CC BY
272
Тихменев А.Н., Маркитан В.Ж.
Московский государственный институт электроники и математики
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ «ИЗДЕЛИЕ - СИСТЕМА ЗИП» С МНОГОУРОВНЕВОЙ СТРУКТУРОЙ ЗИП
Работа посвящена разработке модели системы запасных изделий, принадлежностей и компонентов (ЗИП) с ремонтным органом для оценки ее показателей надежности. Для построения модели используется язык имитационного моделирования GPSS.
Многие современные технические системы, в том числе и радиоэлектронная аппаратура, предусматривают в процессе эксплуатации техническое обслуживание и ремонт. Зачастую восстановление аппаратуры выгоднее обеспечить заменой отказавшего компонента. Для этого аппаратуру дополняют комплектом ЗИП, что позволяет повысить срок службы и надежность аппаратуры. Структура системы «Изделие -система ЗИП» может быть достаточно разнообразной и зависит от индивидуальных особенностей эксплуатации аппаратуры и требований по надежности. Основные виды структур и методы расчета их показателей надежности определены в стандарте [1].
Для восстанавливаемой аппаратуры основным показателем надежности является коэффициент готовности Кг , формулы для его расчета в типовых случаях также описаны в стандарте [1]. У приведенных в
этом стандарте формул есть ограничения на свойства системы ЗИП [2], в частности, не может отличаться от стандартных структура системы ЗИП. Однако на практике часто встречаются системы с более сложными структурами ЗИП, отличающиеся от описанных в стандарте [1]. Одним из часто встречающихся вариантов усложнения системы ЗИП является ее дополнение ремонтным органом (РО), который осуществляет восстановление сложных изделий за счет ремонта их составных частей.
Рассмотрим такоеизделие на следующем примере. Дано изделие (рисунок 1), состоящее из семи составных частей (СЧ) 1-го уровня сложности (ТЭЗ1- ремонту не подлежит) и одной СЧ 2-ого уров-
ня (ТЭ32- ремонтируется за счет замены ТЭЗ-1).
Структура системы ЗИП в
соответствии с поставленной задачей представлена на рисунке 2.
Рисунок2 Структура системы ЗИП
При выходе из строя элемента изделия отправляется заявка на поставку запасного. Вместе с ней отправляется и сам неисправный элемент. ЗИП-О удовлетворяет заявку и оценивает, на каком уровне произошла поломка элемента (в нашем случае изделие имеет два уровня сложности - ТЭЗ-2, т.е. состоит из двух уровней элементов замены). Если элемент отказал на уровне ТЭЗ-1, т.е. его не восстановить путём замены СЧ, то высылается заявка на восстановление комплекта ЗИП-О в неисчерпаемый источник пополнения. Если же отказ элемента произошел на уровне ТЭЗ-2, т.е. элемент отказал по причине отказа одного из СЧ ТЭЗ-1 уровня, то оно отсылается в РО, где и происходит восстановление (замена или ремонт) вышедшей из строя СЧ. Туда же высылается и заявка на пополнение ЗИП-О. По исчерпанию запаса комплекта ЗИП-РК, ремонтный орган подает заявку на восстановление ЗИП-РК в неисчерпаемый источник пополнения. Элементы всех типов в изделии не резервированы, при хранении не отказывают .
Оценить показатели надежности такой системы можно применив метод имитационного моделирования [3] . Данный метод имеет перспективность в случае усложнения структуры и логики функционирования аппаратуры и системы ЗИП. Для этого необходимо построить модель, имитирующую поток заявок на восстановление, логику их исполнения, контролирующую уровень запаса и процесс его пополнения, а так же передачу ТЭЗ-2 из ремонтного органа в ЗИП-О.
В случае нерезервированного объекта систему ЗИП можно отнести к системе массового обслуживания, где не требуется моделировать внутреннюю структуру объекта [4]. В данном случае в модели можно полностью заменить изделие потоком заявок на восстановление, интенсивность которого совпадает с интенсивностью отказов СЧ изделия.
Для упрощения моделирования систем массового обслуживания разработано множество языков имитационного моделирования, одним из самых популярных среди них является язык GPSS [5] . Стандартные элементы языка GPSS позволяют описать элементы систем массового обслуживания и моделировать движение через них транзактов. В данной модели транзакты будут моделировать заявки на восстановления одной отказавшей СЧ изделия. Основное преимущество использования языка GPSS заключается в том, что его встроенные операторы позволяют не только легко реализовать все необходимые действия в системе, но и в автоматическом режиме собрать и обработать статистику о ходе имитационных экспе-
риментов, на основе которой не составляет труда оценить показатели надежности моделируемой системы .
