Добавил:

LexaZbs Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

Диагностика и надежность автоматизированных систем

Файл:

fd02aed

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.04.2022

Размер:

4.96 Mб

Скачать

☆

1 / 491 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»

С. В. Бочкарев, А. И. Цаплин

ДИАГНОСТИКА И НАДЕЖНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

2 издание, переработанное и дополненное

Издательство Пермского государственного технического университета

2008

УДК 53(0758) ББК 22.3

Б72

Рецензенты:

зав. кафедрой электротехники электротехнологических систем Уральского государственного технического университета д-р техн. наук, проф. Ф. Н. Сарапулов;

гл. науч. сотрудник Института механики сплошных сред Уральского Отделения Российской Академии наук д-р физ.-мат. наук, проф. И. Н. Шардаков

Бочкарев, С. В.

Б72 Диагностика и надежность автоматизированных систем: учеб. Пособие / С. В. Бочкарев, А. И. Цаплин. – 2-е изд., перераб. и доп. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 485 с.

ISBN 978-5-88151-939-1

Приведен теоретический материал для изучения диагностики и надежности сложных объектов, включающий основные сведения из теории вероятностей и математической статистики, методов оценки надежности и диагностирования. Каждый раздел содержит примеры и контрольные задания для самостоятельного изучения.

Предназначено для студентов технических вузов, аспирантов и преподавателей.

УДК 53(0758) ББК 22.3

Издано в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного технического университета»

ISBN 978-5-88151-939-1	© ГОУ ВПО
	«Пермский государственный
	технический университет», 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ
Принятые обозначения......................................................................	9
Введение.............................................................................................	14
1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ..........	14
1.1. Функция распределения и плотность распределения
случайной величины..............................................................	18
1.2. Меры положения и рассеяния кривой распределения........	24
1.3. Начальные и центральные моменты ....................................	31
1.4. Коэффициенты относительного рассеяния
и относительной асимметрии................................................	35
1.5. Квантили распределения.......................................................	36
1.6. Интервальные оценки истинного значения.........................	37
1.7. Методы оценки точности результатов.................................	40
1.8. Точечные диаграммы и практические кривые
распределения размеров........................................................	40
1.9. Теоретические законы распределения ................................	44
1.9.1. Закон нормального распределения (закон Гаусса) ............	45
1.9.2. Усеченное нормальное распределение ................................	51
1.9.3. Экспоненциальное распределение .......................................	53
1.9.4. Распределение Эрланга .........................................................	54
1.9.5. Логарифмически нормальное распределение......................	55
1.9.6. Распределение Вейбулла.......................................................	56
1.9.7. Закон равной вероятности.....................................................	57
1.9.8. Закон Релея (эксцентриситета) .............................................	60
1.9.9. Треугольный закон распределения (закон Симпсона)........	62
1.10. Статиcтическое регулирование
технологического процесса...................................................	63
1.11. Проверка статистических гипотез........................................	67
1.12. Композиция законов распределения и суммирование
погрешностей.........................................................................	83
Контрольные вопросы к главе 1. ..........................................	86
2. НАДЕЖНОСТЬ ОБЪЕКТА...........................................................	87
2.1. Основные понятия и определения теории надежности......	87
2.2. Отказы в системах электроснабжения.................................	94
2.3. Показатели надежности объекта...........................................	98
2.4. Выбор показателей надежности электроснабжения
потребителей..........................................................................	125

2.5. Теоретические распределения наработки до отказа...........	128
2.6. Построение эмпирической функции распределения..........	149
2.7. Метод равномерного распределения....................................	152
2.8. Расчет проектной надежности систем
с учетом восстановления резервных элементов..................	153
2.9. Метод распределения требований по надежности
с учетом относительной уязвимости элементов.................	156
2.10. Определение вида и параметров закона
распределения времени до отказа........................................	158
2.11. Связь между количественными
характеристиками надежности.............................................	165
2.12. Установление надежности работоспособности изделий.....	170
Контрольные вопросы к главе 2. .........................................	171
3. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ.................	172
3.1. Целевое назначение и классификация
методов расчета надежности ................................................	136
3.2. Последовательность расчета надежности объектов ...........	174
3.2.1. Определение признаков отказа объекта
и его функциональных блоков..............................................	174
3.2.2. Составление структурной и структурно-логической схем
надежности объекта...............................................................	175
3.2.3. Расчет показателей надежности функциональных блоков
и объекта в целом...................................................................	179
3.2.4. Основные сведения из теории вероятностей.......................	179
3.3. Аналитические методы расчета надежности.......................	181
3.3.1. Объекты с последовательным соединением элементов.....	182
3.3.2. Объекты с параллельным соединением элементов.............	189
3.3.3. Сочетание параллельного и последовательного
соединений элементов в объекте..........................................	202
3.3.4. Смешанное соединение элементов в объекте .....................	210
3.3.5. Надежность сложных структур............................................	221
3.3.6. Выбор минимальных сечений...............................................	224
3.4. Расчет надежности мостиковой структуры.........................	228
3.4.1. Метод перебора возможных состояний. ..............................	228
3.4.2. Метод преобразования треугольника в звезду и обратно..	231
3.4.3. Приближенный метод исключения элементов....................	233
3.4.4. Расчет надежности избирательных схем.............................	236
3.5. Методы обеспечения надежности объектов........................	238

