ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СТРУКТУРНО ИЗБЫТОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 629.7.017
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СТРУКТУРНО ИЗБЫТОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Ю.А. Гатчин, О.А. Кузнецова, В.В. Лобов
В статье рассмотрен практический опыт расчета надежности (безотказности) при проектировании структурно избыточных (резервированных) изделий, входящих в сложные технические системы и построенных на устройствах с неполным контролем отказов и с ограничениями безотказности как средств контроля, так и элементов переключения с основного на резервное устройство. Ключевые слова: надежность, безотказность.
Введение
Повышение безотказности изделий при проектировании путем введения структурного резервирования имеет широкое распространение. Схемы расчета безотказности таких изделий обычно представляются в виде параллельного соединения входящих устройств без учета влияния контроля и надежности элементов переключения на ре-
зерв. При этом идеализируется как полнота контроля (ω =1), так и безотказность средств контроля и элементов переключения. Для примера на рис. 1 представлена схема возможных состояний изделия как идеализированной резервированной группы. Отказ такой резервированной группы возникает при отказе и первого, и второго устройства. Схема расчета надежности изделия представлена на рис. 2.
Sа
Sб
Устройство 1 Устройство 2
Устройство 1 Устройство 2
Sв
Устройство 1
Sг
Устройство 1 Устройство 2
Устройство 2
Рис. 1. Схема возможных состояний изделия как идеализированной резервированной группы устройств: Sа, Sб, Sв – безотказные состояния
Устройство 1
Устройство 2
Рис. 2. Схема расчета безотказности резервированной группы, состоящей из основного и резервного устройств
Алгебраическое уравнение работоспособности R, соответствующая ей функция
вероятности безотказной работы Р(t) и вероятности отказа Q(t) [1–3] для резервирован-
ной (дублированной) группы при идеальном контроле и идеальном переключении на
применение резерва имеют следующий вид:
R = Sа + Sб + Sв ,
(1)
Р(t)= Р1(t) + Q1(t)⋅ Р2(t) ,
(2)
Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2009, № 1(59)
45
Q(t) = Q1(t) ⋅ Q2(t).
Цель исследования
(3)
На практике при проектировании не удается реализовать полный контроль отказов (работоспособности) устройств, а элементы, реализующие переключение на резервное устройство, ограничены по надежности, поэтому применение идеализированных моделей расчета безотказности может привести к получению завышенных значений показателей безотказности. Цель исследования – проанализировать возможные модели расчета резервированных групп устройств при проектировании с учетом реального контроля и безотказности элементов переключения на резерв.
Учет контроля и переключения
Контроль работоспособности устройств, как правило, основывается на результатах следующих видов контролей: – контроль отдельного устройства собственными встроенными программно-
аппаратными средствами, полнота контроля при этом ограничивается возможностями внутренних программных и аппаратных средств; – функциональный контроль – контроль на уровне изделия в целом за счет выполнения специальных режимов контроля или при непосредственном рабочем функционировании; – органолептический контроль со стороны экипажа или обслуживающего персонала.
Для нерезервированных изделий показатели контроля в процессе работы могут влиять на обеспечение отказобезопасности, а при выполнении технического обслуживания – на своевременность выполнения, в случае необходимости, восстановительных работ. Для изделий с резервированием входящих устройств полнота контроля, кроме того, непосредственно влияет на реализацию реконфигурации структуры изделия при отказах и, как следствие, на безотказность изделия.
Характеристики системы контроля обеспечивают эффективность резервирования. Необнаруженный отказ, например, не позволяет отключить отказавшее основное устройство и заменить его на работоспособное резервное, и это означает, что изделие при работоспособном резервирующем устройстве оказывается в состоянии отказа. С другой стороны, принятие мер по повышению полноты контроля может привести к увеличению объема аппаратуры, что, в свою очередь, снижает безотказность. Оптимальное соотношение между показателями контролепригодности и выделяемыми ресурсами необходимо получать с помощью соответствующих методов оптимизации.
