Постановка задачи и модель функционирования сложной системы.

Современные транспортные машины (колёсные и гусеничные) являются системами человеко-машинными, в состав которых входят: различного функционального назначения системы и подсистемы; люди, занимающиеся эксплуатацией по назначению (водители, механики-водители, трактористы, крановщики, бульдозеристы и т.д.); ремонтники и обслуживающий персонал.

Такие системы относятся к классу сложных систем. Основной отличительный признак сложной системы состоит в том, что в отличие от простой системы, которая, как мы рассмотрели, может быть только в одном из двух состояний - работоспособном или в состоянии отказа, сложная система характеризуется наличием нескольких возможных состояний.

Сложными называют системы (объекты), в которых отказы отдельных составных частей (элементов, блоков, подсистем) не приводят к полному отказу всей системы (объекта), а вызывают снижение эффективности функционирования. Иначе говоря, сложные системы это такие системы, в которых могут возникать частичные отказы и, следовательно, число состояний такой системы, по крайней мере, больше двух.

Сложные системы характеризуются следующими свойствами:

1)значительным числом состояний системы;

2)многофункциональностью;

3)значительным числом функционально связанных между собой элементов;

4)отсутствием необходимости в одновременной работе всех элементов, блоков и подсистем системы;

5)наличием естественной и искусственной избыточности;

6)многократной восстанавливаемостью;

7)неоднозначностью понятия «отказ».

 

 

Для сложных систем не даёт необходимой оценки модель функционирования, на основе которой решена задача выбора показателей надёжности простых систем, то есть таких, которые могут находиться лишь в двух состояниях: работоспособном и неработоспособном (отказа). Следовательно, для сложных систем оказываются не вполне приемлемыми и те показатели, которыми можно характеризовать надёжность простых систем.

Характеристиками сложных систем являются: качество, эффективность, безопасность, долговечность, готовность, живучесть, риск. Все эти характеристики зависят от надёжности системы.

Свойства, обусловливающие надёжность системы – безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость влияют на полноту и качество выполнения возложенных на систему задач, а, следовательно, влияют на общую оценку функционирования системы.

Понятие безотказности для сложных систем шире, чем для простых.

Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособности, Для сложных систем это нарушение работоспособности может быть полным или частичным, что выражается соответствующим снижением уровня качества функционирования системы. Кроме того, отказ некоторых элементов сложной системы может не приводить к снижению уровня качества функционирования сложной системы при выполнении данной задачи, так как эти элементы не используются в данный момент. Такие отказы также считают частичными отказами системы.

Снижение уровня качества функционирования называют спадом функционирования. Отказы элементов сложной системы могут лишь снижать характеристики её качества и эффективности функционирования.

Понятия качества и эффективности функционирования, в принципе, независимы от понятия надёжности. Ведь можно рассматривать идеальные (абсолютно безотказные) системы и сравнивать их по количественным показателям качества и эффективности функционирования.

Однако, если составные части (элементы) системы могут отказывать, то это существенным образом сказывается на качестве функционирования и выходном эффекте системы. В таких случаях под надёжностью системы следует понимать стабильность показателей качества и эффективности функционирования системы.

Стабильность этих показателей влияет на общую оценку функционирования системы, зависит от надёжности элементов и характеризует надёжность системы в целом.

Обычно используемые показатели, как, например, «параметр потока отказов», «наработка на отказ» и т.п. не могут дать полной оценки надёжности сложной системы, так как они учитывают лишь факт появления или отсутствия отказов в элементах системы и не дают никакого представления о влиянии отказов на конечный эффект функционирования сложной системы, поскольку сложная система может выполнять ту или иную свою задачу, даже если некоторые её элементы отказали.

Показатели качества и эффективности функционирования системы определяются задачами, стоящими перед системой, и только выбор этих показателей окончательно формулирует задачи системы.

Для формулирования задачи системы надо чётко определить критерии эффективности её функционирования. Обычно это задача заказчика. При этом возможно комбинировать различные критерии с их «коэффициентами важности». Тогда возможно получение одного общего критерия, так как сравнивать различные системы и получать однозначный ответ можно только по одному критерию. Когда определён этот критерий, дающий общую оценку функционирования системы, можно говорить о показателях надёжности.

Эксплуатация любой сложной системы представляет собой последовательность различных состояний – хранения, работы, технического обслуживания, ремонта. В момент времени t состояние системы описывается случайным вектором

 

 

║ Z₁(t) ║

║ Z₂(t) ║

Z(t) = ║ ^• (18)

^•

^•

Z_N(t),

где N – число компонент вектора Z(t).

 

Компоненты Z_K (t) (K = 1,2,3,…, N) вектора Z(t) могут быть значениями различных параметров системы и других сведений о системе и принимать значения на всей действительной оси. В частности, значения Z_K(t) могут характеризовать состояния элементов сложной системы или величины параметров процессов, протекающих в ней, а также указывать режимы работы и наличие или отсутствие потребности в выполнении определённых задач, возложенных на систему, необходимость в функционировании тех или иных подсистем, систем для объектов многофункционального назначения.

Случайный вектор Z(t) характеризуется распределением вероятностей

F(Z₁, Z₂,…Z_N, t), то есть вероятностью того, что выполнены условия

 

Z₁(t) ≤ Z₁;

Z₂(t) ≤ Z₂; (19)

•

•

•

Z_N(t) ≤ Z_N.

Таким образом, случайный вектор Z(t) показывает изменение состояния системы в процессе её эксплуатации. Многомерная область возможных значений случайного вектора Z(t) образует пространство состояний { Z } системы.

В каждом состоянии Z система может выполнять заданные функции с определённым уровнем качества, зависящим от состояния системы. Количественная оценка качества функционирования системы в каждый момент времени является функцией состояния Z(t) системы в этот момент.

Эта функция состояния называется характеристикой качества функционирования системы

 

Ф_Z(t) = Ф[ Z(t) ]. (20)

 

Так как состояние Z(t) системы изменяется во времени случайным образом, то процесс Ф[Z(t)] изменения характеристики качества функционирования Ф_Z(t) системы в связи с изменением её состояния Z(t) является случайным.

Случайный процесс Ф[Z(t)] можно рассматривать, с одной стороны, как совокупность его реализаций, то есть совокупность функций {Ф_Z(t)}, показывающих изменение характеристики качества функционирования системы при возможных изменениях её состояния Z(t) в течение всего периода эксплуатации системы, а, с другой стороны, как совокупность случайных величин { Ф[Z(t)]}, зависящих от параметра t, то есть как множество {Ф[Z(t)]} наблюдений всевозможных значений характеристики качества функционирования системы (20) в различные моменты t периода эксплуатации системы.

Таким образом, случайный процесс Ф[Z(t)] является процессом функционирования системы и может быть использован в качестве модели функционирования сложной системы.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: