автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Методы и алгоритмы оценки показателей надежности поэлементно развиваемых технических систем

На правахрукописи

Панков-Козочкин Роман Александрович

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПОЭЛЕМЕНТНО РАЗВИВАЕМЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.01 -Системный анализ, управление и обработка информации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск - 2004

Работа выполнена на кафедре высшей математики Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук, профессор

Савельев Михаил Владимирович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор

Панич Анатолий Евгеньевич кандидат технических наук, доцент Зотов Алексей Иванович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Таганрогский государственный радиотехнический университет

Защита состоится «30» марта 2004 г. в 16 ч. на заседании диссертационного Совета Д 212.058.04 при Донском государственном техническом университете по адресу: 344010, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ауд. 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.

Автореферат разослан февраля 2004 г.

Ученый секретарь совета к.т.н.

Лукьянов А.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Характерной чертой современного уровня развития науки и техники является широкое внедрение в различные отрасли промышленности сложных технических систем. Ответственность выполняемых функций и большая цена отказа этих систем предъявляют повышенные требования к их надёжности. Обеспечение заданных требований во многом определяется уровнем надежности, достигнутом на этапе создания системы. В связи с этим особую важность приобретают вопросы, связанные с исследованием надёжности сложных систем в процессе их развития.

Известные на сегодняшний день методы и инженерные методики зачастую не могут быть эффективно использованы на практике, что объясняется следующими причинами:

- алгоритмы и программы не позволяют рассчитать надёжность из-за вычислительных трудностей в связи с большими размерностями задач;

- отсутствуют достоверные исходные данные по надёжности и ремонтопригодности отдельных элементов расчёта;

- большинство методов не позволяет учитывать достоверные сведения о надёжности прототипов совершенствуемых систем.

В связи с указанными выше причинами, существующие методы часто не дают необходимой точности расчёта, а иногда и совсем не позволяют получить показатели надёжности сложных систем, даже при использовании современных ЭВМ. Поэтому разработка методов, инженерных мето-" дик, алгоритмов и программ анализа надёжности на этапе развития, позволяющих анализировать сложные системы, описываемые уравнениями больших размерностей с необходимой достоверностью, является задачей весьма актуальной.

Работа выполнена в соответствии с приоритетным направлением развития новых технологий «Компьютерное моделирование», научным направлением ЮРГТУ(НПИ) «Теория и практика построения информационно-измерительных систем и систем управления» (утверждено решением ученого совета университета от 25.09.95).

Цель и задачи диссертационной работы. Целью настоящей работы является создание теоретической основы для оперативной оценки и управления совершенствованием надежностных характеристик развиваемых технических систем.

Поставленная цель определяет следующие основные задачи:

1. Создание методов, повышающих эффективность определения показателей надежности технической системы на этапе совершенствования.

2. Построение алгоритмов расчета надежности при многократной реконфигурации систем.

3. Создание программного обеспечения, соответствующего алгоритмам расчета надежности развиваемых технических систем.

В диссертационной работе предлагается исследуемую техническую систему рассматривать как поэлементно развив; дов, инженерных методик, алгоритмов и

дёжности подобных систем позволит обеспечить достижение указанной выше цели.

В работе получены следующие существенные научные результаты.

1. Методы определения показателей надежности технически развиваемых систем различной структуры.

2. Алгоритмы расчета надежности, основанные на данных методах.

3. Программное обеспечение для расчета надежности совершенствуемых систем.

Научная новизна работы. Новизна научных результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:

1. Предложенная математическая модель для расчета надежности сложных технических систем отличается от известных тем, что построена на основе как теории надежности, так и теории развивающихся систем и учитывает особенности развития каждой конкретной системы.

2. Созданная методика определения характеристик надежности при усложнении структуры системы значительно упрощает схему вычислений по сравнению с существующими.

3. Модифицированный метод эквивалентных систем позволяет существенно сократить время расчета по сравнению с прямыми расчетами надежности системы в целом. Точность вычислений при этом достаточно высока.

Основная научная ценность работы. Основную научную ценность работы представляют полученные обоснованные аналитические инструменты оценки надежностных характеристик развиваемых технических систем, отсутствующие ранее. Разработанные инструменты используют как положения теории надежности, так и основные понятия теории развивающихся систем, что позволяет рассматривать их как новый подход в решении поставленной цели.

Практическая полезность работы состоит в том, что разработанная инженерная методика, включающая в себя предложенные в работе методы, доведена до алгоритмов и программ для ЭВМ, что в свою очередь позволяет оперативно выполнять на этапе развития многовариантные расчёты с целью обеспечения её требуемого уровня и выбора наилучшего, с точки зрения надёжности, варианта структуры. Это дало возможность создать программное обеспечение для расчета характеристик надежности системы, позволившее на практике довести эксплуатационную надежность регуляторов в развиваемых системах управления вентиляцией до достаточно высокого уровня - коэффициент готовности был доведен до 97,5 % при норме 95 %.

Реализация результатов. Полученные в диссертации научные и прикладные результаты нашли применение: в ОАО «Ростовуголь» при разработке нового программного обеспечения для исследования и управления вентиляцией негазовых шахт со значительным экономическим эффектом; при выполнении грантов Министерства образования РФ «Моделирование эволюционирующей конструкции ЭВМ в условиях развивающихся интеллектуальных систем автоматизированного проектирования и управления, производством», Российского фонда фундаментальных иссле-

дований «Теоретическое и экспериментальное моделирование процессов развития в технических системах сетевой структуры различного назначения при изменяющихся условиях эксплуатации» (руководитель Савельев М.В., период действия - 2000-2002 и 2003-2005 гг. соответственно); в учебном процессе кафедр ЮРГТУ(НПИ) и Новочеркасского военного института связи; при получении звания лауреата конкурса молодых ученых и специалистов СКНЦ ВШ в 2003 году.

Апробация исследования. Основные положения и научные результаты работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими», ЮРГТУ, 2001 г.; Ш-й международной научно-практической конференции «Интеллектуальные электромеханические системы и комплексы», ЮРГТУ, 2002 г.; Ш-й международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства», ЮРГТУ, 2003 г. ; Научно-техническом семинаре с международным участием «Информационные микропроцессорные системы мониторинга, диагностики и управления сложными техническими объектами, организационно-техническими системами и комплексами», ТРТУ, 2003 г.; Четвертой международной научно-технической конференции «Интеллектуальные многопроцессорные системы и комплексы» (г.Таганрог, 2003 г.); На конкурсе Ростовского отделения Российской инженерной академии и Северо-Казказского научного центра высшей школы на лучшую работу среди молодых ученых вузов, научно-исследовательских институтов и специалистов предприятий Ростовской области в 2003 г.

Публикации. В целом основные идеи, результаты и выводы настоящего диссертационного исследования изложены в 15 публикациях, общим объемом 14 печатных листов, из которых в автореферате приведены: мо-нография[1], 4 статьи из перечня периодических журналов, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертации [2, 9-11], 3 работы из сборников, в том числе и материалы научных конференций [3-5, 12], 3 программы для ЭВМ [6-8].

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников из 143 наименований и двух приложений. Объем работы составляет 151 страницу машинописного текста. Работа содержит 33 рисунка и 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и выбор темы; ставятся основная цель и задачи; излагается содержание научной новизны, определяются новые подходы в решении поставленных проблем; формулируются основные положения, выносимые на защиту; освещаются научно-теоретическая значимость, указываются сферы практического применения результатов; представляются апробация и структура работы.

Первая глава диссертации посвящена рассмотрению основных особенностей современных сложных технических систем. Проведён анализ существующих методов оценки показателей и характеристик надёжности сложных

систем. Формулируются основные понятия и определения развиваемых систем. Рассмотрен процесс надёжностного развития сложных систем и доказана возможность представления любой системы на этапе разработки как развиваемой. Уточняется формулировка задачи исследования.

Кроме того, в результате исследования сделаны следующие выводы.

Сложные технические системы целесообразно рассматривать в процессе их функционирования как системы развиваемые. Это позволяет упростить анализ их надежности и даст возможность повысить точность расчетов. Поэтому разработка таких инженерных методик является задачей весьма актуальной.

Понятие развиваемой системы является принципиально новым подходом к оценке надежности сложных систем, позволяющее в процессе создания и совершенствования рассчитать показатели надежности систем с большим числом состояний и различных дисциплинах обслуживания.

Существующие методы вычисления показателей надежности, являясь достаточно сложными, предназначены для оценки параметров безотказности простых структур и не подходят для объективного решения комплексных задач при синтезе сложных эксплуатируемых и перспективных систем. Кроме того, для систем на этапе развития их применение нецелесообразно по той причине, что само наличие такого свойства как способность к развитию предполагает постоянный пересчет целых групп элементов системы и даже самой системы в целом. Не годятся для данной группы систем и методы динамического моделирования. Это объясняется тем, что динамическим моделям необходимо жесткое, во многом предопределенное поведение системы с обозначенными заранее путями ее развития, что неприменимо к большинству современных технических систем.

