Система эксплуатации электротехнических изделий.

Системный подход является направлением методологии специального научного познания, в основе которого лежит исследование электротехнических объектов как систем. Методологическая специфика системного подхода определяется ориентацией исследования на раскрытие целостности объекта и создающих ее механизмов, на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину. Широкое развитие и использование системного подхода является характерной особенностью современной науки и техники. Системный подход необходим при анализе качества и, в частности, надежности самых разнообразных элементов электротехнических изделий, являющихся неотъемлемой состав­ной частью сложных автоматизированных комплексов производства в различных отраслях народного хозяйства. Изучение физических процессов, которые приводят к изменению показателей качества изделий и их элементов, наиболее полно можно провести лишь в рамках системного подхода при анализе системы человек - электротехническое изделие - среда. Необходимость системного подхода при изучении сложных систем вытекает из рассмотрения системных принципов, к которым относятся: целостность, структурность, взаимозависимость системы и среды, иерархичность, множественность описания каждой системы и др.

Целостность - принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов и невыводимость свойств системы из свойств составляющих ее элементов, так как свойства объекта как целостной системы определяются не столько суммированием свойств его отдельных элементов, сколько свойствами его структуры.

Взаимозависимость системы и среды состоит в том, что система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой, являясь при этом ведущим компонентом взаимодействия. В системе человек - изделие - среда важным компонентом взаимодействия является человек и эффективность функционирования системы во многом определяет его квалификация и исполнительность, которые оказывают большое влияние на надежность изделия.

Множественность описания каждой системы состоит в том, что вследствие сложности системы ее адекватное познание требует построения множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определенный аспект системы. Например, при изучении надежности рассматривается модель эксплуатации невосстанавливаемых изделий для определения вероятностных характеристик ресурса и срока службы изделий, а также наработки до первого отказа, модель эксплуатации изделия при мгновенном восстановлении для оценки его безотказности, модель эксплуатации изделия с конечным временем восстановления для оценки готовности изделия к выполнению заданных функций и т. д.

Физическая система-множество элементов, находящихся в отношениях и связях между собой, которое образует определенную целостность, единство. Динамичная система изменяет свое состояние во времени и в разное время может находиться в различных состояниях. Переход системы из одного состояния в другое с течением времени вызывается различными факторами, которые в общем случае являются случайными.

Состояния системы могут быть дискретными и непрерывными. Система с дискретными состояниями имеет счетное множество возможных состояний . Переход системы из одного состояния в другое осуществляется скачком в момент, когда в системе происходит событие, вызванное фактором, изменяющим состояние системы.

Системы могут быть с непрерывным и дискретным временем перехода из одного состояния в другое. В системе с непрерывным временем переход из одного состояния в другое возможен в любой момент времени, а в системе с дискретным временем - только в определенные моменты времени разделенные конечными интервалами. Переходы системы из одного состояния в другое могут быть обратимыми и необратимыми.

В теории надежности рассматриваются системы с дискретными состояниями и непрерывным временем, являющиеся одним из видов систем массового обслуживания.

Граф состояний системы показывает возможные состояния системы и направления возможных переходов системы из одного состояния в другое. На графе множество состояний системы (вершины графа) изображаются прямоугольниками, а множество возможных переходов системы из одного состояния в другое - линиями (связи или ребра графа), соединяющими соответствующие прямоугольники.

В ориентированном графе состояний системы (рис. 1) линии связи заменяются стрелками, указывающими направления возможных переходов системы из одного состояния в другое.

Рис. 1. Ориентированный граф состояний системы

В размеченном графе состояний системы на связях или ребрах указывается характеристика фактора, переводящего по данной связи систему из одного состояния в другое. Например, интенсивности потоков событий (рис. 2).

Граф состояний системы, имеющей четыре возможных состояния , показан на рис. 1. Из состояния возможны переходы в состояния или , из состояния - в состояние и обратно в состояние , из состояния - в состояние , из состояния - обратно в состояние .

Рис. 2. Размеченный граф состояний системы

Система массового обслуживания представляет собой физическую систему с дискретными состояниями и непре­рывным временем. Примерами систем массового обслуживания являются электротехнические предприятия, трансформаторные подстанции, ремонтные мастерские и т. д.

