Record Details

Approach to ensuring reliability of complex systems based on parameter optimization of reliability diagrams

Dependability

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title Approach to ensuring reliability of complex systems based on parameter optimization of reliability diagrams
Подход к обеспечению требований к безотказности сложных систем на основе параметрической оптимизации схем надёжности
 
Creator A. Tolstov S.; Scientific and Research Test Institute of the Academy of FPS of Russia
D. Pantyukhov V.; Scientific and Research Test Institute of the Academy of FPS of Russia
А. Толстов С.; Научно-исследовательский испытательный институт Академии ФСО России, Орёл, Россия
Д. Пантюхов В.; Научно-исследовательский испытательный институт Академии ФСО России, Орёл, Россия
 
Subject reliability; reliability model; reliability diagram; reliable operation; optimization; optimization algorithm; convergence of a search algorithm
надёжность;модель надёжности;схема надёжности;безотказная работа;оптимизация;алгоритм оптимизации;сходимость поискового алгоритма
 
Description Aim. Fulfillment of the requirements for the reliability indices of complex technical products and systems is one of the priority tasks to be solved along the stages of development and testing. It is advisable to define the parameter values of the elements of the complex system diagram at the design stage, optimally, in terms of the minimum of an efficiency/cost criterion, ensuring the fulfillment of the requirements for the system reliability.Methods. The main problem that impedes to solve the task of parameter optimization of a model of the reliability diagram is a significant instability of estimation of probability of reliable operation using a Monte-Carlo method (a significant dependence of the rate of estimation error of time). In such conditions an optimization search task could be solved on provision of a stepwise determination of the number of model experiments, which ensures the required accuracy of the estimation of probability of the system reliable operation, necessary for stable operation of the parameter optimization algorithm. The studies of characteristics of estimation of the system reliable operation allowed determining the interrelation of the estimation of reliable operation and the rate of estimation error, offering its approximation in form of a simple formula. The number of model experiments that ensure the required estimation accuracy, is defined using the developed formula determining the interrelation of the estimation of reliable operation and the rate of estimation error, and the known formulas determining the rate of error of the sum N of equally distributed independent random values. Use of the obtained formulas makes it possible to organize the work of the parameter optimization algorithm of the system reliability model by determining its parameters with the required accuracy using minimum computer resources in the context of instability of estimation of probability of the optimizable system reliable operation.Results. Efficiency of the offered approach to realize parameter optimization of a statistical model of the reliability diagram is shown on the sample of estimation of optimal parameters of the system reliability diagram variant, for which there is an analytical solution for the estimation of reliable operation probability. And the results of parameter optimization with the use of analytical value of the probability of reliable operation are the basis for estimation of the accuracy of the algorithm of parameter optimization of the system reliability model operating with the use of a Monte-Carlo method. It has been shown that the offered approaches ensure the convergence of the search algorithm and the required accuracy in estimation of the parameters of the system reliability diagram that optimally ensure the fulfillment of the requirements for the system reliability.Conclusions. The results described in the article confirm technical feasibility and economic viability of determination of optimal values of the system reliability parameters at the design stage. Obtained estimations are the basis for the system integration with required elements, or for the requirements to be set to their reliability, if the development of new elements is necessary. In case there are no elements with design characteristics of reliability, the required reliability of the system can be ensured by special technical redundancy measures and (or) by the creation of the system of technical maintenance and repair.
Цель. Обеспечение требований к показателям надёжности сложных технических изделий и систем является одной из приоритетных задач, решаемых в ходе их разработки и испытаний. Целесообразно на этапе проектирования определять значения параметров элементов схемы сложных систем, оптимально обеспечивающих выполнение требований к безотказности системы.Методы. Параметрическая оптимизация статистической модели схемы надёжности практически невозможна вследствие существенной нестационарности процессов при оценке вероятности безотказной работы системы. В статье представлено решение указанной задачи на основе пошагового определения количества модельных экспериментов, необходимого для устойчивой работы алгоритма параметрической оптимизации. Определение количества модельных экспериментов осуществляется с использованием разработанных формул, определяющих взаимосвязь оценки вероятности безотказной работы и интенсивности ошибкиоценки и позволяющих минимизировать влияние нестационарности случайных процессов при оценке вероятности безотказной работы.Результаты. Работоспособность предложенного подхода к осуществлению параметрической оптимизация статистической модели схемы надёжности показана на примере оценки оптимальных параметров варианта схемы надёжности системы. Показано, что использование предложенных подходов обеспечивает сходимость поискового алгоритма и требуемую точность оценки параметров схемы надёжности системы.Выводы. Приведенные в статье результаты показывает экономическую и техническую целесообразность определения оптимальных значений параметров безотказности элементов системы на этапе ее проектирования. В случае отсутствия элементов с расчетными характеристиками безотказности, обеспечение требуемой надёжности системы возможно либо путём осуществления специальных технических мер по резервированию и (или) созданию соответствующей системы технического обслуживания и ремонта.
 
Publisher LLC Journal Dependability
 
Contributor —
—
 
Date 2016-09-13
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
application/pdf
 
Identifier http://www.dependability.ru/jour/article/view/151
 
Source Dependability; № 2 (2016); 26-30
Надежность; № 2 (2016); 26-30
1729-2646
 
Language rus
eng
 
Relation http://www.dependability.ru/jour/article/view/151/296
http://www.dependability.ru/jour/article/view/151/306
Толстов А.С., Пантюхов Д.В., Гудиков А.Л. Синтез схем надёжности систем с резервированием на основе использования алгоритмов оптимизации в комплексах ТСО охраняемых объектов. – Волгоград: Известия ВГТУ, № 12, 2014. 141 с.
Попков Ю.С. и др. Идентификация и оптимизация нелинейных стохастических систем. – М.: Энергия. 1976. 440 с.
Цапко Г.П. Е-сетевой метод информационно-логического проектирования бортовых комплексов управления. – Томск: Изд. ТПУ, 1995. – 104 с.
Гнеденко Б.В. Математические методы в теории надежности. – М.: Наука. 1965. 474 c.
 
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).