Схема аналогична предыдущей, однако при отказе одного элемента появляется состояние, которому соответствует выходной эффект: «схема одного отказа» .Возможны только такие состояния системы, при которых не больше2-х ее элементов являются неработоспособными: «схема двух отказов». Общее количество состояний .Доли времени нахождения системы в других, помимоприведенных ранее, состояниях считают пренебрежимо малыми. Вычисления потерь производительности системы вследствие ненадежности ее элементов целесообразно осуществлять, последовательно переходя от схемы одного состояния к схемам 1-го, 2-х и т. д. отказов элементов. При «схеме одного состояния» коэффициент эффективности для этого состояния равен, для других состояний. Относительные средние потери при этом вычисляют по следующемувыражению:
где — вероятность, что все элементы находятся в работоспособном состоянии. Вероятность вычисляют по значениям коэффициентов готовности всех j-ых элементов или по соотношению:
При схеме «одного отказа» вычисляют вероятности нахождения системы в каждом ν-м из состояний по выражению:
Тогда:Увеличение относительной производительности системы при расчете по схеме одного отказа можно грубо оценить по следующей формуле:
где: — ориентировочная оценка среднего коэффициента эффекта для состояния системы, в которой не работает один элемент (остальные (n-1) элементов в работе); - среднее значение отношения для элементов системы. Для систем с различными и расчетысущественно усложняются. При расчетах по «схеме двух отказов» сильно усложняются вычисления в результате резкого увеличения количества рассматриваемых состояний. Поэтой причине часто приходится использовать ЭВМ. Последовательность вычисления та же: по графу вычисляются средние потери. Для решения вопроса о целесообразности расчета по «схеме двух отказов» формулу перепишем в виде:
где:В этом выражении первая сумма характеризует производительность системы при одном отказе, а вторая — при двух.
4.3 Характерные особенности расчетных методов и их виды.
Количественные показатели надежности определяются по результатам расчетов. Такие расчеты проводят как при проектировании, так и на заключительной стадии испытания, а также в ходе анализа результатов эксплуатации. Принято расчеты подразделять на две группы. К первой группе относятся расчеты, которые основаны на анализе структуры изделия и заданных условий работы. Такие расчеты принято называть расчетами надежности или расчетно-аналитическими.
Ко второй группе относятся расчеты, которые связаны с обработкой результатов экспериментов. Их называют расчетно-экспериментальными, или обработкой опытных данных. Расчеты надежности обычно связаны с предварительным установлением закономерностей, которым подчинены изменения действующих факторов: характер процесса появления отказов и процесса восстановления работоспособности системы, предполагаемый закон распределения входных величин, связь между действием отказов элементов объекта инабором входных величин, влияние внешних факторов, применяемого способа резервирования и т. д. Поэтой причине расчеты надежности, как правило, приобретают все черты, присущие исследованиям сложных, изменяющихся во времени процессов, предсказание характеристики которых называют прогнозированием. Однако поскольку исходные данные, используемые в расчетах, могут определяться с разной степенью прогнозирования, поэтому и расчеты надежности в зависимости от степени прогнозирования могут быть различными [18]. Методы расчета надежности находятся в состоянии непрерывного развития. Первые рекомендации сводились к расчету простых изделий без учета постепенных отказов и влияния профилактики и контроля. Развитие теории надежности сопровождалось большим числом работ в области расчетов.
На первых этапах этих работ главное внимание обращалось на разработку способов резервирования и методов расчета надежности при различном резервировании. Объяснялось это тем, что резервирование оказалось самым эффективным средством увеличения надежности при его рациональном использовании. Наиболее употребительные методы резервирования могут быть разделены наследующие группы [21]: элементное или системное резервирование, когда в объекте наряду с основным элементом имеет место резервный. Способы их включения могут быть разными (параллельное, последовательное, поэлементное, комбинированное, мостиковое, общее, с переключающими устройствами, постоянное, по избирательной схемеи пр.);временное резервирование, при котором предусматривается резерв (запас) времени для выполнения заданных функций. Такой запас времени позволяет осуществлять многократное повторение рабочей операции, обнаружение отказа и устранение его. Отказы в периоды резервного времени не приводят к катастрофическим последствиям и при расчетах они могут не учитываться;
функциональное резервирование, при котором система характеризуется функциональной избыточностью, т. е. в случае отказов в системе она продолжает исполнять заданные функции;
информационное резервирование, когда при передаче и представлении информации используют добавочные (избыточные, резервные) средства представления (коды с обнаружением ошибок, дополнительные кодовые разряды и пр.).Информационная избыточность позволяет исключить искажения в передаче данных даже при наличии отказов в аппаратуре передачи и отображения и по этой причине по своему воздействию на надежность относится к категории резервирования.
4.4 Направления совершенствования расчетных методов.
