WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

3. Что понимается под структурной и информационной избыточностью системы 4. АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ АСУ В ПРОЦЕССЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Для обеспечения необходимого уровня надежности АСУ в процессе проектирования, необходимо определить показатели надежности и разработать мероприятия по ее повышению [1, 4].

Для анализа надежности используют математические модели, которые учитывают свойства процессов функционирования реальной системы и ее элементов.

Основными методами анализа надежности в процессе проектирования являются: по среднегрупповым значениям интенсивностей отказов; с использованием данных эксплуатации; коэффициентный метод. Эти методы базируются на экспоненциальном распределении (модель отказов элементов и система), как наиболее распространенные при исследовании АСУ [1].

Метод расчета надежности по среднегрупповым значениям интенсивностей отказов. Исходными данными являются средняя (по числу элементов системы данной группы i) интенсивность отказов i и количество этих элементов Ni в системе. Диапазон возможной интенсивности отказов i выбирается из таблиц литературных источников. Если система разбита на m групп с примерно одинаковыми интенсивностями отказов, то параметр потока отказов определяется по формуле r = N i, i i=а наработка на отказ TH =.

Метод расчета надежности с использованием данных эксплуатации.

При расчете надежности этим методом используют статистические данные о надежности АСУ, аналогичных по конструкции и назначению. Расчет надежности данным методом имеет в свою очередь две разновидности.

1) По среднему уровню надежности однотипных систем. Считается известным: количество элементов аналога Na; количество элементов проектируемой системы Nп; наработка на отказ системы-аналога Тна и аi = пi (аi – средняя интенсивность отказов системы-аналога; пi - средняя интенсивность отказов проектируемой системы). Тогда наработка на отказ проектируемой системы определяется по формуле Nа Tнп = Тна, Nп а параметр потока отказов по формуле =.

(1) п Т нп 2) С использованием коэффициентов пересчета в соответствии с реальными условиями эксплуатации. Коэффициент пересчета определяется Tнa, a = Т на где Тна – расчетная наработка на отказ системы-аналога; Т – опытная на наработка на отказ системы-аналога.

Тна определяется по табличным значениям интенсивностей отказов i -r= Tна = i.

Nia i= Наработка на отказ проектируемой системы определяется Tнп = аТна, а параметр потока отказов по формуле (1).

Коэффициентный метод. Исходными данными для расчета являются:

число элементов Ni, в системе, интенсивность отказов базового элемента б, интенсивность i-го элемента i. Тогда параметр потока отказов определяется по формуле r = б iki, N i=где ki – коэффициент надежности, определяемый по формуле i.

k = i б Коэффициентный метод является наиболее простым для расчета надежности и обладает наиболее высокой степенью точности.

Как отмечалось выше, рассмотренные методы позволяют оценить надежность на стадии проектирования. Более достоверно можно оценить надежность только на стадии эксплуатации.

Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите основные методы для расчета надежности.

2. Какой из методов расчета надежности является наиболее точным 5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ АСУ Экономическая эффективность АСУ определяется уровнем надежности системы.

Снижение надежности приводит к возрастанию потерь при отказах.

Повышение надежности – увеличивает стоимость системы и затраты на ее эксплуатацию.

Экономически целесообразный уровень надежности выбирается сравнением схожих по структуре и функциям вариантов (критерий оптимизации надежности) [1].

Под экономически целесообразным уровнем надежности понимается наилучший вариант по максимуму эффективности, измеряемой годовым дополнительным экономическим эффектом.

Т.е.

ЭН = (СП - ЕН k) max, где СП – годовая экономия от снижения себестоимости изготовления продукции при внедрении проектируемой системы;

ЕН – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений;

ЕНk – нормативная экономия от использования дополнительных капиталовложений.

В качестве критерия оптимизации надежности часто используют величину дополнительного эффекта за срок службы системы Тсл ЭТ = (СДТЭ - k) max, (2) где СДТЭ – экономия за счет понижения себестоимости СД (без учета амортизационных отчислений);

k – дополнительные капитальные затраты, от которых экономия получена;

ТЭ – эквивалентный срок службы.

ТЭ определяется по формуле:

Н (1- e-E Тсл ) TЭ = ЕН.

Надежность системы будет оптимальной, если каждый элемент системы будет иметь оптимальную интенсивность iopt. Интенсивность отказов всей системы определяется по формуле:

N =.

opt iopt i = Дополнительный экономический эффект при этом будет наибольшим за счет снижения среднего числа отказов.

Пусть И – интенсивность исходной системы; П – интенсивность проектируемой системы и И> П.