На рисункеЗ представлен алгоритм функционирования модели ЗИП для одной составной части.
Рисунок 3 Алгоритм исполнения заявки
Входом модели является оператор генерации транзактов, который имитирует поток отказов моделируемой СЧ. Для этого интенсивность генерации транзактов должна совпадать с интенсивностью отказов рассматриваемой СЧ. После генерации транзакта он регистрируется в очереди для сбора статистики о времени удовлетворения заявки на восстановление СЧ. Далее создается копия транзакта, которая передается в ветку пополнения запаса.
В исследуемой системе используется стратегия непрерывного пополнения запаса, поэтому пополнение запаса организовывается крайне просто: транзакт попадает в блок задержки, со случайным временем задержки, разыгранным по экспоненциальному закону со средним временем равным среднему времени пополнения запаса, после чего склад запасных частей пополняется на 1 единицу.
В основной ветке, после отправки заявки на пополнение транзакт убавляет количество запасных частей на складе (сразу же, если они есть, либо после ближайшего пополнения запаса) и покидает очередь.
Такая ветвь достаточно просто и наглядно описывает процесс замены отказавших СЧ в составе изделия и легко реализуется в синтаксисе языка GPSS следующим образом:
Generate (Exponential(1,0,1CG9D8))// генерация Queue Obi // вход в очередь
Split 1rPopolnMOUSE,1 // отправка заявки // на пополнение
//проверка наличия
AtMOUSE TESi1 GE S$ SipMOUSE, 1, WdMOUSE Leave SipMOUSE,1 // забор СЧ со оклада Depart Obi // выход из очереди
Terminate 1 // удаление транзита
// цикл задержки
WdMOUSE Advance 1 TEST GE 2,3,AtMOUSE PopolnMOUSE Advance(Exponential(1,0,8760))
ENTER SipMOUSE,1 // пополнение
Ierminate
Рисунок 4 Текст модели
Приведенный выше алгоритм описывает восстановление СЧ одного типа и подходит для моделирования замены ТЭЗ1. В случае с включением в состав модели ремонтного органа и ТЭЗ2 уровня необходимо привести структуру модели к виду, представленному на рисункеБ.
Рисунок 5 Алгоритм выполнения заявки для СЧ уровня ТЭЗ-2
Алгоритм на рис.5 описывает структуру взаимодействия ЗИП-О и ремонтного органа при отказе СЧ второго уровня и его реализация в рамках синтаксиса языка GPSS не вызывает трудностей. В результате объединив в единую модель последовательности операторов на случай отказа каждой СЧ изделия получаем полную модель системы «Изделие - система ЗИП». При проведении имитационных экспериментов в очереди будет собраны данные о среднем времени удовлетворения заявок, количестве заявок и длительности эксперимента. На основе этих данных можно легко оценить коэффициент готовности.
Описанные модели позволяют ввести дополнительные параметры в моделирование, к примеру, учитывать время замены компонента, учитывать стоимость заказанных деталей и т.п. Также возможно заменить экспоненциальный закон распределения на любой другой. Однако эти модели резко усложнятся при внесении резервирования в изделие, в этом случае придется изменять интенсивность потока заявок на восстановление для группы одинаковых СЧ, после отказа одной из них [б]. Также для определения коэффициента готовности необходимо будет учитывать текущее состояние изделия, что сделать средствами языка GPSS затруднительно.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ РВ 27.3.03-2005. Надёжность военной техники. Оценка и расчёт запасов в комплектах ЗИП.
2. Жаднов В. Автоматизация проектирования запасов компонентов в комплектах ЗИП. / Компоненты и технологии, № 5, 2010. - с. 173-176.
3. Тихменев А.Н., Абрамешин А.Е., Жаднов В.В. Имитационное моделирование в оценке надежности электронных систем с реконфигурируемой структурой для космических аппаратов. / Электронные системы космических аппаратов и электромагнитная совместимость: сб. науч. тр. // Под ред. Л.Н. Кечие-ва. - М.: МИЭМ, 2012. - с.
4. Тихменев А.Н. Расчет коэффициента достаточности ЗИП методом имитационного моделирования. / Науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ: тез. докл. - М.: МИЭМ, 2011.
- с.164-165.
5. Томашевский В., Жданова Е. Имитационное моделирование в среде GPSS. - М.: Бестселлер, 2003.
- 416 с.
6. Жаднов В.В., Авдеев Д.К., Тихменев. А.Н. Проблемы расчета показателей достаточности и оптимизации запасов в системах ЗИП. / Надежность, № 3 (33), 2011. - с. 63-70.
