Luotettavuuslaskenta

Luotettavuuslaskenta on menettely kohteen luotettavuusindikaattoreiden arvojen määrittämiseksi menetelmillä , jotka perustuvat niiden laskemiseen kohdeelementtien luotettavuuden viitetietoihin, analogisten objektien luotettavuustietoihin, materiaalien ominaisuuksia koskeviin tietoihin. ja muut laskentahetkellä saatavilla olevat tiedot.

Laskennan tuloksena määritetään luotettavuusindikaattoreiden määrälliset arvot .

Historia

Tarve laskea teknisten laitteiden ja järjestelmien luotettavuus on ollut olemassa niiden ihmisten käytön alusta lähtien. Esimerkiksi 1900-luvun alussa ongelmana oli kaasulamppujen keskimääräisen palamisajan arvioiminen ja 1930-luvun puolivälissä ruotsalaisen tiedemiehen V. Weibullin työn ansiosta lamppujen keskimääräisen käyttöajan kuvaaminen . elektronilamppu ennen kuin se epäonnistui ( Weibull-jakelu ) tuli kuuluisaksi.

Esimerkki luotettavuuden laskentamenetelmien etsimisestä on Wernher von Braunin V-1- ja V-2- ohjusjärjestelmien luomisen historia [1] . Tuolloin Brownin laboratoriossa työskenteli saksalainen matemaatikko Eric Pieruschka , joka osoitti, että raketin luotettavuus on yhtä suuri kuin kaikkien komponenttien luotettavuuden tulos, ei kaikkein epäluotettavimman elementin luotettavuus, kuten Brown uskoi. Myöhemmin yhdessä Brownin kanssa 50-luvun puolivälissä USA :ssa työskenteli saksalainen insinööri Robert Lusser ( englanti ) , joka muotoili tulevaisuuden luotettavuusteorian tärkeimmät teoreettiset määräykset . Hänen kaavansa sarjaan kytketyn järjestelmän luotettavuuden laskemiseksi tunnettiin nimellä " Lusserin laki " .

Ensimmäiset luotettavuuden laskemista koskevat työt Neuvostoliitossa sisältävät insinööri Yakub B. M.:n artikkelin "Indikaattorit ja menetelmät luotettavuuden laskentaan energia-alalla", joka julkaistiin lehdessä "Electricity" , nro 18, 1934, sekä artikkeli Professori Siforov V. Ja "Menetelistä suuren määrän elementtejä sisältävien järjestelmien luotettavuuden laskentaan" ( Proceedings of the Academy of Sciences of USSR . Department of Technical Sciences. No. 6, 1954) Saksan suljetuista teoksista riippumatta tutkijoiden mukaan näissä artikkeleissa sarjaliitännällä varustettujen järjestelmien luotettavuus laskettiin luotettavuuselementtien tulona.

Neuvostoliiton ensimmäinen monografia luotettavuuden teoriasta ja laskennasta - I. M. Malikovin, A. M. Polovkon , N. A. Romanovin, P. A. Chukreevin kirja "Teorian perusteet ja luotettavuuden laskeminen" (Leningrad, Sudpromgiz , 1959).

Luotettavuuslaskelman tavoitteet

Nykyaikaisten rakenteellisesti monimutkaisten teknisten järjestelmien ja kohteiden luotettavuus- ja turvallisuuskysymysten ratkaisuja tehdään kaikissa elinkaaren vaiheissa suunnittelusta ja luomisesta, tuotannosta, käyttöön, käyttöön ja hävittämiseen. Tässä tapauksessa voidaan saavuttaa seuraavat tavoitteet [2] :