Первым направлением является разработка и совершенствование методов расчета резервированной аппаратуры, включая также аппаратуру с автоматическим перестроением структуры (аппаратура адаптирующаяся), явилось одним из главных и первых направлений совершенствования расчетных методов. Второе направлениесовершенствования расчетных методов заключается в разработке методов расчета, которые учитывают влияние восстановления работоспособностии контроля. Работы в этом направлениитакже были вызваны потребностью практики, поскольку при использовании сложных и высоконадежных систем обнаружилось, что для обеспечения повышенной надежности таких систем требуется контроль за их техническим состоянием и правильно организованное обслуживание, которое связано с заменой узлов и деталей. Виды контроля: контроль ограниченный и полный; контроль аппаратурный и программный; контроль периодический, непрерывный и контроль в случайные промежутки времени. Восстановление работоспособности систем также стало разнообразным (частичное и полное, без потери и с потерей времени и пр.). Все это требовало разработки новых методов и приемов расчета надежности, которые бы учитывали влияние на надежность различных способов контроля и восстановления работоспособности. Третье направлениепредставляют работы в области расчетов надежности сложных систем. Обычные методы расчета надежности, которые ориентированы на простые системы, оказались неприменимымипри расчетесистем сложных. Это обусловило необходимость разработки специальных методов расчета. Четвертое направлениеобъединяет работы по расчетам т.н.параметрической и функциональной надежности. На первых этапах развития теории надежности все расчетные методы были основаны на учете внезапных, полных отказов и на предположении о том, что они подчинены экспоненциальному закону распределения. Также считалось общепринятым, что вызывается отказ системы отказом составных ее частей, поэтой причине интенсивность отказов системы определялась как сумма интенсивностей отказов составных ее элементов, корректированная с учетом используемого резервирования и восстановления. Такой подход, то есть элементный расчет надежности, не потерял своего значения и на современном этапе, однако он стал недостаточным. Зачастую требуется определить не вероятность того, что откажет элемент или группа элементов системы, а вероятность того, что системой будет выполнена заданная рабочая функция.
Такая задача стала особенно актуальной с внедрением в технику логических элементов, то есть устройств, при помощи которых решаются логические задачи. Расчет надежности, с помощью которого решается задача выполнения заданных рабочих функций, получил название расчета функциональной надежности. Расчетом параметрической надежности обычно называют расчет, в результате которого определяется вероятность того, что некоторый параметр или группа параметров, определяющих работоспособность системы, не выйдут за пределы допуска. Расчет параметрической надежности по своему существу является продолжением обычных инженерных расчетов, которые проводят в процессе проектирования системы. При проектировании рассчитывают основные характеристики назначения и параметры: точность, устойчивость и т. п. Расчеты параметрической надежности являются продолжением расчетов указанных параметров и характеристик и сопровождается изучением их изменений с течением времени и определением вероятности выхода их за допустимые границы. Разработку инженерных методов расчета параметрической и функциональной надежности следует считатьпятым направлениемработ по расчетам надежности. Степень прогнозирования указанных расчетов достаточно высокая, так как в них учитывается характер процессов изменения факторов, оказывающих влияние на надежность.
Заключение
.
В настоящей курсовой работе рассмотрена концепция надёжности технических систем и производственной безопасности как составной части техногенной безопасности. Приведены основные определения и термины надёжности технических систем, указаны основные опасности технических систем. Рассмотрены основные положения теории надёжности технических систем и техногенного риска. Приведены математические формулировки, используемые при оценке и расчёте основных свойств и параметров надёжности технических объектов, рассмотрены элементы физики отказов, структурные схемы надёжности технических систем и их расчёт. Рассмотрена методология анализа и оценки техногенного риска, приведены основные количественные и качественные методы оценки риска, методология оценки надёжности, безопасности и риска с использованием логико-графических методов анализа. Процессы, протекающие в технических системах и связанные с отказами техники, являются сложными случайными процессами. Моделирование таких процессов требует составления и решения дифференциальных и алгебраических уравнений высокого порядка. При этом в результате их решения получаются показатели надежности, имеющие вероятностный смысл, который сложно понять, если отсутствует опыт решения подобного рода задач. Надежность сложных информационных и технических систем оценивается большим количеством показателей. Определение каждого из них осуществляют по уникальной методике. Вычисление вероятности безотказной работы и функции готовности связано с решением дифференциальных уравнений. Вычисление среднего времени безотказной работы требует знания интегрального исчисления. Определение параметра потока отказов невозможно без знания методов решения интегральных уравнений и т. д. В результате в теории надежности существует огромное число методов анализа и синтеза технических систем по разным критериям надежности.
Список литературы
1. Каштанов
В. А. Теория надежности сложных систем /В.А. Каштанов,
А. И. Медведев. — 2-е изд-е, перераб. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. — 608 с.
