Tillförlitlighetsberäkning

Tillförlitlighetsberäkning är ett förfarande för att bestämma värdena för objekttillförlitlighetsindikatorer med metoder baserade på deras beräkning baserad på referensdata om tillförlitligheten hos objektelement, på grundval av data om tillförlitligheten hos analoga objekt, data om materialegenskaper. och annan information tillgänglig vid beräkningstillfället.

Som ett resultat av beräkningen bestäms de kvantitativa värdena för tillförlitlighetsindikatorerna .

Historik

Behovet av att beräkna tillförlitligheten hos tekniska anordningar och system har funnits sedan de började användas av människor. Till exempel, i början av 1900 -talet , fanns det ett problem med att uppskatta den genomsnittliga brinntiden för gaslampor, och i mitten av 1930-talet , tack vare den svenska forskaren V. Weibulls arbete , problemet med att beskriva den genomsnittliga drifttiden för gaslampor. en elektronlampa innan den misslyckades ( Weibull distribution ) blev känd .

Ett exempel på sökandet efter metoder för att beräkna tillförlitlighet är historien om skapandet av V-1 och V-2 missilsystem av Wernher von Braun [1] . Vid den tiden arbetade den tyske matematikern Eric Pieruschka i Browns laboratorium , som bevisade att tillförlitligheten hos en raket är lika med produkten av tillförlitligheten hos alla komponenter, och inte tillförlitligheten hos det mest opålitliga elementet, som Brown trodde. Senare, tillsammans med Brown i mitten av 50-talet , arbetade den tyske ingenjören Robert Lusser ( engelska ) i USA , som formulerade de huvudsakliga teoretiska bestämmelserna i framtidsteorin om tillförlitlighet . Hans formel för att beräkna tillförlitligheten hos ett seriekopplat system blev känd som " Lussers lag " .

De första verken om beräkning av tillförlitlighet i Sovjetunionen inkluderar en artikel av ingenjören Yakub B. M. "Indikatorer och metoder för att beräkna tillförlitlighet i energisektorn", publicerad i tidskriften "Electricity" , nr 18, 1934, och en artikel av Professor Siforov V. Och " Om metoder för att beräkna tillförlitligheten hos system som innehåller ett stort antal element" ( Proceedings of the Academy of Sciences of the USSR . Department of Technical Sciences. No. 6, 1954) Oavsett tyska slutna verk forskare, i dessa artiklar beräknades tillförlitligheten hos system med seriell anslutning som en produkt av tillförlitlighetselement.

Den första monografin i Sovjetunionen om teori och beräkning av tillförlitlighet - boken av I. M. Malikov, A. M. Polovko , N. A. Romanov, P. A. Chukreev "Grundläggande av teorin och beräkningen av tillförlitlighet" (Leningrad, Sudpromgiz , 1959) .

Mål för tillförlitlighetsberäkning

Lösningen av tillförlitlighets- och säkerhetsfrågor för moderna strukturellt komplexa tekniska system och objekt utförs i alla skeden av livscykeln, från design och skapande, produktion, till drift, användning och bortskaffande. I det här fallet kan följande mål eftersträvas [2] :

underbyggande av kvantitativa krav för tillförlitligheten hos objektet eller dess komponenter;
en jämförande analys av tillförlitligheten hos alternativ för den schematiska och konstruktiva konstruktionen av ett objekt och skälen för att välja ett rationellt alternativ, inklusive kostnadskriteriet;
bestämning av den uppnådda (förväntade) tillförlitlighetsnivån för objektet och/eller dess komponenter, inklusive den beräknade bestämningen av tillförlitlighetsindikatorer eller fördelningsparametrar av tillförlitlighetsegenskaperna för de ingående delarna av objektet som initiala data för att beräkna objektets tillförlitlighet som helhet;
belägg och verifiering av effektiviteten hos de föreslagna (genomförda) åtgärderna för att förbättra anläggningens design, tillverkningsteknik, underhåll och reparationssystem, i syfte att förbättra dess tillförlitlighet;
lösa olika optimeringsproblem där tillförlitlighetsindikatorer fungerar som objektiva funktioner, kontrollerade parametrar eller randvillkor, inklusive som att optimera ett objekts struktur, fördela tillförlitlighetskrav mellan indikatorer för enskilda komponenter av tillförlitlighet (till exempel tillförlitlighet och underhållbarhet), beräkning av set Reservdelar och tillbehör, optimering av underhålls- och reparationssystem, motivering av garantiperioder och tilldelad livslängd (resurs) för anläggningen, etc.;
verifiering av överensstämmelsen av den förväntade (uppnådda) tillförlitlighetsnivån för objektet med de fastställda kraven (tillförlitlighetskontroll), om direkt experimentell bekräftelse av deras tillförlitlighetsnivå är tekniskt omöjlig eller ekonomiskt olämplig.

