтому в результате первого преобразования (см. Рис.1) получим

P2-3(t)=P2(t)P3(t)=e-(2 3 )t

Вероятность отказа узла Qy(t) равна

(8)

Qy(t)= 1 -Py(t) (9)

  1. Расчет вероятности безотказной работы для невосстанавливаемых элементов, соединенных параллельно



Вероятность безотказной работы узла, состоящего из mпараллельно включенных элементов равна

Py(t) =1 -Qy(t), (10)

где Qy(t)- вероятность отказа узла.

Используя теорему об умножении вероятностей, получим

Qy(t)=q1(t) q2(t) qm(t) =[1-p1(t)] [1-p2(t)] [1-pm(t)], (11) где qi(t) =1 - pi(t)- вероятность отказа i-го элемента.

Для двух элементов, соединенных параллельно, получим:

Py(t) =1-([1- p1(t)] [1-p2(t)])= p1(t) +p2(t)-p1(t)p2(t), (12)

Например, вероятность безотказной работы узла (см. Рис.2) найдем после второго преобразования

P1-2-3( t )=p1(t) +p23(t) -p1(t)p23(t) (13)