2. Дорохов, A.H. Обеспечение надежности сложных технических систем: учебник / A.H. Дорохов, B.A. Керножицкий, A.H. Миронов, O.Л. Шестопалова. — СПб.: Изд-во «Лань», 2010. — 352 с.
3. Основы теории надежности: учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 23.
03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» / А. М. Третьяков; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. — Бийск: Изд-во Алт.
гос. техн. ун-та, 2016. — 106 с4. Рябинин, И. А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем / И. А. Рябинин. — СПб.: Изд-во С.-Петербур.
ун-та, 2007. — 276 с5. Половко, A.M. Основы теории надежности / A.M. Половко, C.B. Гуров.
— 2-е изд., переработанное и дополненное — СПб.: БХВ-Петербург, 2006. — 704 с.
6. Чебоксаров A.H. Основы теории надежности и диагностика: курс лекций / A.H. Чебоксаров. — Омск: Сиб.
АДИ, 2012. — 76 с.
7. Матвеевский B.P. Надежность технических систем. Учебное пособие — Московский государственный институт электроники и математики. М., 2002 г. — 113 с.
8. Ефремов, И. Надежность технических систем и техногенный риск: учебное пособие / И. Ефремов, Н. Рахимова; Министерство образования и науки РФ, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет». — Оренбург: ОГУ, 2013. — 163 с.
9. Малафеев, C.A. Надежность технических систем. Примеры и задачи: учебное пособие / C.A. Малафеев, A.И. Копейкин. — Санкт-Петербург: Издательство «Лань», 2012. — 320 с.
10. Надёжность технических систем и техногенный риск: учебное пособие / Р. А. Шубин. — Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. — 80 с.
11. Ветошкин, А. Г. Надёжность технических систем и техногенный риск / А. Г. Ветошкин. — Пенза: Изд-во ПГУАиС, 2003.
12. Райзер, В. Д. Теория надёжности в строительном проектировании / В. Д. Райзер. — М.: Изд-во АСВ, 1998.
13. Северцев, H.A. Надёжность сложных систем в эксплуатации и отработке / H.A. Северцев. — М.: Высшая школа, 1989.
14. Воскобоев, В. Ф. Надёжность технических систем и техногенный риск. Ч. I. Надёжность технических систем / В. Ф. Воскобоев. — М.: OOO ИД «Альянс», 2008; OOO Изд-во «Путь», 2008. — 200 с.
15. Надёжность технических систем: справочник / Ю. К. Беляев и др. — М.: Радио и связь, 1985.
16. Хенли, Э.Дж. Надёжность технических систем и оценка риска / Э.Дж. Хенли, Х. Куммамото. — М.: Машиностроение, 1984.
17. Федотов A.B. Основы теории надежности и технической диагностики: конспект лекций / A.B. Федотов, H.Г. Скабкин. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. — 64 с.
18. Ушаков И.A. Курс теории надежности систем: учебное пособие для вузов / И.A. Ушаков. — М.: Дрофа, 2008. — 239 с.
19. Яхьяев Н. Я. Основы теории надежности и диагностика: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Н. Я. Яхьяев, А. В. Кораблин. — М.: Издательский центр «Академии», 2009. — 256 с.
20. Диагностика и техническое обслуживание машин: учебник для студентов высш. учеб заведений / [А.Д. Ананьин, В. М. Михлин, И. И. Габитов и др.]. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 432 с.
21. Зорин В. А. Основы работоспособности технических систем: Учебник / В. А. Зорин. — М.: ООО «Магистр-Пресс», 2005. — 536 с.
22. Надежность технических систем: справочник / Ю.K. Беляев, B.B. Болотин, B.A. Богатырев [и др.]; под ред. И. А. Ушакова. — М.: Радио и связь, 1985. — 608 с.
23. Надёжность систем управления: учебное пособие В. Н. Шкляр; Томский политехнический университет. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009 — 126 с.
24. Волик Б. Г. Работоспособность управляющих систем. Датчики и системы, — 2010. № 5 с.
75−78. 25. Гуров С. М., Половко А. М. Основы теории надежности. BHVСПб., 2006. — 560 c. 26.
Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. М.: Радио и Связь, 1969. ;
488с. 27. Дружинин Г. В. Надежность производственных автоматизированных систем. М.: Энергоатомиздат, 1986.
— 480 c. 28. Ушаков И. А. Вероятностные модели надежности информационно-вычислительных систем. М.: Радио и Связь, 1991.
— 132 c. 29. Кузнецов Н. Ю., Коваленко И. Н. Методы расчета высоконадежных систем. ;
М.: Радио и связь, 1988. — 176 с. 30. Рябинин И. А. Надежность и безопасность сложных систем. //.
СПб.: Политехника, 2000. — 248 с.
