Надежность технических систем объектов наземных комплексов: учеб. пособие

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОБЪЕКТОВ НАЗЕМНЫХ КОМПЛЕКСОВ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)»

НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОБЪЕКТОВ НАЗЕМНЫХ КОМПЛЕКСОВ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Н.П. Кириллова

Утверждено в качестве учебного пособия редсоветом МАДИ

МОСКВА МАДИ 2017

УДК 681.3.06+519.6(075.8) ББК 32.973я73 Н172 Рецензенты: проф. кафедры «Техническая механика» Московского политехнического университета Баловнев Н.П., проф. кафедры «Транспортные установки» МАДИ Бритвин Л.Н. Авторский коллектив: Буренин В.В., Иванина Е.С., Кириллов Н.П., Николаев А.В., Чемусов А.В., Шевченко А.С. Н172

Надежность технических систем объектов наземных комплексов: учеб. пособие / В.В. Буренин [и др.] под общ. ред. Н.П. Кириллова. – М.: МАДИ, 2017. – 88 с.

В настоящем учебном пособии рассмотрены общие сведения о надежности технических систем объектов наземных комплексов и приведены примеры расчета надежности отдельных технических систем объектов наземных комплексов. Учебное пособие предназначено для проведения занятий по учебным дисциплинам «Технология производства, испытания и надежность агрегатов» и «Надежность механических систем» для студентов, обучающихся по специализации «Наземные транспортные комплексы ракетной техники» направления подготовки (специальности) 23.05.02 (190110) «Транспортные средства специального назначения» и «Автомобили и тракторы» направления подготовки (специальности) 23.05.01 (190109) «Наземные транспортно-технологические средства», аспирантов по специальности 05.07.06 «Наземные комплексы, стартовое оборудование, эксплуатация летательных аппаратов», 05.02.02 «Машиноведение, системы приводов и детали машин», а также может быть полезно для других специальностей и направлений. УДК 681.3.06+519.6(075.8) ББК 32.973я73 © МАДИ, 2017

3

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ............................................................................................... 5 Введение ...................................................................................................... 6 Список сокращений..................................................................................... 9 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОБЪЕКТОВ НАЗЕМНЫХ КОМПЛЕКСОВ ........................................... 10 1.1. Факторы, влияющие на надежность технических систем....................................................................... 10 1.2. Методы расчета надежности........................................................ 13 1.3. Пример применения известных методик к расчету надежности средств связи объектов наземных комплексов .................................................. 21 1.3.1. Критерии качества функционирования и критерии отказа ............................................................... 21 1.3.2. Методика расчета ............................................................... 22 1.3.3. Исходные данные ............................................................... 23 1.3.4. Результаты расчета показателей надежности ................ 23 Вопросы для самопроверки ................................................................. 26 2. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ОБЪЕКТОВ НАЗЕМНЫХ КОМПЛЕКСОВ ........................................... 28 2.1. Расчет надежности системы 13В16М.......................................... 28 2.1.1. Вероятность безотказной работы системы ...................... 29 2.1.2. Среднее время восстановления системы ........................ 32 2.1.3. Среднее время безотказной работы системы ................. 34 2.2. Расчет надежности системы 15В255.22...................................... 34 2.2.1. Основные положения и методика расчета ....................... 34 2.2.2. Исходные данные................................................................ 37 2.2.3. Расчет надежности ............................................................. 38 2.3. Расчет надежности системы обеспечения температурного режима 15Ц100 ................................................. 39 2.3.1. Общие положения............................................................... 39 2.3.2. Методические положения .................................................. 41 2.3.3. Оценка надежности системы ............................................. 43 2.3.4. Результаты расчета ............................................................ 46 2.4. Расчет ЗИП системы 15Щ65 ........................................................ 47 2.4.1. Требования по расчету ЗИП .............................................. 47

