CC BY
63
УДК 519.6:311
DOI 10.17150/1993-3541.2016.26(2).322-326
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СЛОЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Нго Зюи До
Иркутский государственный аграрный университет им. А. А. Ежевского, пос. Молодежный, Российская Федерация
Информация о статье
Дата поступления 1 февраля 2016 г.
Дата принятия к печати 15 марта 2016 г.
Дата онлайн-размещения 29 апреля 2016 г.
Ключевые слова
Сложное многокомпонентное оборудование; программное обеспечение; показатели надежности; режим; компьютерное моделирование; техническое обслуживание
Аннотация
Статья посвящена описанию программы, которая позволяет определять показатели надежности сложного оборудования: среднюю наработку, гамма-процентный ресурс, остаточный ресурс, гамма-процентный остаточный ресурс, параметр потока отказов, коэффициент готовности и коэффициент оперативной готовности в мехатронных системах и другом сложном оборудовании. При этом оборудование рассматривается как совокупность последовательно соединенных компонент. Отказ любой компоненты приводит к отказу оборудования в целом. Восстановление отказанной компоненты приводит к восстановлению оборудования. Программа, реализующая численные алгоритмы, работает в двух режимах: компьютерного моделирования и испытания оборудования. В режиме испытания оценка показателей надежности осуществляется по статистическим данным. Важное отличие режима компьютерного моделирования от режима испытаний заключается в размере используемых выборок. Для режима компьютерного моделирования объем выборки значителен (десятки тысяч), а для режима испытаний — десятки значений.
RELIABILITY CALCULATION SOFTWARE FOR SOPHISTICATED EQUIPMENT
Ngo Duy Do
Irkutsk State Agrarian University named after A.A. Ezhvevsky, Molodezny Settlement, Russian Federation
Article info
Received February 1, 2016 Accepted March 15, 2016 Available online April 29, 2016
Keywords
Equipment; software; reliability indices; mode; computer simulation; technical service
Abstract
This paper describes software that identifies factors of reliability of sophisticated equipment: mean time between failures, gamma-percentile life, remaining life expectancy, gamma-percentile life expectancy, failure rate, availability factor and operational availability factor in mechatronic systems. Equipment is viewed as a combination of series-connected components, and equipment failure results from the failure of any component. Recovery of the failed component results in equipment recovery. The software that implements numerical algorithms has two modes: computer modeling and equipment testing. The testing mode implies the reliability factors evaluation using statistical data. Most importantly, the testing and modeling modes differ in the size of samples: the modeling mode sampling size is quite large (dozens of thousands), while the testing mode processes only dozens of values.
В работах [1-5] описано алгоритмическое обеспечение, позволяющее оценивать основные и дополнительные показатели надежности многокомпонентного оборудования по данным компьютерного моделирования и натурных испытаний. Актуальность этих исследований подтверждается многими исследованиями [6; 7].
На основе разработанного алгоритма создано программное обеспечение (ПО) вычисления показателей надежности многокомпонентного оборудования, функционирование и принципы построения которого представлены далее.
Программа, реализующая численные алгоритмы, функционирует в двух режимах:
1. Режим компьютерного моделирования, в котором рассматривается восстанавливаемое многокомпонентное оборудование, содержащее I компонентов. Каждый компонент описывается простым или альтернирующим процессом восстановления. Показатели надежности оцениваются и исследуются по результатам компьютерного моделирования.
2. Режим испытания оборудования, в котором совокупность устройств представлена как единый объект. Показатели надежности оцениваются и исследуются по результатам испытаний.
Важное отличие режима компьютерного моделирования от режима испытаний заклю-
© Нго Зюи До, 2016
ISSN 1993-3541
чается в размере используемых выборок. Для режима компьютерного моделирования объем выборки значителен (десятки тысяч), а для режима испытаний — десятки значений.
