Сложная система и ее характеристики

Тема 4. Надежность сложных систем

Большинство автомобилей являются сложными системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов, систем управления.

Сложная система — это объект, предназначенный для выпол­нения заданных функций, который может быть расчленен на элементы, каждый из которых также выполняет определенные функ­ции и находится во взаимодействии с другими элементами сис­темы.

Понятие сложной системы условно. Оно может применяться к отдельным узлам и агрегатам, к машинам, к системам машин. Большей сложностью обладают, обычно, автоматизированные системы. Сложная система работает, как правило, в широком диапазоне условий эксплуатации и при различных режимах.

С позиций надежности сложная система обладает как отрицательными, так и положительными свойствами.

К факторам, отрицательно влияющим на надежность сложных систем, относят:

• большое число узлов, агрегатов, элементов, отказ каждого из которых может привести к отказу всей системы;

• уникальность — сложные системы часто являются уникальными или имеются в нескольких экземплярах, что не позволяет собрать достаточного количества статистических данных об их отказах для оценки их работоспособности;

• индивидуальность — даже у сложных систем и машин одинакового конструктивного оформления каждый экземпляр имеет индивидуальные черты. Незначительные вариации свойств отдельных элементов сказываются на выходных параметрах всей системы.

Для технических устройств можно высказать положение, что чем сложнее система, тем большими индивидуальными особен­ностями она обладает.

Вместе с тем сложные системы обладают и такими свойства­ми, которые положительно влияют на их надежность:

• сложным системам свойственна в той или иной мере самоорганизация, саморегулирование или самоприспособление, когда система способна найти наиболее устойчивое для своего функционирования состояние;

• для сложной системы, как правило, возможно восстановление работоспособности по частям, без прекращения ее функционирования. Например, в сложном технологическом комплексе возможно временное отключение отдельных участков для их технического обслуживания и ремонта;

• не все элементы одинаково влияют на надежность сложной системы, и можно выделить ограниченное число тех элементов, которые в основном определяют ее работоспособность.

Теоретически любую машину можно условно разделить на боль­шое число элементов, понимая под элементом узел, агрегат, де­таль, часть детали.

Элемент — это составная часть сложной системы, которая мо­жет характеризоваться самостоятельными входными и выходны­ми параметрами.

Элемент обладает следующими особенностями:

• сам элемент может быть достаточно сложным и состоять из отдельных деталей и узлов;

• элемент не расчленяется на составные части при расчете надежности системы, поэтому показатели безотказности и долговечности относятся к элементу в целом;

• восстановление работоспособности элемента возможно независимо от других частей и элементов системы;

• выходные параметры элемента должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к надежности всей системы.

Выходные параметры каждого элемента могут по-разному влиять на надежность системы. Можно выделить три основных свой­ства выходных параметров (рис. 4.1):

Рис. 4.1. Выходные параметры элементов сложной системы

Х_х — изменение параметра влияет на работоспособность лишь самого элемента. Отказ данного элемента влечет, как правило, и отказ изделия (например, поломка двигателя ведет к отказу авто­мобиля);

Х₂ — параметр участвует в формировании одного или несколь­ких выходных параметров всего изделия. Его изменения должны учитываться в совокупности с изменением параметров данной категории для других элементов. По отклонению только данного параметра нельзя судить об отказе элемента (например, износ тормозных колодок не приводит к полному отказу автомобиля);

Лз — параметр влияет на работоспособность других элементов. Его изменение для некоторых элементов изделия аналогично из­менению внешних условий работы (например, повышение тем­пературы, вибраций, запыленности и т.п.).

Каждый параметр может обладать одним или несколькими из перечисленных свойств.

Для автомобилей более характерны системы, у которых выход­ные параметры отдельных элементов участвуют в формировании выходных параметров всего изделия (параметры типа Х₂ на рис. 4.1).

Например, надежность работы рулевого механизма, предназ­наченного для точного перемещения ведомого звена, зависит от износостойкости всех звеньев, передающих движение.

С позиций надежности различают следующие структуры слож­ных систем:

• расчлененные — у которых надежность отдельных элементов может быть заранее определена, т.е. отказ элемента можно рассматривать как независимое событие;

• связанные — у которых отказ элементов является зависимым событием, связанным с изменением выходных параметров всей системы;

• комбинированные — состоящие из подсистем со связанной структурой и самостоятельным формированием показателей надежности для каждой из подсистем.

Для современных технических систем наиболее характерна комбинированная структура.