Надежность устройств автоматики и телемеханики

Пример 2. На восстановление было поставлено 100 объектов.

Через 10 часов остались неисправными 30 объектов. Ещё через 2 часа остались неисправными 30 объектов.

И ещё через 2 часа остались неисправными 20 объектов. Определить м(t) на интервале времени 10 … 12 часов.

Имеем:

Величина м(t) в общем случае зависит от сложности объекта, трудоёмкости ремонта и производительности труда ремонтных бригад.

Среднее время восстановления T_B - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта

(7.8)

где t_iB - время восстановления i-го объекта.

Таким образом, между показателями безотказности и ремонтопригодности существуют аналогии:

(7.5)

Пусть интенсивность восстановления не зависит от времени м(t) = м = const.

Практически это означает, что производительность труда ремонтных бригад сохраняется постоянной.

Тогда для времени восстановления справедлив экспоненциальный закон и в соответствии с формулами

имеем:

(7.6)

(7.7)

Для примера 3 имеем T_B = 1/0.2 = 5 ч, т.е. среднее время восстановления объекта равно 5 часам. Вероятность того, что объект будет восстановлен за 4 часа, равна

S(t) = 0.2·4 = 0.8.

7.4 комплексный показатель надежности - коэффициент готовности устройств и системы

Коэффициент готовности K_г - вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени t:

(7.8)

Коэффициент готовности - комплексный показатель надёжности, который учитывает безотказность и ремонтопригодность объекта.

Пусть T_CP = 1000 ч и T_B = 2 ч. Тогда

Эта величина характеризует вероятность того, что произвольный момент времени t_i окажется в заштрихованной области, т.е. когда объект работает, а не в области его ремонта.



Контрольные вопросы

1. Что называется временем восстановления действия устройств автоматики и телемеханики?

2. Чем характеризуется показатель надежности «частота восстановления»?

3. От чего не зависит интенсивность восстановления действия устройств?

4. Среднее время восстановления это …?

5. Каково определение коэффициента готовности действия устройств?

6. Каково максимально возможное значение коэффициента готовности действия устройств и систем автоматики и телемеханики?

Задание на СРО: Подготовить реферат на тему: «Безотказность напольных устройств. Рельсовые цепи, стрелочные электроприводы. Параметры потока отказов напольных устройств».



Список рекомендуемой литературы

1. Сапожников Вл. В. и др. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебное пособие. Москва: ФГБУ ДПО, 2017. 320 с.

2. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Москва: Маршрут, 2013. 267 с.

3. Организация и основы технологии работы хозяйства сигнализации и связи Учебное пособие / Ю.Е. Просвиров, Т.В. Щербицкая ; под ред. проф. Ю.Е. Просвирова/ - Самара: СамГУПС, 2007. 99 с.

4. Амиров М.Ш., Амиров С.М. Единая транспортная система: Учебник / - Москва: КНОРУС, 2017. 178 с.

5. Государственная программа развития и интеграции инфраструктуры транспортной системы РК до 2020 года, утвержденная Указом Президента Республики Казахстан от 13 января 2014 года № 725



Лекция №8 Резервирование в схемах автоматики. Автоматический контроль работы устройств (1час. Неделя 8)

План лекции:

- выбор показателей надежности устройств автоматики и телемеханики;

- способы повышения надежности устройств автоматики и телемеханики;

- вероятности безотказной работы и средней наработки до первого отказа устройств

8.1 Выбор показателей надежности устройств автоматики и телемеханики

Наиболее часто используемые на практике показатели, характеризующие безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость, долговечность устройств и т.д., приводят к тому, что появляется необходимость определения какими показателями должна характеризоваться надежность устройства, а также какую из них следует выбирать в качестве основной для характеристики надежности устройства.

Выбор показателя надежности должен быть технически обоснованным, иначе при разработке устройств могут быть приняты неправильные решения.

Рассмотрим пример: Оценим безотказность сигнальной точки, пологая, что наименее надежным элементом является светофорная лампа и сигнальное реле.

Время работы до отказа каждого из этих элементов подчиняется экспоненциальному закону. Т.к. отказ любого из элементов приводит к отказу с/т, то общая вероятность безотказной работы P(t) = е'(Х + П) х



8.2 Способы повышения надежности устройств автоматики и телемеханики

Рассматриваются два способа повышения надежности: 1вариант. резервирования обоих элементов и двукратное резервирование: Исходный вариант:

а) резервирование лампы и реле

б) двух кратное резервирование

Определим вероятность безотказной работы среднюю наработку до первого отказа для рассматриваемого способа резервирования.

Вероятность безотказной работы определяется отдельно для каждого способа резервирования.

Для первого варианта способа резервирования определяется по формуле:

Pi = [1-(1- e"xlt)2] * [1-(1- е"*21)2];

Для второго. способа (2-х кратное резервирование): Р2 = [1-(1 - e"xlt)3] eUt;

Оба способа обеспечивают наработку до первого отказа Тср = P(t)dt.

Предположим, что интенсивность отказов элементов л = 0,01

Х-2 = 0,0015 Уг., а временная эксплуатация t = 10ч.

По приведенным формулам получаем

P₁(t) = 0.9907; P₂(t) = 0,9842; Тср₁ = 144,5ч; Тср₂ = 153,22ч.

Если в качестве показателей надежности принять вероятность безотказной работы, то наиболее приемлемым будет вариант, при котором и лампа и сигнальное реле дублируется.

8.3 Вероятности безотказной работы и средней наработки до первого отказа устройств

Если в качестве показателей надежности принять среднюю наработку до первого отказа, то лучшим будет вариант, при котором менее надежная часть (лампа) имеет двойное резервирование, а более надежное (реле) не резервируется.