4

2.4.2. Расчет одиночного комплекта ЗИП ................................... 47 2.4.3. Расчет группового комплекта ЗИП .................................... 48 2.4.4. Расчет ремонтного комплекта ЗИП ................................... 49 2.5. Расчет надежности системы 13В45П .......................................... 50 2.5.1. Вероятность безотказной работы системы ...................... 51 2.5.2. Среднее время восстановления системы ........................ 59 2.5.3. Среднее время безотказной работы системы ................. 61 2.5.4. Определение среднеквадратического отклонения вероятности безотказной работы системы ...................... 61 2.6. Расчет надежности агрегата 13М30М ......................................... 61 2.6.1. Методика оценки надежности ............................................ 62 2.6.2. Расчет количественных показателей надежности .......... 70 2.6.3. Выводы по расчету ............................................................. 72 Вопросы для самопроверки ................................................................. 72 Заключение................................................................................................ 74 Список литературы ................................................................................... 75 Приложение А ........................................................................................... 79 Приложение А1 ......................................................................................... 80 Приложение А2 ......................................................................................... 84

5

ПРЕДИСЛОВИЕ В учебном пособии рассматриваются вопросы обеспечения работоспособности и надежности технических систем объектов наземных комплексов. В первой части приведены общие теоретические сведения о надежности технических систем и методах расчета, а также даны рекомендации по применению их к расчету надежности объектов наземных комплексов. Во второй части представлены примеры расчета надежности систем объектов наземных комплексов, перечислены критерии оценки надежности данных систем и типовые неисправности, описаны применяемые методики расчета надежности, рассчитаны параметры надежности и сделаны заключения по расчету надежности. Анализ надежности технических систем объектов наземных комплексов является одним из наиболее важных при проектировании. Авторы безгранично благодарны сотрудникам отдела «Надежности и вероятностных расчетов» АО «Корпорация «СПУ-ЦКБ ТМ», возглавляемого кандидатом технических наук, старшим научным сотрудником Ю.В. Маракулиным, за постоянную помощь при разработке учебного пособия.

6

ВВЕДЕНИЕ Надежность является одним из самых важных показателей современной техники, поскольку от нее зависят такие показатели, как качество, эффективность, безопасность, риск, готовность и живучесть. Чтобы создать техническую систему, удовлетворяющую требованиям надежности, необходимо уметь рассчитывать ее надежность в процессе проектирования, знать методы обеспечения высокой надежности и способы их технической реализации. Теория надежности изучает: критерии и показатели надежности различных видов технических объектов; методы анализа и синтеза техники по критериям надежности; методы обеспечения и повышения надежности техники; научные методы эксплуатации, обеспечивающие ее эксплуатационную надежность. Один из законов развития науки гласит: «для обеспечения роста производства необходимо, чтобы скорость роста научных исследований опережала скорость роста техники, а скорость роста техники опережала скорость роста производства». Возникновение науки о надежности связано с применением количественных измерений надежности, исследованием функциональных зависимостей и количественных связей между отказами и причинами, их вызывающими, а также с разработкой методов расчета, позволяющих прогнозировать состояние надежности на будущее. Развитие науки о надежности шло по разным направлениям. Укажем некоторые из основных направлений развития теории надежности. 1. Развитие математических основ теории надежности. Обобщение статистических материалов об отказах и разработка рекомендаций по повышению надежности изделий вызвали необходимость определять математические закономерности, которым подчиняются отказы, а также разрабатывать методы количественного измерения надежности и инженерные расчеты ее показателей. В результате формировалась математическая теория надежности. Ее возникновение – исходный пункт создания науки о надежности.

7

2. Развитие методов сбора и обработки статистических данных о надежности. Обработка статистических материалов в области надежности потребовала развития существующих статистических методов и привела к накоплению большой статистической информации о надежности. Возникли статистические характеристики надежности и закономерности отказов. Работы в этом направлении послужили основой формирования статистической теории надежности. 3. Развитие физической теории надежности. Наука о надежности не могла и не может развиваться без исследования физико-химических процессов. Поэтому большое внимание уделяется изучению физических причин отказов, влиянию старения и прочности материалов на надежность, разнообразных внешних и внутренних воздействий на работоспособность изделий (совокупность работ в области исследования физико-химических процессов, обуславливающих надежность изделий, послужила основой физической теории надежности). В конкретных областях техники разрабатывались и продолжают разрабатываться прикладные вопросы надежности, вопросы обеспечения надежности данной конкретной техники (полупроводниковые приборы, судовые установки, транспортные машины, вычислительная техника, авиация и т.д.). При этом решается вопрос о наиболее рациональном использовании общей теории надежности в конкретной области техники и ведется разработка таких новых положений, методов и приемов, которые отражают специфику данного вида техники. Так возникли прикладные теории надежности, в том числе прикладная теория надежности АСУ. В каждом из перечисленных направлений в свою очередь выделялись самостоятельные разделы. Например, в математической теории надежности самостоятельное значение приобрели модели: управления запасами, резервирования, прогнозирования, эффективности с учетом экономических факторов и т.п. В нашей стране развитию теории надежности уделялось большое внимание. Так, академики А.И. Берг и Н.Г. Бруевич заложили первоосновы работ по надежности, академик АН УССР Б.В. Гнеден-

8

ко, д-ра техн. наук А.Д. Соловьев и Ю.К. Беляев опубликовали ряд работ по математическим основам теории надежности, членкорреспондент АН СССР Б.С. Сотсков с группой учеников возглавил работы по физической теории надежности. Кроме того, значительный вклад в развитие теории надежности внесли профессора Е.Ю. Барзилович, Б.Е. Бердичевский, Т.А. Голинкович, С.В. Гуров, И.Н. Коваленко, А.М. Половко, И.А. Рябинин, И.А. Ушаков, А.А. Червоный, Я.Б Шор и многие другие.

9

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АП АСУ АУС БСК ВБР ГГД ГР ДПП ЗК ЗИП КА КИ КС КСЗ КШС ПК ПКУ ПР ПРШС ПСП РК РКД РТМ РТО САУК СКО СОТР ССН ТЗ ТО УМ ШГЛ ШР ЩЛ ЩР

– абонентский пульт – автоматизированная система управления – автоматика и устройства связи – базовые станции коммутации – вероятность безотказной работы – газогидравлический двигатель – громкоговорители – дистанционные периодические проверки – защитный комплекс – запасные части и принадлежности – коробка абонентская – комплектующие изделия – кросс станционный – комплекс средств защиты – кабель шлемофонной связи – периодический контроль – прибор коммутации и усиления – пульт руководителя регламентных работ – прибор разделительный шлемофонной связи – прибор сопряжения с пультом – ракетный комплекс – рабочая конструкторская документация – радиотехнические модули – регламентированное техническое обслуживание – система автоматизированного управления и контроля – среднее квадратическое отклонение – система обеспечения температурного режима – структурная схема надежности – техническое задание – техническое обслуживание – усилитель мощности – гарнитура шлемофонная летняя – штепсельный разъем – щит линейный – щит распределительный

10

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОБЪЕКТОВ НАЗЕМНЫХ КОМПЛЕКСОВ 1.1. Факторы, влияющие на надежность технических систем Надежность изделий, особенно таких, как АСУ, зависит от разнообразных факторов, раздельное и комплексное изучение которых необходимо, поскольку формальное усреднение статистических показателей надежности без раскрытия физической природы отказов затрудняет выбор наиболее подходящих направлений работ по повышению надежности АСУ при ее создании и не позволяет разобраться в причинах отказов при ее испытаниях и эксплуатации. Основные факторы, влияющие на надежность АСУ и ее элементы, можно разделить на две группы (рис. 1.1): 1) аппаратурные (технические), т.е. такие, которые зависят от состояния аппаратуры и ее элементов; 2) неаппаратурные, т.е. такие, которые не зависят от состояния аппаратуры, но влияют на функциональную надежность. Аппаратурные (технические) факторы делятся на конструктивно-схемные и производственные. К конструктивно-схемным факторам относят: а) выбор структурной и функциональной схемы, способов резервирования и контроля; б) выбор комплектующих элементов и материалов, а также рабочих условий, в которых должны работать комплектующие элементы; в) назначение требований к допускам на технические характеристики элементов; г) защиту от внешних и внутренних неблагоприятных воздействий и другие аналогичные факторы. К производственным факторам относятся факторы, возникающие в процессе подготовки производства, изготовления и производственного контроля изделий: а) точность выполнения заданной формы и размеров; б) обеспечение упругих, магнитных и электрических характеристик изделий; в) обеспечение требуемой шероховатости обработанной поверхности, контактных свойств и прочности соединений; г) тщательность выявления скрытых производственных дефектов при проведении контроля.