kohteen tai sen komponenttien luotettavuutta koskevien määrällisten vaatimusten perustelu;
vertaileva analyysi kohteen kaavamaisen ja rakentavan rakentamisen vaihtoehtojen luotettavuudesta ja rationaalisen vaihtoehdon valinnan perusteista, mukaan lukien kustannuskriteeri;
kohteen ja/tai sen komponenttien saavutetun (odotetun) luotettavuustason määrittäminen, mukaan lukien laskennallinen luotettavuusindikaattoreiden tai kohteen komponenttien luotettavuusominaisuuksien jakautumisparametrien määrittäminen lähtötietona kohteen luotettavuuden laskemiseksi kokonaisena;
laitoksen suunnittelun, valmistustekniikan, huolto- ja korjausjärjestelmän parantamiseksi ehdotettujen (totettujen) toimenpiteiden tehokkuuden perustelu ja todentaminen sen luotettavuuden parantamiseksi;
erilaisten optimointiongelmien ratkaiseminen , joissa luotettavuusindikaattorit toimivat objektiivisina funktioina, ohjattuina parametreina tai reunaehtoina, mukaan lukien esimerkiksi kohteen rakenteen optimointi, luotettavuusvaatimusten jakaminen yksittäisten luotettavuuskomponenttien indikaattoreiden kesken (esim. luotettavuus ja ylläpidettävyys), sarjat Varaosat ja tarvikkeet, huolto- ja korjausjärjestelmien optimointi, takuuajan perustelut ja laitoksen käyttöikä (resurssi) jne.;
kohteen odotetun (saavutetun) luotettavuustason vaatimustenmukaisuuden todentaminen (luotettavuuden valvonta), jos niiden luotettavuustason suora kokeellinen varmistus on teknisesti mahdotonta tai taloudellisesti tarpeetonta.

Teknisten järjestelmien suunnitteluvaiheessa tehdään luotettavuuden suunnittelulaskenta.

Suunnittelun luotettavuuslaskenta on menetelmä kohteen luotettavuusindikaattoreiden arvojen määrittämiseksi suunnitteluvaiheessa käyttämällä menetelmiä, jotka perustuvat niiden laskemiseen referenssistä ja muista laskentahetkellä saatavilla olevista kohdeelementtien luotettavuudesta tiedoista.

Luotettavuuden suunnittelulaskenta on osa pakollista työtä minkä tahansa automatisoidun järjestelmän luotettavuuden varmistamiseksi, ja se suoritetaan säännösten ja teknisten asiakirjojen vaatimusten (GOST 27.002-89, GOST 27.301-95, GOST 24.701-86) perusteella. .

Testaus- ja käyttövaiheessa tehdään luotettavuuslaskenta , jolla arvioidaan suunnitellun järjestelmän luotettavuuden kvantitatiivisia tunnuslukuja.

Luotettavuuslaskentamenetelmät

Rakenteelliset menetelmät luotettavuuden laskemiseksi

Rakenteelliset menetelmät ovat pääasiallisia luotettavuusindikaattoreiden laskentamenetelmiä suunniteltaessa kohteita, jotka voidaan jakaa elementeiksi, joiden luotettavuusominaisuudet ovat tiedossa laskentahetkellä tai voidaan määrittää muilla menetelmillä. Luotettavuusindikaattoreiden laskeminen rakenteellisilla menetelmillä sisältää yleensä:

objektin esitys lohkokaavion muodossa, joka kuvaa elementtien tilojen ja objektin loogiset suhteet kokonaisuutena ottaen huomioon elementtien rakenteelliset ja toiminnalliset suhteet ja vuorovaikutuksen, hyväksytyn ylläpitostrategian, rakennusten tyypit ja menetelmät. redundanssi ja muut tekijät;
objektin luotettavuuden rakennetun lohkokaavion kuvaus riittävällä matemaattisella mallilla, joka mahdollistaa esitettyjen oletusten ja oletusten puitteissa laskea kohteen luotettavuusindikaattorit sen elementtien luotettavuustietojen mukaan. huomioon otettavat hakuehdot.

Seuraavia voidaan käyttää luotettavuuden rakennekaavioina:

toiminnallinen eheysjärjestelmät ;
luotettavuuden rakenteelliset lohkokaaviot ;
vikapuut ;
tila- ja siirtymäkaaviot .

Looginen-todennäköisyysmenetelmä

Loogis-todennäköisyysmenetelmissä (LPM) ongelman alkuselvitys ja tutkittavan järjestelmäobjektin tai prosessin toimintamallin rakentaminen suoritetaan matemaattisen logiikan rakenteellisilla ja analyyttisillä keinoilla sekä luotettavuusindikaattoreiden laskennalla, selviytymis- ja turvallisuusominaisuudet tehdään todennäköisyysteorian avulla .

