Megbízhatósági számítás

A megbízhatóságszámítás egy eljárás az objektumok megbízhatósági mutatóinak értékeinek meghatározására olyan módszerekkel , amelyek számításán alapulnak az objektumelemek megbízhatóságára vonatkozó referenciaadatokon, az analóg objektumok megbízhatóságára vonatkozó adatok, az anyagok tulajdonságaira vonatkozó adatok alapján. és a számítás időpontjában rendelkezésre álló egyéb információk.

A számítás eredményeként meghatározzák a megbízhatósági mutatók mennyiségi értékeit .

Történelem

A műszaki eszközök és rendszerek megbízhatóságának kiszámításának igénye az emberek általi használatuk kezdete óta fennáll. Például az 1900 -as évek elején problémát jelentett a gázlámpák átlagos égési idejének becslése, a harmincas évek közepén pedig V. Weibull svéd tudós munkájának köszönhetően a lámpák átlagos működési idejének leírása . egy elektronlámpa, mielőtt meghibásodott ( Weibull-eloszlás ) vált híressé.

A megbízhatóság számítási módszereinek kutatására példa a V-1 és V-2 rakétarendszerek Wernher von Braun általi létrehozásának története [1] . Abban az időben Eric Pieruschka német matematikus dolgozott Brown laboratóriumában , aki bebizonyította, hogy a rakéta megbízhatósága egyenlő az összes alkatrész megbízhatóságának szorzatával, nem pedig a legmegbízhatatlanabb elem megbízhatóságával, ahogy Brown hitte. Később Brownnal az 50-es évek közepén Robert Lusser ( angol ) német mérnök dolgozott az USA -ban , aki megfogalmazta a jövőbeni megbízhatóságelmélet főbb elméleti rendelkezéseit . A sorba kapcsolt rendszerek megbízhatóságának kiszámítására szolgáló képlete „ Lusser - törvény ” néven vált ismertté .

A Szovjetunióban a megbízhatóság kiszámításával foglalkozó első munkák közé tartozik Yakub B. M. mérnök cikke „A megbízhatóság kiszámításának mutatói és módszerei az energiaszektorban”, amely az „Electricity” folyóiratban jelent meg , 1934. 18. szám, valamint egy cikke. Siforov professzor V. És " A nagyszámú elemet tartalmazó rendszerek megbízhatóságának számítási módszereiről" ( Proceedings of the Academy of Sciences of the Szovjet . Department of Technical Sciences. No. 6, 1954) Függetlenül attól, hogy a német nyelv lezárt munkái tudósok szerint ezekben a cikkekben a soros kapcsolattal rendelkező rendszerek megbízhatóságát a megbízhatósági elemek szorzataként számították ki.

A Szovjetunió első monográfiája a megbízhatóság elméletéről és számításairól - I. M. Malikov, A. M. Polovko , N. A. Romanov, P. A. Chukreev „Az elmélet alapjai és a megbízhatóság számítása” (Leningrad, Sudpromgiz , 1959) könyve.

A megbízhatósági számítás céljai

A modern szerkezetileg összetett műszaki rendszerek és objektumok megbízhatósági és biztonsági kérdéseinek megoldása az életciklus minden szakaszában megtörténik, a tervezéstől a létrehozáson, a gyártáson át az üzemeltetésen, használaton át az ártalmatlanításig. Ebben az esetben a következő célok követhetők [2] :

