6. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ АБТЦ-М

(БЛОКА БКРЦ)

Надёжность аппаратуры разрабатываемой системы в условиях и режимах эксплуатации, установленных по условиям эксплуатации, должна характеризоваться следующими значениями показателей:

• средняя наработка на отказ системы должна быть не менее 50000 часов;

• полный средний срок службы системы до списания должен быть не менее 15 лет;

• среднее время восстановления должно быть не более 1 часа.

Отказом системы должно считаться прекращение выполнения функций, указанных выше.

Надежность функционирования системы автоблокировки зависит от надежности ее частей и их включением. Так для увеличения надежности применяют резервирование аппаратуры. Резервирование может быть как «холодным», так и «горячим». Так при «холодном» резервировании дублирующий комплект отключен от системы и при возникновении неисправности необходимо отключение аппаратуры. При «горячем» же резерве, при возникновении неисправности в основном комплекте аппаратуры происходит автоматический переход на резервный комплект без перерыва в работе, дополнительно включается индикация или иного вида сигнализация о неисправности.

Надежность и эффективность функционирования всей системы зависит от надежности её отдельных устройств.

Теория надежности — это научная дисциплина, изучающая закономерности возникновения отказов и восстановления аппаратуры и исследующая эффективность различных методов по повышению надежности устройств.

Она изучает: критерии, количественные характеристики; методы анализа надежности элементов и систем; методы синтеза элементов и систем с заданной надежностью; методы повышения надежности аппаратуры на этапах проектирования и эксплуатации; методы испытания аппаратуры на надежность.

В данном дипломном проекте рассчитаем надежность блока БКРЦ, структурная схема которого представлена в пункте 4.8.

Все элементы и системы могут находиться в двух состояниях: работоспособном и неработоспособном.

Работоспособность — состояние системы или элемента, при котором они способны выполнить заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности, называется отказом. По характеру возникновения отказы классифицируются:

• внезапные отказы (опасные отказы), характеризующиеся скачкообразным изменением параметров системы или элемента;

• постепенные, характеризующиеся постепенным изменением параметров системы или элемента.

Критериями опасных отказов системы АБТЦ-М следует считать:

• наличие разрешающего показания путевого светофора вместо запрещающего при занятом блок/участке, ограждаемом этим светофором, или занятом защитном участке;

• включение разрешающего показания путевого светофора при потере шунта в любой рельсовой цепи, входящей в состав блок/участка или защитного участка;

• открытое состояние переезда при отказе в блоках БПС–П, БПС–С и канале связи между постовой аппаратурой системы и аппаратурой АПС на переезде;

• ложная свободность участков удаления/приближения;

• передача на аппаратуру ЭЦ информации о свободности участков удаления/приближения при их занятости;

• возможность смены направления без участия дежурного по станции при занятом перегоне.

Для снижения интенсивности опасных отказов все микропроцессорные блоки (за исключением системных блоков АРМ ДСП–АБ первого уровня) должны быть выполнены по двухканальной схеме. Каналы должны быть пространственно разнесены, и иметь отдельные источники вторичного электропитания.

Для систем автоблокировки огромное внимание уделяется такому виду неисправностей, как сбой.

Сбой — событие, заключающееся в том, что в результате изменения параметров элементов под воздействием внутренних или внешних дестабилизирующих факторов система в течение некоторого времени прекращает выполнение своих функций. Правильная работа аппаратуры в этом случае восстанавливается самопроизвольно, без вмешательства извне. Таким образом, сбой - это самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособности. Сбои особо опасны для систем, в которых используются ЭВМ, так как следствием сбоя является искажение информации, что приводит к неправильному функционированию системы. На основании использования понятий работоспособности и отказа можно сформулировать также очень важное для теории надежности понятие "безотказность".

Безотказность — свойство системы или элемента непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени или некоторой наработки.

Надежность — свойство системы или элемента выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.

Для аппаратуры автоблокировки выбор показателей надежности должен осуществляться с учетом особенностей функционирования системы. В соответствии с этим могут быть определены следующие показатели надежности:

Основным показателем надежности является вероятность безотказной работы — вероятность того, что в заданном интервале времени t в системе или в элементе не возникает отказ. Эта характеристика связана с функцией распределения времени безотказной работы следующим соотношением:

P(t) = 1 – Q(t),

где P(t) — вероятность безотказной работы;

Q(t) — функция распределения времени, которая представляет собой вероятность появления отказа в течение времени t.

Частота отказов представляет собой плотность распределения времени безотказной работы или производную от вероятности безотказной работы.

a(t) = Q'(t) = –P'(t).

Интенсивность отказов представляет собой условную плотность распределения времени безотказной работы для момента времени t при условии, что до момента времени t отказ устройства не произошел.

.

Средняя наработка до отказа (среднее время безотказной работы) представляет собой математическое ожидание наработки до первого отказа.

Для определения средней наработки до отказа используется следующая статистическая оценка:

,

где t_i - время безотказной работы i – го изделия.

Время между соседними отказами для элементов аппаратуры является непрерывной случайной величиной, которая характеризуется некоторым законом распределения. Но для электронных компонентов было проведено множество опытов из которых следовало, что закон распределения наработки на отказ носит экспоненциальный характер.

Для экспоненциального закона распределения имеем следующие зависимости:

;

;

;

.

Дисперсия времени безотказной работы равна

Для рассматриваемого блока, исходя из наименований и количества элементов, имеем следующие значения времени наработки на отказ (Таблице 7.1).

Таблица 7.1

Номер модели	Название	Гарантирован­ное время безотказной ра­боты (не менее), тыс. часов	Кол-во	Интенсивность отказов элементов , ч–1
1	2	3	4	5
НС	Аналоговый преселектор	50	2	1,7∙10-5
ИП	Вторичный источник питания	55	2	1∙10-7
ФКС	Формирователь комплексного сигнала	50	2	2∙10-6
СБ	Ячейка безопасного сравнения	60	2	2,7∙10-5
МП1	Независимый приемник 1	50	2	2,5∙10-6
МП2	Независимый приемник 2	50	2	1∙10-6

В представленной таблице7.1 количество аппаратуры представлено для основного комплекта и резервного комплекта. Поэтому целесообразней посчитать вероятность безотказной работы основного комплекта аппаратуры с учетом влияния работы схемы контроля правильности функционирования системы, так как эта схема осуществляет переключение основного комплекта на резервный и обратно.

Интенсивность одиночного отказа основного (резервного) комплекта:

ч^–1

Следовательно, интенсивность отказов всей системы составляет:

вероятность безотказной работы пульта:

Вероятность одиночного отказа:

Конечная характеристика безотказности пульта передачи ответственных команд представлена на рис. 7.1. А характеристика вероятности возникновения одиночного отказа представлена на графике рис. 7.2.

Все надежностные характеристики для системы АБТЦ-М рассчитывались и строились в программе Mathcad 2001, это специальный программный продукт предназначенный для инженерных математических расчетов разработанный фирмой MathSoft, Inc.

Рис. 7.1 Вероятность безотказной работы блока БКРЦ

Рис. 7.2. Вероятность отказа блока БКРЦ

При работе блока БКРЦ в течение 15 лет, что составит:

T = 24 * 365 * 15 = 131400ч

вероятность того, что блок БКРЦ будет исправно функционировать, равна:

Полученные результаты свидетельствуют о высоком уровне надежности блока БКРЦ и его составных частей.