1. основные понятия надёжности технических систем
 Скачать 364.88 Kb.
|
Контрольные вопросыДать определение сложной системе. Что такое элемент сложной системы? Перечислить факторы, которые отрицательно влияют на работо- способность сложной системы. Привести методику анализа надёжности сложной системы. Дать понятие резервированию элементов системы. Дать понятие системе с последовательным соединением эле- ментов. Дать понятие системе с параллельным соединением элементов. Дать понятие системы со смешенным соединением элементов. Что такое холодное резервирование? Что такое горячее резервирование? Что такое частично параллельное резервирование системы? Привести пример структурной схемы надёжности с параллельно- последовательным соединением элементов. Привести пример структурной схемы надёжности с поканальным резервированием. Привести пример структурной схемы надёжности с поэлемент- ным резервированием. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ НАДЁЖНОСТИДЛЯ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Обеспечение безопасности машин и конструкций – составная часть проблемы надёжности. Под безопасностью понимаем надёжность по от- ношению к жизни и здоровью людей, состоянию окружающей среды. Вероятностно-статистические методы и теория надёжности начали широко использоваться при расчёте особо ответственных объектов, при анализе крупных аварий. Основным базовым показателем надёжности и безопасности техни- ческих систем может служить вероятность безотказной работы Р(t) – ве- роятность проведения производственных процессов без происшествий в течение некоторого времени t, т.е. того, что в заданном интервале времени t = Т не возникнет отказа этого объекта. Значение Р(t), как всякой вероятности, может находиться в пределах 0 ≤ Р(t) ≤ 1. Вероятность безотказной работы Р(t) и вероятность отказа R(t) образуют полную группу событий, поэтому P(t) R(t) 1 . Допустимое значение Р(t) выбирается в зависимости от степени опасности отказа объекта. Например, для ответственных изделий авиаци- онной техники допустимые значения Р(t) = 0,9999 и выше, т.е. практиче- ски равны единице. При высоких требованиях к надёжности объекта задаются допусти- мым значением Р(t) = γ% (γ% – вероятность безотказной работы объекта в %) и определяют время работы объекта t = Тγ, соответствующее данной регламентированной вероятности безотказной работы. Значение Тγ назы- вается гамма-процентным ресурсом и по его значению судят о большей или меньшей безотказности и безопасности объектов. Пусть R(t) – вероятность возникновения аварийной ситуации на от- резке времени [0, t]. Эта вероятность должна удовлетворять условию R(T*) R* , где R * – предельно допустимое (нормативное) значение риска возникно- вения аварийной ситуации. Используем нормативное значение вероятности безотказной, т.е. безопасной, работы Р*, которая весьма близка к единице (например, R * 1). Функция риска на отрезке времени [0, t ] дополняет функцию безо- пасности P(t) до единицы: R(t) 1 P(t) . Интенсивность риска аварийной ситуации (удельный риск) анало- гична интенсивности отказов: r(t) P(t) / P(t) R(t) /[1 R(t)] . Поскольку уровень безопасности должен быть высоким, то можно принять 1 R(t) P(t) 1. Тогда интенсивность риска аварийной ситуации будет r(t) R(t) P(t) . Поскольку время t при оценке риска аварии исчисляют в годах, то r(t) имеет смысл годового риска возникновения аварийной ситуации. Средний годовой риск аварии: rср (T ) R(t) / T . Пусть, например, rср = const = 10–5 год–1; Т = 50 лет. Тогда R(T) rср (T)T 105 50 5 104 ; P(T ) 1 R(T ) 1 5 104 0,9995 . Такие показатели риска аварийной ситуации широко используют в гражданской авиации, а в последние годы их начали применять при нор- мировании безопасности оборудования атомных электростанций. Для парка одинаковых технических объектов функция безопасности Pn (t) Pn(t) , где n – численность парка одинаковых объектов. В этом случае функция риска Rn (t) 1 [1 R(t)]n n R(t) , при условии n R(t) 1. Аналогично для удельного риска: rn (t) nr(t) и rn ср n rср (t) . Инженерные расчёты инженерных конструкций на безопасность ос- нованы на концепции коэффициентов запаса. В этом случае расчётное условие имеет вид F S / m , где F – параметр воздействия; S – параметр сопротивления; m – коэффи- циент безопасности (m > 1). ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ «ЧЕЛОВЕК–МАШИНА» (СЧМ) Надёжность характеризует безошибочность (правильность) решения стоящих перед СЧМ задач. Оценивается вероятностью правильного ре- шения задач, которая, по статистическим данным, определяется соотно- шением Pпр 1 mот , N где mот и N – соответственно число ошибочно решённых и общее число решаемых задач. Точность работы оператора – степень отклонения некоторого пара- метра, измеряемого, устанавливаемого или регулируемого оператором, от своего истинного, заданного или номинального значения. Количественно точность работы оператора оценивается величиной погрешности, с кото- рой оператор измеряет, устанавливает или регулирует данный параметр: Iн Iоп , где Iн – истинное или номинальное значения параметра; Iоп – фактически измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра. Не всякая погрешность является ошибкой до тех пор, пока величина погрешности не выходит за допустимые пределы. В работе оператора следует различать случайную и систематическую погрешности. Случайная погрешность оператора оценивается величиной среднеквадратической погрешности, систематическая погрешность – ве- личиной математического ожидания отдельных погрешностей. Своевременность решения задачи СЧМ оценивается вероятностью того, что стоящая перед СЧМ задача будет решена Tдоп Pсв P{Tц Tдоп} (T ) dT , 0 где Р (Т ) – функция плотности времени решения задачи системой «чело- век–машина». Эта вероятность по статистическим данным за время, не превышающее допустимое: Pсв 1 mнс , N где mнс – число несвоевременно решённых СЧМ задач. В качестве общего показателя надёжности используется вероятность правильного (Рпр) и своевременного (Рсв) решения. Pсчм Pпр Pсв ; где Pвоз.i  Pбт 1 Pвоз.i Pот. i , i1 – вероятность возникновения опасной или вредной для человека производственной ситуации i-го типа; действий оператора в i-й ситуации. Pот.i – вероятность неправильных Степень автоматизации СЧМ характеризует относительное количе- ство информации, перерабатываемой автоматическими устройствами: K 1 H оп , а H счм где Ноп – количество информации, перерабатываемой оператором; H счм – общее количество информации, циркулирующей в системе «человек– машина». Экономический показатель характеризует полные затраты на систе- му «человек–машина». В общем случае эти затраты складываются из за- трат на создание (изготовление) системы Си , затрат на подготовку опера- торов Соп и эксплуатационных расходов Сэ : Wсчм Eн (Cи Cоп ) Cэ , где Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности капи- тальных затрат (Си + Соп). Эргономические показатели учитывают совокупность специфиче- ских свойств СЧМ и представляют иерархическую структуру, включаю- щую в себя ценностную эргономическую характеристику (эргономич- ность СЧМ), комплексные (управляемость, обслуживаемость, освояе- мость и обитаемость СЧМ), групповые (социально-психологические, пси- хологические, физиологические, антропометрические, гигиенические) и единичные показатели. Надёжность оператора – свойство качественно выполнять трудовую деятельность в течение определённого времени при заданных условиях. Ошибками оператора являются: невыполнение требуемого или вы- полнение лишнего (несанкционированного) действия, нарушение после- довательности выполнения действий, неправильное или несвоевременное выполнение требуемого действия. В зависимости от последствий ошибки могут быть аварийными и не- аварийными. Надёжность оператора характеризуется показателями безошибочно- сти, готовности, восстанавливаемости и своевременности. Показателем безошибочности является вероятность безошибочной работы. Для типовых, часто повторяющихся операций в качестве показа- теля безошибочности может использоваться интенсивность ошибок: P N j n j ; nj , N N T j j j j j где Рj – вероятность безошибочного выполнения операций j-го типа; λj– интенсивность ошибок j-го вида; Nj, nj – общее число выполненных операций j-го вида и допущенное при этом число ошибок; Тj– среднее время выполнения операций j-го вида. Для участка устойчивой работоспособности оператора можно найти вероятность безошибочного выполнения операций: Pоп r |