11

Рис. 1.1. Факторы, влияющие на надежность АСУ

С переходом на полупроводниковые материалы и интегральные схемы роль технологии в обеспечении надежности комплектующих элементов возрастает и в ряде случаев становится решающей. Неаппаратурные факторы, влияющие на надежность технических комплексов и систем, возникают вне сферы проектирования и производства аппаратуры. К неаппаратурным факторам относятся: а) качество алгоритмов и программ для изделий с программным управлением; б) квалификация обслуживающего персонала и качество обслуживания аппаратуры; в) условия работы аппаратуры, в том числе температура, влажность, помехи и др. Факторы, возникающие в процессе эксплуатации (эксплуатационные факторы), могут различно влиять на надежность изделия. Они снижают надежность работы изделия и аппаратурную его надежность тогда, когда обслуживание изделия проводится недостаточно квалифицированно либо когда режим его эксплуатации не соответствует режиму, установленному при проектировании.

12

При высоком качестве обслуживания эксплуатационная надежность может повышаться по сравнению с прогнозируемой на этапе проектирования и производства. Схема связи между уровнем надежности (например, вероятностью безотказного состояния) и факторами, влияющими на надежность, представлена на рис. 1.2, где а – конструктивно-схемные факторы (они обуславливают аппаратурную конструктивно-схемную надежность изделия, обозначенную цифрой I); б – производственно-технологические факторы (высокое качество технологического процесса, отличающееся от номинального, может повысить показатель надежности на величину II); с – математическое обеспечение (оно может повысить показатель надежности до уровня I + II + III в том случае, если качество алгоритма и программ более высокое, чем это предусматривалось при определении показателей I + II); д – качество обслуживания; е – условия работы изделия (IV + + V – приращения показателя надежности, вызванные этими факторами, в том случае, если они окажутся более благоприятными, чем это предусматривалось при проектировании изделия).

Рис. 1.2. Вариант связи между уровнем надежности и благоприятными факторами, влияющими на надежность

13

На рис. 1.3 показано влияние первичных факторов в том случае, если эти факторы окажутся менее благоприятными, чем это предусматривалось при проектировании. При прогнозировании показателей надежности в процессе проектирования обычно принимается, что показатели надежности не могут ни увеличиваться, ни снижаться в процессе производства и эксплуатации. В этом случае справедлив тезис: надежность закладывается при проектировании, обеспечивается при производстве и поддерживается при эксплуатации. Однако так бывает не всегда. В практике изготовления и использования могут иметь место случаи, отмеченные на схемах рис. 1.2 и 1.3, т.е. и улучшение, и ухудшение показателей надежности в процессе производства и эксплуатации.

Рис. 1.3. Вариант связи между уровнем надежности и неблагоприятными факторами, влияющими на надежность

1.2. Методы расчета надежности Исследование процессов, обуславливающих надежность изделий, позволило обнаружить математические зависимости между факторами, влияющими на надежность, и количественными показателями

14

надежности, т.е. позволили получить формулы для определения показателей надежности расчетным путем. Это – свидетельство достаточно глубокого проникновения исследований надежности в существо изучаемых явлений. Расчеты надежности занимают одно из центральных мест в теории и практике надежности. В данной главе излагаются не все возможные методы расчета надежности, а только те, которые имеют наибольшее применение в практике расчета сложных систем. Расчеты надежности – расчеты, предназначенные для определения количественных показателей надежности. Они проводятся на различных этапах разработки, создания и эксплуатации изделий. На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования (предсказания) ожидаемой надежности проектируемого изделия. Такое прогнозирование необходимо для обоснования предполагаемого проекта изделия, а также для решения организационно-технических вопросов: выбора оптимального варианта структуры; способа резервирования; глубины и методов контроля; количества запасных элементов; периодичности регламентированного технического обслуживания (РТО); обоснования требований к надежности частей изделий. На этапе испытаний и эксплуатации расчеты надежности проводятся для оценки количественных показателей надежности. Такие расчеты носят, как правило, характер констатации. Результаты расчетов в этом случае показывают, какой надежностью обладали изделия, прошедшие испытания или используемые в некоторых условиях эксплуатации. На основании этих расчетов разрабатываются меры по повышению надежности, определяются слабые места изделия, даются оценки надежности изделия и влияния на нее отдельных факторов. Многочисленные цели расчетов привели к большому их разнообразию. На рис. 1.4 изображены основные виды расчетов надежности на этапе проектирования. Элементный расчет аппаратурной надежности – определение показателей надежности изделия, обусловленных надежностью его комплектующих частей (элементов). В результате такого расчета

15

оценивается техническое состояние изделия (вероятность того, что изделие находится в работоспособном состоянии, средняя наработка изделия на отказ и т.п.).

