Pålidelighedsberegning

Pålidelighedsberegning er en procedure til at bestemme værdierne af objektpålidelighedsindikatorer ved hjælp af metoder baseret på deres beregning baseret på referencedata om pålideligheden af objektelementer, på grundlag af data om pålideligheden af analoge objekter, data om materialers egenskaber og andre tilgængelige oplysninger på tidspunktet for beregningen.

Som et resultat af beregningen bestemmes de kvantitative værdier af pålidelighedsindikatorerne .

Historie

Behovet for at beregne pålideligheden af tekniske enheder og systemer har eksisteret siden begyndelsen af deres brug af mennesker. For eksempel var der i begyndelsen af 1900'erne et problem med at estimere den gennemsnitlige brændetid for gaslamper, og i midten af 1930'erne , takket være den svenske videnskabsmand V. Weibulls arbejde , problemet med at beskrive den gennemsnitlige driftstid af en elektronlampe før den fejlede ( Weibull-fordeling ) blev berømt.

Et eksempel på søgningen efter metoder til beregning af pålidelighed er historien om skabelsen af V-1 og V-2 missilsystemer af Wernher von Braun [1] . På det tidspunkt arbejdede den tyske matematiker Eric Pieruschka i Browns laboratorium , som beviste, at pålideligheden af en raket er lig med produktet af pålideligheden af alle komponenter, og ikke pålideligheden af det mest upålidelige element, som Brown troede. Senere arbejdede den tyske ingeniør Robert Lusser ( engelsk ) sammen med Brown i midten af 50'erne i USA , som formulerede de vigtigste teoretiske bestemmelser i fremtidensteorien om pålidelighed . Hans formel til beregning af pålideligheden af et serieforbundet system blev kendt som " Lussers lov " .

De første værker om beregning af pålidelighed i Sovjetunionen omfatter en artikel af ingeniør Yakub B. M. "Indikatorer og metoder til beregning af pålidelighed i energisektoren", offentliggjort i tidsskriftet "Elektricitet" , nr. 18, 1934, og en artikel af Professor Siforov V. Og " Om metoder til beregning af pålideligheden af systemer, der indeholder et stort antal elementer" ( Proceedings of the Academy of Sciences of the USSR . Department of Technical Sciences. No. 6, 1954) Uanset de lukkede værker af tysk videnskabsmænd, i disse artikler blev pålideligheden af systemer med en seriel forbindelse beregnet som et produkt af pålidelighedselementer.

Den første monografi i USSR om teori og beregning af pålidelighed - bogen af I. M. Malikov, A. M. Polovko , N. A. Romanov, P. A. Chukreev "Grundlæggende om teorien og beregningen af pålidelighed" (Leningrad, Sudpromgiz , 1959) .

Mål for pålidelighedsberegning

Løsningen af pålideligheds- og sikkerhedsspørgsmål af moderne strukturelt komplekse tekniske systemer og objekter udføres på alle stadier af livscyklussen, fra design og skabelse, produktion, til drift, brug og bortskaffelse. I dette tilfælde kan følgende mål forfølges [2] :

underbyggelse af kvantitative krav til pålideligheden af objektet eller dets komponenter;
en komparativ analyse af pålideligheden af muligheder for den skematiske og konstruktive konstruktion af et objekt og begrundelsen for at vælge en rationel mulighed, herunder omkostningskriteriet;
bestemmelse af det opnåede (forventede) niveau af pålidelighed af objektet og/eller dets komponenter, herunder den beregnede bestemmelse af pålidelighedsindikatorer eller distributionsparametre for pålidelighedsegenskaberne for objektets komponentdele som indledende data til beregning af pålideligheden af objektet som en helhed;
begrundelse og verifikation af effektiviteten af de foreslåede (gennemførte) foranstaltninger til forbedring af anlæggets design, fremstillingsteknologi, vedligeholdelse og reparationssystem med det formål at forbedre dets pålidelighed;
løsning af forskellige optimeringsproblemer, hvor pålidelighedsindikatorer fungerer som objektive funktioner, kontrollerede parametre eller randbetingelser, herunder optimering af et objekts struktur, fordeling af pålidelighedskrav mellem indikatorer for individuelle komponenter af pålidelighed (f.eks. pålidelighed og vedligeholdelsesevne), beregning af sæt Reservedele og tilbehør, optimering af vedligeholdelses- og reparationssystemer, begrundelse af garantiperioder og tildelt levetid (ressource) for anlægget osv.;
verifikation af overensstemmelsen af objektets forventede (opnåede) pålidelighedsniveau med de etablerede krav (pålidelighedskontrol), hvis direkte eksperimentel bekræftelse af deres pålidelighedsniveau er teknisk umuligt eller økonomisk uhensigtsmæssigt.