LVM on menetelmä rakenteellisesti monimutkaisten järjestelmien analysointiin, organisoitujen monimutkaisten järjestelmäongelmien ratkaisemiseen, teknisten järjestelmien luotettavuuden, turvallisuuden ja riskien arvioimiseen ja analysointiin. LCM:t ovat käteviä ongelmien alustavaan formalisoituun muotoiluun monimutkaisten ja korkeadimensionaalisten järjestelmien toiminnan tutkittujen ominaisuuksien rakenteellisen kuvauksen muodossa. LVM:ssä on kehitetty menettelyjä alkuperäisten rakennemallien muuntamiseksi halutuiksi laskennallisiksi matemaattisiksi malleiksi, mikä mahdollistaa niiden algoritmisoinnin ja toteutuksen tietokoneella.

LVM:n tieteellisen ja teknisen laitteen ja niiden soveltamisen sovellettavien näkökohtien perustaja sekä tieteellisen koulun perustaja ja johtaja on professori I. A. Ryabinin .

Yleinen logiikka-todennäköisyysmenetelmä

Tarve laajentaa LPM ei-monotonisiin prosesseihin johti yleisen loogis-todennäköisyysmenetelmän (GPM) luomiseen. Luotettavuuden laskentaan tarkoitetussa OLVM:ssä matemaattisen logiikan laitteistoa käytetään ensisijaiseen graafiseen ja analyyttiseen kuvaukseen funktioiden toteutusolosuhteista suunnitellun järjestelmän yksilöiden ja elementtiryhmien mukaan sekä todennäköisyyslaskennan ja kombinatorian menetelmiä . kvantifioida suunnitellun järjestelmän toiminnan luotettavuus ja/tai vaarallisuus kokonaisuutena. OLVM:n käyttöä varten tulee asettaa erityiset rakenteelliset kaaviot tutkittavien järjestelmien toiminnallisesta eheydestä , niiden toiminnan loogiset kriteerit, todennäköisyys- ja muut elementtien parametrit.

Ns. tapahtumalogiikka on kaikkien OLVM:ää käyttävien järjestelmien luotettavuuden mallintamisen ja laskennan ongelmien muotoilun ja ratkaisun ytimessä. Tämä lähestymistapa mahdollistaa seuraavan neljän GPRS:n päävaiheen peräkkäisen toteutuksen:

ongelman rakenne-loogisen muotoilun vaihe;
loogisen mallintamisen vaihe;
probabilistisen mallinnuksen vaihe;
luotettavuusindikaattoreiden laskelmien suorittamisvaihe.

Vikapuumenetelmä Markovin mallinnusmenetelmä [3]

Esimerkkejä yksinkertaisen rakenteen luotettavuuden laskemisesta

Jaksottainen järjestelmä

Järjestelmässä, jossa on peräkkäinen rakenne, minkä tahansa komponentin vika johtaa koko järjestelmän epäonnistumiseen.

Looginen yhtälöjärjestelmä yllä olevalle peräkkäiselle järjestelmälle on:

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

Looginen terveysfunktio (loogisen yhtälöjärjestelmän ratkaisu):

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

Virheettömän toiminnan todennäköisyys:

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

missä ovat komponenttien häiriöttömän toiminnan todennäköisyydet. $p_{1},p_{2},p_{3}$

Yleensä järjestelmän virheettömän toiminnan todennäköisyys on yhtä suuri: $P_{s}=\prod _{i=1}^{N}p_{i}.$

Rinnakkaisjärjestelmä

Rinnakkaisrakenteisessa järjestelmässä koko järjestelmän vika ilmenee vain, kun kaikki elementit epäonnistuvat.

Looginen yhtälöjärjestelmä pelkistetylle rinnakkaisjärjestelmälle: ${\begin{cases}y_{1}=x_{1},\\y_{2}=x_{2},\\y_{3}=x_{3}.\end{cases))$

Looginen terveysfunktio (loogisen yhtälöjärjestelmän ratkaisu):

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

Virheettömän toiminnan todennäköisyys:

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

Yleensä järjestelmän virheettömän toiminnan todennäköisyys on yhtä suuri:

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

Kirjoita järjestelmä: " k of n "

Todennäköisyys, että järjestelmässä, joka koostuu identtisistä (yhtä luotettavista) elementeistä, täsmälleen elementit toimivat virheettömästi, voidaan laskea kaavalla [4] : $n$ $k$

