Для системы средняя наработка на отказ рассчитывается как:
Тср = ,
часов
Среднее время восстановления объекта Тв при экспоненциальном законе распределения находится из соотношения:
Тв =
1/ч
1/ч
1/ч
Кг = - коэффициент готовности для системы
Кгi = = - коэффициент готовности для элемента
3.5 Топологический метод расчета надежности резервированных систем
Пусть дана некоторая система, состоящая из трех последовательно включенных блоков (рис.7).
Рисунок 7 - структурная схема системы с восстановлением
Интенсивности отказов элементов определены следующим образом:
л1=1*10-5 1/час
л2=2*10-4 1/час
л3=5*10-4 1/час
Время восстановления всех элементов предполагается одинаковым Тв=2 ч. Обслуживанием занимается одна ремонтная бригада (r = 1).
Необходимо:
1)построить схему с раздельным резервированием, причем для элемента 1с постоянно включенным резервом с кратностью резервирования 2, для элемента 2 с двумя постоянно включенными резервами с кратностью резервирования 2, а для элемента 3 двумя постоянно включенными резервами с кратностью резервирования 2.
2)найти выигрыш надежности по времени наработки на отказ: , где ТР - время наработки на отказ для резервированной системы, Т0 - время наработки на отказ для нерезервированной системы.
Для этого:
1. Построим структурную схему системы после резервирования (рис.8).
Рисунок 8
2. Найдем время наработки на отказ системы без резервирования. Для экспоненциального закона распределения интенсивностей отказов и восстановлений получим:
ч
3. Найдем интенсивность отказа второго элемента после резервирования.
На основании данных из таблицы для постоянно включенного резерва получим:
С учетом того, что обслуживанием занимается одна ремонтная бригада (r = 1), получим:
Находим наработку на отказ дублированного элемента 2:
Учитывая экспоненциальный закон распределения интенсивностей переходов, найдем интенсивность отказа дублированного элемента 2:
1/ч
Интенсивность восстановления резервированного элемента 2:
1/ч
4. Найдем интенсивность отказа и интенсивность восстановления третьего элемента после резервирования. Используя данные таблицы для резервирования замещением с кратностью 3 (1 - основной и 3 - резервных), получим:
Используя формулу, находим наработку на отказ резервированного элемента 3:
Учитывая экспоненциальный закон распределения интенсивностей переходов, найдем интенсивность отказа резервированного элемента 3:
1/час
Интенсивность восстановления резервированного элемента 3:
1/ч
5. Найдем время наработки на отказ системы с резервированием. По экспоненциальному закону распределения интенсивностей отказов получим:
часов
6. Выигрыш надежности по времени наработки на отказ
3.6 Расчет эксплуатационной надежности СЖАТ
Для расчета эксплуатационной надежности в данном пункте воспользуемся комбинационной схемой, полученной в пункте 3.2. Построим ее с помощью интегральных микросхем серии К555 с типом логики ТТЛШ.
Рисунок 9
1) Расчет надежности интегральных микросхем
Интегральные микросхемы серии К555 относятся к цифровым, поэтому (исходя из таблицы в методическом пособии) эксплуатационная надежность рассчитывается по следующей формуле:
Значения коэффициента Ксл, учитывающего сложность ИС и температуру окружающей среды, рассчитывается:
Значения коэффициентов А и В указаны в таблице 4 методических указаний.
Значение коэффициента Ккорп, учитывающего тип корпуса микросхемы, указано в таблице 5 методических указаний.
Ккорп=1,0
Значение коэффициента Кv, учитывающего снижение максимальных значений напряжения питания, указано в таблице 6 методических указаний.
Кv=1,0
Коэффициент Кэ при использовании ИС в стационарной аппаратуре, применяемой в лабораторных условиях, берется равным 1,0.
Коэффициент приемки отражает два уровня качества изготовленных изделий. Для изделия с приемкой 5 Кпр=1.
Значение коэффициента Кис, учитывающего степень освоенности технологического процесса, в большинстве случаев принимается равным 1.