På designstadiet af tekniske systemer udføres en designberegning af pålidelighed.

Designpålidelighedsberegning er en procedure til at bestemme værdierne af objektpålidelighedsindikatorer på designstadiet ved hjælp af metoder baseret på deres beregning fra reference og andre data om pålideligheden af objektelementer, der er tilgængelige på beregningstidspunktet.

Designberegningen af pålidelighed er en del af det obligatoriske arbejde for at sikre pålideligheden af ethvert automatiseret system og udføres på grundlag af kravene i regulatorisk og teknisk dokumentation (GOST 27.002-89, GOST 27.301-95, GOST 24.701-86) .

På test- og driftsstadiet udføres pålidelighedsberegningen for at vurdere de kvantitative indikatorer for pålideligheden af det designede system.

Metoder til beregning af pålidelighed

Strukturelle metoder til beregning af pålidelighed

Strukturelle metoder er de vigtigste metoder til beregning af pålidelighedsindikatorer i processen med at designe objekter, der kan opdeles i elementer, hvis pålidelighedskarakteristika er kendte på tidspunktet for beregningerne eller kan bestemmes ved andre metoder. Beregningen af pålidelighedsindikatorer ved hjælp af strukturelle metoder omfatter generelt:

repræsentation af objektet i form af et blokdiagram, der beskriver de logiske forhold mellem elementernes tilstande og objektet som helhed under hensyntagen til strukturelle og funktionelle relationer og interaktion mellem elementer, den vedtagne vedligeholdelsesstrategi, typer og metoder til redundans og andre faktorer;
beskrivelse af det konstruerede blokdiagram af objektets pålidelighed ved hjælp af en passende matematisk model, som gør det muligt inden for rammerne af de introducerede antagelser og antagelser at beregne pålidelighedsindikatorerne for objektet i henhold til data om pålideligheden af dets elementer i de overvejede ansøgningsbetingelser.

Følgende kan bruges som strukturelle diagrammer over pålidelighed:

funktionelle integritetsordninger ;
strukturelle blokdiagrammer over pålidelighed ;
fejltræer ;
tilstands- og overgangsgrafer .

Logisk-sandsynlighedsmetode

I logisk-probabilistiske metoder (LPM) udføres den indledende redegørelse for problemet og konstruktionen af en fungerende model af systemobjektet eller -processen ved hjælp af strukturelle og analytiske midler af matematisk logik og beregning af indikatorer for pålidelighed, overlevelses- og sikkerhedsegenskaber udføres ved hjælp af sandsynlighedsteori .

LVM er en metode til at analysere strukturelt komplekse systemer, løse systemproblemer af organiseret kompleksitet, vurdere og analysere pålideligheden, sikkerheden og risikoen ved tekniske systemer. LCM'er er praktiske til den indledende formaliserede formulering af problemer i form af en strukturel beskrivelse af de undersøgte egenskaber ved funktionen af komplekse og højdimensionelle systemer. I LVM er der udviklet procedurer til at konvertere de indledende strukturelle modeller til de ønskede beregningsmatematiske modeller, som gør det muligt at udføre deres algoritmisering og implementering på en computer.

Grundlæggeren af LVM's videnskabelige og tekniske apparat og de anvendte aspekter af deres anvendelse, såvel som grundlæggeren og lederen af den videnskabelige skole, er professor I. A. Ryabinin .

Generel logik-sandsynlighedsmetode

Behovet for at udvide LPM til ikke-monotoniske processer førte til skabelsen af en generel logisk-sandsynlighedsmetode (GPM). I OLVM til beregning af pålidelighed bruges apparatet for matematisk logik til den primære grafiske og analytiske beskrivelse af betingelserne for implementering af funktioner af individuelle og grupper af elementer i det designede system, og metoderne til sandsynlighedsteori og kombinatorik anvendes at kvantificere pålideligheden og/eller faren ved det designede systems funktion som helhed. For at bruge OLVM bør der opstilles særlige strukturelle skemaer for den funktionelle integritet af de undersøgte systemer, logiske kriterier for deres funktion, sandsynlighed og andre parametre for elementerne.

Den såkaldte hændelseslogiske tilgang er kernen i formuleringen og løsningen af alle problemer med modellering og beregning af pålideligheden af systemer ved hjælp af OLVM. Denne tilgang giver mulighed for sekventiel implementering af følgende fire hovedfaser af GPRS:

stadiet for strukturel-logisk formulering af problemet;
fase af logisk modellering;
fase af probabilistisk modellering;
stadiet for at udføre beregninger af pålidelighedsindikatorer.

