Повышение безотказной работы изделий с использованием элементов искусственного интеллекта

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 1

Один из приемов, позволяющих конструктору повысить безотказность ра-

боты такого изделия до требуемого уровня, называют раздельным резервирова-

нием. Простейший вариант реализации этого приема приводит к созданию в

конструкции объекта узла, в котором работа основного элемента будет дубли-

роваться работой резервного элемента [2, 3]. Будем называть такой узел про-

стейшим. В более сложных конструкциях число резервных элементов, находя-

щихся в нагруженном состоянии, может быть доведено до двух или трех. Узел с

тремя резервными элементами назовем сложным узлом.

Данный прием широко используется при проектировании образцов ракет-

ной, космической и авиационной техники, высокоскоростных магистралей,

электрических сетей, других опасных производственных объектов [1], автома-

тизированных информационных управляющих систем и т. д. [4–6]. Недостаток

сложного узла состоит в том, что при работе объекта все его элементы будут

постоянно находиться в нагруженном состоянии [7, 8], расходуя свой ресурс

(нагруженный резерв).

Чтобы избежать этого недостатка, можно усовершенствовать конструкцию

простейшего узла, используя смешанный способ резервирования с восстанов-

лением. Можно предусмотреть в этой конструкции автоматическую замену вы-

шедшего из строя элемента (основного или резервного) запасным с использова-

нием элементов искусственного интеллекта [9]. Запасные элементы в такой кон-

струкции будут представлять собой ненагруженный резерв. В наиболее простых

случаях замена вышедшего из строя элемента запасным может выполняться с

помощью переключателя, работающего в автоматическом режиме. Но могут

быть и более сложные конструкции. В одной из них предусмотрена замена ос-

новного элемента запасным с помощью переключателя, работающего в автома-

тическом режиме, а резервного — путем автоматической установки на его место

запасного элемента без остановки работы изделия [10]. В другой конструкции

предусмотрена возможность замены основного и резервного элементов путем

автоматической установки на их место запасных элементов [11, 12]. Такой узел

будем называть усовершенствованным, т. е. его конструкция предусматривает

однократную замену основного и резервного элементов запасными. Возникает

задача определения вероятности и средней продолжительности безотказной

работы усовершенствованного узла и оценки приращения значений этих пока-

зателей по сравнению с аналогичными показателями простейшего узла [13, 14].

Решая эту задачу, следует учитывать, что отдельные элементы узлов в про-

цессе эксплуатации могут быть заменены такими же элементами, но произве-

денными на других заводах, другими партиями, а, возможно, и в других странах.

У них могут быть другие характеристики безотказной работы, в частности дру-

гие интенсивности потоков отказов. Поэтому решать данную задачу будем при

условии, что среди элементов узлов нет двух, значения интенсивностей потоков

отказов которых одинаковы, что соответствует действительности [15].

Обозначим возможные состояния усовершенствованного узла следующим

образом: 1 — основной и резервный элементы работоспособны; 2 — резервный