Годовая экономия на расходах по эксплуатации при использовании проектируемой системы вместо исходной будет СДЭ = СВИИ - СВПП, где СВ – средняя стоимость восстановления системы после отказов.

Если отказы обусловлены только отказами i-го элемента системы, то годовая экономия на расходах по эксплуатации, обусловленная повышением надежности элемента от И до П вычисляется по формуле СДЭ = СДЭi = СВi (И – П) = СВi (Иi – Пi), где СВi – средняя стоимость восстановления i-го элемента (примерно одинаковая для обеих систем).

Потери от простоев П = (ВТВ + Н), где В – условно-постоянные расходы в единицу времени;

Н – средний ущерб от одного отказа системы;

ТВ – среднее время восстановления каждого отказа.

Годовая экономия от сокращения потерь, вызванных простоями системы определяется разностью потерь от простоев исходной и проектируемой систем СДП = ПИ – ПП =В(ТВИ - ТВП) + Н(И – П).

Если отказы системы обусловлены только отказами i-го элемента со средним временем восстановления ТВi, то СДП = СДПi = (ВТВi + Нi)(Иi – Пi).

СДi = СДЭi + СДПi = (ВТВi + Нi + CВi) (Иi – Пi) = Ri (Иi – Пi), где Ri = (ВТВi + Нi + CВi).

Приращение стоимости элемента определяется иi ki = Si ln, Пi S где - постоянная затрат на повышение надежности элемента, численно i равна приращению стоимости элемента при снижении интенсивности отказов в е2,7 раза.

ki Подставим значения и СДi в формулу (2) Получим Иi ЭTi = ( - )RiTЭ - S ln.

(3) Иi Пi i Пi Если эквивалентные сроки службы элемента ТЭi и системы не совпадают, то Иi ЭTi = ( - )RiTЭ - S ln, Иi Пi i Пi ТЭ Si = Si.

где ТЭi Из формулы (3) следует, что при повышении надежности элемента (уменьшении Пi) эффект сначала возрастает, а затем снижается, т.е. существует максимум ЭТimax. Это объясняется тем, что при высоком уровне надежности элемента затраты на дальнейшее ее повышение превышают получаемую при этом экономию на потерях, которая при высоком уровне надежности будет невелика.

iopt Для определения оптимальной интенсивности отказов необходимо продифференцировать по Пi выражение для ЭТi и приравнять производную нулю:

dЭTi dПi = -RiTЭ + Si Пi = 0, = Si (RiTЭ ).

откуда Пiopt Тогда можно определить Иi ЭTi max = ( - )RiTЭ - S ln, (4) Иi Пiopt i Пiopt и Иi kiopt = Si ln.

Пiopt Пiopt, определяем оптимальную интенсивность всей системы opt.

Зная Экономический эффект от повышения надежности всей системы и необходимые для этого затраты равны N ЭTC max = ЭTi max i=и N kCopt =.

kiopt i=Вопросы для самоконтроля 1. Какой уровень надежности считается экономически целесообразным 2. Как объяснить, что при повышении надежности экономический эффект сначала возрастает, а затем снижается 6. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ АСУ При выборе способа повышения надежности функциональных элементов АСУ следует выбирать способ, при котором максимальный дополнительный экономический эффект ЭТimax будет наибольшим [1].

В формулу (4) введем обозначение Иi = Иi RiTЭ = Yi, iopt Si где Yi характеризует оптимальную меру повышения надежности элемента.

Тогда ЭTi max = Иi RiTЭ[1- (1+ lnYi ) Yi ].

Наибольшее значение ЭТimax будет при наибольшем Yi или наименьшем Si = (SiTЭ ) TЭi значении. Т.е. функциональный элемент системы имеет более высокую надежность, если Si TЭi min.

Существует ограниченное число методов повышения надежности АС, которые можно разделить на четыре группы.

1. Введение избыточности (внутриэлементной, структурной, информационной, алгоритмической) системы. Структурная избыточность (фактически – резервирование) позволяет создать надежные АС из ненадежных элементов.

2. Применение более надежных компонентов. Т.е. при разработке АС применяются элементы, которые выполняют требуемые функции в заданных условиях, но при сопоставлении, имеют более высокие показателями надежности.

3. Улучшение условий эксплуатации системы. Т.е. в процессе установки системы должна быть правильно выбрана компоновка элементов системы в блоках и обеспечен отвод тепла, выделяющегося при работе.

4. Организация интенсивного профилактического обслуживания системы и отдельных ее элементов.

Первые две группы реализуются на этапе разработки системы, а другие две – на этапе эксплуатации [1].