Fejltræmetode Markov modelleringsmetode [3]

Eksempler på beregning af pålideligheden af systemer med en simpel struktur

Sekventielt system

I et system med en sekventiel struktur fører svigt af enhver komponent til fejl i systemet som helhed.

Systemet af logiske ligninger for ovenstående sekventielle system er:

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

Logisk sundhedsfunktion (løsning af et system af logiske ligninger):

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

Sandsynlighed for fejlfri drift:

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

hvor er sandsynligheden for fejlfri drift af komponenterne. $p_{1},p_{2},p_{3}$

Generelt er sandsynligheden for fejlfri drift af systemet lig med: $P_{s}=\prod _{i=1}^{N}p_{i}.$

Parallelt system

I et system med en parallel struktur opstår fejlen af systemet som helhed kun, når alle elementer svigter.

Systemet af logiske ligninger for det reducerede parallelle system: ${\begin{cases}y_{1}=x_{1},\\y_{2}=x_{2},\\y_{3}=x_{3}.\end{cases))$

Logisk sundhedsfunktion (løsning af et system af logiske ligninger):

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

Sandsynlighed for fejlfri drift:

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

Generelt er sandsynligheden for fejlfri drift af systemet lig med:

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

Indtast system: " k af n "

Sandsynligheden for, at i et system bestående af identiske (lige pålidelige) elementer, præcis elementer fungerer uden fejl, kan beregnes med formlen [4] : $n$ $k$

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

hvor

p(t)

er sandsynligheden for fejlfri drift af et systemelement;

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

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

er den binomiale koefficient fra til .

n

k

Sandsynligheden for, at i et system bestående af identiske og lige pålidelige elementer, ikke mindre end elementer fungerer fejlfrit, kan beregnes med formlen [4] : $n$ $k$

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

Sandsynligheden for, at i et system bestående af identiske og lige pålidelige elementer, ikke mindre end elementer fungerer uden fejl, kan udtrykkes gennem sandsynligheden for fejlfri drift af et lignende system af lavere dimension [4] : $n$ $k$

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

Nogle softwarepakker til pålidelighedsberegninger

Softwareværktøjer designet til at analysere og beregne pålidelighed, tilgængelighed og vedligeholdelse (i alfabetisk rækkefølge) [5] [6] [7] [8] :

indenlandsk

VOLDDOMMER [9]
Arbejdsstation af pålidelighed [10]
ASONIKA-K [11]
AnyGraph [12]
CRISS [13]

udenlandsk

BlockSim [14]
ITEM-software [15]
RAM Commander fra Advanced Logistics Development [16]
Reliability Workbench [17]
Vindafkøling [18]

Se også

Noter

↑ Mant D.I. Hvorfor Bulavaen ikke flyver . Agenturet PROAtom (10. juni 2009). Dato for adgang: 12. januar 2012. Arkiveret fra originalen 4. oktober 2006. (ubestemt)
↑ GOST 27.301-95 Arkivkopi dateret 15. maj 2021 på Wayback Machine Reliability in engineering. Pålidelighedsberegning. Grundlæggende bestemmelser. Minsk, 1995. S. 12
↑ Fejltræ som en metode til strukturel analyse, et eksempel på et hændelses- og hændelsestræ . Dato for adgang: 22. januar 2015. Arkiveret fra originalen 22. januar 2015. (ubestemt)
↑ 1 2 3 Kuo, W., Zuo, MJ Optimal pålidelighedsmodellering: principper og anvendelser . - NY: Wiley, 2002. - S. 231-280. - ISBN 0-471-29342-3 .
↑ Viktorova V.S. , Kuntsher Kh.P., Stepanyants A.S. Analyse af software til modellering af systemers pålidelighed og sikkerhed // Pålidelighed. - 2006. - Nr. 4 (19) . - S. 46-57 . — ISSN 1729-2646 . (Russisk)
↑ Strogonov A., Zhadnov V., Polessky S. Oversigt over softwaresystemer til beregning af pålideligheden af komplekse tekniske systemer // Komponenter og teknologier. - 2007. - Nr. 5 . - S. 183-190 . — ISSN 2079-6811 . (Russisk)
↑ Software - NTNU . Hentet 8. februar 2012. Arkiveret fra originalen 21. september 2012. (ubestemt)
↑ Willis R. Undersøgelse af supportsoftware til reliability engineering Arkiveret 3. juli 2012 på Wayback Machine //Society of Reliability Engineers. 2006.
↑ DOMMER . Dato for adgang: 8. februar 2012. Arkiveret fra originalen 8. januar 2012. (ubestemt)
↑ AWP af pålidelighed . Dato for adgang: 8. februar 2012. Arkiveret fra originalen 22. december 2015. (ubestemt)
↑ ASONIKA-K . Hentet 8. februar 2012. Arkiveret fra originalen 11. februar 2012. (ubestemt)
↑ AnyGraph (downlink) . Hentet 8. oktober 2019. Arkiveret fra originalen 23. oktober 2017. (ubestemt)
↑ A.M. Bakhmetiev, I.A. Bylov, A.V. Dumov, A.S. Smirnov. Forbedring af software til udførelse af probabilistisk sikkerhedsanalyse af nukleare anlæg // Nuklear Energy. - 2008. - Nr. 2 . - S. 21-29 . — ISSN 0204-3327 . (Russisk) (utilgængeligt link)
↑ BlockSim . Hentet 8. februar 2012. Arkiveret fra originalen 25. februar 2012. (ubestemt)
↑ ITEM Software . Hentet 8. februar 2012. Arkiveret fra originalen 9. marts 2012. (ubestemt)
↑ RAM Commander - Bee Pitron . Hentet 15. marts 2020. Arkiveret fra originalen 10. februar 2020. (ubestemt)
↑ Arbejdsbord for pålidelighed . Dato for adgang: 8. februar 2012. Arkiveret fra originalen 28. december 2011. (ubestemt)
↑ Windchill (downlink) . Hentet 8. februar 2012. Arkiveret fra originalen 7. februar 2012. (ubestemt)