3.6. Определение характеристик надежности элементов..........	241
3.6.1. Точечные оценки....................................................................	249
3.6.2. Интервальные оценки............................................................	250
3.7. Методологические исследования надежности....................	252
3.7.1. Исследование надежности на этапе разработки
конструкторской документации..............................................	253
3.7.2. Исследование надежности на этапе испытаний
опытных образцов...................................................................	255
3.7.3. Исследование надежности техники на этапе
серийного производства ...........................................................	257
3.7.4. Исследование надежности техники
на этапе эксплуатации...............................................................	259
3.7.5. Организационныеметодыобеспечения
надежноститехники........................................................................	262
3.7.6. Конструирование систем электроавтоматики.....................	263
3.7.7. Пути повышения надежности систем электроавтоматики
при проектировании................................................................	266
3.7.8. Пути повышения надежности систем электроавтоматики
при изготовлении ....................................................................	271
3.8. Абсолютно надежные системы.............................................	273
3.8.1. Кратность общего резервирования
абсолютно надежной системы..............................................	275
3.8.2. Анализ абсолютно надежных технических систем.............	276
Контрольные вопросы к главе 3 ...........................................	278
4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ........................................	279
4.1. Общая характеристика технического
диагностирования объектов..................................................	279
4.1.1. Основные понятия и определения
технической диагностики......................................................	279
4.1.2. Структура системы технического диагностирования.........	280
4.1.3. Понятие об алгоритмах диагностирования..........................	282
4.1.4. Постановка задач технического диагностирования............	286
4.2. Логико-вероятностные основы диагностирования.............	287
4.2.1. Логические основы диагностирования................................	287
4.2.2. Вероятностные основы диагностирования..........................	290
4.3. Информационные основы диагностирования .....................	294

4.3.1. Энтропия объекта с дискретным распределением
состояний................................................................................	295
4.3.2. Энтропия объекта с непрерывным распределением
состояний................................................................................	298
4.3.3. Определение количества информации
по результатам диагностирования.......................................	302
Контрольные вопросы к главе 4 ...........................................	303
5. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ.........................	304
5.1. Общие сведения о диагностических моделях объектов.....	304
5.2. Аналитические модели объектов диагностирования..........	305
5.3. Функциональные модели объектов диагностирования......	308
5.4. Логические модели объектов диагностирования................	311
5.4.1. Общие сведения о логических моделях...............................	311
5.4.2. Примеры технической реализации логических функций...	313
5.4.3. Логические модели аналоговых объектов...........................	315
5.5. Логические модели дискретных объектов...........................	319
5.5.1. Модели дискретных комбинационных объектов................	319
5.5.2. Логические модели релейно-контактных схем...................	321
Контрольные вопросы к главе 5 ...........................................	327
6. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ..............................................................	328
6.1. Общие сведения о методах диагностирования....................	328
6.2. Количественно-допусковый контроль
параметров объекта ...............................................................	331
6.2.1. Допусковый контроль параметров.......................................	331
6.2.2. Количественный контроль параметров................................	332
6.3. Тестовое диагностирование сложных объектов..................	335
6.3.1. Основные понятия и определения
тестового диагностирования.................................................	335
6.3.2. Основные теоремы поиска места дефекта...........................	336
6.4. Простейшие методы поиска дефектов.................................	343
6.4.1. Методы поиска дефектов с одиночной
проверкой компонентов........................................................	343
6.4.2. Методы поиска дефектов с групповой проверкой
компонентов...........................................................................	348
6.5. Табличные методы построения тестов ................................	351
6.5.1. Порядок построения тестов диагностирования
дискретных объектов.............................................................	351