На практике пришли к решению этой проблемы в виде двухнитевой лампы (основная и резервная нити).

При выборе показателя может быть принято решение конструктирования устройства, обладающего меньшей степенью надежности.

Поэтому выбираются показатели надежности так, чтобы они в максимальной степени отражали надежность устройств в эксплуатации. Решение этого вопроса невозможно без исследования модели функционирования и влияния показателей надежности на количество характеристики функционирующих устройств.



Контрольные вопросы

1. Какими основными показателями должна характеризоваться надежность устройств

2. Какими должны быть показатели эксплуатационной надежности в первую очередь?

3. На примере каких, устройств автоматики и телемеханики можно определить возможные значения показателей надежности?

4. Чем объясняется необходимость дублирования элементов устройств и систем?

5. Что означает понятие «интенсивность отказов элементов»?

6. По каким условиям выбираются показатели надежности с учетом условий эксплуатации устройств и систем?

Задание на СРО: Письменно привести краткий обзор на тему: «Аппаратура систем железнодорожной автоматики и телемеханики. Параметры потоков отказов».



Список рекомендуемой литературы

1. Сапожников Вл. В. и др. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебное пособие. Москва: ФГБУ ДПО, 2017. 320 с.

2. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Москва: Маршрут, 2013. 267 с.

3. Организация и основы технологии работы хозяйства сигнализации и связи Учебное пособие / Ю.Е. Просвиров, Т.В. Щербицкая ; под ред. проф. Ю.Е. Просвирова/ - Самара: СамГУПС, 2007. 99 с.

4. Амиров М.Ш., Амиров С.М. Единая транспортная система: Учебник / - Москва: КНОРУС, 2017. - 178 с.

5. Государственная программа развития и интеграции инфраструктуры транспортной системы РК до 2020 года, утвержденная Указом Президента Республики Казахстан от 13 января 2014 года № 725



Лекция №9 Характеристики случайных событий. Методы и формы контроля надежности и живучести (2 часа. Неделя 9)

План лекции:

- характеристики случайных величин;

- понятие «математическое ожидание», дисперсия и среднеквадратические отклонения, примеры расчета

9.1 Характеристики случайных величин

Поскольку отказ объекта есть случайное событие, т.е. событие, которое в течение некоторого времени может произойти или не произойти, то в основе методов теории надежности лежат методы теории вероятностей. Теория надежности есть одно из практических приложений теории вероятности.

В связи с этим рассмотрим основные понятия теории вероятности, которые будут использоваться в дальнейшем.

Случайная величина Х характеризуется функцией распределения F(x). Эта функция показывает зависимость вероятности события Х<х от х. Где х - некоторое текущее значение случайной величины. Функция распределения является неубывающей, т.е. при х₂>х₁ F(х₂) ? F(₁). Кроме того, F(-?) = 0 и F(+?) = 1.

Функция f(х), равная первой производной функции распределения (f (х) = F'(х)), называется плотностью распределения.

Она характеризует плотность, с которой распределяется значение случайной величины в данной точке. Так как функция F(x) неубывающая, то f(х) ? 0 и кривая f(х) лежит выше оси абсцисс.

Вероятность попадания случайной величины Х на отрезок от б до в:

Р(б < Х < в) = ^в?_б f(х)dx (9.1)

Так как F(x) = Р(-? < Х < х), то

F(x) = ^х?_-? f(х)dx (9.2)

Кроме функций F(x) и f(х) для определения случайной величины вводиться еще ряд числовых характеристик, которые выражают в компактной форме некоторые существенные особенности закона распределения.

9.2 Понятия «математическое ожидание», дисперсия и среднеквадратические отклонения, примеры расчета

Наиболее часто из них применяются: математическое ожидание m_х, дисперсия D_х и среднее квадратическое отклонение у_х.

Математическое ожидание определяет некоторое среднее значение случайной величины:

m_x = ^+??_+?х · f(х)dx (9.3)

Дисперсия и среднее квадратическое отклонение соответственно:

D_x = ^+??_+?(х - m_x)² · f(х)dx (9.4)

у_х = (9.5)

Дисперсия и среднее квадратическое отклонение характеризуют степень разброса случайной величины около ее математического ожидания.



Контрольные вопросы

1. Каким событием является «Отказ»?

2. Чем характеризуется случайная величина «Х»?

3. Чему равна Функция f(х)?

4. На каком участке определяется вероятность случайной величины?

5. Что определяет математическое ожидание?

Задание на СРО: Подготовить реферат на тему: «Безотказность кабельных и воздушных линий сигнализации, централизации и блокировки».



Список рекомендуемой литературы

1. Сапожников Вл. В. и др. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебное пособие. Москва: ФГБУ ДПО, 2017. 320 с.

2. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Москва: Маршрут, 2013. 267 с.

3. Организация и основы технологии работы хозяйства сигнализации и связи Учебное пособие / Ю.Е. Просвиров, Т.В. Щербицкая ; под ред. проф. Ю.Е. Просвирова/ - Самара: СамГУПС, 2007. 99 с.

4. Амиров М.Ш., Амиров С.М. Единая транспортная система: Учебник / - Москва: КНОРУС, 2017. 178 с.

5. Государственная программа развития и интеграции инфраструктуры транспортной системы РК до 2020 года, утвержденная Указом Президента Республики Казахстан от 13 января 2014 года № 725



Лекция №10. Основы расчетов надежности. Структурный анализ преобразований (1 час. Неделя 10)

План лекции:

- вероятность безотказной работы при последовательном соединении элементов схемы;

- вероятность безотказной работы при параллельном соединении элементов схемы.

10.1 Вероятность безотказной работы при последовательном соединении элементов схемы

Для указанного расчёта надёжности используют две теоремы теории вероятности: сложения и умножения.