Рис. 1.4. Классификация расчетов надежности на этапе проектирования

Расчет функциональной надежности – определение показателей надежности выполнения заданных функций (например, вероятность того, что информация заданного объема будет передаваться за заданное время на протяжении заданного периода эксплуатации). Поскольку такие показатели зависят от ряда действующих факторов (вида заданной функции; аппаратурной надежности; математического обеспечения; работы операторов и др.), то, как правило, расчет функциональной надежности более сложен, чем элементный расчет аппаратурной надежности.

16

Выбирая на рис. 1.4 варианты перемещений по пути, указанном стрелками, каждый раз получаем новый случай (новый вид) расчета. Например: а) элементный расчет простого нерезервированного изделия с восстановлением с учетом того, что все отказы внезапные; б) элементный расчет сложного резервированного устройства с восстановлением с учетом того, что отказы могут быть и внезапные, и постепенные; в) функциональный расчет сложного резервированного изделия с восстановлением с учетом того, что все отказы внезапные. Самый простой расчет – расчет, характеристики которого представлены на рис. 1.4 слева: элементный расчет аппаратурной надежности простых изделий, нерезервированных, без учета восстановления работоспособности при условии, что время работы до отказа подчинено экспоненциальному распределению. Самый сложный расчет – расчет, характеристики которого представлены на рис. 1.4 справа: функциональной надежности сложных резервированных систем с учетом восстановления их работоспособности и различных законов распределения времени работы и времени восстановления. Выбор того или другого вида расчета надежности определяется заданием на расчет надежности. На основании задания и последующего изучения работы устройства (по его техническому описанию) составляется алгоритм расчета надежности, т.е. последовательность этапов расчета и расчетные формулы. Последовательность расчета надежности сложной системы типа АСУ представлена на рис. 1.5. Рассмотрим ее основные этапы. Прежде всего, следует четко сформулировать задание на расчет надежности. В нем должны быть указаны: 1) назначение системы, ее состав и основные сведения о функционировании; 2) показатели надежности и признаки отказов, целевое назначение расчетов; 3) условия, в которых работает (или будет работать) система; требования к точности и достоверности расчетов, к полноте учета действующих факторов. На основании изучения задания делается вывод о характере предстоящих расчетов. В случае расчета функциональной надежности осуществляется переход к этапам 4–5–7, в случае расчета аппаратурной надежности – к этапам 3–6–7.

17

Рис. 1.5. Последовательность расчета надежности АСУ

Под структурной схемой надежности понимается наглядное представление (графическое или в виде логических уравнений) условий, при которых работает или не работает исследуемый объект (сис-

18

тема, устройство, технический комплекс и т.д.). Типовые структурные схемы представлены на рис. 1.6. Простейшей формой структурной схемы надежности является параллельно-последовательная структура. На ней параллельно соединяются элементы, совместный отказ которых приводит к отказу объекта. В последовательную цепочку соединяются такие элементы, отказ каждого из которых приводит к отказу объекта.

а)

г)

б)

д)

в)

е)

Рис. 1.6. Типовые структурные схемы расчета надежности АСУ

На рис. 1.6, а представлен вариант параллельно-последовательной структуры. По этой структуре можно сделать следующее заключение. Объект состоит из пяти частей. Отказ объекта наступает тогда, когда откажет либо элемент 5, либо узел, состоящий из элементов 1–4. Узел может отказать тогда, когда одновременно откажет це-