az objektum vagy összetevői megbízhatóságára vonatkozó mennyiségi követelmények megalapozása;
egy objektum sematikus és konstruktív megépítésére vonatkozó lehetőségek megbízhatóságának összehasonlító elemzése és a racionális lehetőség választásának indoklása, beleértve a költségkritériumot is;
az objektum és/vagy összetevői elért (elvárt) megbízhatósági szintjének meghatározása, beleértve a megbízhatósági mutatók vagy az objektum összetevői megbízhatósági jellemzői eloszlási paramétereinek számított meghatározását, mint kiindulási adatot az objektum megbízhatóságának kiszámításához mint egész;
a létesítmény tervezésének, gyártási technológiájának, karbantartási és javítási rendszerének javítására javasolt (megvalósított) intézkedések hatékonyságának alátámasztása és hatékonyságának ellenőrzése, amelynek célja a létesítmény megbízhatóságának javítása;
különféle optimalizálási problémák megoldása , amelyekben a megbízhatósági mutatók objektív függvényként, ellenőrzött paraméterként vagy peremfeltételként működnek, beleértve az objektum szerkezetének optimalizálását, a megbízhatósági követelmények elosztását a megbízhatóság egyes összetevőinek mutatói között (például megbízhatóság és karbantarthatóság), készletek Alkatrészek és tartozékok, a karbantartási és javítási rendszerek optimalizálása, a garanciális időszakok és a létesítmény hozzárendelt élettartamának (erőforrásának) indoklása stb.;
az objektum elvárt (elért) megbízhatósági szintje a megállapított követelményeknek való megfelelésének ellenőrzése (megbízhatósági ellenőrzés), ha a megbízhatósági szintjük közvetlen kísérleti igazolása műszakilag lehetetlen vagy gazdaságilag nem célszerű.

A műszaki rendszerek tervezési szakaszában a megbízhatóság tervezési számítása történik.

A tervezési megbízhatóság számítása egy eljárás az objektum megbízhatósági mutatóinak értékeinek meghatározására a tervezési szakaszban olyan módszerekkel, amelyek a referencia és az objektumelemek megbízhatóságára vonatkozó, a számítás időpontjában rendelkezésre álló egyéb adatokon alapulnak.

A megbízhatóság tervezési számítása minden automatizált rendszer megbízhatóságának biztosítására irányuló kötelező munka része, és a szabályozási és műszaki dokumentáció (GOST 27.002-89, GOST 27.301-95, GOST 24.701-86) követelményei alapján történik. .

A tesztelés és az üzemeltetés szakaszában a megbízhatósági számítást elvégezzük a tervezett rendszer megbízhatóságának mennyiségi mutatóinak felmérésére.

Megbízhatósági számítási módszerek

Strukturális módszerek a megbízhatóság kiszámításához

A strukturális módszerek a megbízhatósági mutatók számításának fő módszerei az olyan elemekre bontható objektumok tervezése során, amelyek megbízhatósági jellemzői a számítások időpontjában ismertek vagy más módszerekkel meghatározhatók. A megbízhatósági mutatók strukturális módszerekkel történő kiszámítása általában a következőket tartalmazza:

az objektum ábrázolása blokkdiagram formájában, amely leírja az elemek állapota és az objektum egésze közötti logikai kapcsolatokat, figyelembe véve a szerkezeti és funkcionális kapcsolatokat és az elemek kölcsönhatását, az elfogadott karbantartási stratégiát, az objektum típusait és módszereit. redundancia és egyéb tényezők;
az objektum megbízhatóságának felépített blokkdiagramjának leírása megfelelő matematikai modellel, amely lehetővé teszi a bevezetett feltételezések és feltételezések keretein belül az objektum megbízhatósági mutatóinak kiszámítását az elemeinek megbízhatóságára vonatkozó adatok alapján. a figyelembe vett pályázati feltételeket.

A megbízhatóság szerkezeti diagramjaként a következők használhatók:

funkcionális integritási sémák ;
a megbízhatóság szerkezeti blokkdiagramjai ;
hibafák ;
állapot és átmenet gráfok .

Logikai-valószínűségi módszer

A logikai-valószínűségi módszerekben (LPM) a probléma kezdeti megállapítása és a vizsgált rendszerobjektum vagy -folyamat működési modelljének felépítése a matematikai logika strukturális és analitikai eszközeivel , valamint a megbízhatósági mutatók kiszámításával történik, a túlélési és biztonsági tulajdonságokat valószínűségszámítás segítségével végezzük .

Az LVM egy módszertan szerkezetileg összetett rendszerek elemzésére, szervezett komplexitású rendszerproblémák megoldására, műszaki rendszerek megbízhatóságának, biztonságának és kockázatának értékelésére és elemzésére. Az LCM-ek alkalmasak a problémák kezdeti formalizált megfogalmazására, a komplex és nagydimenziós rendszerek működésének vizsgált tulajdonságainak szerkezeti leírása formájában. Az LVM-ben eljárásokat dolgoztak ki a kezdeti strukturális modellek kívánt számítási matematikai modellekké alakítására, amelyek lehetővé teszik azok algoritmizálását és megvalósítását számítógépen.

