49. Основные виды и способы резервирования.

Резервирование – это использование дополнительных средств и функциональных возможностей, которые обеспечивают в некотором интервале времени работу системы при отказе какого-либо элемента. Виды резервирования: нагрузочное, структурное, временное, функциональное, информационное.

Нагрузочный резерв заключается в выборе облегченных режимах работы элементов по: потреблению электроэнергии, температурным диапазонам, габаритам. При длительной эксплуатации элементов их выбор по допустимой мощности потребления или рассеивания должны так рассматриваться, чтобы режимы работы были облегченными.

Структурный резерв заключается во введении в структуру объекта дополнительных элементов или звеньев, которые обеспечивают работоспособность объекту при отказе основных элементов или звеньев. Структурное резервирование может быть введено на трех уровнях организации системы: на уровне элементов, на уровне функциональных блоков, на уровне всей системы. Временной резерв заключается в выделении из общего фонда рабочего времени небольшого интервала, который можно использовать для восстановления работоспособности.

Функциональный резерв: использование вместо отказавшего звена другого функционального звена, которое имеет более широкие функциональные возможности.

Информационный резерв: используется в системах хранения, обработки, передачи информации. Информационный резерв предусматривает 2 основных вида защиты информации от потерь:

1) многократное повторение операций с информацией (одной и той же);

2) введение некоторой информационной избыточности в блок данных, который позволяет обнаружить искажение данных и в некоторых случаях устроить это искажение.  

Основным параметром резервирования является его кратность: отношение числа резервных соединений m  к числу основных k

h = m / k.

По способу введения резервных соединений резервирование делится на общее и раздельное (поэлементное). Общий резерв характеризуется тем, что резервируется весь объект в целом, а раздельный – резервирование отдельных звеньев или элементов.

Резервное соединение может работать одновременно с основным или включаться в работу после отказа основного. Поэтому по способу включения резервных соединений в работу резервирование делится на нагруженное, облегченное и ненагруженное.

Нагруженный резерв содержит одно или несколько резервных соединений, которые работают в режиме основного соединения.

Облегченный резерв содержит одно или несколько резервных соединений, но менее нагруженных, чем основное.

Ненагруженный резерв содержит одно или несколько ре­зервных соединений, которые не выполняют свои функции до момента их переключения в работу в качестве основного

соединения.

В зависимости от способа введения резервных соединений и их включения в работу, резервные соединения могут образовывать комбинации перечисленных способов.

50. Структурные схемы надежности. Виды соединения элементов в структурных схемах надежности.

½ - входной порт, О - порт вывода; А, В, С, Z- блоки системы

Рисунок 1

Структурные схемы этого типа называются последовательными структурными схемами надежности.

Другой тип структурной схемы применяют в случае, когда отказ одного компонента или блока не влияет на работоспособность системы в соответствии с определением отказа системы. Если в этом случае вся цепочка дублирована, то структурная схема имеет вид, показанный на рисунке 2. Если дублирован каждый блок в цепочке, структурная схема имеет вид, показанный на рисунке 3.

Рисунок 2

Рисунок 3

Структурные схемы этого типа называются параллельными структурными схемами надежности. Структурные схемы, используемые для описания надежности системы, часто являются комбинацией последовательных и параллельных соединений. Такие структурные схемы можно построить, если рассмотреть систему, состоящую из дублированной цепочки, включающей три повторяющихся элемента А, В И С и общий элемент питания D. Итоговые структурные схемы представлены на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4

Рисунок 5

Из-за статистической независимости отказ любого блока не должен повышать вероятность отказа любого другого блока системы. В частности, отказ дублированного блока не должен влиять на работу источников питания и источников сигнала системы.

На практике встречаются системы, для работы которой необходимо функционирование т или более из п элементов, соединенных параллельно. Структурная схема такой системы имеет вид, показанный на рисунках 6, 7.

Рисунок 6	Рисунок 7

Таким образом, структурная схема, изображенная на рисунке 6, для работы системы допускает отказ не более одного элемента.