Последовательное соединение элементов (рисунок 10.1) является наиболее распространённой моделью, а также наиболее простой для анализа. Чтобы система с последовательным соединением элементов была работоспособной, необходима работоспособность всех элементов, входящих в систему, т.е. вероятность безотказной работы системы P(t) выражается через вероятность безотказной работы элементов P₁(t), P₂(t),…, P_n (t):

P(t) = P₁(t) · P₂(t) ·… · P_n (t). (10.1)

Рисунок 10.1 Последовательное соединение элементов схемы



10.2 Вероятность безотказной работы при параллельном соединении элементов схемы

Система с параллельным соединением элементов (рисунок 10.2) не выходит из строя до отказа всех её элементов, т.е. вероятность отказа такой системы Q(t) равна произведению вероятностей отказов параллельно соединённых элементов q₁(t); q₂(t);…. q_m(t):

Q(t) = g₁(t)· g₂(t)·…· g_m(t) = [1 - P₁(t)]·[1 - P₂(t)]·...·[1 - P_m(t)]. (10.2)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 10.2 Параллельное соединение элементов схемы

В первом случае имеется m параллельных цепочек по n одинаковых по надёжности элементов (общее резервирование). Вероятность безотказной работы каждой цепочки P_ц(t) = Pⁿ(t), а вероятность отказа q_n(t) = 1 - Pⁿ(t). Следовательно, вероятность безотказной работы системы

P (t) =1 - [1 - Pⁿ (t)]^m. (10.3)

Во втором случае последовательно соединены n групп и m параллельно соединённых одинаковых элементов (раздельное или поэлементное резервирование).

При этом вероятность безотказной работы группы

P_гр (t) =1 - [1 - P(t)]^m (10.4)

а вероятность безотказной работы всей системы

Р(t) ={1- [1 - P (t)]^m}ⁿ. (10.5)

В общем случае, когда последовательно соединено n групп, имеющих различное число m₁, m₂, …., m_n параллельно соединённых элементов при различной вероятности безотказной работы каждого из элементов P_j для каждой группы, имеем:

(10.6)

Вероятность безотказной работы системы

(10.7)

В ещё более общем случае вероятность безотказной работы определяется следующим выражением:

(10.8)

где P_ab(t) = 1 - q_ab(t);

q_ab(t) = q_a(t)·q_b(t); q_a(t) = 1 - P_a(t); q_b(t) = 1 - P_b(t); (10.9)



(10.10)

Таким образом, разделяя структурную схему на последовательные параллельные ветви, группы и элементы, можно определить вероятность безотказной работы системы.

Конфигурации некоторых систем не позволяют, однако сводить соединения элементов к последовательным и параллельным.

В качестве примера рассмотрим мостиковую структуру.

Будем считать, что эта система работоспособна, пока существует хотя бы один исправный путь от S₁ до S₂.

Подобные задачи могут иметь место, например, для линий связи.

Для определения показателей надёжности систем со сложной структурой разработан ряд методов.

Наиболее универсальным методом является метод перебора состояний. Идея метода сводится к перечислению всех возможных состояний, в которых может оказаться система.

Эти состояния должны быть несовместимы, и составлять полную группу событий.

Затем определяют те состояния, в которых система работоспособна, и для них подсчитывают соответствующие вероятности.

Сумма таких вероятностей определяет вероятность безотказной работы системы.

Решим задачу определения вероятности безотказной работы мостиковой структуры методом перебора состояний.

Для этого обозначим работоспособное и неработоспособное состояния элементов и системы соответственно 1 и 0 и составим таблицу.

Приняв вероятности безотказной работы элементов P₁(t) = P₂(t) = … = P₅(t) = P (t), учитывая, что вероятность любого состояния системы определяется выражением P^l(t)·[1 - P(t)]^f (l и f - число соответственно работоспособных и неработоспособных элементов), и просуммировав вероятности работоспособных состояний системы, получим выражение для вероятности безотказной работы системы

P(t) = P⁵(t) +5P⁴(t)·[1 - P(t)]+8P³·[1- P(t)]²+2P(t)·[1 - P(t)]³.(10.11)

Контрольные вопросы

1. Какие теоремы теории вероятности применяют для расчетов надежности элементов и систем?

2. Каким выражением определяется в общем случае вероятность безотказной работы?

3. Какое соединение элементов является наиболее распространенным?

4. Какой метод считается наиболее универсальным для определения показателей надежности систем?

5. Каким образом определяется число работоспособных и неработоспособных элементов схемы?

Задание на СРО: Письменно привести краткий обзор на тему: «Анализ безотказности устройств энергоснабжения автоматики и телемеханики».



Список рекомендуемой литературы

1.Сапожников Вл. В. и др. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебное пособие. Москва: ФГБУ ДПО, 2017. 320 с.

2. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Москва: Маршрут, 2013. 267 с.

3. Организация и основы технологии работы хозяйства сигнализации и связи Учебное пособие / Ю.Е. Просвиров, Т.В. Щербицкая ; под ред. проф. Ю.Е. Просвирова/ - Самара: СамГУПС, 2007. 99 с.

4. Амиров М.Ш., Амиров С.М. Единая транспортная система: Учебник / - Москва: КНОРУС, 2017. 178 с.

5. Государственная программа развития и интеграции инфраструктуры транспортной системы РК до 2020 года, утвержденная Указом Президента Республики Казахстан от 13 января 2014 года № 725



Лекция №11 Надежность микропроцессорных систем. (2 часа. Неделя 11)

План лекции:

- основные требования к надежности микропроцессорных систем;

- организация резервирования в микропроцессорных системах;

- надежность программного обеспечения микропроцессорных систем

11.1 Основные требования к надежности микропроцессорных систем

При создании новых микропроцессорных систем железнодорожной автоматики и телемеханики разработчики должны обеспечить высокие показатели всех составляющих надежности: безотказности, безопасности, ремонтопригодности и долговечности.

Однако приоритетной является задача обеспечения безопасности микропроцессорных систем, поскольку они непосредственно задействованы в перевозочном процессе и отвечают за безопасность движения поездов -

(БДП).

Этот приоритет означает, что с целью повышения уровня безопасности системы допускается идти на снижение других необходимых показателей надежности микропроцессорных систем.

Основная концепция безопасности, которая используется и выполняется в большинстве случаев в современных микропроцессорных системах, состоит в следующем:

- одиночные дефекты аппаратных и программных средств не должны приводить к опасным отказам системы;

- одиночные дефекты должны обнаруживаться при рабочих и тестовых воздействиях не позднее чем в системе возникнет второй дефект.

Данная концепция выполняется за счет применения разнообразных методов. Они реализуют два пути повышения надежности:

- маркировку отказов;

- обнаружение отказов.

Маркировка отказов дает возможность системе управления работать правильно при наличии в ней некоторого числа неисправностей внутренних элементов (система «не чувствует» свои неисправности).

Это свойство обеспечивается постоянным резервированием.

Недостатком маркировки отказов является возможность накопления со временем внутренних неисправностей, в результате чего система потеряет свои резервные возможности.

Обнаружение отказов, наоборот, требует выявления возникающих неисправностей, как можно быстрее.

Это позволяет либо выключить систему из работы, либо подключить холодный резерв (резервирование замещением).

Обнаружение отказов достигается с помощью применения специальных контролирующих средств («сторожей»).

Индикация о возникновении неисправностей в элементах или блоках позволяет в этом случае существенно улучшить показатели ремонтопригодности систем.

Наибольший эффект с точки зрения повышения безотказности, безопасности и ремонтопригодности получают при одновременном применении принципов маркировки и обнаружения отказов.

Это обязательно делается при разработке большинства современных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики и телемеханики.

11.2 Организация резервирования в микропроцессорных системах

При резервировании программных средств используются многопрограммные системы.

В них в одном вычислительном канале организуются последовательно во времени m одинаковых вычислений.

Эффективно при этом применении принципа m- версионного программирования, когда каждая программа П-1, П-2…П m имеет отличную от других версию на уровне алгоритма или структуры программы.

Возможно использование m-версионного программирования и в многоканальных системах.

Обнаружение отказов организуется с помощью внутреннего или межпроцессорного контроля.

В первом случае каждый i- й вычислительный канал имеет собственные аппаратные или программные контрольные средства (КС-i).

Эти средства выполняют тестовое диагностирование, принципы самоконтроля или сигнатурного анализа.

Блоки КС формируют сигналы контроля, которые поступают в блок ВУ для реализации алгоритма восстановления истинных значений выходных сигналов.

В системах с межпроцессорным контролем блоки КС осуществляют сравнение работы вычислительных каналов между собой.

Это сравнение может состоять во взаимной проверке работы процессоров на уровне системных шин, памяти и выходов (контроль с сильными связями).

При контроле с умеренными связями осуществляется сравнение выходов.

Применяется также вариант, когда один процессор реализует вычисления, а другой их проверяет (контроль со слабыми связи).

11.3 Надежность программного обеспечения микропроцессорных систем

Работоспособность микропроцессорных и компьютерных СЖАТ возможна только при одновременной работе аппаратуры и программных средств.

Материальные затраты на разработку программного обеспечения могут достигать до 90% от общих затрат.

При разработке программ важна проблема обеспечения их надежности.

Для СЖАТ рассматриваются следующие составляющие надежности программного обеспечения:

- корректность;

- устойчивость;

- безопасность и недоступность (защита от внешних проникновений).

Корректность - свойство программы удовлетворять ее функциональным спецификациям, требует правильного вычисления выходных данных в области изменения входных данных, удовлетворяющих спецификациям, при условии обеспечения безотказности аппаратных средств.

Устойчивость - свойство программы быть в процессе ее выполнения нечувствительной к ошибкам, отказам аппаратуры и некорректным входным данным. (отказоустойчивость).

Безопасность - свойство программы вычислять правильные или защитные выходные данные при наличии ошибок или появление отказов и некорректных входных данных.

Недоступность - свойство ПО исключить возможность обращения одного пользователя к данным и программам, которые являются собственностью другого пользователя при использовании ключевых слов, кодов и т.д.

Надежность программного обеспечения - это свойство сохранять корректность, устойчивость, безопасность и недоступность в течении определенного периода времени при данных условиях эксплуатации и технического обслуживания.

Интенсивность ошибок ПО лежит в пределах от 0,25 до 10 на 1000 команд.

Следовательно, в новой системе, содержащей 500 000 команд, следует ожидать от 125 до 5000 ошибок

Программные ошибки вызываются неправильной записью команд на языке программирования и ошибками при трансляции.

Их количество зависит от квалификации программистов, степени автоматизации программирования, глубины и качества тестирования.

Треть всех ошибок приходится на начальный этап разработки, но они сравнительно легко обнаруживаются.

Алгоритмические - возникают из-за неправильной постановки задачи или некорректной формулировки алгоритма ее решения, они обнаруживаются сложнее, чем программные.

Типичные ошибки: неполный учет условий решения или диапазонов изменения переменных; превышение выделенных ресурсов; неправильная оценка времени реализации отдельных программных модулей.

Контрольные вопросы

1. Какие основные требования к надежности микропроцессорных систем?

2. С помощью чего достигается обнаружение отказов в микропроцессорных системах?

3. Что включают в схему расчетов при составлении структурной схемы надежности?