Az LVM tudományos és műszaki apparátusának és alkalmazásuk szempontjainak megalapítója, valamint a tudományos iskola alapítója és vezetője I. A. Ryabinin professzor .

Általános logikai-valószínűségi módszer

Az LPM nem monoton folyamatokra való kiterjesztésének igénye egy általános logikai-valószínűségi módszer (GPM) létrehozásához vezetett. A megbízhatóság számítására szolgáló OLVM-ben a matematikai logika apparátusát használják a függvények megvalósítási feltételeinek elsődleges grafikus és analitikus leírására a tervezett rendszerben egyedenként és elemcsoportonként, valamint a valószínűségszámítás és a kombinatorika módszereit . számszerűsíteni a tervezett rendszer egésze működésének megbízhatóságát és/vagy veszélyét. Az OLVM használatához meg kell határozni a vizsgált rendszerek funkcionális integritásának speciális szerkezeti sémáit, működésük logikai kritériumait, az elemek valószínűségi és egyéb paramétereit.

Az OLVM-et használó rendszerek modellezésével és megbízhatóságának kiszámításával kapcsolatos összes probléma megfogalmazásának és megoldásának középpontjában az úgynevezett eseménylogikai megközelítés áll. Ez a megközelítés a GPRS következő négy fő szakaszának egymás utáni megvalósítását biztosítja:

a probléma szerkezeti-logikai megfogalmazásának szakasza;
a logikai modellezés szakasza;
a valószínűségi modellezés szakasza;
a megbízhatósági mutatók számításainak elvégzésének szakasza.

Hibafa módszer Markov modellezési módszer [3]

Példák az egyszerű szerkezetű rendszerek megbízhatóságának kiszámítására

Szekvenciális rendszer

Egy szekvenciális felépítésű rendszerben bármely komponens meghibásodása a rendszer egészének meghibásodásához vezet.

A fenti szekvenciális rendszer logikai egyenletrendszere a következő:

${\begin{cases}y_{1}=x_{1},\\y_{2}=y_{1}\land x_{2},\\y_{3}=y_{2}\land x_{3}.\end{cases}}$

Logikai egészségfüggvény (logikai egyenletrendszer megoldása):

Y_{s}=x_{1}\land x_{2}\land x_{3}.

A hibamentes működés valószínűsége:

P_{s}=p_{1}\cdot p_{2}\cdot p_{3},

hol vannak az alkatrészek hibamentes működésének valószínűségei. $p_{1},p_{2},p_{3}$

Általában a rendszer hibamentes működésének valószínűsége egyenlő: $P_{s}=\prod _{i=1}^{N}p_{i}.$

Párhuzamos rendszer

Egy párhuzamos szerkezetű rendszerben a rendszer egészének meghibásodása csak akkor következik be, ha minden elem meghibásodik.

A redukált párhuzamos rendszer logikai egyenletrendszere: ${\begin{cases}y_{1}=x_{1},\\y_{2}=x_{2},\\y_{3}=x_{3}.\end{cases))$

Logikai egészségfüggvény (logikai egyenletrendszer megoldása):

Y_{p}=x_{1}\vagy x_{2}\vagy x_{3}.

A hibamentes működés valószínűsége:

P_{p}=1-(1-p_{1})\cdot (1-p_{2})\cdot (1-p_{3}).

Általában a rendszer hibamentes működésének valószínűsége egyenlő:

P_{p}=1-\prod _{i=1}^{N}(1-p_{i}).

Írja be a rendszert: " k of n "

Annak a valószínűsége, hogy egy azonos (egyformán megbízható) elemekből álló rendszerben pontosan az elemek működnek hiba nélkül, a [4] képlettel számítható ki : $n$ $k$

P_{e}(t,k,n)={\binom {n}{k}}p(t)^{k}q(t)^{nk},\quad k=0,1, 2,\lpont ,n

ahol

p(t)

a rendszerelem hibamentes működésének valószínűsége;

q(t)=1-p(t);

{n \choose k}={\frac {n!}{k!(nk)!}}

a binomiális együttható tól -ig .

n

k

Annak a valószínűsége, hogy egy azonos és egyformán megbízható elemekből álló rendszerben nem kevesebb elem működik hibátlanul, a [4] képlettel számítható ki : $n$ $k$

P(k)=\sum _{i=k}^{n}({\binom {n}{i}}p(t)^{i}q(t)^{ni}}.

Annak valószínűsége, hogy egy azonos és egyformán megbízható elemekből álló rendszerben nem kevesebb elem működik meghibásodás nélkül, egy hasonló, kisebb méretű rendszer hibamentes működésének valószínűségével fejezhető ki [4] : $n$ $k$

P(k)=P(k-1)+P_{e}(t,k,n).

Néhány szoftvercsomag megbízhatósági számításokhoz

A megbízhatóság, a rendelkezésre állás és a karbantarthatóság elemzésére és kiszámítására tervezett szoftvereszközök (ábécé sorrendben) [5] [6] [7] [8] :

belföldi

VÁLTOZATTÓ [9]
Megbízható munkaállomás [10]
ASONIKA-K [11]
AnyGraph [12]
CRISS [13]

külföldi

BlockSim [14]
ITEM szoftver [15]
RAM Commander by Advanced Logistics Development [16]
Megbízhatósági munkaasztal [17]
Szélhűtés [18]

Lásd még

Jegyzetek

↑ Mant D.I. Miért nem repül a Bulava ? PROAtom Ügynökség (2009. június 10.). Hozzáférés dátuma: 2012. január 12. Az eredetiből archiválva : 2006. október 4.. (határozatlan)
↑ GOST 27.301-95 Archív másolat 2021. május 15-én a Wayback Machinenél . Megbízhatóság a mérnöki szakban. Megbízhatósági számítás. Alapvető rendelkezések. Minszk, 1995. S. 12
↑ Hibafa, mint szerkezeti elemzési módszer, példa egy esemény- és incidensfára . Hozzáférés időpontja: 2015. január 22. Az eredetiből archiválva : 2015. január 22. (határozatlan)
↑ 1 2 3 Kuo, W., Zuo, MJ Optimális megbízhatósági modellezés: alapelvek és alkalmazások . - NY: Wiley, 2002. - P. 231-280. - ISBN 0-471-29342-3 .
↑ Viktorova V.S. , Kuntsher Kh.P., Stepanyants A.S. A rendszerek megbízhatóságának és biztonságának modellezésére szolgáló szoftver elemzése // Megbízhatóság. - 2006. - 4. szám (19) . - S. 46-57 . — ISSN 1729-2646 . (Orosz)
↑ Strogonov A., Zhadnov V., Polessky S. A komplex műszaki rendszerek megbízhatóságának számítására szolgáló szoftverrendszerek áttekintése // Komponensek és technológiák. - 2007. - 5. sz . - S. 183-190 . — ISSN 2079-6811 . (Orosz)
↑ Szoftver - NTNU . Letöltve: 2012. február 8. Az eredetiből archiválva : 2012. szeptember 21.. (határozatlan)
↑ Willis R. Felmérés a megbízhatósági tervezést támogató szoftverekről Archiválva : 2012. július 3., a Wayback Machine //Society of Reliability Engineers. 2006.
↑ VÁLTOTT . Hozzáférés időpontja: 2012. február 8. Az eredetiből archiválva : 2012. január 8. (határozatlan)
↑ AWP megbízhatóság . Hozzáférés dátuma: 2012. február 8. Az eredetiből archiválva : 2015. december 22. (határozatlan)
↑ ASONIKA-K . Letöltve: 2012. február 8. Az eredetiből archiválva : 2012. február 11.. (határozatlan)
↑ AnyGraph (lefelé irányuló kapcsolat) . Letöltve: 2019. október 8. Az eredetiből archiválva : 2017. október 23.. (határozatlan)
↑ A.M. Bahmetyev, I.A. Bylov, A.V. Dumov, A.S. Szmirnov. A nukleáris létesítmények valószínűségi biztonsági elemzését végző szoftver fejlesztése // Nukleáris energia. - 2008. - 2. sz . - S. 21-29 . — ISSN 0204-3327 . (Orosz) (nem elérhető link)
↑ BlockSim . Letöltve: 2012. február 8. Archiválva az eredetiből: 2012. február 25. (határozatlan)
↑ ITEM Szoftver . Letöltve: 2012. február 8. Az eredetiből archiválva : 2012. március 9.. (határozatlan)
↑ RAM Commander - Bee Pitron . Letöltve: 2020. március 15. Az eredetiből archiválva : 2020. február 10. (határozatlan)
↑ Megbízhatósági munkaasztal . Hozzáférés dátuma: 2012. február 8. Az eredetiből archiválva : 2011. december 28. (határozatlan)
↑ Szélhűtés (downlink) . Letöltve: 2012. február 8. Az eredetiből archiválva : 2012. február 7.. (határozatlan)