Vid designstadiet av tekniska system utförs en designberäkning av tillförlitligheten.

Designtillförlitlighetsberäkning är en procedur för att bestämma värdena för objekttillförlitlighetsindikatorer vid designstadiet med hjälp av metoder baserade på deras beräkning från referens och andra data om tillförlitligheten hos objektelement som finns tillgängliga vid beräkningstillfället.

Designberäkningen av tillförlitlighet är en del av det obligatoriska arbetet för att säkerställa tillförlitligheten hos alla automatiserade system och utförs på grundval av kraven i reglerande och teknisk dokumentation (GOST 27.002-89, GOST 27.301-95, GOST 24.701-86) .

Vid test- och driftstadiet utförs tillförlitlighetsberäkningen för att bedöma de kvantitativa indikatorerna för det designade systemets tillförlitlighet.

Tillförlitlighetsberäkningsmetoder

Strukturella metoder för beräkning av tillförlitlighet

Strukturella metoder är de viktigaste metoderna för att beräkna tillförlitlighetsindikatorer i processen att designa objekt som kan delas upp i element, vars tillförlitlighetsegenskaper är kända vid tidpunkten för beräkningarna eller kan bestämmas med andra metoder. Beräkningen av tillförlitlighetsindikatorer med strukturella metoder inkluderar i allmänhet:

representation av objektet i form av ett blockschema som beskriver de logiska relationerna mellan elementens tillstånd och objektet som helhet, med hänsyn till strukturella och funktionella relationer och interaktion mellan element, den antagna underhållsstrategin, typer och metoder för redundans och andra faktorer;
beskrivning av det konstruerade blockschemat av objektets tillförlitlighet genom en adekvat matematisk modell, som gör det möjligt att, inom ramen för de införda antagandena och antagandena, beräkna objektets tillförlitlighetsindikatorer enligt data om tillförlitligheten av dess element i de övervägda ansökningsvillkoren.

Följande kan användas som strukturella diagram över tillförlitlighet:

funktionella integritetssystem ;
strukturella blockdiagram över tillförlitlighet ;
förkastningsträd ;
tillstånds- och övergångsdiagram .

Logisk-probabilistisk metod

I logisk-probabilistiska metoder (LPM) utförs det initiala uttalandet av problemet och konstruktionen av en fungerande modell av systemobjektet eller processen som studeras med strukturella och analytiska metoder för matematisk logik och beräkning av tillförlitlighetsindikatorer, överlevnads- och säkerhetsegenskaper utförs med hjälp av sannolikhetsteori .

LVM är en metod för att analysera strukturellt komplexa system, lösa systemproblem av organiserad komplexitet, utvärdera och analysera tillförlitlighet, säkerhet och risk för tekniska system. LCM är lämpliga för den initiala formaliserade formuleringen av problem i form av en strukturell beskrivning av de undersökta egenskaperna hos komplexa och högdimensionella system. I LVM har rutiner utvecklats för att omvandla de initiala strukturella modellerna till de önskade beräkningsmatematiska modellerna, vilket gör det möjligt att utföra deras algoritmisering och implementering på en dator.

Grundaren av LVM:s vetenskapliga och tekniska apparat och de tillämpade aspekterna av deras tillämpning, liksom grundaren och chefen för den vetenskapliga skolan, är professor I. A. Ryabinin .

Allmän logik-probabilistisk metod

Behovet av att utvidga LPM till icke-monotona processer ledde till skapandet av en generell logisk-probabilistisk metod (GPM). I OLVM för beräkning av tillförlitlighet används apparaten för matematisk logik för den primära grafiska och analytiska beskrivningen av villkoren för implementering av funktioner av enskilda och grupper av element i det designade systemet, och metoderna för sannolikhetsteori och kombinatorik används att kvantifiera tillförlitligheten och/eller faran med att det designade systemet som helhet fungerar. För att använda OLVM bör speciella strukturella scheman för den funktionella integriteten hos systemen som studeras, logiska kriterier för deras funktion, probabilistiska och andra parametrar för elementen fastställas.

Den så kallade händelselogikmetoden är kärnan i formuleringen och lösningen av alla problem med modellering och beräkning av tillförlitligheten hos system som använder OLVM. Detta tillvägagångssätt möjliggör sekventiell implementering av följande fyra huvudsteg av GPRS:

stadiet av strukturell-logisk formulering av problemet;
skede av logisk modellering;
skede av probabilistisk modellering;
stadiet för att utföra beräkningar av tillförlitlighetsindikatorer.