Рисунок 8

Представленная структурная схема достаточно простая. Система находится в рабочем состоянии, если одновременно работают элементы В1 и С1 или А и С1, или А и С2, или В2 и С2. Работы элементов В1 и С2 или В2 и С2 недостаточно для работы системы. Рисунок 8 можно интерпретировать как систему подачи топлива на двигатели легкого самолета. Элемент В1 представляет поставку топлива на двигатель левого борта С1, элемент В2 - поставку топлива на двигатель правого борта С2, а элемент А - резервную поставку на оба двигателя. Системное определение отказа - должны отказать оба двигателя самолета.

51. Расчет надежности системы с основным соединением элементов.?????

52. Расчет надежности системы с постоянным резервированием.

При постоянном резервировании резервные элементы 1,2,…..,m соединены параллельно с основным (рабочим) элементом в течении всего периода работы системы. Все элементы соединены постоянно, перестройка схемы при отказах не происходит, отказавший элемент не отключается. Определим вероятность отказа системы.

Вероятность безотказной работы системы. .

Будем называть элементы системы равнонадёжными, если j = 0, 1, ……, m

Для равнонадёжных элементов имеем .

При экспоненциальном законе надёжности отдельных элементов имеем .

Тогда ; .

Определим среднее время безотказной работы резервированной системы . Введём новую переменную x вида ; Если t = 0, то x = 0; Если t = , то x = 1; В результате получим

Запишем формулу для определения суммы n членов геометрической прогрессии

где - первый член суммы; - n - ый член суммы; q - знаменатель прогрессии; ( ); .

Выражение есть сумма n членов геометрической прогрессии, где q = x; n = m + 1; Следовательно

; где - среднее время безотказной работы нерезервированной системы. Введём обозначение ;

Для разных значений m имеем m = 0;  = 1; m = 1;  = 1,5; m = 2;  = 1,83.

Результаты сведём в таблицу. По данным таблицы строим график зависимости  от m.

53. Расчет надежности при резервировании замещением.

П ри резервировании-замещении используются переключающие устройства, которые отключают отказавшие элементы и включают резервные. Переключающее устройство представляет собой замкнутую систему автоматического управления и состоит из 3-х элементов: датчика, управляющего устройства и исполнительного устройства.

Надёжность переключателя 1-го типа

, при m=2

, при m=3

Общая схема расчёта с переключателем 2-го типа Метод расчёта надёжности с ПУ

; ;

;

54. Расчет надежности при скользящем резервировании.

Скользящее резервирование имеет место в том случае, когда система состоит из одинаковых блоков, и для их замены в случае отказа используются аналогичные резервные блоки или элементы.

Система считается исправной, если работают все N каналов.

о сновная система

резервная система

Система откажет, если число отказавших блоков S>M. Для простоты возьмём РП=1, тогда:

; Hi – гипотеза, заключающаяся в том, что система исправно работает при отказе ровно i блоков; P(Hi) – вероятность этой гипотезы; М – максимальное число отказавших блоков, не приводящее к отказу системы в целом.

Вероятности гипотез подчиняются биноминальному распределению, если время безотказной работы каждого элемента подчиняется распределению Пуассона.

(при небольших M и N)

55. Расчет надежности мажоритарного соединения элементов и мостовой схемы соединения элементов. ????

56. Выбор номенклатуры состава запасных частей. ????

57. Методы расчета количественного состава ЗИП.

Под системой обеспечения запасными частями, инструментами и принадлежностями (ЗИП) радиоэлектронной техники (РЭТ) подразумевается многоуровневая система, состоящая из совокупности одиночных, групповых комплектов эксплуатационных ЗИП и запасов центральных довольствующих органов. Компоненты системы связаны между собой и имеют определенные характеристики. Система ЗИП предназначена для восстановления работоспособности РЭТ после отказов в процессе эксплуатации. 