Для описания надежности и вероятности безотказной работы системы выбрана экспоненциальная модель, так как ее использование предоставляет наиболее широкие возможности для исследования системы при любых значениях вероятности безотказной работы (в отличие, например, от распределения Пуассона, которое применимо только для малых значений вероятности). В частности, возможна декомпозиция системы с целью рассмотрения ее элементов и их групп как целостных подсистем с достаточной точностью. Кроме того, процесс уменьшения соответствующих характеристик надежности в современных сложных системах более всего соответствует именно экспоненциальной модели. Этими причинами и обосновывается ее использование в дальнейших расчетах.

На основании проведенного обзора был сделан вывод о том, что существующие методы недостаточно эффективны для анализа надёжности технических систем на этапе развития. Данное обстоятельство служит поводом для создания новых, перспективных и удобных методов расчета этих характеристик.

В конце главы определены задачи дальнейших исследований, которыми являются разработка методов, инженерных методик, алгоритмов и программ для ЭВМ, предназначенных для оценки надежности сложных технических систем в процессе их развития.

Вторая глава формулирует задачу анализа надёжности систем с учетом развития. Разработаны методы и получены расчётные соотношения, которые позволяют рекуррентно рассчитывать показатели надёжности сложной системы с основным соединением элементов при общем и поэлементном резервировании с постоянно включённым резервом и по принципу замещения. Получены рекуррентные формулы для оценки надёжности развиваемых систем произвольной структуры при независимом восстановлении её элементов.

В главе предлагается общий принцип вычисления показателей надежности развиваемой системы путем анализа структурных изменений, произведенных с прототипом системы. Основные рекуррентные формулы для расчета указанных показателей выведены исходя из предположения о том, что развиваемая система на каждом шаге своего развития отличается от прототипа лишь на один элемент:

где Тн Т,.1 - время наработки на отказ на 1-м и (г+1)-м шаге развития системы; - коэффициент готовности для различных шагов развития; передача ветвей графа состояний системы:

где ///- интенсивность восстановлений.

Данные закономерности находят свое развитие применительно к вычислению надежности системы с общим резервированием, а также при определении показателей надежности восстанавливаемой системы с раздельным резервированием в виде соответствующих рекуррентных формул. Здесь делается следующий вывод: при вычислениях вероятности и среднего времени безотказной работы развиваемой системы нет необходимости учитывать все элементы. Достаточно знать показатели надёжности прототипа и в дальнейших расчётах учитывать только п элементов исходной системы, в процессе развития замененных на / новых.

Далее во второй главе полученные ранее закономерности обобщаются для универсального случая - системы с произвольной структурой. Полученные в результате формулы не ограничены видом законов распределения времени безотказной работы и временем восстановления и справедливы для произвольного закона распределения. Окончательно для коэффициента готовности совершенствуемой системы были записаны следующие расчетные соотношения:

Л<0=Л-,Мехр(- Л, о: Г,=Гм/(1-гГм,и, КГЛ1 ± ,)=*>. ,<1±А>. Ар,)"',

Api~A.ilfit,

(1)

где

"1 "1

1

п — количество совершенствуемых участков,

- вероятность отказа устройства соответственно до и после совершенствования.

Кроме того, принимает следующие значения:

ЧЛ} * Чх) ~ Рх - если элемент х принадлежит нерезервированной системе; • дх) = 1 + 2 д) - если элемент х принадлежит дубли-

рованной системе с постоянным резервированием;

если элемент х принадлежит дублированной системе с замещением отказавшего элемента.

Данные соотношения находят практическое применение в конце второй главы, где приведено два примера расчета надежности по выведенным ранее закономерностям. Взято две разных системы с разными характеристиками и инженерными задачами (расчет надежности в результате развития в первом случае и обратная задача - последовательное развитие системы с целью повышения надежности - во втором). Примеры демонстрируют простоту, экономичность и доступность разработанных в главе методов. Далее приведены основные выводы по главе, предопределены задачи, являющиеся объектами исследования следующих глав.

Третья глава посвящена разработке приближённых методов оценки показателей надёжности систем в процессе развития. В ней предлагается метод эквивалентных систем. Метод основан на анализе реальной системы с помощью двух упрощенных эквивалентных систем, одна из которых даёт верхнюю, а другая нижнюю оценку показателей надёжности. В качестве эквивалентной предлагается выбрать систему с равнонадёжными элементами. Этот подход даёт возможность получить расчётные соотношения, позволяющие оценить надёжность технической системы как поэлементно развиваемой, при достаточно сложной её структуре, не описываемой графом типа дерева.

Метод основан на предположении о том, что начиная с первого уровня дублированные элементы в системе, описываемой каждым подграфом, равнонадежны. Это допущение справедливо, так как современные технологические системы состоят из высоконадёжных элементов с примерно одинаковыми надёжностными характеристиками. В этом случае показатели надёжности будут в основном определяться начальными верхними уровнями графа.

Рассмотрим восстанавливаемую структурно избыточную систему, состоящую из Сдублированных пар (рис. 1). Пусть интенсивности отказов и восстановлений элементов в любой ьой паре одинаковые и имеют значения Л = <<1,»= 1, 2, ..., N и полный граф состояний системы (рис. 2) имеет N исправных узлов на первом уровне. Будем считать каждый г'-йузел первого уровня корневой вершиной дерева, образующего подграф

Расчетные соотношения для оценки показателей надежности системы (рис. 1) при рассмотрении ее как развиваемой, основаны на предположении о том, что ее прототипом является система, структурная схема которой отличается от анализируемой на одну л-ю дублированную пару. Тогда из топологии можно заметить, что функционирование прототипа описывается подграфом,

корневой вершиной которого будет и-е состояние первого уровня эквивалентного графа (рис. 2).

а)

б)

пр,

п (п+1)

Рис. 1. Восстанавливаемая структурно избыточная система: а) структурная схема; б) граф состояний

(п-1)

Рис. 2. Полный граф состояний системы

Аналитическое выражение коэффициента готовности системы:

1 + 2!£р1ЛГ)+2рЛ

нр

1/КГ1-1 К,

п 2о А

+ 2 р2Л

где А'/-,(-коэффициент готовности системы,описываемой |-ым подграфом; Л,-, 5, — сумма передач ветвей из 1-ой вершины во все соответственно работоспособные и отказовые состояния подграфа: - сумма передач во все соответственно работоспособные и отказовые состояния прототипа; Л/""" = 1 + 2(л - 1 )/>э' А/" *2); А,0 = 1; />э' - эквивалентная передача ветви ¿-го подграфа; Кг, - коэффициент готовности прототипа.

Определяя верхние и нижние оценки надёжности подграфа, представляется возможным получить соответствующие оценки всей системы.

Далее в главе рассмотрен усовершенствованный метод эквивалентных систем, а также приближённый топологический метод анализа системы путём преобразования ветвей графа. Суть метода состоит в том, что граф состояний реальней системы заменяется преобразованным графом, который приближенно описыаает функционирование исследуемой системы. Преобразованный граф получен из графа реальной системы, исходя из предположения, что, начиная из некоторого урозня К, на котором впервые появляются состояния отказа, система состоит из равнонадёжных элементов.

В конце главы предлагается несколько практических примеров приближенного расчета надежности систем в процессе развития, а также приведены выводы по главе, фиксирующие следующие моменты.

Метод эквивалентных систем позволяет оценивать надежность системы, функционирование которой описывается произвольным графом. Его целесообразно применять для сравнительной оценки различных схемных решений на предварительном этапе разработки системы, когда, как правило, не требуется точных значений показателей надежности.

Уточнённый метод эквивалентных систем позволяет расширить область применения метода эквивалентных систем. Этот метод может быть использован для анализа надёжности сложных систем, для которых не существует прототипа. Точность расчетов по данному методу выше, чем по методу эквивалентных систем.

Применение топологического мегода анализа надёжности сложных систем путём преобразования ветвей графа дает возможность сократить число рассматриваемых состояний системы, что позволяет существенно снизить трудоёмкость выполняемых расчётов.

При проведении расчетов по топологическому методу определения характеристик надежности точность аппроксимирующих вычислений удовлетворяет требованиям инженерного анализа надёжности (значение Кг рассчитывается с погрешноетью <^,-«±0.01), что дает возможность широко применять указанный метод при разработке сложных технических систем.

Приведенные примеры практической реализации расчета характеристик надежности по рассмотренным методам наглядно демонстрируют простоту и точность производимых расчетов и преобразований применительно к реально существующим развиваемым системам.

