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. 11.1):

 

Рис. 11.1

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. 11.2).

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) = Pс(t);

 

Рис. 11.2

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 τ < t (вблизи рассматриваемого момента )};

A22 = {БР РЭ с момента τ 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 τ 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:

  (11.1)

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

  (11.2)

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

Выражение (11.2) приведено для состояния, когда к моменту τ отказал предпоследний (n -1) элемент системы и остался лишь один (последний) работоспособный элемент.

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

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

выражение (1) после интегрирования имеет вид:

  (11.3)

Плотность распределения наработки до отказа системы, равна:

  (11.4)

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:

  (11.5)

где n – число элементов системы;

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

ВО системы:

  (11.6)

ПРО системы:

 

ИО системы:

 

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

Согласно, выражению (11.5) 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 n - число элементов системы.

Поскольку случайная наработка до отказа системы равна 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(-it), можно принять Pi(t) 1 -it, 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?

 









Дата добавления: 2019-07-26; просмотров: 389;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.019 сек.