Сущность задачи расчета состава и характеристик ЗИП элементов в условиях ограничений на ассигнования состоит в определении количественного состава запасов элементов в одиночных L=Liо и групповом комплектах ЗИП L=Liг, i= , периода пополнения ЗИП-О, ЗИП-Г Тпо(г), коэффициента ветвления ЗИП-Г V, минимизирующих среднее время восстановления Тв образцов РЭТ при ограничениях на ассигнования и производительность средств ремонта λр: Тв(L,Тпо(г),V,λр) min,                 (1)

C(L,Тпо(г),V)≤(1–α)CΣ ,  (2) λр=λр.зад, (3) где Тв(L,Тпо(г),V,λр)=Тр+Тдо×КЗИП-О+Тдг(V)×КЗИП-Г+ +Тдц×(1–КЗИП-О–КЗИП-Г); Тр=Тн[S(G)]+Тз – среднее время ремонта РЭТ; Тдо(г,ц) – среднее время доставки элементов из ЗИП-О (Г, Ц); КЗИП-О, КЗИП-Г – коэффициенты, характеризующие относительное число отказов, устраняемых с использованием одиночных или групповых ЗИП; Тн[S(G)] – среднее время поиска неисправностей системой диагностики S глубины G; Тз – среднее время замены неисправных элементов.

Математическое ожидание числа отказов элементов на каждом из образцов РЭТ за период пополнения одиночных ЗИП определяется соотношением Lо=Тпо´ ´li,(4) где К – число номенклатур элементов замены. За период пополнения групповых ЗИП Тпг с учетом количества образцов РЭТ V, на которые рассчитывается групповой ЗИП, математическое ожидание количества отказов вычисляется по формуле

Lг=V´Тпг´ ´li .                                   (5)

Математическое ожидание количества отказов, которые могут быть устранены с использованием одиночных ЗИП, определяется по формуле Мо= ´аiо/j!´exp(–аiо),(6)

где аiо=[li–lрi]´mi´Тпг – поток отказов элементов i-го типа за период пополнения одиночного комплекта ЗИП; lрi – интенсивность ремонта элементов в ремонтном органе; Liо – количество элементов i-го типа в одиночном ЗИП.

Относительное число отказов, устраняемых с использованием одиночных ЗИП, с учетом выражений (4) и (6) определяется по формуле КЗИП-О=Мо¤Lо. (7)

С учетом этого поток отказов i-го типа для устранения их с применением группового ЗИП определяется по формуле аiг=[li–lрi]´mi´Тпг´V´(1–КЗИП-О). (8)

Математическое ожидание количества отказов, которые могут быть устранены с использованием группового ЗИП, определяется по формуле Мг = ´аiг /j!´exp(–аiг), (9)

где Liг – количество элементов i-го типа в групповом ЗИП. Относительное число отказов, устраняемых с использованием группового ЗИП, с учетом выражений (5) и (9) определяется по формуле КЗИП-Г=Мг¤Lг.      

58. Основные термины определения и контроля надежности.     Контроль надежности -  проверка соответствия объекта заданным требованиям к надежности                

59. Расчет показателей надежности по заданному критерию. Пусть расчетная ЛЧМГ разбита на NL у участков по конструктивным признакам, а пространство состояний участков трубопровода состоит из совокупности классов {Фj}. При введенных предположениях вероятность безотказной работы за время t оценивается по формуле R(t)=exp , где m0ij - математическое ожидание числа начальных трещин на i-м участке трубопровода, Fij(h,t) - функция распределения глубины трещины к моменту времени t, Hij(Фj) - парциальный риск возникновения опасной ситуации класса Фj на i-том участке.

Другой алгоритм оценки надежности трубопровода по критериям конструкционной целостности и герметичности основан на применении методов Монте-Карло и предназначен для максимального подавления влияния на расчеты фактора неполноты и недостоверности исходной информации. При таком расчете учитывается тот факт, что многие параметры, существенно влияющие на поведение трубопровода, обладают большой изменчивостью, а, следовательно, конфигурация и размеры допускаемой области Ws, также носят случайный характер.