4. Какие требования предъявляются к программному обеспечению микропроцессорных систем?

5. Какие виды ошибок вызываются неправильной записью команд на языке программирования?

6. Когда возникают алгоритмические ошибки?

Задание на СРО: Подготовить реферат на тему: «Безотказность элементов защиты устройств автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте».

Список рекомендуемой литературы

1. Сапожников Вл. В. и др. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебное пособие. Москва: ФГБУ ДПО, 2017. 320 с.

2. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Москва: Маршрут, 2013. 267 с.

3. Организация и основы технологии работы хозяйства сигнализации и связи Учебное пособие / Ю.Е. Просвиров, Т.В. Щербицкая ; под ред. проф. Ю.Е. Просвирова/ - Самара: СамГУПС, 2007. 99 с.

4. Амиров М.Ш., Амиров С.М. Единая транспортная система: Учебник / - Москва: КНОРУС, 2017. 178 с.

5. Государственная программа развития и интеграции инфраструктуры транспортной системы РК до 2020 года, утвержденная Указом Президента Республики Казахстан от 13 января 2014 года № 725



Лекция №12 Основные вопросы эксплуатационной надежности устройств автоматики и телемеханики (1 час. Неделя 12)

План лекции:

- анализ статистических данных о надежности элементов и систем;

- структурная схема службы надежности;

- системы сбора данных о надежности устройств автоматики и телемеханики

12.1 Анализ статистических данных о надежности элементов и систем

Любая система анализа статистических данных о надежности способствует повышению надежности элементов и систем.

В результате сбора и анализа, данных разработчики, изготовители, эксплуатационники обеспечиваются сведениями об отказах и характерных проявлениях каждого отказа, их причине, эффективность всех предшествующих мер по устранению отказов.

Системы сбора данных о надежности должны содействовать улучшению работы элементов и систем на этапах разработки, производства и эксплуатации.

Система сбора содержит количественные сведения о наиболее существенных отказах, происшедших в каждом устройстве и в каждой системе за истекший период времени.

Система сбора информации о надежности элементов и систем должна в максимальной степени учитывать специфику эксплуатации, особенности конструктивных и технологических решений, а также фактические уровни их режимов и загрузки.



12.2 Структурная схема службы надежности

Рисунок 12.1 Структурная схема организации службы надежности

Сплошными линиями показаны пути оперативных работ, организацию подчиненных ЦШ. Штриховой - пути координации (управления) надежности др. организации.

Специальный график надежности при ЦШ координирует работу всех подразделений по единой программе.

Учитывая сложность и многообразие техники, а также необходимое обеспечение безотказности ее действий в дорожной лаборатории (ШЛ) и в ШЧ созданы специальные группы для анализа и сбора информации об отказах установленных ж.д. автоматики.

Группа надежности ШЛ состоит из 2-3 человек - анализ отказов и разработке мер по повышению надежности, на основе которых «задается» работа всем остальным группам лаборатории.

Работа ШЛ сосредоточена на обеспечении новой надежности устройств.

Группы надежности ШЧ состоит из 2-3 человек, анализирующих отказы и разрабатывающих меры по систематическому повышению надежности устройств и осуществляет контроль за их выполнением. Информация собирается и учитываются, при этом существующие формы учета, которые должны отвечать конкретным целям сбора и обработки информации о надежности элементов и систем.

Учет содержит вопросы, ответы на которые должны обеспечивать получение всех необходимых сведений для полной оценки надежности эксплуатируемых устройств.

12.3 системы сбора данных о надежности устройств автоматики и телемеханики

Все способы сбора статистической информации можно свести к двум видам: многоступенчатой и централизованной.

При многоступенчатом способе первичные данные обрабатываются на месте их получения, после чего они в обобщенном виде поступают для окончательной обработки и получения характерной надежности.

Недостатки такого способа - малая оперативность, большая возможность искажения и потери части информации, нарушение ряда характеристик при этом способе затруднительно, либо совсем невозможно.

Свободным от указанных недостатков и более перспективным является централизованный принцип сбора и обработки информации, при котором первичные данные о работе и неисправностях элементов и систем без какого-либо предварительного обобщения поступают непосредственно с объекта сбора информации на место окончательной обработки.

Это повышает качества и оперативность прохождения информации и служит предпосылкой для создания полуавтоматических и автоматических устройств сбора и обработки информации о надежности, на базе информационно-вычислительных центров.

Сбор информации должен производиться централизованно по единой системе.

Для составления технических ведомостей, рекомендации по использованию многоступенчатых способов, позволяет работникам дистанции и ШЛ разработать мероприятия по повышению надежности.

При продвижении информации с ШЧ в ЦШ используют централизованный способ, позволяющий применение оперативных мер по повышению надежности ШНЦ или ШНЦС, производившим устранение повреждений и передает в группу надежности ШЧ сведения об отказах.

В группе надежности ШЧ заполняют карточку о дополнении необходимых сведений и затем отправляют в ШЧ.

Туда стекаются сведения со всех ШЧ, данные об отказах обобщаются и анализируются.

Контрольные вопросы

1.Чему способствует система анализа статистических данных?

2. Что содержит в себе система сбора данных о надежности?

3. Какова роль ВУЗов в структурной схеме службы надежности?

4. Какие способы существуют для сбора информации о работе устройств

5. Перечислить недостатки многоступенчатого сбора информации о надежности работы устройств СЦБ.

Задание на СРО: Письменно привести краткий обзор на тему: «Инструкция по сигнализации на железнодорожном транспорте».



Список рекомендуемой литературы

1. Сапожников Вл. В. и др. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебное пособие. Москва: ФГБУ ДПО, 2017. 320 с.

2. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Москва: Маршрут, 2013. 267 с.