Система массового обслуживания состоит из обслуживающих единиц, которые называются каналами обслуживания. В качестве каналов обслуживания могут рассматриваться машины, аппараты, приборы, лица, выполняющие различные операции, и т. д. Системы массового обслуживания могут быть как одноканальными, так и многоканальными.

Граф состояний одноканальной системы массового обслуживания (например, канал линии связи, автозаправочная станция, металлорежущий станок) показан на рис. 3. Это - дискретная система с непрерывным временем и двумя возможными состояниями: - канал свободен; — канал занят.

Рис. 3. Граф состояний одноканальной системы массового обслуживания

Граф состояний - канальной системы массового обслуживания показан на рис. 4, где - все каналы свободны; - занят один канал; - заняты два канала; - заняты все каналов.

Рис. 4. Граф состояний многоканальной системы массового обслуживания

Работа любой системы массового обслуживания состоит в выполнении поступающего на нее потока требований или заявок. Заявки поступают одна за другой в некоторые случайные моменты времени. Обслуживание поступившей заявки продолжается некоторое время, после чего канал освобождается и снова готов для приема следующей заявки. Каждая система массового обслуживания в зависимости от числа каналов и их производительности обладает определенной пропускной способностью, позволяющей ей более или менее успешно справляться с потоком заявок.

Моменты времени поступления заявок и длительность их об­служивания на практике обычно случайны. Поэтому процесс функционирования системы массового обслуживания представляет собой случайный процесс, изучением и математическим описанием которого занимается теория массового обслуживания.

Теория массового обслуживания устанавливает зависимости между характером потока заявок, производительностью каналов, их числом и эффективностью обслуживания. Целью методов, развиваемых в теории массового обслуживания, является отыскание рациональной организации обслуживания, обеспечивающей заданное его качество. Область применения математических методов теории массового обслуживания непрерывно расширяется.

Многие задачи теории надежности близки к задачам теории массового обслуживания. Методами, непосредственно заимствованными из теории массового обслуживания, определяются такие показатели надежности изделий, как, например, среднее время безотказной работы, среднее время восстановления работоспособности, потребное количество запасных частей и т. д.

Система эксплуатации изделий является видом систем массового обслуживания. Рассмотрим систему массового обслуживания, которая является типичной системой эксплуатации изделий. Система может находиться в следующих состояниях: - состояние работоспособное, изделие свободно; - работоспособное состояние, изделие занято, т. е. функционирует; - неработоспособное состояние, изделие ждет ремонта; - состояние неработоспособное, изделие ремонтируется; - неработоспособное предельное состояние.

Граф возможных состояний системы изображен на рис. 5, б. Граф составлен в предположении, что неработающее изделие не может выйти из строя и переход системы из состояния непосредственно в состояние , минуя состояние , невозможен. Переход системы из состояния непосредственно в состояние , минуя состояние , можно считать практически невозможным, так как для этого нужно, чтобы окончание ремонта и приход очередной заявки на функционирование изделия произошли строго в один и тот же момент времени. Переход системы из состояния в состояние маловероятен и может произойти, например, из-за отсутствия запасных частей (рис. 5, а). Система эксплуатации изделий представляет собой физическую систему со счетным множеством дискретных состояний и непрерывным временем. Переход системы из одного состояния в другое осуществляется скачком в момент времени, когда в системе происходит событие, вызванное фактором, изменяющим состояние работоспособности системы (отказ изделия, восстановление работоспособности изделия, освобождение ремонтного поста для восстановления работоспособности следующего изделия и т. д.).

Переходы системы из одного состояния в другое могут быть обратимыми и необратимыми. Система эксплуатации характеризуется главным образом обратимыми переходами: изделие переходит из работоспособного состояния в неработоспособное в результате отказа и, наоборот, изделие переходит из неработоспособного состояния в работоспособное в результате восстановления его работоспособности и т. д. Однако в системе эксплуатации происходят и необратимые переходы: переход изделия в неработоспособное предельное состояние является необратимым (состояние , рис. 5).

Наибольший интерес с точки зрения теории надежности представляет переход изделия из работоспособного состояния в неработоспособное и, наоборот, из неработоспособного состояния в работоспособное (рис. 6).

Рис. 6. Упрощенный граф состояний изделия в системе эксплуатации

Рассмотрим понятия и термины теории надежности, охватывающие виды и структуры объектов изучения, состояния и свойства изделий и случайные события и величины.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: