Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Надежность системы с ненагруженным резервированием

Общий анализ надежности приведен для системы, состоящей из одного основного (рабочего) и (n - 1) резервных элементов.

Допущения:

1. Время замены отказавшего элемента резервным равно 0 (t3 0).

2. Переключающее устройство подключения резервного элемента вместо отказавшего основного – абсолютно надежно.

При ненагруженном резервировании резервный элемент не может отказать, находясь в отключенном состоянии, и его показатели надежности не изменяются.

Исходные данные для расчета надежности:

  • вероятность безотказной работы (ВБР) i -го элемента Pi(t).
  • интенсивность отказов (ИО) i -го элемента i(t).
  • математическое ожидание (МО) наработки до отказа i -го элемента T0i.

Анализ случайной наработки до отказа системы с ненагруженным резервом (рис. 1):

 

 

Рис. 1

 

МО наработки до отказа системы:

 

 

где T0i = M(Ti ) – МО наработки до отказа i -го элемента системы.

Рассмотрим систему, состоящую из основного элемента (ОЭ) и одного резервного (РЭ). ОЭ и РЭ являются невосстанавливаемыми объектами.

 

 

Рис. 2

 

События, соответствующие работоспособности системы за наработку (0, t):

A = {безотказная работа (БР) системы за наработку (0, t)};

A1 = {БР ОЭ за наработку (0, t)};

A2 = {отказ ОЭ в момент t > , включение (t3 = 0) РЭ и БР РЭ на интервале (t – )}.

Событие A = A1 A2, поэтому ВБР системы к наработке t (за наработку (0, t)), определяется:

 

P(A) = P(A1 ) + P(A2 ),

 

где P(A) = P с (t);

P(A1 ) – ВБР ОЭ к наработке t, P(A1) = P1 (t);

P(A2) = Pр (t) – вероятность отказа ОЭ и БР РЭ после отказа ОЭ.

При известном законе распределения наработка до отказа ОЭ вычисление P1 (t) не представляет сложности.

Событие A2 является «сложным» событием, включающим в себя простые:

A21 = {отказ ОЭ при < t (вблизи рассматриваемого момента )};

A22 = {БР РЭ с момента до t, т. е. в интервале (t - )}.

Событие A2 осуществляется при одновременном выполнении событий A21 и A22:

 

A2 = A21 A22.

 

События A21 и A22 являются зависимыми, поэтому вероятность события A2

 

P(A2) = P(A21) · P(A22| A21 ).

 

Соответствующие вероятности:

1) P(A22| A21 ) = P2 (t - ) – ВБР РЭ в интервале (t - ),

где P2 (t) – ВБР РЭ к наработке t.

2) для определения P(A21 ) рассмотрен малый интервал (, + d ), для которого вероятность отказа ОЭ равна:

 

f1() d

 

Для получения ВО ОЭ к моменту интегрируем полученное выражение по от 0 до t.

Поскольку ВО, как функция распределения случайной наработки до отказа,

равна то

 

 

где

 

Вероятность события A2:

 

 

Тогда ВБР рассмотренной системы с ненагруженным резервом равна:

 

(1)

 

 

Аналогично, для системы с одним ОЭ и (n -1) РЭ, получается рекуррентное выражение:

 

(2)

 

 

где индекс (n - 1) означает, что соответствующие характеристики (ВБР и ПРО) относятся к системе, в которой включается в работу последний n -й элемент.

Выражение (2) приведено для состояния, когда к моменту отказал предпоследний (n -1) элемент системы и остался лишь один (последний) работоспособный элемент.

Принимая для рассмотриваемой системы, что наработки до отказа ОЭ и РЭ подчиняются экспоненциальному распределению с параметрами 1 и 2:

 

P1 (t) = exp (- 1 t); P2 (t) = exp (- 2 t),

 

выражение (1) после интегрирования имеет вид:

 

(3)

 

Плотность распределения наработки до отказа системы, равна:

 

(4)

 

При кратностях резервирования k > 5 распределение наработки до отказа системы с ненагруженным резервом становится близким к нормальному независимо от законов распределения наработки, составляющих систему элементов.

При идентичных ОЭ и (n -1) РЭ и экспоненциальном распределении наработки элементов для ВБР системы с ненагруженным резервом и целой кратностью резервирования k = (n - m)/m, где m = 1:

 

(5)

 

где n – число элементов системы;

k = (n - 1)/1 = (n - 1) – кратность резервирования, при m = 1.

ВО системы:

 

(6)

 

ПРО системы:

 

 

ИО системы:

 

 

Таким образом, распределение наработки до отказа таких систем подчиняется распределению Эрланга (гамма-распределение при целых n).

Согласно, выражению (5) проанализируем, как изменяется ВБР системы при различной кратности резервирования:

 

 

Сравнение ненагруженного и нагруженного резервирований проведено по графику Pс( t) для системы с идентичными элементами () и кратностью резервирования k = 2.

 

 

Наибольшая эффективность от использования системы с ненагруженным резервом будет при продолжительности работы РЭ не менее 1.5 T0.

При ненагруженном резерве с дробной кратностью (при m > 1) и экспоненциальном распределении наработки до отказа идентичных элементов (ИО ) расчетное выражение для Pс(t):

 

 

где k* = n – m.

Ниже рассмотрены показатели безотказности системы с ненагруженным резервированием, когда случайная наработка до отказа элементов системы подчиняется нормальному распределению с ПРО

 

 

где - число элементов системы.

Поскольку случайная наработка до отказа системы

 

 

а Ti являются независимыми случайными величинами наработки, то сумма (композиция) независимых случайных величин, каждая из которых распределена нормально, также имеет нормальное распределение с параметрами:

- математическое ожидание наработки до отказа

 

 

- дисперсия наработки до отказа

 

Среднее квадратичное отклонение наработки до отказа системы, определяется:

 

 

Плотность распределения случайной наработки до отказа системы при целой кратности резервирования

 

 

Показатели безотказности определяются с использованием функций f(x) и (x) для

 

 

и имеют вид:

 

Pс(t) = 0,5 - (x); Qс(t) = 0,5 + (x).

 

 

Для системы с элементами наработка на отказ которых подчиняется экспоненциальному распределению Pi (t) = exp(- i t), можно принять Pi(t) 1 - i t, поэтому выражения ВО и ВБР:

 

 

При ненагруженном резерве ВО системы в n! раз меньше, чем при нагруженном.

 

 

Контрольные вопросы:

1. Что представляет собой ненагруженное резервирование и как случайная наработка до отказа системы связана со случайными наработками составляющих систему элементов?

2. Основные допущения, принятые при расчете системы с ненагруженным резервированием?

3. К какому закону распределения стремится наработка до отказа системы при больших значениях кратности резервирования?

4. Проанализируйте, как изменяется вероятность безотказной работы системы с увеличением кратности резервирования?

5. При каких условиях ненагруженное резервирование становится значительно эффективнее нагруженного?

6. Какой закон распределения наработки до отказа будет у системы с ненагруженным резервированием, если законы распределения наработки до отказа элементов являются нормальными?

7. Приведите расчетные формулы показателей безотказности для системы с нормальным распределением наработки элементов?

 

 

Лекция 12

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...