При сопоставлении показателей надежности ряда элементов, выполняющих требуемые функции в заданных условиях эксплуатации, выбираются элементы с более высокими показателями надежности. Это является наиболее эффективным способом повышения надежности всей системы.

Отдельно решается вопрос надежности систем при переходе от структурного к алгоритмическому принципу построения АС. Это приводит и к необходимости обеспечения надежности программных средств АС.

Вопросы для самоконтроля 1. Перечислить методы повышения надежности АСУ.

2. При каком условии экономический эффект системы в течение срока службы будет оптимальным 7. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ АСУ Для создания надежных АСУ из недостаточно надежных элементов вводится понятие резервирования [1, 2].

Резервирование – способ обеспечения надежности за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций.

Резервирование бывает общим (резервируется система в целом) и раздельным (система резервируется по узлам, блокам и элементам).

Резервирование разделяется на постоянное и резервирование замещением в зависимости от способа включения избыточных элементов. При постоянном резервировании резервные элементы присоединены в течение всего времени работы. При резервировании замещением резервные элементы включаются в работу только в случае отказа основных элементов.

Основным параметром резервирования является его кратность (l - h) m =, h где l – общее число элементов резервированного устройства;

h – число резервируемых элементов, необходимых для нормальной работы устройства;

l-h – число резервных элементов.

При общем резервировании система представляет собой цепочку из N элементов.

Вероятность безотказной работы определяется N P(t) = (t), Pi i= где Pi(t) – вероятность безотказной работы i –го элемента в течение времени t.

При условии равнонадежности основных и резервных элементов при кратности m, вероятность безотказной работы резервированной системы будет m+PC (t) = 1- [1- P(t)].

Вероятность отказа резервированной системы составит m+QC (t) = 1 - PC (t) = [1 - P(t)].

При постоянных значениях интенсивности отказов элементов и N 0 = параметра отказов цепочки i i=m +- 0t PC (t) = 1 - (1 - e ) и m +-0t QC (t) = (1 - e ) При раздельном резервировании вероятность безотказной работы и вероятность отказа при m-кратном резервировании равнонадежных элементов будут N m +PC (t ) = { 1 - [1 - Pi (t )] }, i =N m +Q (t ) = 1 - { 1 - [1 - Pi (t )] }.

C i =При постоянном резервировании критерий эффективности определяется следующим образом QC (t) WQ = QИ (t), QC (t) где - вероятность отказа исходной системы.

Выигрыш в надежности при общем постоянном резервировании будет m - 0t WQ = (1 - e ).

Выигрыш в надежности при поэлементном постоянном резервировании N равнонадежных элементов будет N m+1 - (1 - (1 - e-t ) ) WQ =, 1 - e- Nt где – интенсивность отказов.

Постоянное резервирование преимущественнее других видов резервирования.

Существенное преимущество постоянного резервирования состоит в простоте выполнения (не требуются устройства обнаружения неисправностей и переключающие устройства, которые снижают общую надежность системы).

Резервирование замещением является наиболее эффективным. Но использование при таком резервировании переключающих элементов, делает целесообразным применять его только при повышении надежности крупных блоков узлов и микромодулей высокой степени интеграции.

Выбор вида резервирования для повышения надежности, как отдельного элемента, так и всей системы может быть сделан после тщательного анализа [1].

Вопросы для самоконтроля 1. Что называется резервированием АСУ 2. Какие виды резервирования АСУ существуют 3. Какими преимуществами обладают различные виды резервирования 8. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА АСУ.

АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ Одним из важнейших средств обеспечения и поддержания надежности АСУ является техническая диагностика.

Под технической диагностикой понимается область знаний, разрабатывающая методы и средства поиска отклонений в режимах работы (или состояниях) АС, обнаружения и устранения дефектов в системах (или ее элементах) и средства их локализации.

При диагностировании необходимо определить, прежде всего, техническое состояние системы в данный момент времени [7]. Это означает, что нужно проверить исправность, работоспособность и (или) правильность функционирования системы (определить, находятся ли значения параметров системы в требуемых пределах, т.е. система не отказала и правильно выполняет заданную функцию) или обнаружить дефекты, нарушающие исправность, работоспособность и правильное функционирование системы. Тогда основную цель диагностирования АСУ можно сформулировать следующим образом:

необходимо оценить выходные параметры системы и выявить причины их отклонения от заданных значений. При этом необходимо учитывать весь диапазон режимов работы системы и условий ее эксплуатации, а также возможность изменения выходных параметров во времени (так называемая параметрическая надежность).

Различают тестовое и функциональное диагностирование.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.