19

почка, состоящая из элементов 3, 4, и узел, состоящий из элементов 1, 2. Цепочка 3, 4 отказывает, если откажет хотя бы один из составляющих ее элементов, а узел 1, 2 – если откажут оба элемента, т.е. элементы 1, 2. Расчет надежности при наличии таких структур отличается наибольшей простотой и наглядностью. К сожалению, не всегда удается условие работоспособности представить в виде простой параллельно-последовательной структуры. Иногда структура приобретает чрезвычайно громоздкий и сложный вид. В таких случаях используют либо логические функции, либо графы и ветвящиеся структуры, по которым составляются системы уравнений работоспособности. На основе структурной схемы надежности составляется набор расчетных формул. Для типовых случаев расчета используют формулы, данные в справочниках по расчетам надежности, стандартах и методических указаниях [3, 5, 8]. Однако прежде, чем применять эти формулы, необходимо предварительно внимательно изучить их существо, природу происхождения и области использования. В основе расчетов надежности лежит исследование событий и высказываний. Произвести расчет надежности сложного изделия означает определить связь между сложным событием (отказы изделия) и событиями, от которых оно зависит (отказы элементов изделия). Таким образом, в основе расчетов на надежность лежат операции с событиями и высказываниями. Такими операциями занимается математическая логика. Ее основные положения, точнее положения одного из ее разделов – алгебры высказываний – используются при расчете надежности. Кратко они могут быть сформулированы следующим образом. Объектом исследований алгебры высказываний являются высказывания, о которых можно утверждать, что они либо истинны, либо ложны. Например: «вычислительный комплекс находится в работоспособном состоянии». Высказывания могут быть простыми и сложными. Сложное высказывание – высказывание, состоящее из простых высказываний, соединенных между собой логическими операциями. Каждая из логических операций устанавливает вполне определенную связь между истинностью сложного высказывания и истинно-

20

стью простых высказываний. В табл. 1.1 приведены наиболее распространенные логические операции для двух простых высказываний х и у. Истинность высказываний обозначена единицей, ложность – нулем. Табл. 1.1 позволяет получить представление об условиях, при которых сложное высказывание становится истинным или ложным для различных логических операций. Так, сложное высказывание при конъюнкции двух простых высказываний становится истинным только тогда, когда оба простых высказывания истинны. Таблица 1.1 Логические операции № п/п 1 2

Название операции Конъюнкция (логическое умножение) Дизъюнкция (логическое суммирование)

x y

0 0

0 1

1 0

1 1

Обозначение операции

0

0

0

1

х ^ y (х·y)

0

1

1

1

х√y

3

Суммирование по модулю 2

0

1

1

0

х

4

Эквивалентность

1

0

0

1

х~y

5

Отрицание

1

0

1

0

ў

6

Импликация от y к х

1

0

1

1

х→y

1

1

1

0

х/y

1

0

0

0

х↓y

7 8

Отрицание конъюнкции (штрих Шеффера) Отрицание дизъюнкции (стрелка Пирса)

y

Существует следующее правило перехода от любого сложного высказывания к высказыванию, содержащему операции конъюнкции, дизъюнкции и отрицания: 1) из табл.1.1. выделить наборы простых высказываний, обращающие сложное высказывание в единицу; 2) для каждого из таких наборов записать простые истинные высказывания без знака отрицания, а ложные – со знаком отрицания; полученные высказывания соединить знаком конъюнкции; 3) конъюнкции простых высказываний соединить операцией дизъюнкции.

21

1.3. Пример применения известных методик к расчету надежности средств связи объектов наземных комплексов В данной работе представлен расчет надежности комплекса средств технологической связи АУС объекта 318М. Расчет надежности комплекса средств технологической связи АУС объекта 318М проводится на стадии РКД с целью оценки ожидаемого уровня надежности комплекса (проверки соответствия заданным требованиям). В соответствии с ГОСТ 27.301-95 расчет представляет собой процедуру определения показателей надежности с использованием структурного метода, основанного на их вычислении по данным о характеристиках надежности элементов комплекса, содержащихся в материалах разработчиков и другой информации, имеющейся к моменту расчета. Комплекс предназначен для обеспечения внутриузловой связи при проведении регламентных работ. Состав комплекса средств технологической связи вместе с характеристиками надежности ее элементов приведен в табл. 1.2 и 1.3. 1.3.1. Критерии качества функционирования и критерии отказа В качестве обобщенного показателя надежности комплекса средств технологической связи используется коэффициент оперативной готовности КОГ, определяемый по формуле (1.1) КОГ КГ Р(tБР ) , где P(tБР) – вероятность безотказной работы комплекса за время tБР, равное одному часу; КГ – коэффициент готовности комплекса средств технологической связи. Под отказом комплекса средств технологической связи понимается событие, заключающееся в невозможности обеспечения связи хотя бы с одним помещением, в котором находятся средства технологической связи и оповещения.

