МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ. Объем и правила выполнения контрольной работы



Объем и правила выполнения контрольной работы

Выполнение контрольной работы, которая состоит из трех отдельных заданий, должно помочь студентам лучше освоить теоретическую часть курса и получить практические навыки в оценке надежности и эффективности эксплуатации технических систем, в том числе систем управления, использования нормативных документов, ЕСТПП, справочной литературы и других информационных источников при выборе и расчете технических систем.

Контрольную работу выполняют и представляют на рецензию в форме по­яснительной записки (ПЗ) объемом, как правило, 12 – 15 страниц рукописного текста, оформленной в соответствии с ГОСТ 2. 105 – 95.

ПЗ печатают на принтере через 1,5 интервала (40 строк на странице) на листах белой бума­ги формата А4 (210 х 297 мм). Текст записки пишут на одной или обеих сторо­нах листа с оставлением полей: слева – 30 мм, справа – 10 мм, сверху и снизу – 20 мм. При использовании оборотной стороны листа поле 30 мм оставляют с правой стороны, а 10 мм – с левой.

При выборе варианта контрольной работы следует пользоваться приведенной ниже табл. 5. Номер варианта соответствует двум последним цифрам номера зачетной книжки студента.

ПЗ должна содержать:

– титульный лист (Приложение А);

– задание на контрольную работу (Приложение Б);

– блок-схему подсистемы системы управления (СУ);

– расчет функциональной и эффективной надежности системы;

– детерминированный расчет прибыли от внедрения АСУ ТП и срок окупаемости затрат на ее создание;

– расчет прибыли от модернизации СУ и срок окупаемости затрат с учетом неупорядоченности производства;

– библиографический список.

Более подробно структура и последовательность выполнения представлены в задании на контрольную работу (Приложение Б). 

 

Таблица 5

Определение варианта контрольной работы

 

Последние две цифры номера зачетной книжки студента Номер варианта контрольной работы     работы Последние две цифры номера зачетной книжки студента Номер варианта контрольной работы   работы
01; 26; 51; 76 1 14; 39; 64; 89 14
02; 27; 52; 77 2 15; 40; 65; 90 15
03; 28; 53; 78 3 16; 41;66;91 16
04; 29; 54; 79 4 17; 42; 67; 92 17
05; 30; 55: 80 5 18; 43; 68; 93 18
06; 31; 56; 81 6 19; 44; 69: 94 19
07; 32; 57; 82 7   20; 45; 70; 95 20
08; 33; 58; 83 8 21; 46; 71; 96 21
09; 34; 59; 84 9 22; 47; 72; 97 22
10; 35; 60; 85 10 23; 48; 73; 98 23
11; 36; 61; 86 11   24; 49; 74; 99 24
12; 37; 62; 87 12   25; 50; 75; 00 25
13; 38; 63; 88 13    

 

 

 

Расчет надежности технических систем

2. 2. 1 Понятие надежности

 

Надежность – свойство системы выполнять все заданные функции при определенных условиях эксплуатации в течение заданного времени с сохранением  значений основных параметров в заранее установленных пределах [1].

Отличительными признаками сложных СУ (АСУ ТП и АСУП относят к классу сложных систем) являются:

– многоканальность, т. е. наличие нескольких каналов, каждый из которых вычисляет определенную функцию, частную по отношению к общей задаче системы;

– многосвязность, т. е. большое количество связей между элементами системы;

– наличие вспомогательных и дублирующих устройств.

Исходя из вышеперечисленных особенностей, сложная АСУ ТП может находиться в нескольких рабочих состояниях, так как выход из строя отдельных ее элементов не вызовет полного отказа системы, т. е. прекращения выполнения ею заданных функций, но ухудшит в той или иной степени качество функционирования. Следовательно, отказ какого-либо элемента приведет функционирующую систему в состояние с частичной работоспособностью.