Пример расчета. Ограничимся только осевой внешней трещиной и четырьмя сезонами. Тогда классов в пространстве состояний будет 4. Проводим расчет роста трещин, моделирование и оценку параметров распределений.

Расчетные показатели параметров вероятностей распределений  для четырех классов будут следующими:

t10 = 5 сут.               t1c = 200 сут. a1 = 2,1;

t20 = 6 сут.               t2c = 150 сут. a2 = 2,3;

t30 = 3 сут.               t3c = 250 сут. a3 = 2,3;

t40 = 10 сут.     t4c = 75 сут. a4 = 2,2;

Вычислим вероятности реализации событий (прорастание трещины до сквозной) за время t = 365 сут (1 год) по формуле типа:

Fi(t)=1-exp

F1(t) = 1 - ехр( - ((365 - 5)/200))2.1) = 0,9678116

F2(t) = 1 - ехр( - ((365 - 6)/150))2.3) = 0,9994141

F3(t) = 1 - ехр( - ((365 - 3)/250))2.3) = 0,90390585

F4(t) = 1 - ехр( - ((365 - 10)/75))2.2) » 1,0

Вычислим суммарную надежность по трассе длиной DL = 1 км, полагая математическое ожидание числа начальных дефектов m = const = 1/1год/1км. При этом парциальные вероятности реализации событий 4-х классов берем из первой группы: R(365) = exp( -1´1´1´ ) = exp (- (0,9678116´0,2 + 0,9994141´0,15 + 0,90390585´0,5 + 1´0,15)) = exp (- ( 0,19356 + 0,14991 + 0,45198 + 0,15)) = 0,38850

Полученный результат позволяет сделать следующие заключения: по 2-му и 4-му классам состояний вероятности прорастания трещин до сквозных практически близки к 1; вместе с тем реализации этих классов состояний имеют вероятности 0,15 и поэтому суммарная вероятность безотказной работы участка трубопровода за год будет определяться реализацией 1-го и 3-го классов состояний главным образом. Однако, если с вероятностью 1 в течение года будет реализовываться состояние 4-го класса, то надежность участка снизится до 0,3679.

60. Методы распределения требований по надежности между элементами системы. ??

61. Цель и виды испытаний сложных систем.

Наиболее достоверную информацию о надежности машин получают в результате испытаний или наблюдений за машинами в процессе их эксплуатации. В зависимости от целей испытаний их делят на два класса:  - исследовательские испытания  - испытания на надежность.  Исследовательские испытания проводят на стадии проектирования обычно на моделях, макетах или опытных образцах с целью выявления функциональных возможностей техники. Эти испытания необходимы в тех случаях, когда в машине применены новые физические эффекты, процессы, принципы компоновки или новые элементы (например, новые рабочие органы строительных машин). Испытания на надежность проводят с целью определения и контроля по­казателей надежности машин и их элементов, исследование процессов, приводящих к отказам, выявления наиболее слабых элементов и определения причин их надежности. Виды испытаний на надежность: 1. По уровню составных частей, подвергающихся испытаниям, различают испытание отдельных элементов или машины в целом. При элементных испытаниях отдельно может оцениваться надежность механической передачи, гидропривода, рамы, ходовой части, двигателя и т.п. В этом случае уменьшаются затраты времени и средств, более глубоко проводится обследование, имеются лучшие возможности для согласования и корректировки решений, расширяется унификация элементов. В тоже время нельзя полностью заменить испытание машины испытаниями элементов, так как при этом не учитывается взаимодействие различных узлов, входящих в машину. 2. По срокам проведения испытания могут быть ускоренные и нормальные. Ускоренные испытания позволяют получить необходимый объем информации о надежности в более короткий срок, чем при нормальных условиях и режимах эксплуатации. Нормальные испытания позволяют получить необходимую информацию о надежности в такой же срок, как и при работе машины в эксплуатационном периоде. 3. По месту и способу проведения, испытания делятся на: - стендовые, которые проводят на специальном оборудовании (стендах), позволяющем воспроизводить заданные условия испытания изделия (создавать силовые, температурные и др. виды воздействия, реализовывать требуемый режим функционирования, например, двигателя или рабочего органа), а также обеспечивающем возможность измерения параметров технического состояния объекта и условий испытаний; полигонные испытания, которые выполняются на специальных площадках (полигонах), где имеется возможность имитировать различные сочетания эксплуатационных воздействий в условиях, близких к реальным, а также контролировать условия испытаний и техническое состояние машины; эксплуатационные испытания (наблюдения) дают наиболее полную и достоверную информацию о надежности машин в конкретных эксплуатационных условиях. Проводят их во время нормальной эксплуатации машины.  4. При проведении контрольных испытаний на надежность в ряде случаев рекомендуют их подразделять на испытания на безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость и долговечность. Испытания изделий на безотказность сводятся к контролю вероятности безотказной работы за заданное время или к определению наработки на отказ (средней наработки до первого отказа).  Испытания на ремонтопригодность обычно проводятся для определения среднего времени восстановления или вероятности восстановления работоспособности изделия за заданное время. Испытания на долговечность  предназначаются для контроля среднего или гамма-процентного ресурса.  Испытания на сохраняемость предусматриваются для контроля вероятности сохранения показателей изделия в течение заданного срока.  62. Планы испытаний по обеспечению надежности технических систем. ??????