3. Организация и основы технологии работы хозяйства сигнализации и связи Учебное пособие / Ю.Е. Просвиров, Т.В. Щербицкая ; под ред. проф. Ю.Е. Просвирова/. Самара: СамГУПС, 2007. 99 с.

4. Амиров М.Ш., Амиров С.М. Единая транспортная система: Учебник / - Москва: КНОРУС, 2017. 178 с.

5. Государственная программа развития и интеграции инфраструктуры транспортной системы РК до 2020 года, утвержденная Указом Президента Республики Казахстан от 13 января 2014 года № 725



Лекция №13 Определение и понятия «испытания на надежность» (2часа. Неделя 13)

надежность испытание автоматика телемеханика

План лекции:

- виды испытаний на надежность;

- методы испытания на надежность;

- лабораторные и полигонные испытания;

- методика испытаний на надежность

13.1 Виды испытаний на надежность

Испытания на надежность - испытания технических устройств в целях определения достигнутого уровня надежности или установления соответствия устройства заданным требованиям по надежности.

Испытания на надежность первого вида называют определительными, второго вида - контрольными

Определительные испытания на надежность устанавливают численные значения показателей надежности (например, вероятность безотказной работы, коэффициент готовности, среднее время восстановления и другие), а также выявляют схемно-конструктивные и производственные недостатки, влияющие на надежность систем автоматики и телемеханики.

Определительные испытания проводят также для определения показателей надежности с заданными значениями точности и достоверности.

При контрольных испытаниях на надежность проверяют, имеют ли место расхождение значений действительных показателей надежности и заданных в имеющейся нормативно-технической документации.

Контрольные испытания проводятся с целью получения контроля показателей надежности.

Испытания на надежность проводят с учетом реальных условий, в которых будет работать устройство и система.

Лабораторные испытания на надежность проводят чаще всего в лабораторных и заводских условиях с целью получения технических параметров надежности элементов и систем автоматики и телемеханики.

Стендовые испытания на надежность проводят в заводских условиях, при этом используются методы и создаются условия проведения, которые максимально приближены к эксплуатационным условиям для данного элемента или системы.

Ускоренные испытания бывают лабораторными и стендовыми и проводятся с целью обеспечения получения информации о надежности элементов и систем в более короткий срок, чем при нормальных испытаниях.

13.2 Методы испытания на надежность устройств автоматики и телемеханики

Методы испытания на надежность в зависимости от цели делятся на: определительные (исследовательские) и контрольные.

Определительные испытания проводятся для нахождения фактических количественных показателей надежности после окончательного освоения системы производством или после ее модернизации на опытных образцах, изготовленных по серийному технологическому циклу.

При определительных испытаниях оцениваются законы распределения отказов и параметры этих отказов.

Результаты определительных испытаний служат для оценки соответствия фактических показателей надежности техническим условиям.

Цель определительных испытаний на надежность - нахождение фактических значений показателей надежности и при необходимости параметров законов распределения таких случайных величин, как время безотказной работы, наработка между отказами, время восстановления и другие.

Цель контрольных испытаний на надежность - проверка соответствия фактических значений показателей надежности требованиям стандартов, технических заданий (ТЗ), и технических условий (ТУ), т.е. принятие решения типа «да-нет» о соответствии или несоответствии надежности системы предъявленным требованиям.

Кроме оценки показателей надежности, целями испытаний обычно являются:

- изучение причин и закономерностей возникновения отказов;

- выявление конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, влияющих на надежность;

- выявление наименее надежных элементов и узлов, блоков и технических средств;

- разработка мероприятий и рекомендаций по повышению надежности;

- уточнение продолжительности и объема технического обслуживания, количества запасных частей и другое.

13.3 Лабораторные и полигонные испытания на надежность

Испытаниям в лабораторных условиях обычно подвергаются технические средства и некоторые локальные системы.

Эти испытания выполняют на заводах-изготовителях или в организациях, которые являются разработчиками технических средств, они могут быть как определительными, так и контрольными.

При лабораторных испытаниях можно имитировать воздействия внешней среды на систему, в первую очередь условия эксплуатации.

Для этого служат специальные установки:

- термокамеры для изменения температуры;

- барокамеры для изменения давления;

- вибростенды для создания различных видов вибрации.

Лабораторные испытания на надежность могут проходить при тех же воздействиях (температура, влажность, вибрация) и режимах работы, которые обычно имеют место при эксплуатации.

Иногда с целью быстрейшего получения показателей надежности устанавливают более тяжелые, форсированные условия и режимы работы по сравнению с эксплуатационными условиями. Такие испытания называются ускоренными.

Полигонные испытания следует проводить для тех же условий эксплуатации, при которых в технической документации установлены показатели надежности.

Во время испытаний проводятся техническое обслуживание, периодические проверки функционирования, измерения параметров, определяющих отказы.

Кроме этого необходимо проводить оценку параметров показателей надежности связанных с техническими, экономическими и организационными причинами для более полной оценки показателей надежности.

Контрольные вопросы

1. Что устанавливают определительные испытания на надежность?

2. Что проверяется при контрольных испытаниях на надежность?

3. Каковы методы испытания на надежность в зависимости от цели?

4. В чем заключаются испытания на надежность в условиях эксплуатации?

5. Что является исходной информацией для статического исследования показателей надежности?

6. Что необходимо сделать перед началом испытаний?

7. Что необходимо знать при проведении различных испытаний на надежность?

Задание на СРО: Подготовить реферат на тему: «Анализ транспортной отрасли Казахстана в современных условиях».

Список рекомендуемой литературы

1. Сапожников Вл. В. и др. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебное пособие. Москва: ФГБУ ДПО, 2017. 320 с.

2. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Москва: Маршрут, 2013. 267 с.