Felträdsmetod Markov modelleringsmetod [3]

Exempel på beräkning av tillförlitlighet hos system med en enkel struktur

Sekventiella system

I ett system med en sekventiell struktur leder felet i någon komponent till att systemet som helhet misslyckas.

Systemet med logiska ekvationer för ovanstående sekventiella system är:

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

Logisk hälsofunktion (lösning av ett system av logiska ekvationer):

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

Sannolikhet för felfri drift:

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

var är sannolikheten för felfri drift av komponenterna. $p_{1},p_{2},p_{3}$

I allmänhet är sannolikheten för felfri drift av systemet lika med: $P_{s}=\prod _{i=1}^{N}p_{i}.$

Parallellt system

I ett system med en parallell struktur inträffar felet i systemet som helhet endast när alla element misslyckas.

Systemet av logiska ekvationer för det reducerade parallella systemet: ${\begin{cases}y_{1}=x_{1},\\y_{2}=x_{2},\\y_{3}=x_{3}.\end{cases))$

Logisk hälsofunktion (lösning av ett system av logiska ekvationer):

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

Sannolikhet för felfri drift:

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

I allmänhet är sannolikheten för felfri drift av systemet lika med:

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

Skriv system: " k av n "

Sannolikheten att i ett system som består av identiska (lika tillförlitliga) element fungerar exakt element utan att misslyckas, kan beräknas med formeln [4] : $n$ $k$

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

var

p(t)

är sannolikheten för felfri drift av ett systemelement;

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

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

är den binomiska koefficienten från till .

n

k

Sannolikheten att i ett system som består av identiska och lika tillförlitliga element, inte mindre än element fungerar felfritt kan beräknas med formeln [4] : $n$ $k$

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

Sannolikheten att i ett system som består av identiska och lika tillförlitliga element, inte mindre än element fungerar utan fel, kan uttryckas genom sannolikheterna för felfri drift av ett liknande system med lägre dimension [4] : $n$ $k$

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

Vissa programvarupaket för tillförlitlighetsberäkningar

Mjukvaruverktyg utformade för att analysera och beräkna tillförlitlighet, tillgänglighet och underhållbarhet (i alfabetisk ordning) [5] [6] [7] [8] :

inhemsk

DOMARE [9]
Arbetsstation av tillförlitlighet [10]
ASONIKA-K [11]
AnyGraph [12]
CRISS [13]

utländsk

BlockSim [14]
ITEM-programvara [15]
RAM Commander av Advanced Logistics Development [16]
Reliability Workbench [17]
Vindkyla [18]

Se även

Anteckningar

↑ Mant D.I. Varför Bulava inte flyger . Byrån PROAtom (10 juni 2009). Tillträdesdatum: 12 januari 2012. Arkiverad från originalet den 4 oktober 2006. (obestämd)
↑ GOST 27.301-95 Arkivexemplar daterad 15 maj 2021 på Wayback Machine Reliability in engineering. Tillförlitlighetsberäkning. Grundläggande bestämmelser. Minsk, 1995. S. 12
↑ Felträd som metod för strukturanalys, ett exempel på ett händelse- och incidentträd . Datum för åtkomst: 22 januari 2015. Arkiverad från originalet 22 januari 2015. (obestämd)
↑ 1 2 3 Kuo, W., Zuo, MJ Optimal tillförlitlighetsmodellering: principer och tillämpningar . - NY: Wiley, 2002. - P. 231-280. - ISBN 0-471-29342-3 .
↑ Viktorova V.S. , Kuntsher Kh.P., Stepanyants A.S. Analys av mjukvara för modellering av systemens tillförlitlighet och säkerhet // Tillförlitlighet. - 2006. - Nr 4 (19) . - S. 46-57 . — ISSN 1729-2646 . (ryska)
↑ Strogonov A., Zhadnov V., Polessky S. Översikt över mjukvarusystem för beräkning av tillförlitligheten hos komplexa tekniska system // Komponenter och teknologier. - 2007. - Nr 5 . - S. 183-190 . — ISSN 2079-6811 . (ryska)
↑ Programvara - NTNU . Hämtad 8 februari 2012. Arkiverad från originalet 21 september 2012. (obestämd)
↑ Willis R. Undersökning av stödprogramvara för reliability engineering Arkiverad 3 juli 2012 på Wayback Machine //Society of Reliability Engineers. 2006.
↑ DOMARE . Datum för åtkomst: 8 februari 2012. Arkiverad från originalet 8 januari 2012. (obestämd)
↑ AWP av tillförlitlighet . Datum för åtkomst: 8 februari 2012. Arkiverad från originalet 22 december 2015. (obestämd)
↑ ASONIKA-K . Hämtad 8 februari 2012. Arkiverad från originalet 11 februari 2012. (obestämd)
↑ AnyGraph (nedlänk) . Hämtad 8 oktober 2019. Arkiverad från originalet 23 oktober 2017. (obestämd)
↑ A.M. Bakhmetiev, I.A. Bylov, A.V. Dumov, A.S. Smirnov. Förbättring av programvara för att utföra probabilistisk säkerhetsanalys av kärntekniska anläggningar // Kärnenergi. - 2008. - Nr 2 . - S. 21-29 . — ISSN 0204-3327 . (ryska) (inte tillgänglig länk)
↑ BlockSim . Hämtad 8 februari 2012. Arkiverad från originalet 25 februari 2012. (obestämd)
↑ ITEM Programvara . Hämtad 8 februari 2012. Arkiverad från originalet 9 mars 2012. (obestämd)
↑ RAM-befälhavare - Bee Pitron . Hämtad 15 mars 2020. Arkiverad från originalet 10 februari 2020. (obestämd)
↑ Tillförlitlighetsarbetsbänk . Datum för åtkomst: 8 februari 2012. Arkiverad från originalet den 28 december 2011. (obestämd)
↑ Windchill (nedlänk) . Hämtad 8 februari 2012. Arkiverad från originalet 7 februari 2012. (obestämd)

