Record Details

Research in behavior of the centre of failure free performance distribution density for redundant complex technical systems

Dependability

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title Research in behavior of the centre of failure free performance distribution density for redundant complex technical systems
Исследование поведения центра тяжести плотности распределения времени безотказной работы сложных технических систем при резервировании
 
Creator Ye. Sorokoletov P.; OOO Bi Petron;
Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics
K. Voynov N.; Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics
Е. Сороколетов П.; ООО «Би Питрон»;
Санкт-Петербургский Национальный Исследовательский Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики
К. Войнов Н.; Санкт-Петербургский Национальный Исследовательский Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики
 
Subject dependability;complex technical system;mechatronic system;failure density;probability of no-failure;centroid;Weibull-Gnedenko distribution law;redundancy
надежность;сложная техническая система;мехатронная система;плотность распределения времени безотказной работы;вероятность безотказной работы;центр тяжести;закон распределения Вейбулла-Гнеденко;дублирование
 
Description Aim. For complex highly-integrated technical systems that contain elements that vary in their physical nature and operating principles (combination of mechanical, electrical and programmable electronic components), complex dependability analysis appears to be challenging due to both qualitative and quantitative reasons (large number of elements and performed functions, poorly defined boundaries of interfunctional interaction, presence of hidden redundancy, static and dynamic reconfiguration, etc.). The high degree of integration of various subsystems erodes the boundaries of responsibility in the cause-and-effect link of failures. Thus, the definition of the strength and boundaries of interfunctional and cross-system interaction is of great value in the context of complex system analysis from the standpoint of locating bottlenecks, as well as reliable evaluation of the complex dependability level.Methods. In order to solve the tasks at hand, the authors propose a method that is based on the research of the behavior of the centroid of an area bounded above by the failure density function graph, below by the coordinate axis, from the right and left by the boundaries of the considered operation interval. Graphical analysis with construction of centroids is performed for each subsystem or structural unit of a complex technical system. After that, based on the partial centroids of the respective subsystems/units, the average centroid for the whole complex system is constructed. The authors suggest using the average centroid as a conditional universal measure of the average dependability level of highly-integrated technical systems that can be used in the development of specific design solutions. In this case, in particular, it is suggested to use the presented method for identification of the subsystem that, when redundant, ensures the highest all-around growth of dependability of the complex technical system as a whole. This condition is fulfilled by the subsystem/unit of which the partial centroid is situated at the longest distance from the average centroid. The assumptions presented in this article and the results obtained are tested by means of a short verification consisting in the calculation of the probability of no-failure of the system and subsystems, construction and analysis of respective graphs.Results. The method’s implementation is presented using the example of a conventional mechatronic system. For the sake of briefness and focus the information is given in a simplified and abstract form. The application of the proposed method for analyzing complex technical systems dependability through the research of density function centroid introduced in this article was the target criterion of the method’s development, i.e. identification of bottlenecks and areas with the highest potential for increasing the overall dependability. Further publications will be dedicated to proving the applicability of such entity as a centroid as a dependability evaluation criterion, as well as other applications of the presented method in complex technical systems dependability analysis.
Цель. Для сложных высокоинтегрированных технических систем, заключающих в себе элементы с различной физической природой и принципами функционирования (сочетание механических, электрических и электронных программируемых компонентов), комплексный анализ надёжности представляется затруднительным, в силу как качественных, так и количественных причин (большое количество элементов и выполняемых функций, неявность границ межфункционального взаимодействия, наличие скрытого резервирования, статическая и динамическая реконфигурация и т.д.). Высокая степень интеграции между различными подсистемами размывает границы ответственности в причинно-следственной связи отказов и повреждений. Таким образом, определение силы и границ межфункционального и межсистемного взаимодействия представляет большую ценность для анализа сложных технических систем с точки зрения, как поиска «узких мест», так и достоверной оценки комплексного уровня надёжности.Методы. Для решения поставленных задач авторами предлагается метод, основанный на исследовании поведения центра тяжести (ЦТ) области, ограниченной сверху графиком функции плотности распределения времени безотказной работы, снизу – координатной осью, справа и слева – границами интересующего интервала наработки. Графический анализ с построением центров тяжести проводится для каждой подсистемы или структурного блока сложной технической системы. После этого, на основе частных ЦТ соответствующих подсистем/блоков строится средний ЦТ для всей сложной системы. Авторы предлагают использовать средний центр тяжести в качестве условного универсального измерителя общего уровня надёжности высокоинтегрированных технических систем, на основе которого можно принимать те или иные конструкторско-технологические решения. В данной статье, в частности, предлагается на основе представленного метода выявить подсистему, резервирование которой приводит к наибольшему комплексному росту надёжности всей сложной технической системы. Этому условию соответствует та подсистема/блок, чей частный центр тяжести расположен на наибольшем расстоянии от среднего центра тяжести.Результаты. Проверка представленных в статье предположений и полученных на их основе результатов проводится с помощью краткой верификации посредством расчета вероятности безотказной работы системы и подсистем, построения и анализа соответствующих графиков. Реализация метода представлена на примере условной мехатронной системы и, для сохранения краткости изложения без потери фокуса внимания, носит намеренно упрощенный и абстрагированный характер. Реализованное в настоящей статье применение представленного метода анализа надёжности сложных технических систем с помощью исследования центра тяжести функции плотности распределения являлось целевым критерием при разработке метода – выявление «узких мест» и участков с наибольшим потенциалом увеличения общей надёжности. Следующие публикации будут посвящены доказательству допустимости использования такой сущности, как центр тяжести, в качестве критерия оценки уровня надёжности, а также другим способам применения представленного метода в анализе надёжности сложных технических систем.
 
Publisher LLC Journal Dependability
 
Contributor —
—
 
Date 2016-12-06
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
application/pdf
 
Identifier http://www.dependability.ru/jour/article/view/168
10.21683/1729-2646-2016-16-4-3-10
 
Source Dependability; Том 16, № 4 (2016); 3-10
Надежность; Том 16, № 4 (2016); 3-10
2500-3909
1729-2646
10.21683/1729-2646-2016-16-4
 
Language rus
eng
 
Relation http://www.dependability.ru/jour/article/view/168/334
http://www.dependability.ru/jour/article/view/168/335
ГОСТ 27.002-89 Надёжность в технике. Основные понятия, термины и определения.
Schneidewind N., Tutorial on Hardware and Software Reliability, Maintainability, and Availability, Journal of Aerospace Computing, Information and Communication, Vol. 7, April 2010.
Войнов К.Н. Прогнозирование надёжности механических систем. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978. – 208 с.
Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности – БХВ-Петербург – 2006 – 702 с.
ФГОС ВПО РФ 2009 по направлению 221000 «Мехатроника и робототехника» для подготовки бакалавров.
Трибология. Международная энциклопедия. Том VI. /Технологические методы повышения надёжности работы подвижных трибосопряжений / под ред. К.Н. Войнова. – СПб.: Нестор-История, 2013. – 404 с.
К.Н.Войнов, Е.П.Сороколетов, М.А. Шварц «Новый подход к управлению надёжностью объекта». Трибология, международная энциклопедия, том IX / Эффективная трибология при лезвийной и иной обработке заготовок/деталей: /Под ред. К.Н.Войнова. ISBN 978-5-906108-02-9, 2015. С. 212-232
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).