Выбор аналитического метода инженерной оценки надежности

При выборе аналитического метода расчета надежности анализируются следующие признаки:

1) вид соединения элементов в системе;

2) рассматриваемый участок времени функционирования системы;

3) наличие или отсутствие технического обслуживания;

4) типы законов распределения времен безотказной работы и времен восстановления элементов системы;

5) количество состояний в системе.

Выбор метода начинается с анализа вида соединения элементов. Все возможные виды соединения элементов объединяются в две группы. К первой группе относится самое «простое» - последовательное соединение. Все остальные виды соединения считаются «сложными» и относятся ко второй группе.

Такому делению видов соединения элементов соответствует первый уровень схемы.

На втором шаге рассматривается участок времени функционирования, на котором исследуется надежность системы. Здесь различаются начальный участок (простирающийся от момента включения системы до ее отказа) и стационарный (когда потоки отказов и восстановлений системы можно считать установившимися). Выбор участка времени функционирования однозначно определяет наличие или отсутствие восстановления системы после ее отказа, а также искомые надежностные характеристики и показатели. Такому делению участков времен функционирования системы соответствует второй уровень схемы.

Далее анализируется, подвергается ли система техническому обслуживанию (ТО) или нет. Здесь под ТО понимается техническое обслуживание, проводимое на системе с резервированием элементов и состоящее в восстановлении (или замене) отказавших компонентов на еще работоспособной системе.

Влияния ТО на выбор метода расчета надежностных показателей системы отражено на третьем уровне.

На следующем шаге рассматриваются типы законов распределения времен безотказной работы и восстановления элементов. Из всех существующих законов распределения в одну группу выделяются экспоненциальное распределение - «exp», все остальные объединяются в группу под названием «произвольные распределения» (пр).

Если система не подвергается ТО и не восстанавливается после отказа, то для расчета ее надежности задаются только законы распределения времен безотказной работы компонентов (ехр или пр). Если система восстанавливаемая или допускает ТО, то наряду с законами распределения времен безотказной работы компонентов должны быть заданы законы распределения времен восстановления компонентов. В этом случае следует различать следующие комбинации законов распределения:

1) все законы распределения времени безотказной работы компонентов и времени восстановления - экспоненциальные (ехр, пр);

2) ряд законов распределений (законы распределения времени безотказной работы компонентов или времени восстановления) - экспоненциальны, а остальные относятся к группе «произвольные распределения» (ехр, пр);

3) все законы распределения времени безотказной работы компонентов и времени восстановления относятся к группе «произвольные распределения» (пр, пр).

Следующий этап анализа системы состоит в оценке (количественной или качественной) числа состояний, в которых может находиться система в процессе своего функционирования. В общем случае, чем больше состояний в системе, тем труднее анализ ее надежностных свойств аналитическими методами. Поэтому исследуемые системы разбиваются на две группы. К первой группе отнесем схемы, процесс функционирования которых сводится к малому числу состояний (10 - 15) («м»); ко второй - процесс функционирования которых задан большим числом состояний («б»).

Такое деление систем на две группы отображено на пятом уровне схемы. Если стрелки, отмеченные буквами «м» и «б», сходятся к одной точке, это означает, что число состояний практического влияния на выбор метода решения не оказывает.

На этом выбор метода решения задачи заканчивается; совокупность признаков исследуемой системы однозначно определяет метод решения.

Приведенная схема выбора метода дает лишь определенную ориентировку и результат выбора не следует считать единственным и окончательным. Окончательное решение относительно целесообразности применения того или иного метода для анализа расчета надежности конкретной системы может быть принято лишь после выполнения пробных расчетов.

В связи со сложностью и, в частности, с большим числом элементов при аналитической оценке надежности системы можно использовать все возможности декомпозиции исследуемой системы. Во многих случаях имеет смысл исключить из рассмотрения некоторые взаимосвязи между элементами системы, препятствующие декомпозиции, даже ценой снижения точности получаемых решений.

Один из наиболее эффективных путей декомпозиции системы - декомпозиция по выполняемым системой функциям, что реализуется естественным образом, если каждый из элементов системы участвует в выполнении только одной функции. Этот способ декомпозиции бывает целесообразен и в случаях, когда некоторые элементы участвуют в выполнении нескольких функций, если их доля в общем числе невелика.

При использовании декомпозиции оценка надежности системы включает три основных этапа:

1) разбиение структуры системы на ряд самостоятельных блоков (каждый из которых соответствует отдельной функции системы, отдельной подсистеме или представляет собой некоторую типовую надежностную структуру - последовательную, параллельную, мажоритарную);

2) выбор метода и аналитическая оценка надежности всех блоков, полученных в результате декомпозиции;

3) выбор метода и аналитическая оценка надежности системы в целом на основе полученных данных о надежности выделенных блоков.

Следует отметить, что этап 3) не всегда может быть выполнен даже при выполнении этапов 1) и 2), так как в результате одноразового использования приема декомпозиции зачастую устраняются не все трудности расчета надежности системы. В этом случае следует попытаться этапы 1) и 2) применять последовательно до тех пор, пока или не станет возможно выполнить этап 3) или окажется, что дальнейшая декомпозиция системы нецелесообразна. Если же в результате неоднократного применения этапов 1) и 2) к исследуемой системе оценка надежности системы по результатам анализа надежности, полученных в результате декомпозиции структур, не может быть проверена изложенными методами, можно использовать методы вероятностного моделирования.

В тех случаях, когда надежную структуру системы можно представить в виде ряда последовательно соединенных (в смысле надежности) блоков, каждый из которых отображает совокупность ТС, имеющих автономную систему технического обслуживания и восстановления, можно пользоваться модификацией МП-метода.

Если система содержит большое количество элементов, имеющих произвольное распределение времени безотказной работы, и имеет как перерезервированную, так и резервированную структуру, но в процессе работы не подвергается техническому обслуживанию и может быть представлена, как состоящая из одинаковых в надежностном смысле компонентов, можно использовать W -метод.

Если для исследуемой системы, изложенные аналитические методы не позволяют получить требуемую оценку надежности, можно использовать метод статистического моделирования.

Дата добавления: 2014-01-07