Изучение структуры и основных функций системы

При изучении структуры системы необходимо оценить:

1. Каково назначение системы и какие технические задачи она решает?

2. Из каких элементов состоит система и как эти элементы связаны межу собой?

3. Каково назначение каждого элемента?

4. Какие отказы возможны в каждом элементе системы?

Следовательно, изучение структуры системы сводится к внимательному изучению схемы системы, принципа её работы и роли каждого элемента. Особое внимание следует обратить на то, как отказ какого-либо элемента повлияет на работу системы в целом, то есть на выполнение её функций. Несмотря на кажущуюся простоту этот этап определяет успешное выполнение всей работы.

4. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМЫ

Структурный анализ надёжности состоит в выявлении влияния отказов элементов на работоспособность всей системы. Он основывается на логическом инженерном анализе принципов работы системы с учётом функционального назначения элементов и их взаимодействия. Следовательно, в основе структурного анализа лежит инженерное представление о работе систем и поиск ответов на вопросы как будет работать система, если отказал i-ый элемент.

Результатом анализа является ответ на вопрос «Какие отказы элементов или их комбинации приводят к отказу системы»

На основе структурного анализа надёжности системы строится структурная схема надёжности или диаграмма безотказной работы.

Структурная схема – графическое изображение взаимосвязи событий, заключающихся в безотказной работе системы в целом и отдельных её элементов.

Проведение структурного анализа проведём на упрощённых примерах.

Пример 1: Произвести структурный анализ и построить диаграмму безотказной работы для силовой установки самолёта, состоящей из двух двигателей, с точки зрения надёжности выполнения запланированного полёта.

Система состоит из двух параллельно работающих двигателей №1 и №2. Отказ любого из двух двигателей не позволяет продолжать запланированный полёт т.е. приводит к отказу силовой установки. И наоборот, силовая установка работоспособна с точки зрения продолжения запланированного полёта лишь при работоспособности обоих двигателей.

Обозначим через А₁ и А₂ события безотказной работы двигателей, а через С – событие безотказной работы силовой установки. Условие безотказной работы запишется в виде С = А₁* А₂ или в виде диаграммы безотказной работы (рис.1).

Рис.1 Диаграмма безотказной работы силовой установки

Диаграмма читается следующим образом.

Пример 2: Произвести структурный анализ и построить диаграмму безотказной работы системы из двух последовательно соединённых фильтров при отказе – «засорение».

Система состоит из двух фильтров Ф₁ и Ф₂, работающих последовательно. Засорение любого из фильтров приводит к тому, что жидкость не будет проходить через фильтры т.е. отказ (засорение) любого из элементов приводит к отказу системы. Условие нормального функционирования системы (событие С) запишется в виде:

С = АФ₁*АФ₂

Структурная схема изображена на рис.2

Рис.2 Структурная схема системы из двух последовательно соединённых фильтров при отказе – «засорение»

Таким образом, система состоящая из элементов, соединённых функционально так, что отказ любого из них вызывает отказ системы, отображается структурной схемой с последовательным соединением элементов.

Следует обратить внимание на тот факт, что система с физически параллельно работающими двигателями отображается в виде структурной схемы с последовательным соединением событий их безотказной работы (пример 1). Система с физически последовательно соединёнными фильтрами при отказе «засорение сетки» отображается в виде структурной схемы также с последовательным соединением событий безотказности.

Для одной и той же схемы системы вид структурной схемы может быть различным в зависимости от задач, которые должна решать система и вида отказов элементов. Поясним это на примерах.

Пример 3: Провести структурный анализ надёжности и построить диаграмму безотказной работы систем (пример 1) при условии возможности кратковременного полёта и посадки при одном работающем двигателе.

В случае отказа одного из двух двигателей экипаж прекращает выполнения полёта, но имеет возможность совершить вынужденную посадку на аэродром вылета или запасной аэродром. В этом случае при отказе одного из двигателей, силовая установка остаётся работоспособной, а условием отказа силовой установки является одновременный отказ обоих двигателей. Структурная схема надёжности в этом случае показана на рис.3.

Рис.3 Структурная схема надёжности

Схема читается следующим образом

Пример 4: Провести структурный анализ надёжности и построить диаграмму безотказной работы системы, состоящей из последовательно соединённых фильтров при наличии отказа «разрыв сетки».

Система состоит из двух фильтров Ф₁ и Ф₂, работающих последовательно. Разрыв сетки одного из фильтров не приводит к отказу системы, так как фильтрацию будет осуществлять другой фильтр. Отказ системы произойдёт при разрыве сетки одновременно обоих фильтров. Структурная схема показана на рис.4.

Рис.4 Структурная схема системы из двух последовательно соединённых фильтров при отказе «разрыв сетки»

Схема читается следующим образом

Таким образом система, состоящая из элементов, связанных функционально так, что отказ любого из них не вызывает отказа системы, отображается структурной схемой с параллельным соединением событий безотказной работы элементов.

В общем случае структурная схема реальной системы может содержать участки как с параллельным, так и с последовательным соединением элементов. Например, имеется гидросистема, состоящая из бака и двух параллельно работающих гидронасосов Н₁ и Н₂ известно, что при отказе одного гидронасоса система сохраняет работоспособность. Структурная схема надёжности системы изображена на рис.5.

Рис.5 Структурная схема гидросистемы

5. УРАВНЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМЫ

Уравнение надёжности системы – аналитическое выражение вероятности безотказной работы системы через показатели безотказности ёё структурных элементов.

Для составления уравнений структурная схема разбивается на отдельные блоки, состоящие только из последовательно или параллельно соединённых элементов.

Ниже приводятся формулы для расчёта вероятности безотказной работы для различных комбинаций соединений элементов.