Irodalom

Barlow R., Proshan F. A megbízhatóság statisztikai elmélete és a megbízhatósági vizsgálat. -M.: Nauka, 1984. - 328 p.
Barlow R., Proshan F. A megbízhatóság matematikai elmélete. -M.: Szovjet rádió, 1969.- 485 p.
Kozlov B. V., Ushakov I. A. Kézikönyv a rádióelektronikai és automatizálási berendezések megbízhatóságának kiszámításához. -M.: Szovjet rádió, 1975.
Malikov I. M., Polovko A. M., Romanov N. A., Chukreev P. A. Az elmélet és a megbízhatóság számításának alapjai. - L .: Sudpromgiz, 1959.
Malikov I. M., Polovko A. M., Romanov N. A., Chukreev P. A. Az elmélet és a megbízhatóság számításának alapjai. Szerk. 2., add. - L .: Sudpromgiz, 1960. - 144 p.
Mozhaev AS Általános logikai-valószínűségi módszer összetett rendszerek megbízhatóságának elemzésére. Uch. település L .: VMA, 1988. - 68s.
Polovko A. M. A megbízhatóság elméletének alapjai. - M.: Nauka, 1964. - 446 p.
Polovko A. M. , Gurov S. V. A megbízhatóság elméletének alapjai. - Szentpétervár: BHV-Petersburg, 2006. - 702 p.
Polovko A. M. , Gurov S. V. A megbízhatóság elméletének alapjai. Műhely. - Szentpétervár: BHV-Petersburg, 2006. - 560-as évek.
Ryabinin I. A. Szerkezetileg összetett rendszerek megbízhatósága és biztonsága. St. Petersburg: St. Petersburg University Press, 2007, 278 p.
Ryabinin I. A. A hajó villamosenergia-rendszereinek elméletének és megbízhatóságának számítási alapjai. - L .: Hajógyártás, 1967, 1971.
Ryabinin I. A. , Cherkesov G. N. Logikai és valószínűségi módszerek szerkezetileg összetett rendszerek megbízhatóságának tanulmányozására 1981. 264 p.
Ryabinin I. A. Mérnöki rendszerek megbízhatósága. Alapelvek és elemzés. — M.: Mir, 1976.

Linkek

MIL-HDBK-217F-Notice2 - Amerikai katonai szabvány az elektronikus alkatrészek megbízhatóságának kiszámításához.
A rendszerelemzés általános logikai-valószínűségi módszerének főbb rendelkezései .
Levin V. I. Összetett rendszerek megbízhatóságának logikai elmélete. Moszkva: Energoatomizdat, 1985.
Automatizált vezérlőrendszerek megbízhatóságának és biztonságának számítása - Útmutató.
Mozhaev A. S., Skvortsov M. S., Strukov A. V. "Automatizált szerkezeti-logikai modellezés alkalmazása az ACS megbízhatóságának tervezési kiszámításához".
Ryabinin I. A. Szerkezetileg összetett rendszerek megbízhatósága és biztonsága.
Ryabinin I. A., Strukov A. V. – „A szerkezetileg összetett rendszerek megbízhatóságának felmérésével foglalkozó külföldi folyóiratok publikációinak röviden jegyzett listája” a „Modelling and Analysis of Safety and Risk in Complex Systems: Proceedings of the International Scientific School of the The Complex” című gyűjteményben. MA BR – 2011".
Ushakov I. A. Honnan jött a megbízhatóság Oroszországban ?