В соответствии с особенностями технического обслуживания (ремонтных работ) компонент выделим среди восстанавливаемого оборудования три режима компьютерного моделирования (рис. 1), различающиеся показателями и методами оценки:
1. Вариант А — при отказе оборудования происходит восстановление только отказавшей компоненты, временем восстановления можно пренебречь (многокомпонентное оборудование характеризуется временем его наработки).
2. Вариант В — при отказе оборудования происходит восстановление всех компонент, временем восстановления можно пренебречь (многокомпонентное оборудование характеризуется временем его наработки.
3. Вариант С — при отказе оборудования происходит восстановление всех компонент, время восстановления учитывается (многокомпонентное оборудование характеризуется временем его наработки, восстановления и цикла).
Восстанавливаемые объекты
Вариант А
Вариант В
Вариант С
Рис. 1. Варианты восстанавливаемого оборудования с точки зрения его технического обслуживания
Показатели надежности [8; 9] разделены на две группы:
- основные, которые присущи оборудованию не зависимо от варианта обслуживания;
- дополнительные, зависящие от варианта обслуживания.
К основным показателям надежности отнесены следующие составляющие: средняя наработка; гамма-процентный ресурс; средний остаточный ресурс; гамма-процентный остаточный ресурс.
Для вариантов А и В дополнительными показателями надежности являются параметр потока отказов и функция отказов, а для варианта С — параметр потока восстановления, функция восстановления, коэффициент оперативной готовности и коэффициент готовности. Таким образом, ПО позволяет пользователям эффективно определять среднюю наработку, гамма-процентный ресурс, остаточный ре-
сурс, гамма-процентный остаточный ресурс, параметр потока отказов, коэффициент готовности и коэффициент оперативной готовности в мехатронных системах и другом сложном многокомпонентном оборудовании. Кроме того, ПО представляет результаты имитационного моделирования в виде графических данных.
Созданный программный комплекс реализован по блок-схеме постановки задачи (рис. 2) на языке программирования пакета МАЛ_АВ [10-12]. Система МАЛ_АВ обладает рядом преимуществ перед другими программными средами, предназначенными для выполнения научных и инженерных расчетов и визуализации полученных результатов.
С
Начало
Рис. 2. Блок-схема программы комплексного исследования показателей надежности многокомпонентного оборудования: 1 — выбор режима работы («да» — выбор компьютерного моделирования, «нет» — режим испытания оборудования); 2 — выбор варианта технического обслуживания (А, В, С);
3 — ввод исходных данных (каждая компонента оборудования описывается вероятностными моделями для наработки и восстановления); 4 — вычисление параметров
функций распределения по значениям числовых характеристик; 5 — компьютерное
моделирование; 6 — моделирование случайных величин; 7 — начальная обработка результатов компьютерного моделирования;
8 — вычисление основных показателей надежности; 9 — вычисление дополнительных показателей надежности; 10 — ввод исходных данных для режима испытания оборудования; 11 — аналитический подход; 12 — результаты комплексного исследования показателей надежности многокомпонентного оборудования
ф п ч
п *
о
о
о
а ^
о ч
я ф
X X
о
5<
э *
о
X
о 3 X
£
ф
о *
о
5<
а
а
д
ф 3
м о
2
№
ю
ы
и
м -
и м е>
Запуск программы происходит открытием исполняемого файла «CRRI.exe». При открытии программы появляется главное окно с основным меню (рис. 3).
Для выбора распределений компонентов и ввода их параметров по варианту А в окне программы указывается число компонентов I, количество моделируемых
отказов п, значения математического ожидания и коэффициента вариации для каждой компоненты (рис. 4). После ввода исходных данных необходимо нажать кнопку «Выполнить» и программа произведет 4 действия (см. рис. 2, блок 4-7). Результаты моделирования выводятся в файл «result.txt». При нажатии на кнопку «Основные показатели
Рис. 3. Главное окно программы
Рис. 4. Выбор распределений и ввод их параметров
Рис. 5. Окно выполнения режима испытания
надежности» программа выполнит блок 8. Результаты вычисления выводятся на файл «oc.txt». Кнопка «Дополнительные показатели надежности» соответствует блоку 9. Результаты вычисления выводятся на файл «do.txt». При нажатии на кнопку «Аналитический» программа выполнит блок 11 и при этом осуществит следующие действия: построение гистограммы, выбор распределения для оборудования, проверку выбранного распределения по критерию Пирсона.
Кнопкой «Главное меню» можно вернуться в главное окно (см. рис. 3). При выполнении режима испытания оборудования появляется окно ввода исходных данных и меню (см. рис. 4).
В первую очередь надо задать число отказов, затем нажать на кнопку «Ввод» для внесения статистических данных. Это
шаг соответствует блоку 10 (см. рис. 2). После этого необходимо нажать кнопку «Выполнить», чтобы построить гистограмму наработки оборудования. Кнопкой «Проверка» можно проследить выбранное распределение из списка по модифицированному критерию Колмогорова. При нажатии на кнопку «Показатели надежности» осуществляется расчет оценок основных показателей, которые выводятся в файл «testmode.txt» (рис. 5).
Отметим, что ПО «Программа вычисления показателей надежности многокомпонентного оборудования» прошло значительную апробацию, представленную в работах [4-8] и показало высокую точность предложенных численных моделей оценки основных и дополнительных показателей надежности.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Краковский Ю. М. Численные модели оценки коэффициента оперативной готовности и параметра потока восстановления многокомпонентного оборудования / Ю. М. Краковский, Нго Зюи До // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. — 2016. — № 1 (49). — С. 162-167.
2. Краковский Ю. М. Численные модели оценки показателей надежности многокомпонентного оборудования по результатам компьютерного моделирования / Ю. М. Краковский, Нго Зюи До, О. А. Захарова // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. — 2015. — № 4 (48). — С. 66-70.
3. Дружинин Г. В. Надежность автоматизированных систем / Г. В. Дружинин. — М. : Энергоавтомиздат, 1986. — 480 с.
4. Краковский Ю. М. Математические и программные средства оценки технического состояния оборудования / Ю. М. Краковский. — Новосибирск : Наука, 2006. — 228 с.
5. Байхельт Ф. Надежность и техническое обслуживание. Математический подход : пер. с нем. / Ф. Байхельт, П. Франкен. — М. : Радио и связь, 1988. — 392 с.
6. Добронец Б. С. Численный вероятностный анализ неопределенных данных / Б. С. Добронец, О. А. Попова. — Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. — 167 с.
7. Уткин Л. В. Анализ риска и принятие решений при неполной информации / Л. В. Уткин. — СПб. : Наука, 2007. — 404 с.
8. Обеспечение надежности сложных систем / А. Н. Дорохов, А. Н. Миронов, В. А. Керножицкий, О. Л. Шестопалова. — СПб. : Лань, 201 1. — 352 с.
9. Каштанов В. А. Теория надежности сложных систем / В. А. Каштанов, А. И. Медведев. — М. : Европ. центр по качеству, 2002. — 469 с.
10. Кетков Ю. Л. MATLAB 7: программирование, численные методы / А. Ю. Кетков, М. М. Щульц. — СПб. : БХВ-Петербург, 2005. — 752 с.
11. Мэтьюз Д. Численные методы: использование MATLAB : учеб. изд. / Д. Мэтьюз, К. Финк Л. Ф. ; пер. с англ. Ю. В. Козаченко. — 3-е изд. — М. : Вильямс, 2001. — 720 с.
12. Smith S. T. MATLAB Advanced GUI Development / Scott T. Smith. — Dog Ear Publishing, 2006. — 324 p.
REFERENCES
1. Krakovskii Yu. M., Ngo Zyui Do. Computational algorithm for numerical estimation of multicomponent equipment failure flow parameter. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie = Modern technologies. System analysis. Modeling, 2016, no. 1 (49), pp. 162-167. (In Russian).
2. Krakovskii Yu. M., Ngo Zyui Do. Numerical model of reliability index assessment of multicomponent equipment based on the simulation results. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie = Modern technologies. System analysis. Modeling, 2015, no. 4 (48), pp. 66-70. (In Russian).
3. Druzhinin G. V. Nadezhnost' avtomatizirovannykh system [Reliability of automated systems]. Moscow, Ener-goavtomizdat Publ., 1986. 480 p.
4. Krakovskii Yu. M. Matematicheskie i programmnye sredstva otsenki tekhnicheskogo sostoyaniya oborudo-vaniya [Mathematical and software evaluation of technical equipment]. Novosibirsk, Nauka Publ., 228 p.
5. Baikhel't F., Franken P. Nadezhnost' i tekhnicheskoe obsluzhivanie. Matematicheskiipodkhod [Reliability and technical maintenance: mathematical approach]. Moscow, Radio i svyaz' Publ., 1988. 392 p.
6. Dobronets B. S., Popova O. A. Chislennyi veroyatnostnyi analiz neopredelennykh dannykh [Probabilistic numerical analysis of ambiguous data]. Krasnoyarsk, Siberian Federal University Publ., 2014. 167 p.
Ф 0 4
n *
о
о
о
а
и ^
о
4
я ф
X X
о
5<
э *
о
X
о 3
5
£
ф
о *
о
5<
а
а
д
ф 3
м о
2
Z
ю
ы
ы
м -
U м е>
7. Utkin L. V. Analiz riska i prinyatie reshenii pri nepolnoi informatsii [Risk analysis and decision making based on incomplete information]. Saint Petersburg, Nauka Publ., 2007. 404 p.
8. Dorokhov A. N., Mironov A. N., Kernozhitskii V. A., Shestopalova O. L. Obespechenie nadezhnostislozhnykh sistem [Reliability control for complex systems]. Saint Petersburg, Lan' Publ., 201 1. 352 p.
9. Kashtanov V. A., Medvedev A. I. Teoriya nadezhnosti slozhnykh sistem [Reliability theory for complex systems]. Moscow, European Organization for Quality Publ., 2002. 469 p.
10. Ketkov Yu. L., Shchul'ts M. M. MATLAB 7: programmirovanie, chislennye metody [MATLAB 7: programming and numerical methods.]. Saint Petersburg, BKhV-Peterburg, 2005. 752 p.
11. Mathews John H., Fink Kurtis D. Numerical Methods using MATLAB. Prentice Hall, 1999. 336 p. (Russ. ed.: Mathews John H., Fink Kurtis D. Chislennye metody: ispol'zovanie MATLAB. 3rd ed. Moscow, Vil'yams Publ., 2001. 720 p.).
12. Smith T. S. MATLAB Advanced GUI Development. Dog Ear Publishing, 2006. 324 p.
Информация об авторе
Нго Зюи До — аспирант, кафедра информатики и математического моделирования, Иркутский государственный аграрный университет им. А. А. Ежев-ского, 664038, Иркутская область, Иркутский район, пос. Молодежный, е-таН: irkndd@gmail.com.
Библиографическое описание статьи
Нго Зюи До. Программное обеспечение для вычисления показателей надежности сложного оборудования / Нго Зюи До // Известия Иркутской государственной экономической академии. — 2016. — Т. 26, № 2. — С. 322-326. — DOI : 10.17150/1993-3541.2016.26(2).322-326.
Author
Ngo Duy Do — PhD student, Department of Informatics and Mathematical Modeling, Irkutsk State Agrarian University named after A.A. Ezhevsky, Molodezny Settlement, 664038, Irkutsk region, Russian Federation, e-mail: irkndd@gmail.com.
Reference to article
Ngo Duy Do. Reliability calculation software for sophisticated equipment. Izvestiya Irkutskoy go-sudarstvennoy ekonomicheskoy akademii = Bulletin of Irkutsk State Economics Academy, 2016, vol. 26, no. 2, pp. 322-326. DOI: 10.17150/1993-3541.2016.26(2).322-326. (In Russian).
(O N
СЧ N M
ä &
СЧ
to
N
n
о
N £ E
Ф ^
n
и <
in
и £
о с о
и
ш
ф
4*
п W л
® 3
со