2) Расчет надежности соединений
Математическая модель для расчета эксплуатационной интенсивности отказов соединений имеет вид:
Коэффициент Кэ для соединений в стационарной аппаратуре, применяемой в лабораторных условиях, берется равным 1,0.
Базовые значения интенсивности отказов для различных видов соединений приведены в таблице 8 методических указаний.
Суммарная эксплуатационная интенсивность отказов:
Вывод
В данном курсовом проекте мы научились производить статистическую оценку показателей надежности, рассчитывать надежности комбинационных схем, производить расчет показателей надежности восстанавливаемых систем методом Марковских процессов, использовать структурный метод расчета надежности, использовать топологический метод расчета надежности резервированных систем, производить расчет эксплуатационной надежности СЖАТ.
Опробовав все предложенные в курсе методы, мы убедились в важности такого показателя как надежность, применительно к системам ЖАТ, а так же обязательности предварительного расчета надежности перед поставкой и применением новых устройств на железных дорогах, независимо от сферы их применения, будь то СЖАТ или любое другое хозяйство РЖД связанное с безопасностью движения.
Способы повышения надежности и безопасности устройств
Способы повышения надежности можно разделить на четыре группы:
1) уменьшение наработки
2) снижение интенсивности отказов;
3) улучшение восстанавливаемости;
4) резервирование (введение избыточности).
Уменьшение наработки для выполнения определенного объема работ достигается выбором более быстродействующих элементов и высокопроизводительных устройств при проектировании. При эксплуатации уменьшить наработку можно полным или частичным выключением системы или ее отдельных устройств в паузе между рабочими сеансами. Например, в ПК предусмотрены так называемые схемы управления питанием, которые отключают монитор, поток ЖД, и переводят процессор в режим при отсутствии внимания к ПК со стороны пользователя. Следует отметить, что сохранить надежность системы путем сокращения времени ее непрерывной работы можно лишь, если число включений и выключений мало, т.е. система работает сравнительно с большой скважностью. При частом включении и выключении переходные процессы оказывают сильное вредное воздействие.
Уменьшение интенсивности отказов актуально на всех этапах жизненного цикла ИС. На этапе проектирования - за счет комплектации системы элементами повышенной надежности, как высокотехнологичных элементов, так и за счет входного контроля. Создания оптимального температурного режима, снижение электрической нагрузки, конструктивные методы защиты от механических и других внешних воздействий (например, герметизация) позволяют уменьшить интенсивность отказов. Следует отметить, что существенно повысить надежность системы может уменьшение сложности системы. (Вероятность отказа системы складывается из произведения вероятности отказов всех ее элементов). Однако создание простых схем является одной из наиболее трудных технических задач.
На этапе эксплуатации - приведение условий эксплуатации в соответствие с требованиями, при которых гарантируются паспортные данные по надежности и организация профилактического обслуживания.
Улучшение восстанавливаемости. Восстановление ИС требует выполнения ряда процедур: обнаружение неисправности, поиск неисправности (локализация), удаление его из системы, включение в систему исправного элемента из резерва, ремонт неисправного элемента, установка замененного элемента в рабочее состояние, проверка его работоспособности, проверка работоспособности всей системы, и, наконец, возобновление функционирования всей системы. Таким образом, обнаружение неисправности - обязательная процедура в процессе восстановления, которая обеспечивается средствами контроля и диагностики.
Резервирование - способ обеспечения надежности за счет применения дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций. Этот способ предусматривает замену отказавших частей аппаратуры резервными при условии, что резервная аппаратура входит конструктивно и функционально в состав рассматриваемой аппаратуры. Включение резерва может быть произведено в ручную или автоматически, в некоторых случаях резерв может быть функционально связан с основной аппаратурой так, что специального включения не требуется. Если же для восстановления работоспособности аппаратуры требуется удалить отказавшую часть аппаратуры, а вместо нее вставлять или вмонтировать аналогичную исправную, то речь идет не о резервировании, а о ремонте. Программное обеспечение может быть также резервировано.