курсовая. Практическое занятие2. Тема Расчёт надёжности для схем резервирования устройств управляющего комплекса с общим и раздельным резервированием Вар
 Скачать 193.7 Kb.
|
|
Галиуллин Р.Р. 5342 Практическое занятие№2. Тема «Расчёт надёжности для схем резервирования устройств управляющего комплекса с общим и раздельным резервированием»
Цель практического занятия: Изучение вопросов организации и методов обеспечения надежности управляющих комплексов средств связи с микропроцессорным управлением при комплексировании с использованием дублирования элементов управляющих комплексов. Рассчитать вероятность безотказной работы управляющего комплекса при общем и раздельном резервировании его элементов и сравнить результаты (число элементов n=8) согласно схеме на рис.1.  Рис. 1 – Схемы видов резервирования элементов управляющего комплекса средств связи Привести схемы резервирования для обоих случаев. Исходные данные взять из табл. в соответствии с требуемым вариантом. В табл. приняты следующие обозначения: m - кратность резервирования; Рi - вероятность безотказной работы i -го элемента, i = =1,2,3, ...,8. Методические указания к индивидуальному заданию Надежность в целом определяется как свойство объекта (управляющего комплекса) сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002–89). Под отказом понимается случайное событие, нарушающее работоспособность управляющего комплекса. Различают самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора (инженера по эксплуатации), перемежающийся отказ – многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера, а также явный отказ – отказ, обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования в процессе применения управляющего комплекса по назначению. Существует также критический отказ – отказ управляющего комплекса в целом или его компонента, тяжесть последствий которого в пределах данного анализа признана недопустимой и требует принятия специальных мер по снижению вероятности данного отказа и/или возможного ущерба, связанного с его возникновением (согласно ГОСТ 27.310–95). Основными параметрами надежности для невосстанавливаемых изделий являются интенсивность отказов l, вероятность безотказной работы за время t, P(t), среднее время работы до отказа T:  m – число единиц оборудования, отказавших за время t, N – число исправных единиц оборудования на начало промежутка времени t. λ(10)=m/(N*t)=2/(3*10)=0,067 λ(20)=m/(N*t)=2/(3*20)=0,033 λ(32)=m/(N*t)=2/(3*32)=0,020 P(10)=e-λt=e-0,067*10=0,511709 P(20)=e-λt=e-0,033*20=0,516851 P(32)=e-λt=e-0,020*32=0,527292 T=1/λ=1/0,067=14,925 T=1/λ=1/0,033=30,3030 T=1/λ=1/0,020=50 Формулы (1) – (3) применяется для экспоненциального распределения времени работы до отказа, где λ – параметр этого распределения. Это предположение используется далее в настоящем занятии. Параметр λ определяет долю (а не количество) изделий, отказавших в единицу времени. В качестве единицы времени обычно принимают один час. Одним из основных способов повышения надёжности систем является резервирование – способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функции. Различают два вида резервирования: общее и раздельное (поэлементное, параллельное). Пусть элементы управляющего комплекса представляют собой последовательную систему, где отказ любого элемента приводит к отказу системы в целом. Элементы управляющего комплекса включаются последовательно, один за другим и формируют контур управления. Здесь резервируется весь контур управления, т.е. управляющие устройства (процессоры) и взаимодействующие компоненты. В итоге в схеме появляется избыточность, вызванная появлением резерва (см. рис. 2).  Рис. 2 – Блок-схема общего резервирования элементов управляющего комплекса Вероятность безотказной работы оценим для предельного случая, когда полностью отсутствует возможность замены вышедшего из строя элемента из ЗИП или ремонт элемента в разумные сроки (24 часа) невозможен. Пусть отказ одного элемента не зависит от отказа другого элемента; при этом отказавший элемент рассматривается как полностью неработоспособный, т.е. не имеет место перемежающийся отказ, когда элемент периодически выдаёт сигнал сбоя, а потом временно переходит в работоспособное положение. Тогда вероятность безотказной работы Pобщее(t) схемы на рис. 2 оценивается по формуле:  где n – число элементов (управляющих устройств, процессоров); m – число контуров (параллельных элементов) резервирования; pi(t) – вероятность безотказной работы отдельного i-го элемента в m-ном контуре за время t. Pобщее(t)=1-(1-P1*P2*...*P8)2=0,063 Значительно эффективнее выглядит раздельное (параллельное, поэлементное) резервирование наиболее критически важных компонентов. При раздельном резервировании резервируются отдельные части управляющих устройства, например отдельные процессоры, каналы ввода/вывода, элементы памяти и общесистемные шины (см. рис. 3).  Рис. 3 – Блок-схема раздельного резервирования элементов управляющего комплекса В случае отказа одного элемента его функции выполняет дублирующий элемент без существенной потери качества связи или производительности управляющего комплекса. В этом случае вероятность безотказной работы комплекса Pразд(t), определяется по формуле :  Расчеты по индивидуальному заданию проводить с точностью до третьего десятичного знака справа от запятой. Pразд(t)=(1-(1-P1)7)*(1-(1-P2)7)*...*(1-(1-P8)7)=0,28 Практическое занятие№2. Тема «Расчёт надёжности для схем резервирования устройств управляющего комплекса с раздельным резервированием отдельных элементов» Цель практического занятия: Изучение вопросов организации и методов обеспечения надежности управляющих комплексов средств связи с микропроцессорным управлением при комплексировании с использованием раздельного резервировании компонентов.
Индивидуальное контрольное задание Схема для расчета надежности системы представлена на рис. 7, где также приведены интенсивности отказов элементов λ.  Рис. 7. – Схема для расчета надежности управляющего комплекса в схеме с раздельным резервированием элементов Принято, что резерв пассивный, невосстанавливаемый, с неизменной нагрузкой. Требуется рассчитать вероятность безотказной работы системы Pсист(t), для исходных данных в таблице 3. Методические указания к индивидуальному контрольному заданию Логическая схема для расчета надежности системы представлена на рис.8, где также приведены интенсивности отказов элементов λ.  Рис. 8 – Схема раздельного резервирования устройств управляющего комплекса с различным числом резервируемых элементов Принято, что резерв пассивный, с неизменной нагрузкой. Требуется рассчитать вероятность безотказной работы системы Pсист(t) если известно время t = 100 часов. Для резервированных систем с «простым» (последовательным) соединением блоков имеем:  Тогда при равнонадежных устройствах и экспоненциальным распределением наработки на отказ в случае общего резервирования вероятность безотказной работы схемы в целом на рис. 8 будет равна:  Считаем, что вероятность безотказной работы единичного элемента по прежнему равна  Применяя формулу (5) последовательно для каждого блока I, II, III, получим следующие выражения (примечание – на подстрочный (примечание – на подстрочный индекс i у времени t записывать как t :  P1(t) = 1-(1-e- λ*t )= 1,06184 P2(t) = 1-(1-e- λ*t )4 = 0,88692 P3(t) = 1-(1-e- λ*t )= 0,986098 Pсист(t) = P1(t)* P2(t)* P3(t) = 0,9286746861198 Pсист(200) = 0,9286746861198 |