Определитель графа

,

где S — множество всех возможных соединений графа.

Теперь рассмотрим методику расчета показателей надежности топологическим методом в установившемся режиме, где топологические коэффициенты С_i для каждой x_i вершины графа определяются непосредственно по графу, а затем вычисляется нужный показатель по ниже приведенным топологическим формулам.

Для определения коэффициента С_i необходимо:

– выбрать начальную вершину графа x_q отдельно для определения каждого из коэффициентов С_i ( ); начальная вершина может быть выбрана произвольно, однако выбор влияет на объем вычислений, поэтому ее надо выбирать так, чтобы были длинные прямые пути;

– построить множество К прямых путей из начальной вершины x_q в вершину x_i, для которой определяется коэффициент;

– для каждого k-го прямого пути построить множество замкнутых контуров подграфа G{X_k} и образовать возможные комбинации независимых замкнутых контуров (множество соединений S), где G{X_k} – подграф графа G{X, W}, образованный удалением множества вершин, входящих в k-й путь и прилегающих к нему дуг;

– записать коэффициенты C_i по найденным составляющим по формуле

гдe К – множество прямых путей из произвольно выбранной вершины х_q в х_i; Х_к - множество вершин, входящих в k-ый прямой путь.

Используя топологические коэффициенты, основные показатели надежности установившегося режима можно записать:

– вероятность нахождения системы в i-м состоянии

,

где n – число вершин графа;

– коэффициент готовности

,

где I_p – множество индексов работоспособных состояний системы;

– коэффициент простоя

,

где J – множество индексов неработоспособных состояний системы;

– среднюю наработку на отказ

,

где – подмножество индексов граничных состояний из X_р, из которых в неработоспособное состояние можно попасть за один переход;

– среднее время восстановления

,

где J⁺ – подмножество индексов граничных состояний из , из которых в работоспособное состояние можно попасть за один переход.

Основные положения топологического метода могут быть применены для определения показателей надежности неустановившегося режима с использованием преобразований Лапласа.

Билет 26. Классический метод расчета надежности систем

К классическим методам относятся модели надежности с последовательным, параллельным, параллельно-последовательным соединениями элементов, их различные модификации.

Модель с последовательным соединением элементов. При расчетах надежности последовательным называется такое соединение элементов, при котором отказ хотя бы одного из них приводит к отказу всего соединения в целом. Последовательное соединение в указанном выше смысле не всегда совпадает с физическим последовательным соединением элементов. Отказы элементов предполагаются независимыми, то есть отказ любой группы элементов никак не влияет на вероятностные характеристики остальных элементов. Элемент понимается как один из самостоятельных участков последовательного соединения.

Последовательное соединение элементов

В данном случае вероятность безотказной работы системы можно рассчитать по формуле:

где Р_с – вероятность безотказной работы системы; Р_i(t) – вероятность безотказной работы i-го элемента системы

Модель с параллельным соединением элементов (рис. 2.2). При расчетах надежности параллельным (резервным) называется такое соединение элементов, при котором отказ всего соединения происходит при отказе всех элементов системы (элементы дублируют друг друга).

Параллельное соединение элементов

В этом случае показатель надежности системы P_c определяется через вероятности отказа элементов q₁, q₂, …, q_n, которые связаны с вероятностью безотказной работы соотношениями вида q_i(t) = 1 – P_i(t)

Вероятность отказа всей системы равна:

Тогда вероятность безотказной работы системы с параллельным соединением элементов q₁, q₂, …, q_n имеет вид

.

Модель с параллельно-последовательным соединением элементов. При расчетах надежности параллельно-последовательным называется такое соединение элементов, при котором можно составить структурные схемы участков как с последовательным, так и с паралелльным соединением элементов

Параллельно-последовательное соединение элементов

Для системы вначале рассчитывается вероятность безотказной работы участка 23:

P₂₃ = 1 - (1 - P₂(t))(1 – P₃(t)),

затем – участка 123: P₁₂₃(t) = P₁(t)P₂₃(t) = P₁(t)(1 – (1 – P₂(t))(1 – P₃(t))) .

Итоговая расчетная формула имеет вид P_с(t) = 1 – (1 – P₁₂₃(t))(1 – P₄(t)).

Модели несводимые к параллельно-последовательным соединениям. К данному классу относятся системы с мостовыми и еще более сложными соединениями элементов (рис. 2.4).

Пример мостового соединения элементов

Система является работоспособной, если работоспособны элементы:

Надежность систем данного класса целесообразно оценивать по логико-вероятностному методу, используя аппарат алгебры логики.

Модель с использованием марковских процессов. Модель задается в виде состояний, в которых система может находиться, и возможных переходов из одного состояния в другое (рис. 2.5).

При представлении ИС с помощью данной модели используется теория марковских процессов в том случае, если нахождение системы не зависит от того, в каком состоянии находилась ИС в прошлом.

Вероятностный граф состояний системы имеет следующие состояния:

1. Работают оба элемента системы.

2. Отказ одного из элементов.

3. Отказ двух элементов.

Вероятностный граф состояний системы

Если заданы вероятности перехода системы из состояния i в состояние j _ij, то можно определить вероятности нахождения системы в i-м состоянии P_i(t), а значит и показатели надежности, составляя и решая уравнение Колмогорова – Смирнова.

Производная от вероятности нахождения системы в i-том состоянии равна алгебраической сумме произведений интенсивностей перехода на вероятности соответствующих состояний. Тем произведениям, которым соответствуют уходящие из данного состояния стрелки, приписывают знак "-", а входящим – "+".

Таким образом, для данного примера системы имеем:

Решив систему уравнений мы определим вероятности нахождения системы в i-м состоянии P_i(t).

Функция вероятности безотказной работы системы в данном случае равна вероятности нахождения системы в 1-м состоянии: P_c(t) = P₁(t).