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

missä

p(t)

on järjestelmäelementin häiriöttömän toiminnan todennäköisyys;

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

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

on binomikerroin välillä - .

n

k

Todennäköisyys, että identtisistä ja yhtä luotettavista elementeistä koostuvassa järjestelmässä vähintään elementti toimii virheettömästi, voidaan laskea kaavalla [4] : $n$ $k$

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

Todennäköisyys, että identtisistä ja yhtä luotettavista elementeistä koostuvassa järjestelmässä vähintään kuin elementti toimii ilman vikaa, voidaan ilmaista samanlaisen, matalamman järjestelmän häiriöttömän toiminnan todennäköisyyksien avulla [4] : $n$ $k$

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

Jotkut ohjelmistopaketit luotettavuuslaskelmia varten

Ohjelmistotyökalut, jotka on suunniteltu analysoimaan ja laskemaan luotettavuutta, saatavuutta ja ylläpidettävyyttä (aakkosjärjestyksessä) [5] [6] [7] [8] :

kotimainen

TUOMIOISTERI [9]
Luotettavuuden työasema [10]
ASONIKA-K [11]
AnyGraph [12]
CRISS [13]

ulkomaalainen

BlockSim [14]
ITEM Ohjelmisto [15]
Advanced Logistics Developmentin RAM Commander [16]
Luotettavuustyöpöytä [17]
Tuulenjäähdytys [18]

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Mant D.I. Miksi Bulava ei lennä . Agency PROAtom (10. kesäkuuta 2009). Käyttöpäivä: 12. tammikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 4. lokakuuta 2006. (määrätön)
↑ GOST 27.301-95 Arkistokopio , päivätty 15. toukokuuta 2021 Wayback Machinessa Luotettavuus suunnittelussa. Luotettavuuslaskenta. Perussäännökset. Minsk, 1995. S. 12
↑ Vikapuu rakenneanalyysin menetelmänä, esimerkki tapahtuma- ja tapahtumapuusta . Käyttöpäivä: 22. tammikuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 22. tammikuuta 2015. (määrätön)
↑ 1 2 3 Kuo, W., Zuo, MJ Optimaalinen luotettavuusmallinnus: periaatteet ja sovellukset . - NY: Wiley, 2002. - S. 231-280. - ISBN 0-471-29342-3 .
↑ Viktorova V.S. , Kuntsher Kh.P., Stepanyants A.S. Järjestelmän luotettavuuden ja turvallisuuden mallintamiseen tarkoitettujen ohjelmistojen analyysi // Luotettavuus. - 2006. - Nro 4 (19) . - S. 46-57 . — ISSN 1729-2646 . (Venäjän kieli)
↑ Strogonov A., Zhadnov V., Polessky S. Yleiskatsaus ohjelmistojärjestelmiin monimutkaisten teknisten järjestelmien luotettavuuden laskemiseen // Komponentit ja tekniikat. - 2007. - Nro 5 . - S. 183-190 . — ISSN 2079-6811 . (Venäjän kieli)
↑ Ohjelmisto - NTNU . Haettu 8. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 21. syyskuuta 2012. (määrätön)
↑ Willis R. Luotettavuussuunnittelun tukiohjelmistojen kysely Arkistoitu 3. heinäkuuta 2012 Wayback Machinessa //Society of Reliability Engineers. 2006.
↑ TUOMIOITTAJA . Käyttöpäivä: 8. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 8. tammikuuta 2012. (määrätön)
↑ Luotettavuuden AWP . Käyttöpäivä: 8. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. joulukuuta 2015. (määrätön)
↑ ASONIKA-K . Haettu 8. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 11. helmikuuta 2012. (määrätön)
↑ AnyGraph (downlink) . Haettu 8. lokakuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 23. lokakuuta 2017. (määrätön)
↑ A.M. Bakhmetiev, I.A. Bylov, A.V. Dumov, A.S. Smirnov. Ohjelmiston parantaminen ydinlaitosten todennäköisyyspohjaisten turvallisuusanalyysien tekemiseen // Nuclear Energy. - 2008. - Nro 2 . - S. 21-29 . — ISSN 0204-3327 . (Venäjän kieli) (linkki ei saatavilla)
↑ BlockSim . Haettu 8. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 25. helmikuuta 2012. (määrätön)
↑ KOHDE Ohjelmisto . Haettu 8. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 9. maaliskuuta 2012. (määrätön)
↑ RAM Commander - Bee Pitron . Haettu 15. maaliskuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 10. helmikuuta 2020. (määrätön)
↑ Luotettavuustyöpöytä . Käyttöpäivä: 8. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 28. joulukuuta 2011. (määrätön)
↑ Tuulenjäähdytys (downlink) . Haettu 8. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 7. helmikuuta 2012. (määrätön)

Kirjallisuus

Barlow R., Proshan F. Luotettavuuden tilastoteoria ja luotettavuustestaus. -M.: Nauka, 1984. - 328 s.
Barlow R., Proshan F. Matemaattinen luotettavuuden teoria. -M.: Neuvostoliiton radio, 1969.- 485 s.
Kozlov B. V., Ushakov I. A. Käsikirja radioelektroniikan ja automaatiolaitteiden luotettavuuden laskemisesta. -M.: Neuvostoliiton radio, 1975.
Malikov I. M., Polovko A. M., Romanov N. A., Chukreev P. A. Teorian perusteet ja luotettavuuden laskeminen. - L .: Sudpromgiz, 1959.
Malikov I. M., Polovko A. M., Romanov N. A., Chukreev P. A. Teorian perusteet ja luotettavuuden laskeminen. Ed. 2., lisää. - L .: Sudpromgiz, 1960. - 144 s.
Mozhaev AS Yleinen loogis-todennäköisyysmenetelmä monimutkaisten järjestelmien luotettavuuden analysointiin. Uh. ratkaisu L .: VMA, 1988. - 68s.
Polovko A. M. Luotettavuusteorian perusteet. - M.: Nauka, 1964. - 446 s.
Polovko A. M. , Gurov S. V. Luotettavuusteorian perusteet. - Pietari: BHV-Petersburg, 2006. - 702 s.
Polovko A. M. , Gurov S. V. Luotettavuusteorian perusteet. Työpaja. - Pietari: BHV-Petersburg, 2006. - 560s.
Ryabinin I. A. Rakenteellisesti monimutkaisten järjestelmien luotettavuus ja turvallisuus. St. Petersburg: St. Petersburg University Press, 2007, 278 s.
Ryabinin I. A. Laivojen sähköjärjestelmien luotettavuuden teorian perusteet ja laskelmat. - L .: Laivanrakennus, 1967, 1971.
Ryabinin I. A. , Cherkesov G. N. Loogiset ja todennäköisyyspohjaiset menetelmät rakenteellisesti monimutkaisten järjestelmien luotettavuuden tutkimiseksi 1981. 264 s.
Ryabinin I. A. Teknisten järjestelmien luotettavuus. Periaatteet ja analyysi. - M.: Mir, 1976.

Linkit

MIL-HDBK-217F-Notice2 - Amerikkalainen sotilasstandardi elektronisten komponenttien luotettavuuslaskennassa.
Järjestelmäanalyysin yleisen loogis-todennäköisyyspohjaisen menetelmän pääsäännöt .
Levin V. I. Monimutkaisten järjestelmien luotettavuuden looginen teoria. Moskova: Energoatomizdat, 1985.
Automaattisten ohjausjärjestelmien luotettavuuden ja turvallisuuden laskenta - Ohjeet.
Mozhaev A. S., Skvortsov M. S., Strukov A. V. "Automaattisen rakennelogiikkamallinnuksen soveltaminen ACS:n luotettavuuden suunnittelun laskemiseen".
Ryabinin I. A. Rakenteellisesti monimutkaisten järjestelmien luotettavuus ja turvallisuus.
Ryabinin I. A., Strukov A. V. - "Lyhyesti selitetty luettelo ulkomaisten aikakauslehtien julkaisuista rakenteellisesti monimutkaisten järjestelmien luotettavuuden arvioinnissa" kokoelmassa "Modeling and Analysis of Safety and Risk in Complex Systems: Proceedings of the International Scientific School of the MA BR - 2011 ".
Ushakov I. A. Mistä luotettavuus tuli Venäjältä ?