В целом же по главе отмечается, что предлагаемые методы позволяют проводить расчет сложных технических систем, описываемых многосвязными графами, отличными от графов типа дерева. Они позволяют достаточно достоверно оценить основные количественные характеристики надежности сложной восстанавливаемой системы.

В четвертой главе разработано программное обеспечение для расчета показателей надёжности систем в процессе развития, предназначенное для сложных технических систем на основе сравнительного пошагового анализа их надёжности. В соответствии с инженерной методикой разработаны алгоритмы и соответствующее программное обеспечение. Рассматриваются некоторые аспекты программирования разработанной методики на ЭВМ, представлены блок-схемы алгоритмов программного комплекса для расчета надежности. В частности отмечено следующее.

Расчет коэффициента готовности и среднего времени безотказной работы производится по формулам (1) и (2).

Обращаясь к результатам второй главы, легко заметить, что все возможные значения дЛ\ - <?*) отличаются друг от друга только множителем при рх. Так как речь идет о конкретных значениях переменных, то данный множитель можно представить в программе в виде коэффициента, варьируемого в зависимости от характера резервирования элемента или группы элементов. Обозначив его за Ку, и учитывая (1) и (2), получим:

Признак резервирования обозначен в программе как status. Тогда для элемента х, Ку„ определится как: Кух = 1 - для системы без резервирования (status=0); Kyi = 2 pj{\ + 2 рх) - с постоянно включбнным резервом (status=\); Кух = pj(\ + Рх) — с замещением отказавшего элемента (status=2).

Таким образом, преобразованные формулы для вычисления АКг и Д/ принимают вид:

Другим важным моментом при программировании является процесс вычисления промежуточных сумм, определяемых как:

KY=q,/pt(l-qx).

п п

Здесь целесообразно для каждою из элементов или их групп в системе ввести признак развития, згвисящий от введения резервирования или вывода его из системы. В процессе вычисления, если этот признак равен нулю, то на очередной итерации сумма не рассчитывается. Такое представление позволяет вести расчеты при недостатке информации о системе

Далее в главе представлено описание разработанной программы, ее функционирования, технических возможностей. Разработанное программное обеспечение предназначено для расчета характеристик надежности систем в процессе развития и имеет следующие возможности:

- работа с большими массивами исходных данных (до десяти тысяч наборов характеристик элементов сложной системы);

- расчет характеристик неизбыточной структуры и развиваемой системы (времени наработки на отказ, коэффициента готовности, интенсивности отказов системы в целом и т.п.) с достаточной точностью и оперативностью. Коэффициент готовности рассчитывается для каждого шага развития системы и представлен в виде графика;

- вывод результатов в виде графиков, в обычном и полулогарифмическом масштабах Представление графика зависимости вероятности безотказной работы от времени функционирования системы в полулогарифмическом масштабе весьма удобно, так как позволяет наглядно оценить границы снижения значения p(t) ниже определенного уровня. Это, в свою очередь, дает основания достоверно планировать профилактическое обслуживание системы, определять его сроки и частоту;

- возможность ведения отчета обо всех ключевых действиях и вычислениях с записью результатов в файл и т.д.

Общая структурная схема алгоритма программы представлена на рис. 3. Содержание блока 5 раскрыто на рис. 4.

В пятой главе производится расчет показателей надежности реально существующей сложной совершенствуемой системы на примере системы вентиляции негазовой угольной шахты. Рассматриваются возможные пути раззития системы вентиляции путем резервирования вентиляционного оборудования шахты. При расчете используется предложенная инженерная методика, а также разработанное в четвертой главе программное обеспечение.

В начале главы предлагается точка зрения о том, что всякая шахта по своей сути есть сложная развиваемая техническая система, а следовательно разработанные методики к ней применимы в полной мере. Выделяется роль шахтного оборудования как важной части развиваемой системы вентиляции, обеспечивающей управление воздушными потоками внутри шахты. Обосновывается необходимость исследования надежности системы вентиляции именно с точки зрения резервирования быстро изнашивающегося вентиляционного оборудования, а также оборудования, установленного на особо ответственных (например, с точки зрения безопасности) участках.

Для описания качества функционирования системы управления вентиляцией негазовой шахты используется математическая модель, представленная ниже Функциональная схема системы управления вентиляцией негазовой шахты может выглядеть так, как показано на рис. 5.

Рис. 3. Общая блок-схема алгоритма для расчета надежности

Рис. 4. Алгоритм расчета параметров развиваемой системы

Рис. 5. Общая .схема системы управления вентиляцией нсгазовой шахты

На рисунке Q - количество воздуха, поступающее в шахту; Qt -количество воздуха на выходе шахты; ОУ - объект управления.

Комплексный критерий качества управления:

^ = j, F -¥ ITlin ,

где t„ - время переходного процесса (при открывании/закрывании двери), Qmaxn - максимальное отклонение значения регулируемой величины (количества воздуха, поступающего на данный участок шахты в единицу времени) во время переходного процесса, или перерегулирование; П„ - комплексный показатель надежности системы.

Кроме того, могут быть заданы технические ограничения по депрессии (давлению) и количеству воздуха

П„ =d{Tcp,Kr,TB,P(t)), П„ ->тах.

При расчете комплексного показателя каждый из перечисленных промежуточных показателей есть частное между текущим значением и нормой, установленной технической документацией:

Данная математическая модель дополняется формулами расчета вышеуказанных показателей надежности для различных вариантов развития, полученных в предыдущих главах работы. Данные тезисы получают практический результат в виде расчета вентиляционного оборудования конкретной шахты, в качестве которой выступает шахта «Садкинская» ОАО «Ростов-уголь». Производится резервирование оборудования шахты в целом, отдельных ее участков (рис. 6), в том числе и наиболее ответственных с точки зрения безопасности, проверяется возможная избыточность такого резервирования, рассчитываются основные показатели надежности. В каче-

стве исходных данных используются данные из технической документации по элементам шахты, представляющие собой время наработки на отказ для каждого элемента (таблица 1).

На рис. 6 узлы пронумерованы так, как они представлены на общей схеме в технической документации, вспомогательные вентиляционные соединения объединены с основными.

В результате расчета определяется местоположение регуляторов (вентиляционных дверей), управляющих потоками воздуха в шахте. На рисунке начальное расположение регуляторов обозначено линиями, перпендикулярными ветвям вентиляционных соединений. Начальное расположение определено из технических требований к вентиляционной сети и ее конструктивных особенностей.

Предполагается, что шахта проходит профилактический осмотр достаточно регулярно и обслуживается достаточным количеством ремонтных бригад, что позволяет ремонтировать приходящие в негодность вентиляционные сооружения за одну смену. Исходя из этого предположения, примем время восстановления 7",=6 ч, откуда //=0,167 ч"1 для всех элементов системы.

Дополнительным условием при расчете явилось требование к значению среднего времени безотказной работы на данном участке: часов

(или 10 суток). Коэффициент готовности Кг системы должен быть не менее 97,5 %.

Таблица 1

Значения ТкХ для ветвей отдельного вентиляционного участка

№

уча- Т, ч № Т, ч К чх

стка участка

1 2 3 4 5 6

1 3207,00 0,000312 14 2828,00 0,000354

2 2881,00 0,000347 15 2716,00 0,000368

3 3315,00 0,000302 16 2779,00 0,000360

1 2 3 4 5 6

4 2700,00 0,000370 17 3000,00 0,000333

5 3059,00 0,000327 18 3010,00 0.000332

6 2861,00 0,000350 19 2829,00 0,000353

7 2791,00 0,000358 20 3001,00 0,000333

8 3106,00 0,000322 21 3000,00 0.000333

9 2715,00 0,000368 22 3000,00 0,000333

10 2716,00 0,000368 23 3000,00 0,000333

11 2927,00 0,000342 24 2870,00 0,000348

12 2997,00 0,000334 25 3000,00 0,000333

13 2825,00 0,000354 26 3015.00 0,000332

Анализ неизбыточной структуры системы (без резервирования) дал

следующие результаты:

С целью определения степени достижимости результата был проведен расчет надежности шахтного оборудования при предельно избыточной структуре системы:

Однако цель расчета - избежать лишних затрат на обеспечение подобной стр)ктури системы, поэтому после изучения структуры шахты резервирование было введено на 15 наиболее ответственных участках (в данном случае это участки 2 - 8, 13 - 18, 24, 26). При этом были выполнены все дополнительные требования по надежности:

Л::Г1 =0.977923; ^,,=265.73 ч.

В Заключении диссертационной работы подводятся итоги исследований, делаются выводы и обобщения, перечислены сферы внедрения результатов работы. В работе выполнено следующее.