6.5.2. Порядок построения тестов диагностирования
аналоговых объектов.............................................................	355
Контрольные вопросы к главе 6 ...........................................	360
7. ПОКАЗАТЕЛИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ...................................	361
7.1. Ошибки диагностирования...................................................	361
7.2. Показатели и характеристики диагностирования...............	364
7.2.1. Достоверность диагностирования........................................	364
7.2.2. Вероятность ложного отказа.................................................	370
7.2.3. Вероятность необнаруженного отказа.................................	373
7.2.4. Полнота диагностирования
и глубина поиска места отказа..............................................	375
7.2.5. Продолжительность диагностирования...............................	376
7.3. Эффективность диагностирования объектов.......................	379
7.3.1. Эффективность как наиболее общая характеристика
средств диагностирования ....................................................	379
7.3.2. Критерии оценки эффективности диагностирования.........	382
7.3.3. Критерий минимакса достоверности
диагностирования..................................................................	384
7.3.4. Информационный критерий эффективности
диагностирования..................................................................	390
7.3.5. Стоимостный критерий эффективности..............................	392
7.3.6. Обобщенный критерий эффективности
диагностирования объектов..................................................	394
Контрольные вопросы к главе 7 ...........................................	398
8. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ФОРМЫ УПРАВЛЕНИЯ
НАДЕЖНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ..............................	399
8.1. Последствия от перерывов электроснабжения
и их продолжительности.......................................................	399
8.2. Классификация потребителей по степени последствий
от нарушения электроснабжения..........................................	400
8.3. Технологические ущербы и их влияние
на требование надежности...................................................	402
8.4. Нормативная документация по надежности
в электроэнергетике...............................................................	405
8.5. Критерии надежности систем электроснабжения...............	407
8.6. Эффективность капитальных вложений..............................	413

8.7. Ущерб от нарушений электроснабжения.............................	414
8.8. Выбор схем и способов электроснабжения потребителей
при известной величине удельного ущерба........................	417
8.9. Преднамеренные отключения...............................................	418
8.10. Влияние надежности коммутационной аппаратуры
и устройств релейной защиты и автоматики
на надежность схем ...............................................................	423
8.10.1. Линии без коммутационных аппаратов...............................	424
8.10.2. Линии с коммутационными аппаратами .............................	427
8.11. Определение времени поиска поврежденного участка......	428
Контрольные вопросы к главе 8 ...........................................	432
9. НАДЕЖНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ..................	434
9.1. Основные понятия теории надежности
информационных систем.......................................................	434
9.2. Анализ многоканальной системы массового
обслуживания с отказами.......................................................	436

9.3.Характеристика надежности программного обеспечения...438

9.4.Оценка надежности программ по наработке

(модель Шумана) ....................................................................		444
9.5. Оценка надежности программ по числу прогонов
(модель Нельсона) ..................................................................		446
9.6. Повышение надежности программного обеспечения .........		448
9.7. Надежностное проектирование программного
обеспечения.............................................................................		452
Контрольные вопросы к главе 9 ............................................		454
Список литературы............................................................................		455
Приложение 1.	Таблицы....................................................................	458
Приложение 2.	Координатные сетки................................................	467
Приложение 3.	Контрольные задания..............................................	469

Принятые обозначения

X− случайная величина;

x− значение случайной величины;

y− значение границы поля допуска;

x− вектор значений случайной величины;

x − среднее значение случайной величины (центр рассеяния); m− частота;

Nx − генеральная совокупность;

N − объем выборки;

n − количество опытов, объектов;

Р − вероятность появления события;

q, Q − вероятность непоявления события (отказа объекта);

σ − среднее квадратическое отклонение;

а − параметр распределения;

F(x)− интегральная функция распределения;

f(x)− функция плотности вероятности (дифференциальная функция распределения);

Р(x) − функция надежности;

λ(x), Λ(t) − интенсивность отказов;

Мx − математическое ожидание;

Ме − медиана случайной величины;

Мо − мода случайной величины;

S− выборочное среднеквадратическое отклонение;

S − максимальная погрешность определения S;

kσ− коэффициент, учитывающий погрешность определения S;

Дx − дисперсия случайной величины;

ρ(XY) − коэффициент корреляции;

R − размах случайной величины;

М1 − первый начальный момент;

М2, М3, М4 − второй, третий, четвертый центральные моменты;

Мr − момент дискретной случайной величины r-го порядка;

Sk − коэффициент асимметрии; Еk − эксцесс;

β − вероятность риска (брака);

δ − допуск;

ω− поле рассеяния параметров;

−координата середины поля допуска;

αт,э− коэффициент относительной асимметрии (теоретический, экспериментальный);

K т,э − коэффициент относительного рассеяния (теоретический, экспериментальный);

xр − квантиль распределения;

tα(N–1) − квантиль распределения Cтьюдента;

χ2 − критерий согласия Пирсона;

AР − критерий Романовского;

χ2(1–β/2) (N–1) − квантиль хи-квадрат распределения;

α − доверительная вероятность;

1 / 491 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>