Litteratur

Barlow R., Proshan F. Statistisk teori om pålidelighed og pålidelighedstestning. -M.: Nauka, 1984. - 328 s.
Barlow R., Proshan F. Matematisk teori om pålidelighed. -M.: Sovjetisk radio, 1969.- 485 s.
Kozlov B. V., Ushakov I. A. Håndbog om beregning af pålideligheden af radioelektronik og automationsudstyr. -M.: Sovjetisk radio, 1975.
Malikov I. M., Polovko A. M., Romanov N. A., Chukreev P. A. Grundlæggende om teorien og beregningen af pålidelighed. - L .: Sudpromgiz, 1959.
Malikov I. M., Polovko A. M., Romanov N. A., Chukreev P. A. Grundlæggende om teorien og beregningen af pålidelighed. Ed. 2., tilføj. - L .: Sudpromgiz, 1960. - 144 s.
Mozhaev AS Generel logisk-probabilistisk metode til analyse af pålideligheden af komplekse systemer. Uch. afregning L .: VMA, 1988. - 68s.
Polovko A. M. Fundamentals af teorien om pålidelighed. - M.: Nauka, 1964. - 446 s.
Polovko A. M. , Gurov S. V. Grundlæggende om teorien om pålidelighed. - St. Petersborg: BHV-Petersburg, 2006. - 702 s.
Polovko A. M. , Gurov S. V. Grundlæggende om teorien om pålidelighed. Værksted. - St. Petersborg: BHV-Petersburg, 2006. - 560'erne.
Ryabinin I. A. Pålidelighed og sikkerhed af strukturelt komplekse systemer. St. Petersburg: St. Petersburg University Press, 2007, 278 s.
Ryabinin I. A. Grundlæggende om teori og beregning af pålideligheden af skibs elektriske kraftsystemer. - L .: Skibsbygning, 1967, 1971.
Ryabinin I. A. , Cherkesov G. N. Logiske og probabilistiske metoder til at studere pålideligheden af strukturelt komplekse systemer 1981. 264 s.
Ryabinin I. A. Pålidelighed af tekniske systemer. Principper og analyse. — M.: Mir, 1976.

Links

MIL-HDBK-217F-Notice2 - Amerikansk militær standard for pålidelighedsberegning for elektroniske komponenter.
De vigtigste bestemmelser i den generelle logisk-probabilistiske metode til systemanalyse .
Levin V. I. Logisk teori om pålidelighed af komplekse systemer. Moskva: Energoatomizdat, 1985.
Beregning af pålideligheden og sikkerheden af automatiserede styresystemer - Retningslinjer.
Mozhaev A. S., Skvortsov M. S., Strukov A. V. «Anvendelse af automatiseret strukturel-logisk modellering til designberegning af ACS-pålidelighed».
Ryabinin I. A. Pålidelighed og sikkerhed af strukturelt komplekse systemer.
Ryabinin I. A., Strukov A. V. - "Kort kommenteret liste over publikationer af udenlandske tidsskrifter om spørgsmålene om vurdering af pålideligheden af strukturelt komplekse systemer" i samlingen "Modellering og analyse af sikkerhed og risiko i komplekse systemer: Proceedings of the International Scientific School of the International". MA BR — 2011".
Ushakov I. A. Hvor kom pålideligheden fra i Rusland .