1. Разработан и представлен метод, являющийся наиболее оптимальным для анализа надежности развиваемой системы с произвольной структурой при независимом восстановлении её элементов. Полученные формулы для оценки надёжности совершенствуемых систем произвольной структуры позволяют оценить их надежность при произвольных законах распределения времени между отказами и восстановлениями.

2. Предложены аппроксимирующие методы оценки надежности технических систем, позволяющие оценивать надёжность систем, функционирование которых описывается произвольными графами. Данные методы можно применить для сравнительной оценки различных схемных решений на этапе предварительного проектирования системы, когда, как правило, не требуется точных значений показателей надёжности или нужно оценить изменения соответствующих характеристик развиваемой системы.

3. Разработаны алгоритмы, позволяющие рассчитывать надежность развиваемых технических систем с достаточной точностью и быстродействием. Удобный и оперативный расчет возможен даже при многократных реконфигурациях системы.

4. На основе данных алгоритмов разработано соответствующее программное обеспечение для расчета надежности систем и процессе их раз-

вития. Имея простой интерфейс, предлагаемое программное обеспечение позволяет производить расчеты систем, представленных несколькими тысячами элементов и может использоваться для сравнительной оценки различных вариантов развития систем как на этапе разработки системы, так и в процессе ее функционирования, при ее реструктуризации, декомпозиции и т.п.

Разработанная методика, включающая в себя методы оценки характеристик надежности развиваемой системы, соответствующие алгоритмы и программное обеспечение, внедрена на производстве, при оценке надежности шахты «Садкинская» ОАО «Гостов) голь». Данное внедрение позволило сократить непроизводительный расход элекстроэнергии на 100 киловатт-часов в сутки, а также уменьшить >ровень запыленности при увеличении нагрузки на очистной забой.

Приложение к работе содержит акты о внедрении результатов диссертации, а также копию диплома лауреата конкурса молодых ученых и специалистов СКНЦ ВШ 2003 года.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ

1. Савельев М.В., Панков-Козочкин Р.А., Федосеев СВ., Калмыков М.С., Савельев И.М.' Надежность развивающихся систем сетевой структуры. - Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2003. - 112 с.

2. Панкоз-Козочкин Р.А. Методика определения характеристик надежности сложных систем с произвольной стг> ктурой на основе теории и понятий развивающихся систем. - Научная мысль Кавказа. - Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2003. - Ирил. - № 7. - С. 106-109.

3. Панков-Козочкин Р.А. Надежность сложных систем с произвольной структурой // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы III Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 11 апр. 2003 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 2003. - С. 26-27.

4. Панков-Козочкин Р.А. Анализ надежности восстанавливаемых сложных систем управления с раздельным резервированием // Управление качеством: труды региональной науч.-практ. конф., г. Воронеж. - Воронеж, 2003.-С. 117-120.

5. Панков-Козочкин Р.А. О проблемах вычисления надежности сложных технических систем и комплексов // Материалы 52-й науч.-техн. конф. студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск, 2003 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 2003. - С. 173-174.

6. Пакков-Козочкин Р.А., Савельев М.В., Кубасова Л.В., Савельев И.М. Моделирование амортизации в изменяющейся конструкции («Амортизация») // Свид-во об офиц. регистрации программы для ЭВМ 2003611489 РФ/Роспатент. - № 2003610907; Заявл. 24.04.03; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 20.06.03.

7. Паиков-Козочкин Р.А., Савельев М.В., Кубасова Л.В., Савельев И.М. Повышение надежности развивающейся вычислительной системы на основе защиты от помех и наводок («Конденсатор/)) // Свид-во об офиц. регистрации программы для ЭВМ 2003611538 РФ/Роспатент. -

№ 2003611042; Заявл. 13.05.03; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 27.06.03.

8. Панков-Козочкин Р.А., Федосеев СВ. Расчет надежности в развивающихся технических системах («Надежность») // Свид-во об офиц. регистрации программы для ЭВМ 2003612266 РФ/Роспатент. -№ 2003611773; Заявл. 11.08.03; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 6.10.03.

9. Панков-Козочкин Р.А. Определение характеристик надежности в сложных системах управления в процессе их развития для случая с общим резервированием элементов. - Изв. вузов. Электромеханика. - 2003. - № 5. -С. 71-73.

10. Панков-Козочкин Р.А. Приближенные методы оценки надежности развивающихся вычислительных сетей. — Изв. вузов. Электромеханика. - 2003. -№ 6. - С. 72-73.

11. Панков-Козочкин Р.А., Савельев М.В. Определение характеристик надежности в сложных системах управления в процессе их развития для случая с общим резервированием элементов. - Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. - 2003. - № 4. С. 3-4.

12. Панков-Козочкин Р.А. Расчет показателей надежности развивающихся систем с невосстанавливаемыми элементами // Интеллектуальные и многопроцессорные системы: Материалы междунар. науч.-техн. конф. пос. Дивно-морское, Геленджик, 2003 г. / Таганрог - Донецк, 2003. - С. 134-136.

Личный" вклад автора в работах, написанных в соавторстве, состоит в следующем: [1] - разработаны новые методы анализа надежности систем в процессе развития с различными типами резервирования элементов, предложены приближенные методы оценки показателей надежности технических систем; [6-8] — разработана математическая часть программного обеспечения для расчета амортизации и повышения надежности; [11]- предложен уточненный аппроксимирующий метод эквивалентных систем применительно к оценке надежности развивающихся вычислительных сетей.

к--.4321

Паиков-Коючкнн Роман Александрович

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПОЭЛЕМЕНТНО РАЗВИВАЕМЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Автореферат

Подписано в печать 25.02.2004. Формат 60x84 '/¡е. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1. Уч.-изд. л. 1,19. Тираж 100 экз. Заказ 263.

Типография ЮРГГУ (НИИ) 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 Тел., факс (863-52) 5-53-03 E-mail: tvno era nhv(fi .novoch.ru

ВВЕДЕНИЕ.

1. РАЗВИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ОСОБЕННОСТИ.

1.1. Анализ классификационных моделей и методов построения современных технических систем.

1.2. Математические модели для расчета надежности систем.

1.3. Методы анализа надёжности современных технических систем в процессе их развития.

1.4. Существующие методы повышения надежности при анализе совершенствуемых технических систем.

1.5. Основные понятия и определения развиваемых систем. Постановка задачи исследования.

1.6. Выводы по главе 1.

2. АНАЛИЗ НАДЁЖНОСТИ СОВЕРШЕНСТВУЕМЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИХ КАК ПОЭЛЕМЕНТНО РАЗВИВАЕМЫХ.

2.1. Определение характеристик надёжности системы с последовательным соединением элементов.

2.2. Надёжность системы с общим резервированием.

2.3. Вычисление показателей надёжности восстанавливаемой системы с раздельным резервированием.

2.4. Анализ надёжности поэлементно развиваемой системы с произвольной структурой.

2.5. Практическое использование расчета надёжности поэлементно развиваемых систем.

2.6. Выводы по главе 2.

3. АППРОКСИМИРУЮЩИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЁЖНОСТИ <, РАЗВИВАЕМЫХ СИСТЕМ.

3.1. Метод эквивалентных систем.

3.2. Усовершенствованный метод эквивалентных систем.

3.3. Аппроксимирующий топологический метод анализа надёжности систем путём преобразования ветвей графа.

3.4. Результаты анализа надёжности развиваемых систем.

3.5. Выводы по главе 3.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПОЭЛЕМЕНТНО РАЗВИВАЕМЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВМ.

4.1. Программная реализация методики расчета характеристик надежности развиваемой системы.

4.2. Описание программного комплекса для расчета надежности.

4.3. Выводы по главе 4.

5. УПРАВЛЕНИЕ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ В РАЗВИВАЕМОЙ СИСТЕМЕ ВЕНТИЛЯЦИИ НЕГАЗОВЫХ ШАХТ.

5.1. Системы вентиляции угольных шахт как поэлементно развиваемые системы.

5.2. Вентиляция шахт и пути ее развития.

5.3. Расчет надежности вентиляционного оборудования негазовой шахты как развиваемой системы.

5.4. Выводы по главе 5.

Характерной чертой современного уровня развития науки и техники является широкое внедрение во многие отрасли промышленности различных технических систем. Ответственность выполняемых функций и большая цена отказа этих систем предъявляют повышенные требования к их надёжности. Обеспечение заданных требований во многом определяется уровнем надёжности, достигнутом на этапе создания системы. В связи с этим особую важность приобретают вопросы, связанные с исследованием надёжности систем в процессе их развития.

В теории надёжности известно большое число методов, инженерных методик, доведённых до алгоритмов и программ. Их авторами являются широко известные учёные [3, 5, 6, 15, 19, 20, 34, 37, 38, 43, 44, 63, 66, 71, 73, 82, 91, 104, 112, 114-116, 120]. Данные работы являются фундаментальными в теории. Однако эти методы часто не удаётся использовать на практике. Это объясняется следующими причинами:

- алгоритмы и программы не позволяют рассчитать надёжность из-за вычислительных трудностей в связи с большими размерностями задач;

- отсутствуют достоверные исходные данные по надёжности и ремонтопригодности отдельных элементов расчёта;

- большинство методов не позволяет учитывать достоверные сведения о надёжности прототипов совершенствуемых систем.

В связи с указанными выше причинами, существующие методы часто не дают необходимой точности расчёта, а иногда и совсем не позволяют получить показатели надёжности систем, даже при использовании современных ЭВМ. Поэтому разработка методов, инженерных методик, алгоритмов и программ анализа надёжности на этапе развития, позволяющих анализировать технические системы, описываемые уравнениями больших размерностей с необходимой достоверностью, является задачей весьма актуальной.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является создание теоретической основы для оперативной оценки и управления совершенствованием надежностных характеристик развиваемых технических систем.

Поставленная цель определяет следующие основные задачи:

1. Создание методов, повышающих эффективность определения показателей надежности технической системы на этапе совершенствования.

2. Построение алгоритмов расчета надежности при многократной реконфигурации систем.

3. Создание программного обеспечения, соответствующего алгоритмам расчета надежности развиваемых технических систем.

В диссертационной работе предлагается исследуемую техническую систему рассматривать как поэлементно развиваемую. Разработка методов, инженерных методик, алгоритмов и программ для ЭВМ анализа надёжности подобных систем позволит обеспечить достижение указанной выше цели.

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников и приложения. Объем работы составляет 151 страницу.

В главе 1 рассмотрены основные особенности современных технических систем. Проведён анализ существующих методов оценки показателей и характеристик надёжности систем. В результате анализа установлено, что известные методы часто не дают возможность на этапе развития с высокой точностью и оперативностью исследовать надёжность технических систем в условиях недостаточной достоверности исходных данных. Формулируются основные понятия и определения развиваемых систем. Рассмотрен процесс надёжностного развития технических систем и доказана возможность представления любой системы на этапе разработки как поэлементно развиваемой. Уточняется формулировка задачи исследования.

В главе 2 формулируется задача анализа надёжности развиваемых систем. Разработаны методы и получены расчётные соотношения, которые позволяют рекуррентно рассчитывать показатели надёжности развиваемой системы с основным соединением элементов при общем и поэлементном резервировании с постоянно включённым резервом и по принципу замещением. Получены рекуррентные формулы для оценки надёжности развиваемых систем произвольной структуры при независимом восстановлении их элементов.

Глава 3 посвящена разработке приближённых методов оценки показателей надёжности технических систем в процессе развития. Предлагается метод эквивалентных систем. Метод основан на замене реальной системы эквивалентными системами, одна из которых даёт верхнюю, а другая нижнюю оценку показателей надёжности. В качестве эквивалентной предлагается выбрать систему с равнонадёжными элементами. Этот подход даёт возможность получить расчётные соотношения, позволяющие оценить надёжность технической системы в процессе развития, при достаточно сложной её структуре, не описываемой графом типа дерева. Рассмотрен также усовершенствованный метод эквивалентных систем. В этой главе изложен приближённый топологический метод анализа путём преобразования ветвей графа. Суть метода состоит в том, что граф состояний реальной системы заменяется преобразованным графом, который приближённо описывает функционирование исследуемой системы. Преобразованный граф получен из графа реальной системы, исходя из предположения, что, начиная из некоторого уровня К, на котором впервые появляются состояния отказа, система состоит из равнонадёжных элементов.

В главе 4 разработано программное обеспечение для расчета показателей надёжности развиваемых систем, предназначенное для технических систем на основе сравнительного пошагового анализа их надёжности. В соответствии с инженерной методикой разработаны алгоритмы и соответствующее программное обеспечение.

В главе 5 производится расчет показателей надежности реально существующей поэлементно развиваемой технической системы на примере системы вентиляции негазовой угольной шахты. Рассматриваются возможные пути развития системы вентиляции путем резервирования вентиляционного оборудования шахты. При расчете используется предложенная инженерная методика, а также разработанное в четвертой главе программное обеспечение.

В приложении к работе приведены копии актов внедрения результатов диссертации, а также копия диплома лауреата конкурса имени академика Воровича, проводимого Северо-Кавказским научным центром высшей школы и Ростовским отделением Российской Инженерной Академии.

Основные научные результаты работы. В работе получены следующие существенные научные результаты.

1. Методы определения показателей надежности технически развиваемых систем различной структуры.

2. Алгоритмы расчета надежности, основанные на данных методах.

3. Программное обеспечение для расчета надежности совершенствуемых систем.

Новизна научных результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:

1. Предложенная математическая модель для расчета надежности сложных технических систем отличается от известных тем, что построена на основе как теории надежности, так и теории развивающихся систем и учитывает особенности развития каждой конкретной системы.

2. Созданная методика определения характеристик надежности при усложнении структуры системы значительно упрощает схему вычислений по сравнению с существующими.

3. Модифицированный метод эквивалентных систем позволяет существенно сократить время расчета по сравнению с прямыми расчетами надежности системы в целом. Точность вычислений при этом достаточно высока.

Основная научная ценность работы. Основную научную ценность работы представляют полученные обоснованные аналитические инструменты оценки надежностных характеристик развиваемых технических систем, отсутствующие ранее. Разработанные инструменты используют как положения теории надежности, так и основные понятия теории развивающихся систем, что позволяет рассматривать их как новый подход в решении поставленной цели.

Практическая полезность работы состоит в том, что разработанная инженерная методика, включающая в себя предложенные в работе методы, доведена до алгоритмов и программ для ЭВМ, что в свою очередь позволяет оперативно выполнять на этапе развития многовариантные расчёты с целью обеспечения её требуемого уровня и выбора наилучшего, с точки зрения надёжности, варианта структуры. Это дало возможность создать программное обеспечение для расчета характеристик надежности системы, позволившее на практике довести эксплуатационную надежность регуляторов в развиваемых системах управления вентиляцией до достаточно высокого уровня - коэффициент готовности был доведен до 97,5 % при норме 95 %.

Реализация результатов. Полученные в диссертации научные и прикладные результаты нашли применение: в ОАО «Ростовуголь» при разработке нового программного обеспечения для исследования и управления вентиляцией негазовых шахт со значительным экономическим эффектом; при выполнении грантов Министерства образования РФ «Моделирование эволюционирующей конструкции ЭВМ в условиях развивающихся интеллектуальных систем автоматизированного проектирования и управления производством», Российского фонда фундаментальных исследований «Теоретическое и экспериментальное моделирование процессов развития в технических системах сетевой структуры различного назначения при изменяющихся условиях эксплуатации» (руководитель Савельев М.В., период действия - 2000-2002 и 2003-2005 гг. соответственно); в учебном процессе кафедр ЮРГТУ(НПИ) и Новочеркасского военного института связи; при получении звания лауреата конкурса молодых ученых и специалистов СКНЦ ВШ в 2003 году.

На защиту выносятся:

1. Методология анализа надёжности технических систем различной структуры с учетом их развития.

2. Аппроксимирующие методы анализа надёжности технических систем в процессе развития: метод эквивалентных систем, приближённый топологический метод оценки показателей надёжности развиваемых систем путём преобразования ветвей графа.

3. Инженерная методика оценки показателей надёжности технических систем в процессе развития.

4. Программное обеспечение для анализа надёжности технических систем на этапе развития.

Апробация исследования. Основные положения и научные результаты работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими», ЮРГТУ, 2001 г.; III-й международной научно-практической конференции «Интеллектуальные электромеханические системы и комплексы», ЮРГТУ, 2002 г.; Ш-й международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства», ЮРГТУ, 2003 г. ; Научно-техническом семинаре с международным участием «Информационные микропроцессорные системы мониторинга, диагностики и управления сложными техническими объектами, организационно-техническими системами и комплексами», ТРТУ, 2003 г.; Четвертой международной научно-технической конференции «Интеллектуальные многопроцессорные системы и комплексы» (г.Таганрог, 2003 г.); На конкурсе Ростовского отделения Российской инженерной академии и Северо-Кавказского научного центра высшей школы на лучшую работу среди молодых ученых вузов, научно-исследовательских институтов и специалистов предприятий Ростовской области в 2003 г.

9. Результаты работы внедрены и используются в учебной деятельности Южно-Российского государственного технического университета, в лабораторном практикуме по курсу «Компьютерные технологии в правовой практике», при изучении раздела «Электронные системы и сети», что позволило повысить степень усвоения студентами учебного материала за счет наглядности и доступности интерфейса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные теоретические и прикладные результаты работы можно представить следующим образом.

1. Осуществлен анализ применимости существующих методов расчета надежности к исследованию современных технических систем в процессе их развития, рассмотрены методы повышения надежности при анализе различных систем. В результате было установлено, что существующие технические системы целесообразно рассматривать в процессе их проектирования как системы развиваемые, что в свою очередь позволит упростить анализ их надёжности и даст возможность повысить точность расчётов. Принят во внимание тот факт, что понятие поэлементно развиваемой системы является принципиально новым подходом к оценке надёжности современных технических систем. Существующие методы вычисления показателей надежности, являясь достаточно сложными, предназначены для оценки параметров безотказности простых структур и далеки от объективного решения комплексных задач при синтезе современных технических систем. Сказанное свидетельствует в пользу необходимости новых методик, позволяющих в процессе проектирования рассчитать показатели надёжности систем с большим числом состояний и при различных дисциплинах обслуживания, так как существующие методы для этих целей не подходят.

2. Разработаны и исследованы методы расчета надежности развиваемых систем с последовательным соединением элементов, с общим и раздельным их резервированием. Данные методы основаны на представлении технической системы как развиваемой и показывают зависимость надежности этой системы от характера резервирования составляющих ее элементов. Соответствующие рекуррентные формулы, полученные для коэффициента готовности и наработки на отказ, позволяют рассчитать надёжность развиваемой системы с последовательным соединением элементов при общем и раздельном резервировании с постоянно включённым резервом и по принципу замещения. Аналитические алгоритмы легко программируются для ЭВМ, дают возможность рассчитать показатели надёжности с высокой точностью, ввиду возможности использования полученных из эксплуатации достоверных данных о надёжности прототипа.

3. На основании вышеописанных методов представлена обобщенная методика анализа надежности развиваемой системы с произвольной структурой при независимом восстановлении её элементов. Полученные рекуррентные формулы для оценки надёжности развиваемых систем произвольной структуры при независимом восстановлении их элементов позволяют оценить надёжность развиваемых систем, функционирование которых описывается графом произвольной структуры. Данные формулы дают возможность анализировать надёжность систем при произвольных законах распределения времени между отказами и восстановлениями.

4. На примере конкретных систем с заданными и предполагаемыми путями развития апробированы вышеописанные методы расчета характеристик надежности.

5. Предложены приближенные методы оценки надежности технических систем, позволяющие оценивать надёжность развиваемых систем, функционирование которых описывается произвольными графами и применяющиеся для сравнительной оценки различных схемных решений на этапе предварительного проектирования системы, когда, как правило, не требуется точных значений показателей надёжности. В результате был сделан ряд важных выводов. Установлено, например, что применение топологического метода анализа надёжности систем путём преобразования ветвей графа даёт возможность сократить число рассматриваемых состояний системы, что позволяет существенно уменьшить трудоёмкость выполняемых расчётов. Приведенные же примеры практической реализации расчета характеристик надежности по рассмотренным методам наглядно демонстрируют простоту и точность производимых расчетов и преобразований применительно к реально существующим развиваемым техническим системам.

6. Разработаны алгоритмы и соответствующее программное обеспечение, позволяющие оценивать надежность развиваемых технических систем с достаточной точностью и скоростью. Имея простой интерфейс, предлагаемое программное обеспечение позволяет производить расчеты систем, представленных несколькими тысячами элементов и может использоваться для сравнительной оценки различных вариантов развития систем как на этапе разработки системы, так и в процессе ее функционирования, при ее реструктуризации, декомпозиции и т.п. Использование расчетной программы в инженерной деятельности помогает более точно и оперативно выбрать оптимальный путь развития системы, что значительно уменьшает трудоёмкость выполняемых расчётов.

7. На примере систем управления воздухораспределением в развиваемой системе вентиляции негазовых шахт апробированы инженерные методы анализа надежности технических систем в процессе их поэлементного развития. Было отмечено, во-первых, что применение указанных методов при расчете системы управления воздухораспределением негазовой шахты дало высокие результаты по скорости и точности выполнения расчетов. Во-вторых, при использовании на практике предлагаемая методика позволяет избежать избыточного резервирования в процессе развития системы, обеспечивая одновременно ее надежность и экономичность. Кроме того, при расчете показателей надежности было применено разработанное ранее программное обеспечение, высокая точность и быстродействие которого позволили оперативно выбрать оптимальную структуру развиваемой системы, определив величину реального повышения соответствующих характеристик надежности.

8. В промышленной сфере результаты диссертационной работы были внедрены в технической деятельности открытого акционерного общества «Ростовуголь». Применение комплекса прикладных программ, предназначенного для расчета характеристик надежности технических систем с учетом особенностей их развития, позволило сократить непроизводительный расход электроэнергии на сто киловатт-часов в сутки, а также уменьшить уровень запыленности при увеличении нагрузки на очистной забой. Реальный годовой экономический эффект от внедрения результатов научной работы составил один миллион двести тысяч рублей.

1. Андрианова Р. А. Математические модели и их расчеты на ЭВМ: Учеб. пособие. - Челябинск: ЧГТУ, 1992. - 47 с.

2. Андронатий Н.Р. Надежность АСУ технологическими процессами. -Кишинев: Картя Молдовэняскэ, 1988.- 176 с.

3. Байхельт Ф., Фринкен П. Надежность и тех. обслуживание: Математический подход / Пер. с нем. Под ред. И. А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1988.

4. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Организация обслуживания при ограниченной информации о надежности системы. — М.: Советское радио, 1975.

5. Барлоу Р. Э., Прошан Ф. Статистическая теория надёжности и испытания на безотказность / Пер. с англ. Ушакова И. А. М.: Наука, 1984. - 327 с.

6. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надёжности: Пер. с англ. / Под ред. Б. В. Гнеденко. М.: Сов. радио, 1969. - 488 с.

7. Баумс А.К. Оценка относительной гибкости устройств и систем // Автоматика и вычислительная техника, 1994. №2. - С. 43-51.

8. Берж К. Теория графов и её применение: Пер. с франц./Под ред. И. А. Вайнштейна. -М.:ИЛ, 1962.-319 с.

9. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1968. -356 с.

10. Бусленко Н. П., Калашников В. В., Коваленко И. Н., Лекции по теории сложных систем. М.: Сов. Радио, 1973. - 440 с.

11. Вагих Мухсин Ахмед. Метод и средства автоматизации имитационного моделирования для оценки надёжностных характеристик сетей ЭВМ: Автореферат диссертации на соискание учёной степени канд. техн. наук: 05.13.13.-Гомель, 1996.- 19 с.

12. Вентцель Е. С., Овчаров JI. А. Теория вероятностей и её инженерные приложения. М.: Наука, Гл. ред. физ. - мат. лит. - 1988. - 480 с.

13. Володарский В.Я., Шаймарданов Ф.А., Бакиров А.А., Кудрявцев А.В. Исследование надежности оказоустойчивого кольцевого канала связи многомашинной вычислителной системы // Автоматика и вычислительная техника, 1994. № 1. - С. 57-64.

14. Вопросы теории надёжности технических систем /Кондратенков В. А., Котельников Г. Н., Мамченков В. Л., Отрохов В. П. Смоленск: Русич, 1998-221 с.

15. Вопросы теории надёжности / Е. Ю. Бартилович, Ю. К. Беляев, В. А. Каштанов и др./ Под ред. Б. В. Гнеденко. М.: Радио и связь, 1983.

16. Габдулхаков Р. Т. Анализ надёжности технических средств сложных систем управления на этапе проектирования: Автореферат дис. на соискание учён. степ. канд. техн. наук. Уфа.:(ЛТА), 1984.

17. Гадасин В. А., Ушаков И. А. Надёжность сложных информационно управляющих систем. М.: Сов. радио, 1975 — 193 с.

18. Гнеденко Б. В., Коваленко И. Н. Введение в теорию массового обслуживания. М.: Наука, 1966. - 432 с.

19. Гнеденко Б. В., Беляев Ю. К., Соловьёв А. Д. Математические методы в теории надёжности. М.: Наука, 1965. - 524 с.

20. Глазунов Л. П., Грабовецкий В. П., Щербаков О. В. Основы теории надёжности автоматических систем управления. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-е, 1984. - 208 с.

21. Говорский А. Э. Модели надёжности информационно управляющих систем. - СПб, 1997. - 96 с.

22. Голинкевич Т. А. Прикладная теория надёжности. Учебник для вузов. -М.: Высш. школа, 1985.- 168с.

23. Горский JI. К. Статистические алгоритмы исследования надёжности. -М.: Наука, 1970.-400 с.

24. ГОСТ 27.002 83. Надёжность в технике. Термины и определения. -М.: Изд - во стандартов, 1980.

25. ГОСТ 22954-78. Надёжность в технике. Технологические системы. Термины и определения. М.: Изд - во стандартов, 1980.

26. ГОСТ 19.002 80. Схемы алгоритмов и программ. Правила выполнения. - М.: Изд - во стандартов, 1980. - 10 с.

27. ГОСТ 19.003 80. Схемы алгоритмов и программ. Правила выполнения. - М.: Изд - во стандартов, 1980. - 12 с.

28. Гудков А. Д. Надёжность объектов и систем управления. Учеб. пособие -Братск, 1995.-97 с.

29. Гук Ю. Б., Карпов В. В. Теория надёжности. Введение: Учеб. пособие. -СПб, 1998.-84 с.

30. Демидович Б. П., Марон И. А. Основы вычислительной математики. Под ред. Б. П. Демидовича. М.: Физматгиз, 1960. - 160 с.

31. Джерихов В. В. Метод оценки надёжности систем с большим числом элементов. -9-я Ленинградская конференция "Повышение качества и надёжности промышленных изделий"//Тез. докл. Л.: ЛДНТП, Знание, 1985.-С. 15-18.

32. Дружинин Г. В. Надёжность производственных автоматизированных систем. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 480 с.

33. Дубровский С. А., Болдырихин О. В. Надёжность автоматизироавнных систем: Учеб. пособие. Липецк, 1997. - 70 с.

34. Единый справочник: Надёжность электрорадиоизделий. РНИИ: Электростандарт, т. 1,1992.

35. Зайнашев Н. К., Иыуду К. А., Хомяков И. М. Основы теории надёжности авиаприборов. Методы оценки и обеспечения надёжности. Учебное пособие. Уфа, 1977. - 112 с.

36. Заренин Ю. Г., Сердюк Н. Г. Классификация и выбор аналитических . методов оценки надёжности сложных систем. — Киев: Знание, 1981.- 16с.

37. Калашников В. В. Сложные системы и методы их анализа. М.: Знание, 1980.-60 с.

38. Кобранов Г. П. Элементы математической статистики, корреляционного и регрессивного анализа и надёжности/ Под ред. В. В. Гапактионова М.: Изд-во МЭИ. - 1992. - 128 с.

39. Коваленко И. Н. Анализ редких событий при оценки эффективности и надёжности систем. М.: Сов. радио, 1980.

40. Коваленко И. Н. Исследования по анализу надёжности сложных систем. Киев: Наукова думка, 1975. - 181 с.

41. Козлов Б. А., Ушаков И. А. Справочник по расчёту надёжности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. М.: Сов. радио, 1975. - 462 с.

42. Кокс Д. Р., Смит В. Л. Теория восстановления. М.: Сов. радио, 1967. -300 с.

43. Колесников А.А. Синергетическая теория управления: Инварианты, оптимизация, синтез. Таганрог, М.: ТРТУ, Энергоатомиздат, 1994.

44. Колесников А.А. Синтез оптимальных устройств управления нелинейными системами: учебное пособие. Таганрог, 1978.

45. Комаревич Л. В. Введение в теорию надёжности сложных технических систем: Учеб. пособие. Омск, 1995. - 80 с.

46. Комбинаторно алгебраические и вероятностные методы и их применение Межвуз. сб. науч. тр./ Горьк. гос. ун-т им. Н. И. Лобачевского. -Горький, 1990.- 163 с.

47. Корен И., Прадхан Д.К. Избыточность как средство повышения надежности и выхода годных мультипроцессорных систем с интеграцией на уровнях кристалла и пластины. // ТИИЭР, т.74, №5, май 1986. С. 93-106.

48. Красовский А.А. Динамика непрерывных самонастраивающихся систем. М.: Физматгиз, 1963.

49. Королёв В. Ю. Прикладные задачи теории вероятностей: модели роста надёжности модифицируемых систем. М.: Диалог - МГУ, 1997. - 68 с.

50. Крылов К. Е. Методы анализа надёжности и готовности судовых автоматизированных устройств. Автореферат дис. канд. техн. наук. Л.: ЛВИКА, 1972.

51. Кузнецов Н.Ю. Взвешенное моделирование вероятности монотонного отказа системы при существенно различных характеристиках надежности ее элементов // Кибернетика и системный анализ, 2000. №2. -С. 45-54.

52. Лапко А.В. Непараметрические методы классификации и их применение. Новосибирск: ВО «Наука». - 1993.

53. Лапко А.В., Ченцов С.В. Непараметрические системы обработки информации. М.: «Наука», 2002.

54. Ларионов А. М. и др. Вычислительные комплексы, системы и сети. / A.M. Ларионов, С.А. Майоров, Г.И. Новиков: Учебник для вузов. Л.: Энергоатомиздат, ленингр. отд- ние, 1987. - 288 с.

55. Левин В. И. Логическая теория надёжности сложных систем. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 128 с.

56. Лубков Н.В. Методы пошагового моделирования случайных событий // Автоматика и телемеханика, 2002. №9. - С. 174-184.

57. Мак-Краккен Д., Дорн Ч. Численные методы и программирование на ФОРТРАНЕ./Пер. с англ./ Под ред. Б. М. Неймарка. М.: Мир, 1969. -582 с.

58. Мамедли Э.М., Соболев Н.А. Метод обеспечения отказоустойчивости в резервированных управляющих вычислительных системах // Автоматика и телемеханика. 2000. №2. С. 172-182.

59. Мамиконов А. Г. Основы построения АСУ. М., 1981.

60. Матвеевский В. Р. Надёжность технических средств управления: Учеб. пособие. М., 1993. - 92 с.

61. Математическая теория надёжности систем массового обслуживания. /Под ред. В. И. Зубова. М. - JL: Энергия, 1966. - 174 с.

62. Михайлов А. А. Комбинаторно топологический метод анализа надёжности резервированных систем - в кн.: Повышение надёжности промышленных изделий. / Под ред. А. М. Половко и соавт. - JL: ЛДНТП, Знание, 1981.-С. 14-17.

63. Михайлов А. А. Исследование надёжности технических средств вычислительных систем. Автореф. дис. канд. техн. наук. Л.(ЛТА), 1982.

64. Модели и методы оптимизации надёжности сложных систем / В. И. Волкович, А. Ф. Волошин, В. А. Заславский, И. А. Ушаков; Под ред. В. С. Михалевича; АН Украины. Ин т кибернетики им. В. И. Глушкова. -Киев: Наук, думка, 1992. - 311 с.

65. Морозов Ю. Д., Ильин И. И. Методы обеспечения качества и надёжности проектов автоматизированных систем: Учебное пособие. М., 1990. -110 с.

66. Мышкис А. Д. Лекция по высшей математике. М.: Наука, 1969. - 660с.

67. Мясников А.А., Миллер Ю.А., Комаров Н.Е. Вентиляционные сооружения в угольных шахтах. М.: Недра, 1983. - 270 с.

68. Надёжность автоматизированных систем: Учеб. пособие. Липецк, 1997.-70 с.

69. Надёжность и эффективность АСУ. ДО. Г. Заренин, М. Д. Збырко, Б. П. Креденцер и соавт. Киев: Техшка, 1975. - 368 с.

70. Надёжность технических систем. Вып. 2. СПб, 1998. - 122 с

71. Надёжность технических систем: Справочник: Ю. К. Беляев, В. А. Богатырёв, В. В. Болотин и др. / Под ред. И. А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985.-608 с.

72. Надёжность управляющих систем: Метод разработки по курсу "Основы кибернетики". М., 1991. - 3 8 с.

73. Надёжность, живучесть и безопасность автоматизированных комплексов: V Всесоюзное совещание Суздаль, нояб. 1991 г.: Тез. докл. М, 1991.- 183 с.

74. Нейман Дж. Вероятностная логика и синтез надежных организмов из ненадежных компонент. В кн.: Автоматы. - М.: Иностранная литература, 1955 г.

75. Нетес В.А. Математические методы анализа надёжности сложных информационно управляющих систем: Автореферат диссертации на соискание учёной степени д -ра технических наук: 05.13.01:05.12.14. -М., 1995.-34 с.

76. Обзоры научно технической литературы по электронной технике. Cepl. Вып 14(1580): С. Я. Гродзенский. Физико - статистические методы исследования надёжности электронных приборов. - М., 1990. - 42 с.

77. Оре О. Теория графов. / Пер. с англ. / Под ред. Н. И. Воробьёва. М.: Наука, 1980.-336 с.

78. Павлов И. В. Оценка и прогноз характеристик систем по результатам испытаний и имитационного моделирования. М.: ВЦ РАН,1992. - 34 с.

79. Пампуро В. И. Структурная информационная теория надёжности систем. Киев: Наук, думка. 1992. - 324 с.

80. Панфилов И. В., Половко А. М. Вычислительные системы. /Под ред. А. М. Половко. М.: Сов. радио, 1980. - 304 с.

81. Патрушев М.А., Карнаух Н.В. Повышение надежности проветривания шахт. Киев: «Тэхника», 1990.

82. Патрушев М.А., Карнаух Н.В. Устойчивость проветривания угольных шахт. М.: Недра, 1973. - 188 с.

83. Патрушев М.А., Ус В.Н., Егоркин Н.П. Вентиляция глубоких выработок. Донецк: Донбас, 1986. - 63 с.

84. Переверзев Е. С. Надёжность и испытания технических систем/ АН УССР. Ин-т тех. механики. Киев: Наук, думка, 1990. - 326 с.

85. Перегудов А. И. Инженерные методы расчёта надёжности систем ЯЭУ: Учеб. пособие. Обнинск, 1991. - 85 с.

86. Перегудов А. И. Методы расчёта показателей надёжности ЭВМ. Обнинск, 1994.

87. Петров Н. В. Исследование способов повышения надёжности сложных развивающихся систем на этапе их производства: Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата техн. наук: 05.13.01. -СПб., 1994.- 16 с.

88. Погребинский С. Б., Стрельников В. П. Проектирование и надёжность многопроцессорных ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988. - 168 с.

89. Половко А. М. Основы теории надёжности. М.: Наука, 1964. - 446 с.

90. Половко А. М. Надёжность развивающихся систем.// Надёжность и эксплуатация сложных систем. JL: Ленинградский институт авиац. приборостроения, 1985. - Вып. 177. - С. 3 - 11.

91. Половко А. М., Харрасов И. А. Понятие развивающейся системы, как новый подход к исследованию надёжности сложных систем / Принятиерешения в условиях неопределённости. Уфа: УГАТУ, 1999. - С. 357 -365.

92. Половко А. М., Харрасов И. А. Анализ надёжности развивающихся технических систем. / Принятие решения в условиях неопределённости.- Уфа: УГАТУ, 1999. С. 366 - 379.

93. Половко А. М., Харрасов И. А. Надёжность развивающихся систем: Ленинградская межвуз. науч. техн. конференция // Тез. докл. — Л.: ЛДНТП, Знание, 1989.-С. 18.

94. Поляков А. П. Оценка надёжности восстанавливаемых систем: Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физ. -мат. наук: 01.01.05. М., 1992. - 12 с.

95. Пути совершенствования схем проветривания вентиляционных участков в сложных условиях: Обзор // М.А. Патрушев, Б.К. Куклин, А.Г. Лепихов и др. М.: ЦНИЭИуголь, 1972. - № 6. - С. 18-20.

96. Райкин А. А. Элементы теории надёжности для проектирования технических систем. М.: Сов. радио, 1967. - 264 с.

97. Редькин Н. П. Надёжность и диагностика схем. М.: Изд-во МГУ, 1992.

98. Решение задач надёжности на ЭЦВМ / Б. П. Креденцер, Н. М. Ластов-ченко, С. А. Сенецкий, Н. А. Шишонок, под ред. Н. А. Шишонка. М.: Сов. радио, 1967.-400 с.

99. Рийсмаа Т. Описание и оптимизация структуры иерархических систем // Автоматика и телемеханика. 1993. -№12. С. 146-151.

100. Рогов Е.И., Банкин С.С., Рясков Е.Я. Надежность проветривания угольных шахт. Алма-Ата: Наука, 1975. - 152 с.

101. РТМ 25 459 82. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Надёжность. Аналитическая оценка. Топологические методы. - 1982.-48 с.

102. РТМ 25 376 80. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Аналитические методы оценки надёжности. -1980.-200 с.

103. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. — М.: Недра, 1975.-240 с.

104. Рыбина Г.В. Использование методов имитационного моделирования при создании интегрированных экспертных систем реального времени // Изв. РАН. Теория и системы управления, 2000. №5. - С. 147-156.

105. Рябинин Н. А. Основы теории и расчета надёжности судовых электроэнергетических систем. Л.: Судостроение, 1972. - 501 с.

106. Рябинин И. А., Черкессов Г. Н. Логико вероятностные методы исследования надёжности структурно - сложных систем. - М.: Радио и связь, 1981.-254 с.

107. Рязанцев Г.К. Устойчивость и управляемость шахтных вентиляционных сетей. Алма-Ата: Наука, 1978. - 276 с.

108. Сандлер Дж. Техника надёжности систем / пер. с англ. / под ред. А. Л. Райкина. М.: Наука, 1966. - 300 с.

109. Сборник задач по теории надёжности / А. М. Половко, И. А. Маликов, А. Н.Жигарев, В. Н. Зарудный; Под ред. А. М. Половко и И. М. Маликова. М.: Сов. радио, 1972. - 448 с.

110. Соловьёв А. Д. Основы математической теории надёжности / Материалы лекций, прочт. в Политехи, музее на сем. по надёжности и программным методам контроля качества продукции. М.: Знание, 1975.

111. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности. М., МАИ, 1966.

112. Статистический анализ надёжности объектов по ограниченной информации. — М.: Энергоатомиздат, 1995. — 239 с.

113. Технология и средства моделирования сложных систем: Сб. науч. тр. Владивосток: Изд-во Дальневосточного университета, 1992. - 147 с.

114. Ушаков И. А. Вероятностные модели надёжности информационно — вычислительных систем. М.: Радио и связь, 1991. - 132 с.

115. Ушаков И.А., Коненков Ю.К. Оценка эффективности функционирования сложных ветвящихся систем с учетом надежности. М.-Л.: «Энергия», 1964.

116. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт. М.: Недра, 1984. - 248 с.

117. Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий. М.: Недра, 1987. - 421 с.

118. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и её приложения. — М.: Мир, 1964.-498 с.

119. Халиков М. И. Исследование методов анализа надёжности измерительно-вычислительных комплексов в процессе их проектирования: Автореферат дис. на соиск. учён. степ, кандидата технических наук. Л., 1983.

120. Хинчин А. Я. Работы по математической теории массового обслуживания. М.: Физматгиз, 1963.-235 с.

121. Цвиркун А. Д. Структура сложных систем. М.: Сов. радио, 1975. -200 с.

122. Червонный А. А., Лукьященко В. И., Котин А. В. Надёжность сложных систем. М.: Машиностроение, 1972. - 304 с.

123. Черкесов Г.Н. Основы теории надежности автоматизированных систем управления. Л., 1975.

124. Чумаков Н. М., Серебряный Е. Н. Оценка эффективности сложных технических систем. М.: Сов. радио, 1980. - 192 с.

125. Шавыкин Н. А. и др. Методика оценки безопасности технических средств: Препринт/ Шавыкин Н. А., Петрухин Б. П., Жидомиров Е. М. -М.: 1998.-79 с.

126. Шепелев С.Ф. Комплексы рудничных воздухорегулирующих устройств. Алма-Ата: Наука, 1971. - 142 с.

127. Шубинский И. Б., Пивень Е. Н. Расчёт надёжности ЭВМ. Киев: Техника, 1979.-232 с.

128. Шишонок П. А., Караульщиков В. П., Лернер В. Ю. Методологические основы проектирования эксплуатационного обеспечения сложных систем. Киев: Общество "Знание" УССР, 1981. - 28 с.

129. Щербаков Н. С. Надёжность и достоверность работы цифровых устройств и ЭВМ: Учебное пособие. 1994. - 70 с.

130. Щербаков О. В. Математические вопросы оценки надёжности цифровых вычислительных машин. в кн.: Кибернетику - на службу коммунизму. Т. 2. - М.- Л.: Энергия, 1964. - С. 218 - 228.

131. Ястребенецкий М. А. Надёжность технических средств в АСУ с технологическими прцессами. М.: Энергоиздат, 1982. - 230 с.

132. Aleksandridis N.A. Adaptable software and hardware: problems and soluta-tions // Computer. February 1980. - P. 29-39.

133. Brauer R. I. Directory of safety related computer recources Ed. and Сотр. by Brauer Roger I. S. I.: Amer. Soc. of safety engineers. - 1994 - 401 p.

134. Rai S. Advances in distributed system reliability:. Los Alamitos etc.: IEEE computer soc. press. - 1990. - IX. - 333 p.

135. Richard H. Meyers, Kam L. Wong, Harold M. Gordy. Reliability engineering for electronic systems. John Wiley & Sons, Inc., London, 1968.

136. Weinzman С/ Distributed Micro/Minicomputer Systems. New Jersey: Prentice-Hall Inc. - 1982. - 403 p.