Содержание к диссертации
Введение ... S
Глава 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧЕ ОШШШАЦИЙ СРОКОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБОШИВАШЯ СДЩІШ СИСТЕМ И ОБЗОР МЕТОДОВ ЕЕ РЕШЕНИЯ 13
§ 1.1. Выбор системного представления обслуживае мого объекта 14
1*2. Анализ требований к критериям качества сложных систем и выбор критериев для опти мизации технического обслуживания
§ 1.3. Классификация моделей оптимизации сроков обслуживания сложных систем и их анализ 13
§ 1.4. Постановка задачи оптимизации сроков технического обслуживания сложных систем 37
Выводы 45
Глава 2. МЕТОД ОПТИШЗАЩИ СРОКОВ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЮ ОБСЛУЖИВАНИЯ ОДОЖШХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ папудорковской МОДЕЛИ 44
§ 2.1. Определение состояний сложной системы 4&
§ 2.2. Полушрковская модель функционирования об служиваемой технической единицы St
§ 2.3. Аналитический метод получения зависимости коэффициента готовности и коэффициента технического использования от характеристик технической единица и параметров ее технического обслуживания 65
§ 2.4. Имитационная модель функционирования об служиваемой технической единицы 7Z
§ 2.5. Оптимизация коэффициента технического ис пользования и определение оптимального периода обслуживания по заданному коэффициенту готовности ?•?
Выводы
Глава 3. ПОЛУЧЕНИЕ ДАННЫХ,, ДЛЯ МОДЕЛИ ОШШЖЗАЦИИ М
§ 3.1. Оценка параметра экспоненциальной функции распределения времени безотказной работы разрегулированной технической единицы S6
§ 3.2. Определение функции распределения времени безотказной работы разрегулированной технической единицы в общем случае 94
§ 3.3. Оценка времени восстановления сложной многокомпонентной системы в условиях ограниченных р есурсов
§ 3.4. Оптимальное распределение периодов технического обслуживания между отдельными компонентами системы, обеспечивающее ее заданную надежность по коэффициенту готовности ИЛ
Выводы И6
Глава 4. МЕТОДИКА 0ШШИЗАЩЇЇ ПЕРИОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО 0Б-СДО2ШВШШ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ К СЛШНЫМ СШВДШ
§ 4*1. Структура математической модели оптимиза ции процесса выбора сроков технического обслуживания сложной системы -Н-7
§ 4.2. Исследование процесса технического обслу живания сложных систем связи на примере системы В-12-3 Щ
§ 4.3. Исследование процесса технического обслу живания элементов сложных систем управления дорожным движением на примере конт роллера ДКЛ iig
Выводы і 36
заключение 73?
Литература . "Ж
Приложения і 51
ПЛ. Определение финальных вероятностей цепи Мар кова для графа, описывающего функционирова ние технической единицы 45Z
П.2. Алгоритмы программ оптимизации сроков проведения обслуживания сложных систем 155
П-3. Аналитическое решение системы дифференци альных уравнений, описывающих вероятности пребывания устройства в заданных состояни ях 1М
П.4. Акт внедрений результатов 16Ц
Введение к работе
Необходимость обеспечения потребностей народного хозяйства в услугах транспорта и связи, определенная "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981 - 85 гг. и на период до 1990 г." вызывает усложнение систем связи и управления транспортом, повышение требований к надежности и эффективности их использования. Качество работы аппаратуры определяется не только свойствами, заложенными в нее на этапе проектирования, изготовления и ввода в эксплуатацию, но и способом ее обслуживания. В условиях преимущественно интенсивного развития экономики большое значение имеет обеспечение заданного качества функционирования аппаратуры при минимальных эксплуатационных затратах. Эта проблема нашла свое отражение в Постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР "Об усилении работы по экономии и рациональному использованию сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов". Улучшить качество обслуживания и сэкономить материальные и трудовые ресурсы позволяет расчет научно-обоснованных периодов технического обслуживания /ТО/ сложных систем. Таким образом, оптимизация сроков ТО сложных систем является важной и актуальной задачей.
Сложность ее решения вызвана следующими причинами. Стратегия обслуживания ранее созданных сложных систем определялась опытным путем в процессе длительной эксплуатации. В настоящее время происходит быстрое моральное старение ап паратуры, что требует оптимизации сроков ТО уже на начальной стадии эксплуатации.