Litteratur

Barlow R., Proshan F. Statistisk teori om tillförlitlighet och tillförlitlighetstestning. -M.: Nauka, 1984. - 328 sid.
Barlow R., Proshan F. Matematisk teori om tillförlitlighet. -M.: Sovjetisk radio, 1969.- 485 sid.
Kozlov B. V., Ushakov I. A. Handbok om beräkning av tillförlitligheten hos radioelektronik och automationsutrustning. -M.: Sovjetisk radio, 1975.
Malikov I. M., Polovko A. M., Romanov N. A., Chukreev P. A. Grunderna i teorin och beräkningen av tillförlitlighet. - L .: Sudpromgiz, 1959.
Malikov I. M., Polovko A. M., Romanov N. A., Chukreev P. A. Grunderna i teorin och beräkningen av tillförlitlighet. Ed. 2:a, lägg till. - L .: Sudpromgiz, 1960. - 144 sid.
Mozhaev AS Allmän logisk-probabilistisk metod för att analysera tillförlitligheten hos komplexa system. Usch. lösning L .: VMA, 1988. - 68s.
Polovko A. M. Grunderna i teorin om tillförlitlighet. - M.: Nauka, 1964. - 446 sid.
Polovko A. M. , Gurov S. V. Grunderna i teorin om tillförlitlighet. - St Petersburg: BHV-Petersburg, 2006. - 702 sid.
Polovko A. M. , Gurov S. V. Grunderna i teorin om tillförlitlighet. Verkstad. - St Petersburg: BHV-Petersburg, 2006. - 560-talet.
Ryabinin I. A. Tillförlitlighet och säkerhet hos strukturellt komplexa system. St. Petersburg: St. Petersburg University Press, 2007, 278 s.
Ryabinin I. A. Grunderna i teorin och beräkningen av tillförlitligheten hos fartygselektriska kraftsystem. - L .: Skeppsbyggnad, 1967, 1971.
Ryabinin I. A. , Cherkesov G. N. Logiska och probabilistiska metoder för att studera tillförlitligheten hos strukturellt komplexa system 1981. 264 sid.
Ryabinin I. A. Tillförlitlighet hos tekniska system. Principer och analys. — M.: Mir, 1976.

Länkar

MIL-HDBK-217F-Notice2 - Amerikansk militär standard för tillförlitlighetsberäkning för elektroniska komponenter.
De viktigaste bestämmelserna i den allmänna logisk-probabilistiska metoden för systemanalys .
Levin V. I. Logisk teori om tillförlitlighet hos komplexa system. Moskva: Energoatomizdat, 1985.
Beräkning av tillförlitlighet och säkerhet för automatiserade styrsystem - Riktlinjer.
Mozhaev A. S., Skvortsov M. S., Strukov A. V. «Tillämpning av automatiserad strukturell-logisk modellering för designberäkning av ACS-tillförlitlighet».
Ryabinin I. A. Tillförlitlighet och säkerhet hos strukturellt komplexa system.
Ryabinin I. A., Strukov A. V. - "Kort kommenterad lista över publikationer av utländska tidskrifter om frågorna om bedömning av tillförlitligheten hos strukturellt komplexa system" i samlingen "Modellering och analys av säkerhet och risk i komplexa system: Proceedings of the International Scientific School of the International". MA BR — 2011".
Ushakov I. A. Var kom tillförlitligheten ifrån i Ryssland ?