С этой точки зрения АСУ ТП оценивают по критериям функциональной и эффективной надежности.

Под функциональной надежностью Рф понимают вероятность того, что данная система будет удовлетворительно выполнять свои функции в течение заданного времени.

Эффективную надежность Рэ оценивают по среднему значению (математическому ожиданию) величины, характеризующей относительный объем и полезность выполняемых системой функций в течение заданного времени по сравнению с ее предельными возможностями. Введение критерия эффективной надежности связано с тем, что каким-либо отдельным показателем функциональной надежности не удается оценить функционирование сложной системы. Сложная система кроме надежности каждого блока и всей системы характеризуется еще относительной важностью потери системой тех или иных качеств. Поэтому под Рэ понимается некоторая количественная мера, оценивающая качество выполняемых системой функций.

 

2. 2. 2 Оценка функциональной надежности системы

 

Прежде чем произвести оценку надежности системы в целом, необходимо найти показатели надежности отдельных ее звеньев (подсистем, элементов). Для этого следует определить их состав на основе анализа структурной схемы данной (или проектируемой) системы. Необходимо также выделить комплекс устройств (подсистем), всякий отказ в работе которых приводит к отказу всей системы. В АСУ ТП таким устройством (основным), как правило, является ЭВМ или персональный компьютер (вычислительное и запоминающее устройство).

После этого необходимо установить функциональные связи основного устройства с дополнительными, которые в процессе работы системы время от времени подключаются к основному устройству на время ti для обмена и обновления информации. Очевидно, что влияние таких устройств будет определяться главным образом тем, какова вероятность нахождения этих устройств в рабочем состоянии в любой произвольный момент времени t.

Таким образом, функциональная надежность системы зависит от безотказной работы как основного устройства (комплекса) в заданное время, так и дополнительных устройств, работающих совместно с основным в течение времени t:

Рф = f {Р0 (t); кi; Рi (ti)} ,                                            (1)

где Р0 (t) – вероятность безотказной работы основного элемента; кi – коэффициент готовности i-го устройства; Рi (ti) – вероятность безотказной работы i-го дополнительного устройства при совместной работе с основным за среднее время при решении основной задачи.

Так как вся система работает в основном режиме, то ее функциональная надежность определяется по зависимости [1]:

                          ,                                          (2)

где m – количество дополнительных устройств в системе.

Если резервирования в системе нет, то

Р0 (t) = е-lоt, Рi (t) = е-liti  ,         (3)

где l0, li – соответственно средняя интенсивность отказов основного и дополнительного устройств; ; m-1 = qi – среднее время восстановления рабочего состояния устройства; li-1 = Тi – среднее время безотказной работы.

В случае, когда t ® ¥, коэффициент готовности i-го устройства

 .

Из сказанного следует, что функциональная надежность учитывает временные функциональные связи между дополнительными и основными устройствами системы.

 

2. 2. 3 Оценка эффективной надежности системы

 

Для определения эффективной надежности системы следует рассмотреть все комбинации состояний устройств, составляющих полную группу событий. Так как каждые из m + 1 рассматриваемых устройств (включая основное) может иметь два состояния (исправно или нет), то число комбинаций, составляющих полную группу событий, будет равно n = 2m+1. Тогда эффективная надежность системы определяется выражением [1]:

,                                                       (4)

где Рj (t) – вероятность j-го состояния системы в какой-либо момент времени t; Еj – коэффициент эффективности; определяется как весовой коэффициент важности выполняемых задач в j-ом состоянии системы по сравнению с полным объемом задач, решаемых в системе.

Коэффициент эффективности Еj показывает, насколько снижается работоспособность системы при отказе данного элемента, т. е. характеризует в системе вес элемента по надежности и может принимать значения 0 £ Еj £ 1. Для элементов, отказ которых не влияет на выполнение системой основных функций, Еj = 0. Для элементов, отказ которых приводит к полному отказу системы,
Еj = 1. Для вычисления коэффициентов эффективности системы Еj необходимо вычислить Еi по каждой частной задаче с учетом ее относительной важности. При этом соблюдается условие

 ,

где М – общее число задач, решаемых системой.

