Структурно-логический анализ систем

Конечной целью расчета надежности строительных систем и объектов является оптимизация организационных, технологических и конструктивных решений и параметров, режимов эксплуатации, организация технического обслуживания. Поэтому уже на ранних стадиях проектирования важно оценить надежность объекта, выявить наиболее ненадежные элементы, определить наиболее эффективные меры повышения показателей надежности. Решение этих задач возможно после предварительного структурно-логического анализа системы.

Строительные системы и объекты, являются сложными системами. Расчленение их на элементы достаточно условно и зависит от постановки задачи расчета надежности.

При определении структуры строительной системы в первую очередь необходимо оценить влияние каждого элемента и его работоспособности на работоспособность системы в целом. С этой точки зрения целесообразно разделить все элементы на четыре группы:

1. Элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность системы.

2. Элементы, работоспособность которых за время эксплуатации практически не изменяется и вероятность безотказной работы близка к единице.

3. Элементы, управление которыми возможно при функционировании объекта или системы.

4. Элементы, отказ которых сам по себе или в сочетании с отказами других элементов приводит к отказу системы.

Очевидно, при анализе надежности технических систем (ТС) имеет смысл включать в рассмотрение только элементы последней группы.

Для расчетов параметров надежности удобно использовать структурно - логические схемы надежности, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Структурно - логическая схема представляет собой совокупность ранее выделенных элементов, соединенных друг с другом последовательно или параллельно. Критерием для определения вида соединения элементов (последовательного илипараллельного) при построении схемы является влияние их отказа на работоспособность системы.

Последовательным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента приводит к отказу всей системы (рис. 1 а)).

Параллельным (с точки зрения надежности) считается соединение, при котором отказ любого элемента не приводит к отказу системы, пока не откажут все соединенные элементы (рис. 1 б)).

В целом анализ структурной надежности ТС, как правило, включает следующие операции:

1. Анализируются устройства и выполняемые системой и ее составными частями функции, а также взаимосвязь составных частей.

2. Формируется содержание понятия “безотказной работы” для данной конкретной системы.

3. Определяются возможные отказы составных частей и системы, их причины и возможные последствия.

4. Оценивается влияние отказов составных частей системы на ее работоспособность.

5. Система разделяется на элементы, показатели надежности которых известны.

6. Составляется структурно - логическая схема надежности технической системы, которая является моделью ее безотказной работы.

7. Составляются расчётные зависимости для определения показателей надёжности ТС с использованием данных по надежности её элементов и с учётом структурной схемы.

В зависимости от поставленной задачи на основании результатов расчета характеристик надежности ТС делаются выводы и принимаются решения о необходимости принятия мер по повышению надежности системы [5].

В качестве примера рассмотрим технологию строительства земляного полотна участка новой железной дороги. Данный участок содержит выемку и насыпь и при его строительстве задействовано 1 экскаватор с обратной лопатой, 2 экскаватора с прямой лопатой, 5 автосамосвалов, 4 бульдозера и 3 машины для уплотнения грунта и соответственно 15 машинистов этих машин. Анализируя данную технологию, находим структурные связи между элементами. На рисунке 2 показаны эти связи в цепочке машин в виде схемы. Далее представляем работу каждой машины в виде двух элементов (машины и машиниста) с определенной надежностью р_n и р_n^* и строим структурно-логическую схему данной системы АВ. Имея вероятности безотказной работы каждого элемента данной системы можно рассчитать ее надежность.