63. Планирование испытаний изделий, основанное на фиксированном объеме. ????

64. Планирование испытаний изделий, основанное на последовательном анализе. ???

65. Ускоренные и утяжеленные испытания.

Ускоренные испытания - вид испытаний, позволяющих оценить надежность изделия, сократив время испытаний и увеличив интенсивность нагрузки.

66. Цели диагностирования. Целью диагностирования является обеспечение рациональной эксплуатации электрооборудования при заданных показателях надежности и сокращение затрат на техническое обслуживание и ремонт. Эта цель достигается путем управления техническим состоянием электрооборудования в процессе эксплуатации, что позволяет проводить ТОР в соответствии с данными диагностирования.

Основная задача технического диагностирования состоит в получении достоверной информации о техническом состоянии электрооборудования в процессе эксплуатации. Она решается на основе измерения, контроля, анализа и обработки количественных и качественных значений параметров электрооборудования, а также путем управления оборудованием в соответствии с алгоритмом диагностирования.

Анализ причин возникновения дефектов электрооборудования показывает, что техническое состояние каждого из них характеризуется как только ему присущими индивидуальными, так и общими признаками. Для каждого вида оборудования характерны свои типовые дефекты, многократно встречающиеся в эксплуатации. Объединив все дефекты и признаки их появления в отдельные группы, получим структуру диагностирования электрооборудования, состоящую из трех уровней и подсистем: проверки функционирования, выявления дефектов, оценки и прогнозирования работоспособности. При этом на каждом последующем уровне используются результаты предыдущих. Как уже отмечалось, техническая диагностика электрооборудования включает в себя два главных направления – оперативную и ремонтную диагностику. В основные задачи оперативной диагностики входят:

·раннее выявление дефектов на работающем или выведенном из работы для обследования (но не разобранном) оборудовании;

·прогнозирование развития дефектов, оценка их опасности и общего состояния оборудования;

67. Методы диагностирования. В зависимости от технических средств и диагностических параметров, которые используют при проведении диагностирования, можно составить следующий неполный список методов диагностирования:

органолептические методы диагностирования, которые основаны на использовании органов чувств человека (осмотр, ослушивание);

вибрационные методы диагностирования, которые основаны на анализе параметров вибраций технических объектов;

акустические методы диагностирования, основанные на анализе параметров звуковых волн, генерируемых техническими объектами и их составными частями;

тепловые методы; сюда же относятся методы диагностирования, основанные на использовании тепловизоров;

трибодиагностика;

диагностика на основе анализа продуктов износа в продуктах сгорания;

Метод акустической эмиссии;

радиография;

магнитопорошковый метод;

вихретоковый метод;

ультразвуковой контроль;

капилярный контроль;

методы параметрической диагностики .

специфические методы для каждой из областей техники (например, при диагностировании гидропривода широко применяется статопараметрический метод, основанный на анализе задросселированного потока жидкости; вэлектротехнике применяют методы, основанные на анализе параметров электрических сигналов, в сложных многокомпонентных системах применяют методы диагностирования по стохастическим отклонениям параметров от их осредненных значений и т. д.).

68. Прямое измерение. Метод измерений – это совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Прямым измерением называют измерение, при котором значение измеряемой  физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения характеризуются тем, что эксперимент как процесс измерения производится над самой измеряемом величиной, имея в виду то или иное её проявление. Прямые измерения выполняются при помощи средств, предназначенных для измерения данных величин. Числовое значение измеряемой величины отсчитывается непосредственно по показанию измерительного прибора. средств, величин. Примеры прямых измерений: измерение тока амперметром; напряжения - компенсатором; массы - на рычажных весах и др. Зависимость между измеряемой величиной X и результатом измерения Y при прямом измерении характеризуется уравнением X = Y, т.е. значение измеряемой величины принимается равным полученному результату. К сожалению, прямое измерение не всегда можно провести. Иногда нет под рукой соответствующего измерительного прибора, или он не удовлетворяет по точности, или даже вообще ещё не создан. В этом случае приходится прибегать к косвенному измерению.

69. Косвенное измерение. Косвенными   измерениями называют такие измерения, при которых значение искомой величины находят на  основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.         При косвенных измерениях измеряют не собственно определяемую величину, а другие величины, функционально с ней связанные. Значение измеряемой косвенным путем величины  X   находят вычислением по формуле X = F(Y1, Y2, … ,Yn), где Y1 ,  Y2 , … Yn   - значения величин, полученных путем прямых измерений. Примером косвенного измерения является определение электрического сопротивления с помощью амперметра и вольтметра. Здесь путем прямых измерений находят значения падения напряжения U на сопротивлении R и ток I через него, а искомое сопротивление R  находят по формуле R = U/I . Операцию вычисления измеряемой величины может производить вручную или с помощью вычислительного устройства,  помещенного в прибор.

70. Диагностическое оборудование. Технологическое и диагностическое оборудование предназначено для выполнения технического обслуживания (ТО) и технического ремонта (ТР) автомобилей и классифицируется по функциональному назначению, принципу действия, технологическому расположению,типу привода рабочих органов, степени специализации, уровню автоматизации. Функциональное назначение оборудования определяется видом работ по ТО и ремонту автотракторной техники, для которого это оборудование предназначено. Используемое при диагностике контрольно-диагностическое оборудование позволяет обнаруживать скрытые неисправности автомобилей с количественной оценкой их параметров. При этом нет необходимости в разборке механизмов. Широкое распространение электронных систем управления двигателем (ЭСУД) обусловило создание новых методик диагностики, нового диагностического оборудования и значительного объема сервисной информации. Большое количество различных типов ЭСУД потребовало обеспечить быстрый доступ к технической информации по каждой конкретной модели автомобиля. Только специальное оборудование позволяет производить качественный ремонт автомобиля в короткое время. В основном это касается первого этапа ремонтных работ, на котором надо быстро провести диагностику системы с целью выявления причин неисправностей. Такая задача в наше время решается с помощью специальных приборов и устройств, начиная от дорогостоящих диагностических систем и кончая портативными специализированными модулями и устройствами. Разработаны бортовые (устанавливаемые на автомобиле, являющиеся частью ЭСУД) и стационарные диагностические средства. Стационарные диагностические системы не подключаются непосредственно к ЭСУД и, таким образом, независимы от бор-юных диагностических систем автомобиля.

71. Определение вероятности технического состояния объекта по методу Байеса. ????