Коэффициент Еj в этом случае определяется как сумма весовых коэффициентов частных задач, решаемых системой в j-ом состоянии:

,

где R – количество частных задач, решаемых в j-ом состоянии.

Таким образом, эффективная надежность характеризует относительный объем и полезность выполняемых системой функций в течение заданного времени по сравнению с ее предельными возможностями.

 

2. 2. 4 Пример расчета функциональной и эффективной

надежности системы

 

Задана подсистема системы управления продольным перемещением стола вертикально-фрезерного станка с ЧПУ, состоящая из основного устройства А (УЧПУ) и вспомогательных устройств В (муфта электромагнитная) и С (шаговый электродвигатель), блок-схема которой приведена на рис. 1.

Известно: время работы системы t = 1000 ч.; коэффициент готовности вспомогательных устройств кв = 0,95; кс = 0,85; весовые коэффициенты: Е1 = 0,2 – прием информации в устройстве А; Е2 = 0,3 – обработка информации в устройстве А;  Е3 = 0,2 – передача информации (управленческого решения) из устройства А в устройство В; Е4 = 0,2 – выдача информации (сигнала о выполняемом решении) из устройства В в устройство С; Е5 = 0,1 – вывод информации о выполненном решении из устройства С. Интенсивность отказов основного устройства А – λА = 0,07 · 10-6; вспомогательного устройства В – λВ = 6,6 · 10-6; вспомогательного устройства С – λС = 27,4 · 10-6.

Требуется рассчитать вероятность безотказной работы элементов, а также функциональную и эффективную надежность подсистемы.

 

 


        

Е2 = 0,3

 

 

Рис. 1. Блок-схема подсистемы управления

 

 

Решение:

Определяют вероятность безотказной работы элементов по зависимости (3): ;

;

.

Определяют функциональную надежность подсистемы по зависимости (2):

РфА · (КВ · РВ) · (КС · РС) = 0,999 × (0,95 × 0,993) × (0,85 × 0,972) = 0,778.

Составляют таблицу состояний системы (табл. 6) и определяют эффективную надежность подсистемы по зависимости (4).

РЭ =  = 0,964 × 1 + 2,7 × 10-2 × 0,9 + 6,7 × 10-3 × 0,8 + 9,6 × 10-4 × 0,5 +

+ 1,9 × 10-4 × 0,7 + 2,7 × 10-5 × 0,4 + 6,8 × 10-6 × 0,3 + 1 × 10-7 × 0,2 = 0,994.

Таблица 6

 

Возможные состояния системы управления гидроприводом

 

№ п/п

Состояние системы

Расчетные формулы

Рj Ej
1 РА × РВ × РС = 0,964 1
2   РА × РВ × (1 – РС) = 2,7 × 10-2 Е1 + Е2 + Е3 + Е4 = 0,9
3 РА × (1 – РВ) × РС = 6 × 10-3 Е1 + Е3 + Е4 + Е5 = 0,8
4 (1 – РА) × РВ × РС = 9,6 × 10-4 Е1 + Е2 + Е5 = 0,5
5 РА × (1 – РВ ) (1 – Р­С) = 1,9 × 10-4 Е1 + Е3 + Е4 = 0,7
6 (1 – РА) × РВ × (1 – РС) = 2,7 × 10-5 Е1 + Е2 = 0,4
7 (1 – РА) × (1 – РВ) × РС = 6,8 × 10-6 Е1 + Е5 = 0,3
8 (1 – РА) × (1 – РВ) × (1 – РС) = 1 × 10-7 Е1 = 0,2

Примечание: А – устройство исправно;  – устройство неисправно

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 190; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!