Моделювання впливу короткочасного режиму роботи елемента нерезервованої системи на її надійність

Abstract

Мета. Розробити підхід до адекватної формалізації та обчислення надійності за допомогою динамічного дерева відмов для системи із двох елементів як взірцевої, з врахуванням короткочасного режиму роботи одного з елементів системи. Методика. Для формалізації надійності використано багатотермінальне динамічне дерево відмов. У такому дереві розділено структуру та поведінку системи. На основі дерева побудовано діаграму станів та переходів системи. Обчислення виконано за допомогою марковської моделі та на основі методу Монте-Карло. Результати. У роботі на прикладі системи із двох елементів, які сполучено послідовно, побудовано багатотермінальне динамічне дерево відмов. Таке дерево адекватно описує умову настання відмови системи, а також стани циклу короткочасного режиму роботи одного із елементів системи. У дереві задано динамічний зв’язок, який прив’язує параметри короткочасного режиму роботи до вказаного структурного елемента. Сформовано граф системи, який містить 6 станів та 6 переходів та подано таблицю із описом параметрів станів та переходів. На діаграмі непрацездатні стани згруповано у множини за причинами відмови системи. Ймовірнісні характеристики математичної моделі обчислено двома способами. Якщо параметри короткочасного режиму мають ймовірнісний характер, то використано марковську модель. Для випадку детермінованих параметрів короткочасного режиму використано моделювання методом Монте- Карло. Показано, що функція густини розподілу відмов має чітко виражені піки у моменти підвищеного зношування для детермінованої тривалості фаз короткочасного режиму. Наукова новизна. Удосконалено підхід на основі застосування багатотермінальних динамічних дерев відмов для моделювання надійності систем із послідовним сполученням елементів, які функціонують у короткочасних режимах роботи. Практична значущість. Запропонований підхід може бути використаний для оцінювання надійності під час проектування систем з вузлами, які функціонують у короткочасних режимах роботи. Одержані результати є математичною основою для аналізу короткочасних режимів роботи в системах із складною структурою.

Aim. To develop an approach for adequately formalizing and calculating reliability using a dynamic fault tree for a two-component system as an example, taking into account the short-term mode of operation of one of the system component. Method. A k-terminal dynamic fault tree is used to formalize reliability. In this tree, the structure and behavior of the system are separated. On the basis of the tree the diagram of states and transitions of the system is developed. The calculations are performed using a Markov model and on the basis Monte-Carlo simulation. Results. In the example of a two-element system that is connected in series, a k-terminal dynamic failure tree is developed. Such tree adequately describes the failure condition of the system, as well as the state of the cycle of short-term mode of operation of one of the system component. A dynamic link is specified in the tree that binds the short-term mode parameters to the specified structural component. A graph of a system containing 6 states and 6 transitions is formed and a table describing the state and transition parameters is presented. In the diagram, the inoperable states are grouped into sets of system failure causes. The probabilistic characteristics of the mathematical model are calculated in two ways. If the parameters of the short-term mode are probabilistic, then the Markov model is used. Monte Carlo simulation was used for the case of deterministic parameters of short-term mode. It is shown that the failure density function has clearly described peaks at moments of increased wear for the determined duration of the short-term mode phases. Scientific novelty. Improved approach based on the use of k-terminal dynamic failure trees to model the reliability of systems with series-connected components that function in short-term modes. Practical significance. The proposed approach can be used to evaluate the reliability when designing systems with nodes that operate in short-term modes. The results obtained are a mathematical basis for the analysis of short-term modes of operation in systems with complex structures.