Устройство
функциональная часть
контролируемая
неконтролируемая
встроенные средства кон-
троля
Рис. 3. Представление контролируемого устройства со встроенными средствами контроля
Общий случай контролируемого устройства со встроенными средствами контроля представлен на рис. 3. При безотказном состоянии средств контроля имеется методическое ограничение достоверности результатов контроля (ω
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СТРУКТУРНО ИЗБЫТОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Ю.А. Гатчин, О.А. Кузнецова, В.В. Лобов
В статье рассмотрен практический опыт расчета надежности (безотказности) при проектировании структурно избыточных (резервированных) изделий, входящих в сложные технические системы и построенных на устройствах с неполным контролем отказов и с ограничениями безотказности как средств контроля, так и элементов переключения с основного на резервное устройство. Ключевые слова: надежность, безотказность.
Введение
Повышение безотказности изделий при проектировании путем введения структурного резервирования имеет широкое распространение. Схемы расчета безотказности таких изделий обычно представляются в виде параллельного соединения входящих устройств без учета влияния контроля и надежности элементов переключения на ре-
зерв. При этом идеализируется как полнота контроля (ω =1), так и безотказность средств контроля и элементов переключения. Для примера на рис. 1 представлена схема возможных состояний изделия как идеализированной резервированной группы. Отказ такой резервированной группы возникает при отказе и первого, и второго устройства. Схема расчета надежности изделия представлена на рис. 2.
Sа
Sб
Устройство 1 Устройство 2
Устройство 1 Устройство 2
Sв
Устройство 1
Sг
Устройство 1 Устройство 2
Устройство 2
Рис. 1. Схема возможных состояний изделия как идеализированной резервированной группы устройств: Sа, Sб, Sв – безотказные состояния
Устройство 1
Устройство 2
Рис. 2. Схема расчета безотказности резервированной группы, состоящей из основного и резервного устройств
Алгебраическое уравнение работоспособности R, соответствующая ей функция
вероятности безотказной работы Р(t) и вероятности отказа Q(t) [1–3] для резервирован-
ной (дублированной) группы при идеальном контроле и идеальном переключении на
применение резерва имеют следующий вид:
R = Sа + Sб + Sв ,
(1)
Р(t)= Р1(t) + Q1(t)⋅ Р2(t) ,
(2)
Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2009, № 1(59)
45
Q(t) = Q1(t) ⋅ Q2(t).
Цель исследования
(3)
На практике при проектировании не удается реализовать полный контроль отказов (работоспособности) устройств, а элементы, реализующие переключение на резервное устройство, ограничены по надежности, поэтому применение идеализированных моделей расчета безотказности может привести к получению завышенных значений показателей безотказности. Цель исследования – проанализировать возможные модели расчета резервированных групп устройств при проектировании с учетом реального контроля и безотказности элементов переключения на резерв.
Учет контроля и переключения
Контроль работоспособности устройств, как правило, основывается на результатах следующих видов контролей: – контроль отдельного устройства собственными встроенными программно-
аппаратными средствами, полнота контроля при этом ограничивается возможностями внутренних программных и аппаратных средств; – функциональный контроль – контроль на уровне изделия в целом за счет выполнения специальных режимов контроля или при непосредственном рабочем функционировании; – органолептический контроль со стороны экипажа или обслуживающего персонала.
Для нерезервированных изделий показатели контроля в процессе работы могут влиять на обеспечение отказобезопасности, а при выполнении технического обслуживания – на своевременность выполнения, в случае необходимости, восстановительных работ. Для изделий с резервированием входящих устройств полнота контроля, кроме того, непосредственно влияет на реализацию реконфигурации структуры изделия при отказах и, как следствие, на безотказность изделия.
Характеристики системы контроля обеспечивают эффективность резервирования. Необнаруженный отказ, например, не позволяет отключить отказавшее основное устройство и заменить его на работоспособное резервное, и это означает, что изделие при работоспособном резервирующем устройстве оказывается в состоянии отказа. С другой стороны, принятие мер по повышению полноты контроля может привести к увеличению объема аппаратуры, что, в свою очередь, снижает безотказность. Оптимальное соотношение между показателями контролепригодности и выделяемыми ресурсами необходимо получать с помощью соответствующих методов оптимизации.
Устройство
функциональная часть
контролируемая
неконтролируемая
встроенные средства кон-
троля
Рис. 3. Представление контролируемого устройства со встроенными средствами контроля
Общий случай контролируемого устройства со встроенными средствами контроля представлен на рис. 3. При безотказном состоянии средств контроля имеется методическое ограничение достоверности результатов контроля (ω