Методы и алгоритмы оценки надежности реконфигурируемых систем управления проветриванием негазовых шахт

• Автор: Еременко, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 171 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ

СИСТЕМ ПРИ ПРОИЗВОЛЬНЫХ ЗАКОНАХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ОТКАЗОВ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ

1.1. Причины неэкспоненциальности случайных параметров, отказов и восстановлений технических систем .
1.2.Зависимость показателей надежности от законов распределения и дисциплин восстановления элементов.
1.3. Критичное влияние произвольных распределений отказов и восстановлений на нестационарные показатели надежности

1.4. Методы и проблемы расчета надежности систем с большим числом состояний

1.5. Проблемы расчета надежности реконфигурируемых систем

1.6. Выводы по главе .

2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ

ПРОВЕТРИВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ КАК ОБЪЕКТА
УПРАВЛЕНИЯ
2.1. Негазовые угольные шахты как объекты автоматизации управления проветриванием
2.2. Анализ теоретических исследований вопросов автоматизации управления проветриванием шахт и рудников
2.3. Анализ и оценка существующих систем автоматизированного управления проветриванием угольных шахт
2.4. Выводы по главе
3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ И АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.
3.1. Постановка задач анализа надежности реконфигурируемых систем.
3.2. Надежность систем со статической реконфигурацией
3.3. Надежность систем с динамической реконфигурацией
3.3.1. Постановка задачи.
3.3.2. Вероятностная математическая модель.
3.3.3. Характеристики надежности для переходного режима
3.3.4. Характеристики надежности для установившегося режима
3.4. Надежность восстанавливаемых резервированных систем при произвольных распределениях
3.5. Модель функционирования реконфигурируемых систем управления .
3.6. Расчетные соотношения для характеристик надежности с произвольным распределением
3.7. Произвольные распределения
3.8. Выводы по главе
4. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ НАДЕЖНОСТИ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И ИХ ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
4.1. Модели надежности реконфигурируемых систем
4.1.1. Анализ эффективности систем управления при многофазном режиме функционирования
4.1.2. Распределение работ по этапам в дискретных системах
4.1.3. Анализ надежности многофункциональной системы
4.2. Программная реализация методики расчета произвольного распределения
4.3. Описание программного комплекса Произвольное распределение .
4.4. Выводы по главе .
5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА
УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ В
РЕКОНФИГУРИРУЕМОЙ СИСТЕМЕ ВЕНТИЛЯЦИИ
НЕГАЗОВЫХ ШАХТ
5.1. Практическая реализация управления вентиляцией негазовых угольных шахт как реконфигурируемой системы
5.2. Расчет надежности вентиляционного оборудования негазовой шахты как реконфигурируемой системы.
5.3. Результаты исследования надежности больших систем и систем с переменной структурой
5.4. Выводы по главе .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Известно, однако, что использование экспоненциального закона, как правило, приводит к существенному расхождению аналитических и экспериментальных данных о надежности сложных систем. Неучет неэкспоненциальности распределений времени безотказной работы и времени восстановления элементов сложной системы может приводить к чрезвычайно большим ошибкам , ,,. Элементы электроники, как правило, имеют экспоненциальное распределение времени безотказной работы. Однако устройства, содержащие непоследовательно соединенные в смысле надежности элементы, уже не обладают экспоненциальными распределениями. Поэтому включение этих устройств в систему в качестве ее элементов приводит к необходимости исследовать надежность системы при неэкспоненциальных распределениях. Покажем, что при нагруженном резерве вероятность безотказной работы устройства подчиняется гиперэкспоненциальному распределению, а при ненагруженном или смешанном резервировании обобщенному гаммараспределению. Х различны, то свертка указанных плотностей дает гиперэкспоненциальное распределение. Действительно, свертка всех плотностей ОД с одинаковыми параметрами Х дает плотность гаммараспределения, а свертка гаммараспределений с разными параметрами, как известно, приводит к плотности обобщенного гаммараспределения. П оп. С другой стороны, функционирование невосстанавливаемого устройства, элементы которого имеют экспоненциальные распределения, описывается графом состояний, в ветви которого проставлены параметры этих распределений. На рисунке 1. ИЗ его вершин о, предшествующую вершину . Рисунок 1. Фрагмент графа, включающий вход и выходы, связанные с состоянием
Х,, Х. Х,
Тогда для вероятности р. Это значит, что вероятность пребывания системы в любом состоянии равна свертке экспоненциальных функций, и в силу сделанного ранее замечания она представляет собой линейную комбинацию гаммараспределений. Отсюда следует, что вероятность безотказной работы также равна линейной комбинации гаммараспределений. Заметим, что эта линейная комбинация гаммараспределений превращается в линейную комбинацию экспоненциальных распределений, если все суммарные интенсивности переходов для любого пути графа различны. Поскольку для основного соединения и нагруженного резерва суммарная интенсивность при переходе на более низкий уровень графа убывает, то плотность распределения времени безотказной работы всей системы имеет шперэкспоненциальное распределение. Для ненагруженного или скользящего резерва отмеченное свойство не имеет место, и поэтому плотность распределения времени безотказной работы системы имеет обобщеное гаммараспределение. Подобные заключения можно сделать и для элемента с экспоненциально распределенным резервом времени, элементов, обладающих экспоненциальным распределением, но в которых учитываются дополнительные свойства, такие как возможность накопления нарушений, встроенный контроль, два вида отказов и др. Еще в большей степени это относится к механическим элементам, которые принципиально являются стареющими. Как показывают проводимые исследования 4, , время безотказной работы механических элементов имеет распределение Вейбулла, или усеченное нормальное распределение. Значит экспоненциальная модель не адекватна физическим процессам, протекающим в системе. Таким образом, проблема анализа надежности восстанавливаемых систем с произвольными распределениями отказов и восстановления является не только научной, но главным образом технической проблемой, вытекающей из свойств сложных систем. В теории надежности важное место отводится нахождению простых приближенных расчетных формул для показателей надежности. В то же время эти формулы должны иметь достаточно высокую точность, удовлетворяющую инженерапрактика. Как показывают исследования, даже в случае простейших резервированных систем не удается найти простых аналитических соотношений для вычисления показателей надежности с требуемой точностью. Исключение составляют некоторые системы специального вида, показатели надежности которых зависят только от математических ожиданий времени безотказной работы и времени восстановления элементов и не зависят от законов распределения.