3. Организация и основы технологии работы хозяйства сигнализации и связи Учебное пособие / Ю.Е. Просвиров, Т.В. Щербицкая ; под ред. проф. Ю.Е. Просвирова/ - Самара: СамГУПС, 2007. 99 с.

4. Амиров М.Ш., Амиров С.М. Единая транспортная система: Учебник / - Москва: КНОРУС, 2017. 178 с.

5. Государственная программа развития и интеграции инфраструктуры транспортной системы РК до 2020 года, утвержденная Указом Президента Республики Казахстан от 13 января 2014 года № 725



Лекция №14 Теория безопасности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (1 час. Неделя 14)

План лекции:

- основные понятия и термины теории безопасности устройств ЖАТ;

- общие положения теории безопасности устройств автоматики и телемеханики;

- испытания безопасности с помощью моделирования

14.1 Основные понятия и термины теории безопасности устройств ЖАТ

Согласно отраслевого стандарта - Основные понятия. Термины и определения понятия и термины теории безопасности:

- надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортировки;

- безопасность системы железнодорожной автоматики - свойство системы непрерывно сохранять исправное, работоспособное или защитное состояние в течении некоторого времени или наработки;

- вероятность безопасной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки опасный отказ системы не наступает;

- показатель безопасности - количественная характеристика свойства безопасности;

- концепция безопасности - совокупность положений, в соответствии с которыми осуществляется построение системы, отвечающей требованиям безопасности;

- уровень безопасности - совокупность требований к системе, определяемая предельными значениями показателей безопасности и удовлетворяющая определенным требованиям безопасности;

- безопасная система - система, построенная в соответствии с определенной концепцией безопасности и удовлетворяющая заданному уровню безопасности;

- защитное состояние - неработоспособное состояние системы, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции по обеспечению безопасности движения поездов (БДП, соответствуют требованиям нормативно-технической документации и конструкторской документации;

- опасное состояние - неработоспособное состояние системы, котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции по обеспечению БДП, не соответствуют требованиям нормативно-технической документации и конструкторской документации;

нормативно-технической документации и конструкторской документации;

- вероятность опасного отказа - вероятность того, что в пределах заданной наработки опасный отказ наступит хотя бы один раз;

- средняя наработка до опасного отказа - математическое ожидание наработки системы до первого отказа;

14.2 Общие положения теории безопасности устройств автоматики и телемеханики

Доказательство безопасности устройств автоматики и телемеханики должно состоять из теоретической и экспериментальной частей.

Оно является результатом мероприятий, проводимых в соответствии с программой обеспечения безопасности.

Доказательство безопасности осуществляется на всех стадиях разработки, сертификационных испытаниях, пусконаладочных работах и эксплуатации СЖАТ.

Целями доказательства безопасности являются:

- проверка выполнения концепции обеспечения безопасности;

- проверка соответствия СЖАТ качественным требованиям безопасности, сформулированным в нормативной и конструкторской документации;

- проверка показателей безопасности заданным в соответствии с нормами.

Проверка выполнения концепции обеспечения безопасности системы должна быть направлена на доказательство:

- выполнения алгоритмических условий обеспечения БДП;

- выполнения конструктивных требований безопасности;

- защищенности от перехода в опасное состояние при ошибках в программном обеспечении, появлении отказа в аппаратных средствах или воздействии электромагнитных полей;

- защищенности от механических и климатических воздействий;

- защищенности от ошибочных и несанкционированных действий обслуживающего и оперативного персонала;

- защищенности от опасного искажения ответственной информации.

14.3 Испытания безопасности с помощью моделирования

Моделирование является одной из основных методологических концепций, играющих ведущую роль в процессе анализа безопасности СЖАТ.

При исследовании безопасности сложных технических систем моделирование является одним из основных средств ее оценки.

Моделирование предполагает формирование условного образа (модели) реальной системы и изучение его свойств с целью получения информации о реальной системе.

Имитационное моделирование

Основной формой системного анализа безопасности сложных технических систем является имитационное исследование, проводимое в рамках имитационных моделей, реализуемых на ЭВМ.

При этом необходимо стремиться к наиболее полному учету всех существующих факторов.

При имитации события разворачивающего во времени, как правило, в том порядке в каком они следуют в реальной системе, но в измененной временной шкале.

Действие случайных факторов учитывается с помощью специальных датчиков чисел (имитаторов), настроенных на соответствующие вероятностные распределения.

В определенном месте процесс имитации на ЭВМ может быть приостановлен для проведения, например, операционной игры, экспертного опроса или натурального эксперимента с использованием промежуточных данных, полученных при машинной имитации.

Результаты игры, эксперимента, экспертизы могут быть использованы для продолжения имитации на ЭВМ.

Имитационное моделирование объединяет имитацию исследуемого явления и планирование эксперимента.

Теория планирования эксперимента позволяет организовать имитационный эксперимент рациональным образом применительно к целенаправленному получению информации.

Для ускорения проведения испытаний с помощью различных видов моделирования используют вычислительную технику (машинное моделирование).

Испытания безопасности на машинных моделях производится на этапе разработки рабочей документации и делятся на пять видов:

1. Испытания технологических алгоритмов.

2. Моделирование работы дискретных и аналоговых аппаратных средств, при сбоях и отказах.

3. Испытание имитационной модели программно-технических средств.

4. Испытания прикладного программного обеспечения.

5. Испытания системных функций.

Испытания безопасности на машинных моделях имеют следующие основные цели:

1. Производство ускоренных испытаний в машинном времени.

2. Создание во время испытаний всего множества возможных

3. Имитация заданного класса (вида) отказов аппаратных и программных средств.

4. Организация процедуры верификации прикладного программного обеспечения.

