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:
-
В исходной структуре выбирается элемент с наибольшим числом связей – элемент разложения х. -
В месте расположения элемента х делается замыкание. Получается первая структура. Последовательно перед ней включается элемент разложе- ния х. -
В месте расположения элемента х в исходной структуре делается обрыв. Получается вторая структура. Последовательно перед ней включает- ся элемент x. -
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)
net(1 et)n1
(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)
-
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)
i1
, (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)
eit
ti
ei1
eyt
(7)
n
где
y ii1
i1
- 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)
-
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)