22

1.3.2. Методика расчета Для расчета показателей надежности комплекса средств технологической связи АУС объекта 318М в соответствии с ГОСТ 27.301-95 применяется структурный метод расчета, который включает в себя: представление комплекса средств в виде структурной схемы, описывающей логические соотношения между состояниями элементов и системы в целом с учетом структурно-функциональных связей и взаимодействия элементов, видов и способов резервирования; описание построенной структурной схемы надежности комплекса средств технологической связи адекватной математической моделью, позволяющей вычислить показатели надежности системы по данным о надежности его элементов. Структурная схема надежности комплекса средств технологической связи может быть представлена в виде цепочки последовательно соединенных участков, часть из которых содержит резервные элементы. ВБР комплекса средств технологической связи определяется по формуле [1] (

Р( )

е

i ni i

iц n j ) j

(1.2)

,

где P( ) – ВБР комплекса средств технологической связи; сивность отказов элементов, 1/ч;

iц

i

– интен-

– интенсивность отказов состав-

ных частей комплекса с резервированием элементов, 1/ч; ni , n j – количество однотипных элементов; соответствующем режиме, ч;

– время работы оборудования в ( ni i iц n j ) – суммарная i

j

интенсивность отказов. Коэффициент готовности комплекса средств имеет вид: ТО КГ , Т О ТВ

(1.3)

где Т О – наработка на отказ; Т В – среднее время восстановления комплекса. Интенсивность отказов участков с резервированием элементов определяется по формуле [1]

23

iц

где

i

(m j

i

1)

mj

TВj

(1.4)

,

TОj

– интенсивность отказов одного элемента на j-м участке; m j –

количество резервных элементов j-го участка; TВj – среднее время восстановления одного резервного или рабочего элемента; TОj – наработка на отказ одного резервного или рабочего элемента. Среднее квадратическое отклонение показателей надёжности оценивается по формуле n

R

2

R i 1

2 i

(1.5)

,

i

где R – оцениваемый показатель надежности; n – количество элементов комплекса; i – интенсивность отказов i-го элемента; i i i – коэффициент вариации ( 0 При расчетах принято

1).

i i

1 для всех

i

. Полученные оценки,

таким образом, позволяют оценить максимальные отклонения вычисленных показателей надежности. 1.3.3. Исходные данные Интенсивности отказов элементов (

i

), входящих в состав ком-

плекса средств технологической связи, приведены в табл. 1.2. Среднее время восстановления комплекса в соответствии с [2, 3] принято равным 0,5 ч. Так как регламентные работы в период режима автономности не проводятся, то в качестве требуемых значений показателей надежности комплекса средств технологической связи приняты требования к коэффициенту оперативности АУС объекта 318M в режиме повседневной деятельности. 1.3.4. Результаты расчета показателей надежности Структурная схема надежности комплекса средств технологической связи приведена на рис. 1.7.

24

Таблица 1.2 Состав комплекса средств технологической связи Обозначение элемента АП-1-16

Наименование элемента Абонентский пульт с 16-ю именными кнопками

Количество

i

106, 1/ч

1

17,0

БСК-3

Базовая станция коммутации

3

87,8

БСК-4

Базовая станция коммутации

2

66,4

ГР-1

Громкоговоритель

9

20,0

ГР-16Б

Громкоговоритель

95

20,0

КА-5

Коробка абонентская

43

0,9

КС-3

Кросс станционный

3

0,2

КС-4

Кросс станционный

2

0,2

КШС

Кабель шлемофонной связи

43

0,9

ПКУ

Прибор коммутации и усиления

1

63,4

1

12,9

1

1,9

Прибор сопряжения с пультом

1

10,9

Усилитель мощности

4

7,5

ШГЛ

Гарнитура шлемофонная летняя

43

0,01

ЩР

Щит распределительный

8

3,1

ЩЛ

Щит линейный

1

26,1

ПР ПРШС-5 ПСП УМ

Прибор руководителя регламентных работ Прибор разделительный шлемофонной связи на пять каналов

Так как для всех участков с резервированием элементов

Т Вj Т Оj