Одновременно с увеличением надежности комплектующих изделий растет и их количество, что усложняет системы. Для многокомпонентной системы оптимизации ее ТО по отдельным элементам затруднительна, неэффективна и не учитывает опыт эксплуатации реальных систем. Возникает потребность в разработке дополнительных системных представлений при решении задачи оптимизации сроков ТО объекта.
Повышение требований к качеству функционирования: систем приводит к необходимости рассмотрения механизма возникновения отказа и его устранения. В отечественной и зарубежной литературе отсутствуют примеры оптимизации сроков ТО сложной системы, в которой рассматривались бы ее промежуточные /между нормой и отказом/ состояния с учетом системы обслуживания.
Препятствием для применения существующих методов расчета оптимальные сроков ТО сложных систем во многих случаях является отсутствие достаточно полных и достоверных статистических данных об их надежности и, особенно, о параметрах самого процесса ТО. Эта проблема усугубляется при введении в модель ТО системы состояний, отражающих пониженное качество ее функционирования.
Затраты на обслуживание системы при заданном значении показателя качества ее функционирования во многом определяются правильным распределением ресурсов по отдельным ее подсистемам. В литературе недостаточно уделено внимания методам обоснования задаваемых уровней показателей качества функционирования подсистем сложной системы, учитывающим не только технические характеристики этих подсистем, но и принятую систему ТО.
Практическое использование большинства разработанных методов, относящихся к задаче оптимизации сроков ТО, требует от потребителя трудоемкой подготовительной работы. В то же время в литературе почти не встречается описаний алгоритмов и программ, реализующих такие методы.
Щелью диссертационной работы явилось создание новой методики оптимизации сроков ТО сложных систем, которая позволила бы с достаточной для практики точностью описывать реальный технологический процесс обслуживания. Достижение поставленной цели предполагало решение следующих основных задач:
1. Разработку модели ТО сложной системы с постепенными отказами.
2. Разработку метода получения данных по предотказово-му состоянию компонентов сложной системы и по времени ее восстановления.
3. Разработку алгоритма распределения значений показателя качества функционирования сложной системы по ее компонентам.
4. Программную реализацию разработанных моделей и алгоритмов.
5. Экспериментальное исследование отдельных алгоритмов и программ и проверку адекватности моделей.
6. Внедрение результатов исследования реальной системы, проведенного по разработанной методике.
Диссертационная работа выполнена с использованием современных методов математики и технической кибернетики, в частности, теории марковских процессов, теории вероятностей и математической статистики, методов оптимизации, методов анализа и прогнозирования надежности, статистического моделирования и обработки экспериментальных данных на ЭЦВМ ЕС-1020.
Научную новизну диссертационной работы составляют:
1. Методика комплексного решения задачи оптимизации сроков проведения ТО сложных систем.
2. Структура процесса ТО сложной системы по эксплуатационным параметрам.
3. Полумарковская модель обслуживания сложной системы с постепенными отказами и восстановлением, включающая в себя семь состояний.
4. Метод расчета функции распределения /ЗР/ времени восстановления сложной многокомпонентной системы с постепенными отказами, основанный на получении аналогичной ЗР для каждого отдельного компонента с помощью марковской модели и последующем "сшивании" этих Ш? в зависимости от используемых ресурсов ТО.
5. Способ задания исходных данных для метода оценки переходных вероятностей однородной марковской модели, и метод определения переходных вероятностей неоднородной марковской модели в задаче определения надежностных характеристик сложной системы.
6. Аналитическая зависимость выбранных показателей качества функционирования /коэффициентов готовности и технического использования/ подсистемы от надежностных характеристик, периода и параметров ТО.
7. Способ распределения надежности система по ее неза
висимым компонентам, обеспечивающий выбор оптимальных периодов их ТО.
Практическая ценность результатов работы состоит в том, что:
1. Разработана инженерная методика составления оптимального графика ТО сложных систем.
2. Результаты исследования позволяют прогнозировать ТО сложных систем.
3. Отдельные блоки модели ТО /распределение надежности системы по компонентам, оценка переходных вероятностей марковской модели, расчет основных и неосновных затрат на восстановление системы/ могут быть использованы при решении многих практических задач.
4. Разработан комплекс программ и алгоритмов для анализа процессов ТО.
