Исследование поведения центра тяжести плотности распределения времени безотказной работы сложных технических систем при резервировании

Цель. Для сложных высокоинтегрированных технических систем, заключающих в себе элементы с различной физической природой и принципами функционирования (сочетание механических, электрических и электронных программируемых компонентов), комплексный анализ надёжности представляется затруднительным, в силу как качественных, так и количественных причин (большое количество элементов и выполняемых функций, неявность границ межфункционального взаимодействия, наличие скрытого резервирования, статическая и динамическая реконфигурация и т.д.). Высокая степень интеграции между различными подсистемами размывает границы ответственности в причинно-следственной связи отказов и повреждений. Таким образом, определение силы и границ межфункционального и межсистемного взаимодействия представляет большую ценность для анализа сложных технических систем с точки зрения, как поиска «узких мест», так и достоверной оценки комплексного уровня надёжности.

Методы. Для решения поставленных задач авторами предлагается метод, основанный на исследовании поведения центра тяжести (ЦТ) области, ограниченной сверху графиком функции плотности распределения времени безотказной работы, снизу – координатной осью, справа и слева – границами интересующего интервала наработки. Графический анализ с построением центров тяжести проводится для каждой подсистемы или структурного блока сложной технической системы. После этого, на основе частных ЦТ соответствующих подсистем/блоков строится средний ЦТ для всей сложной системы. Авторы предлагают использовать средний центр тяжести в качестве условного универсального измерителя общего уровня надёжности высокоинтегрированных технических систем, на основе которого можно принимать те или иные конструкторско-технологические решения. В данной статье, в частности, предлагается на основе представленного метода выявить подсистему, резервирование которой приводит к наибольшему комплексному росту надёжности всей сложной технической системы. Этому условию соответствует та подсистема/блок, чей частный центр тяжести расположен на наибольшем расстоянии от среднего центра тяжести.

Результаты. Проверка представленных в статье предположений и полученных на их основе результатов проводится с помощью краткой верификации посредством расчета вероятности безотказной работы системы и подсистем, построения и анализа соответствующих графиков. Реализация метода представлена на примере условной мехатронной системы и, для сохранения краткости изложения без потери фокуса внимания, носит намеренно упрощенный и абстрагированный характер. Реализованное в настоящей статье применение представленного метода анализа надёжности сложных технических систем с помощью исследования центра тяжести функции плотности распределения являлось целевым критерием при разработке метода – выявление «узких мест» и участков с наибольшим потенциалом увеличения общей надёжности. Следующие публикации будут посвящены доказательству допустимости использования такой сущности, как центр тяжести, в качестве критерия оценки уровня надёжности, а также другим способам применения представленного метода в анализе надёжности сложных технических систем.

1. ГОСТ 27.002-89 Надёжность в технике. Основные понятия, термины и определения.

2. Schneidewind N., Tutorial on Hardware and Software Reliability, Maintainability, and Availability, Journal of Aerospace Computing, Information and Communication, Vol. 7, April 2010.

3. Войнов К.Н. Прогнозирование надёжности механических систем. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978. – 208 с.

4. Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности – БХВ-Петербург – 2006 – 702 с.

5. ФГОС ВПО РФ 2009 по направлению 221000 «Мехатроника и робототехника» для подготовки бакалавров.

6. Трибология. Международная энциклопедия. Том VI. /Технологические методы повышения надёжности работы подвижных трибосопряжений / под ред. К.Н. Войнова. – СПб.: Нестор-История, 2013. – 404 с.

7. К.Н.Войнов, Е.П.Сороколетов, М.А. Шварц «Новый подход к управлению надёжностью объекта». Трибология, международная энциклопедия, том IX / Эффективная трибология при лезвийной и иной обработке заготовок/деталей: /Под ред. К.Н.Войнова. ISBN 978-5-906108-02-9, 2015. С. 212-232