5. Корректировка списка опасных отказов.

6. Организация вероятностных экспериментов с машинными моделями систем большой размерности.

7. Сбор статистических данных по влиянию отказов и сбоев на безопасность.

Испытания технологических алгоритмов проверяют выполнением всех условий безопасности в данном процессе.

Контрольные вопросы

1. Чем определяется уровень безопасности систем ЖАТ?

2. Чем определяется защитное состояние электрической схемы устройств автоматики и телемеханики?

3. Чем характеризуется свойство схем сохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров?

4. На каких стадиях осуществляется доказательство безопасности систем ЖАТ?

5. На чем основано доказательство безопасности?

6. Чем являются испытания безопасности с помощью моделирования?

Задание на СРО: Письменно привести краткий обзор на тему: «Ремонтопригодность и долговечность устройств и систем ж.д. автоматики и телемеханики».



Список рекомендуемой литературы

1. Сапожников Вл. В. и др. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебное пособие. Москва: ФГБУ ДПО, 2017. 320 с.

2. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Москва: Маршрут, 2013. 267 с.

3. Организация и основы технологии работы хозяйства сигнализации и связи Учебное пособие / Ю.Е. Просвиров, Т.В. Щербицкая ; под ред. проф. Ю.Е. Просвирова/ - Самара: СамГУПС, 2007. 99 с.

4. Амиров М.Ш., Амиров С.М. Единая транспортная система: Учебник / - Москва: КНОРУС, 2017. 178 с.

5. Государственная программа развития и интеграции инфраструктуры транспортной системы РК до 2020 года, утвержденная Указом Президента Республики Казахстан от 13 января 2014 года № 725



Лекция №15 Обеспечение надежности и безопасности систем автоматики и телемеханики (1час. Неделя 15)

План лекции:

- программы обеспечения надежности и безопасности СЖАТ;

- применение математических моделей для определения уровней безопасности;

- порядок разработки технических заданий (ТЗ);

15.1 Программы обеспечения надежности и безопасности СЖАТ

Организационно-технические мероприятия программы должны отражаться во всей технической документации на изделие.

При составлении программы должны учитываться:

Требуемый уровень надежности и сложности изделий;

Объем производства;

Условия эксплуатации.

Чем выше требуемое условие надежности, тем больше объем требований должна включать программа. Чем сложнее изделие, тем труднее обеспечить его надежность и тем больше детализации требует программа. Программа должна включать:

Определение организационной структуры, с указанием исполнителей и ответственных должностных лиц за выполнение каждой задачи;

Детальное перечисление задач по обеспечению надежности и методы их решения;

Подробное описание каждой задачи и плановые сроки;

Методы контроля, позволяющие проверить решения каждой задачи, в соответствии с планом;

Выявление технических трудностей и оценку влияния этих
трудностей на выполнение наиболее существенных требований программы, а также предложения по их преодолению;

Порядок выполнения мероприятий, направленных на решение этих задач;

Поэтапные указания «контрольных точек», определяющих взаимосвязь между ними и оценку времени потребного для выполнения конкретного мероприятия и задач по обеспечению надежности;

Периодическую регистрацию расчетов практически достигнутой надежности изделия.

Программа должна предусматривать составление периодических и окончательных отчетов о ходе ее выполнения. Отчеты должны содержать полную информацию о выполнении каждого пункта, с указанием достигнутых результатов, а также пути устранения слабых звеньев; сравнительные данные о требуемом уровне надежности и фактически достигнутым.

15.2 применение математических моделей для определения уровней безопасности

В программе рекомендуются применение математических моделей, позволяющих количественно распределить уровень надежности изделия между его составляющими частями. Оценка надежности должна производиться на основе математической модели, в которой могут быть использованы данные условия для каждого из возможных режимов работы. Для периодической оценки и анализа надежности изделия должны быть указаны методики и сроки. Планируемые методики должны отражать степень приемлемости конструкции и включать:

Рассмотрение текущих оценок надежности и достигнутых результатов для каждого режима применения;

Анализ типа отказов и их влияние на работоспособность изделия;

Рассмотрение влияния принципиальных и компромиссных технических решений на уровне надежности;

Порядок, обеспечивающий участие соответствующего персонала из подразделения надежности, при принятии решения.

Программа должна предусматривать составление плана испытаний с целью подтверждения уровня надежности, достигнутого по окончанию отдельных этапов.

15.3 Порядок разработки технических заданий (ТЗ)

При составлении ТЗ разработчики должны:

Указать условия эксплуатации устройства и перечень функциональных задач, в решаемых устройствах;

Установить предварительные количественные значения параметров надежности устройства или отдельных его узлов;

Сформулировать понятия отказа устройств.

Функции отдела (лаборатории) надежности при этом заключаются в проведении консультации для исполнителей по вопросам надежности разрабатываемых устройств, согласование эксплуатационно-технических требований с заказчиком и другими заинтересованными организациями.

При составлении технического проекта, разработчики проводят уточнения электрических, тепловых и других режимов и параметров элементов, входящих в изделие.

Согласно замечаниям отдела надежности проводятся окончательный расчет надежности изделий. Отделу (лаборатории) надежности передаются принципиальные схемы изделия, с указанием принципа деятельности.

После этого производятся испытания лабораторного образца на работоспособность, согласно ТЗ; разрабатываются рекомендации по поддержанию заданного уровня надежности на данном этапе и разрабатываются рекомендации для поддержания уровня надежности на следующих этапах.

К техническому заданию должна прикладываться пояснительная записка, которая должна содержать:

1. Таблицу режимов работы устройств;

2. Расчет надежности;

3. Протокол испытания лабораторного образца;

4. Рекомендации по поддержанию заданного уровня надежности на всех этапах изготовления изделий.

...