5. Для исследованных эксплуатируемых систем получено значительное общее увеличение периодов обслуживания за счет рационального перераспределения надежности, определяемой техническим обслуживанием, по компонентам системы, что приводит к сокращению эксплуатационных затрат.
6. Обеспечена возможность проведения расчетов для любого практически возможного сочетания технических и трудовых ресурсов, затрачиваемых на обслуживание системы. Это позволяет использовать разработанную методику как элемент системы управления: эксплуатацией.
Результаты диссертационной работы использованы в двух научно-исследовательских работах по изучению процессов ТО и разработке рекомендаций по их оптимизации, выполненных: по заказу службы сигнализации и связи Южно-Уральской железной дороги и Специального конструкторского бюро промышленной автоматики г. Омска. С помощью разработанной методики найдены оптимальные периоды ТО аппаратуры высокочастотного уплотнения каналов В-12-3 и контроллера ДКЯ автоматизированной системы управления дорожным движением.
Материалы диссертационной работы докладывались на:
1. Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение качества и надежности сетей связи и их элементов", Новосибирск, 1978 г.
2. Всероссийском семинаре работников вычислительно-информационных центров Минавтотранса СССР "Опыт разработки и внедрения автоматизированных систем диспетчерского управления автобусными и таксомоторными перевозками", Омск, 1975 г.
3« Научно-практических конференциях ОмИИГа и Омского отделения Западно-Сибирской железкой дороги "Повышение эффективности и качества технологии перевозочного процесса на Омском отделении западно-Сибирской железной дороги", Омск, 1979 - 1981 гг.
4. Научно-технической конференции кафедр ОмИИГа, Омск,
1980 г.
5. Омской областной математической конференции, Омск,
1981 г.
6. Заседании научно-технического совета Главного управления сигнализации и связи Министерства путей сообщения СССР, Москва, 1981 г.
7. Всесоюзном научно-практическом семинаре "Статистические методы исследования функционирования сложных технических систем /качество, надежность, эффективность/", Москва, 1983 г.
По результатам выполненных исследований опубликовано де печатных работ, получено два положительных решения по заявкам на изобретения.
Материалы диссертации распределены следующим образом. В главе 1 анализируются известные методы построения и исследования моделей оптимизации периодов ТО отдельных элементов и систем. Отмечается, что уровни описания технических характвг ристик и параметров самого процесса ТО в них существенно различаются. Указывается на ограниченность применения известных методов в условиях повышения требований к качеству функционирования аппаратуры, обусловленную недостаточной детализацией описания процесса развития и устранения отказа системы. Проведенный анализ структур существующих моделей выявил перспективность использования случайных процессов, в частности, полумарковских, для описания функционирования обслуживаемой система. На основе проведенного анализа формулируются требования к построению модели оптимизации периодов ТО сложных систем. Вводятся различные системные представления рассматриваемого процесса, отражающие структуру его построения и существующий в реальной эксплуатации способ обслуки-вания системы, устанавливается их взаимосвязь. Вводится понятие технической единицы /ТЕ/. Формулируются требования к критериям качества функционирования сложных систем и обосновывается выбор критериев для оптимизации ТО. Разрабатывается иерархия задач, решение которых необходимо для построения модели оптимизации сроков ТО, и выполняется их постановка.
Анализ рассмотренных в главе 1 задач показывает, что построение методики оптимизации сроков ТО сложной системы предполагает предварительное описание методов решения от дельных задач. В главе 2 представлена полумарковская модель функционирования обслуживаемой ТЕ. В ней к традиционно используемым в моделях оптимизации сроков ТО элементов и систем состояниям "норма" и "отказ" добавляется промежуточное состояние "разрегулировка", и обосновывается необходимость его введения» На основе полумарковской модели получено аналитическое выражение и разработана имитационная модель, служащие для определения зависимости выбранных показателей качества ТЕ от надежностных характеристик и параметров ее ТО» Описывается способ определения периода ТО технической единицы по заданному дая нее критерию качества.
В главе 3 анализируются три группы входных данных ддя разработанных в главе 2 моделей, излагаются методы их определения .
В главе 4 приводится структура математической модели и инженерная методика оптимизации сроков ТО сложной системы. Рассматриваются примеры применения методики для оптимизации периодов ТО реальных систем.
В приложениях приводятся алгоритмы разработанных в диссертации методов и моделей, а также аналитические выкладки ддя отдельных компонентов модели, представляющие самостоятельный интерес.
