Показатели надежности систем оповещения и управления эвакуацией

В работе подробно рассмотрены показатели надежности систем оповещения и управления эвакуацией. Изучены причины и интенсивность отказов. Уделено внимание вероятности безотказной работы, а также рассмотрены беспроводные СОУЭ.
...

Оглавление
Введение 3
1. Показатели надежности СОУЭ 5
2. Повреждения и отказы. Интенсивность отказов 10
3. Вероятность безотказной работы 15
4. Беспроводные СОУЭ, вероятность безотказной работы 17
Заключение 19
Список литературы 20

Главной целью применения систем оповещения и управления эвакуацией является своевременное оповещение людей о начавшемся пожаре, а также проведение комплекса мероприятий по эвакуации в безопасную зону. Данная цель достигается посредством разработки структуры системы оповещения и управления эвакуацией, подходящей к определенному типу здания. Предварительный анализ возможных чрезвычайных ситуаций необходим для определения максимально допустимого времени срабатывания СОУЭ. Необходимо дифференцировать время оповещения различных групп людей в здании, чтобы избежать столпотворения и тем самым ускорить процесс эвакуации.
Оповещение людей осуществляется с помощью звуковых и световых сигналов. Качество воспроизведения звуковых сигналов играет важную роль: транслируемое системой сообщение должно быт ь услышано и понято адресатом.
Важнейший критерий качества СОУЭ – это надежность. От того, насколько своевременно сработает система зависят жизни людей. Временной интервал до момента, когда система оповещения и управления эвакуацией выполнит свою функцию не может быть определенным, поэтому существуют несколько критериев надежности:
1. Способность самомониторинга: в кратчайшие сроки система сообщит о неполадке.
2. Способность выдержать деструктивные факторы, такие как огонь, взрывы, вандализм, саботаж.
3. Автономность СОУЭ, т.е. способность выполнить основные функции в течение времени эвакуации
В настоящее время многие здания представляют собой многоэтажные и многокорпусные комплексы, в связи с этим требования к системам оповещения и управления эвакуацией возрастают. Высокая степень надежности влечет за собой необходимость использования качественных составляющих, новейшие технические и программные разработки.
Недостаточная надежность СОУЭ ведет к увеличению процента эксплуатационных затрат в сравнении с общими расходами на проектирование, производство и применение системы. Очевидно стоимость эксплуатации СОУЭ может во много раз превысить стоимость их разработки и производства. Кроме того, из-за сбоев системы происходят неблагоприятные последствия: потери информации, простои других устройств связанных с системой, аварии и т.д. Из вышесказанного следует, что еще одной причиной повышения надежности являются возможные затраты на устранение неполадок в процессе эксплуатации.
Стоит ли говорить, что надежность СОУЭ определяется надежностью составляющих модулей (элементов). Следовательно, знание определяющих вопросов надежности элементной базы является, необходимым условием успешной работы системы.

Первый этап называется априорным анализом надежности и проводится на стадии проектирования. Этот анализ базируется на вероятностных характеристиках надежности всех используемых элементов системы, которые лишь приблизительно отражают действительные процессы в аппаратуре СОУЭ.Второй этап носит название апостериорный анализ надежности. Он базируется на статистической обработке экспериментальных данных полученных в процессе эксплуатации и испытаний. Целью этих испытаний является получение оценок показателей надежности системы оповещения и управления эвакуацией. При этом предполагается, что результаты наблюдений – это случайные величины, подчиняющиеся определенному закону распределения. Так или иначе, под анализом надежности СОУЭ подразумевается вычисление конкретных значений показателей надежности. Показателями надежности называют количественные характеристики одного или нескольких свойств, определяющих надежность системы. Различают два основных вида показателей надежности:Единичный показатель надежности – это количественная характеристика одного из рассмотренных ранее свойств надежности. Комплексный показатель надежности – это количественная характеристика, определяющая два или более свойств надежности одновременно.Следует учитывать, что показатели надежности должны максимально полно описывать надежностные свойства системы, быть удобными для аналитического расчета и экспериментальной проверки по результатам испытаний, должны иметь разумный физический смысл и, наконец, допускать возможность перехода к показателям качества и эффективности.В качестве показателей надежности используются следующие характеристики: вероятность отказавероятность безотказной работыинтенсивность отказов средняя наработка до отказа (до первого отказа)Функция распределения наработки до отказа подчинена вероятностному закону в экспоненциальной форме (1):ft=l*exp(-lt),(1)где l – интенсивность отказов,t – промежуток времени от начала эксплуатации до первого отказа.Количественная оценка надежности модулей и СОУЭ в целом проводится посредством единичных показателей надежности (безотказности, восстанавливаемости и долговечности), а также комплексных показателей надежности, определяющих свойства безотказности и восстанавливаемости.Заметим, что при сравнении объектов по надежности, значимость этих показателей оказывается различной. Т.к. система оповещения и управления эвакуацией является восстанавливаемым объектом, перерывы в работе которого недопустимы, основным показателем надежности является вероятность безотказной работы. После выбора основных показателей необходимо задать их значения. Соблюдение комплекса норм надежности еще на стадии проектирования системы гарантирует эффективную и бесперебойную работу СОУЭ.Проанализировав вышесказанное, подчеркнем, что понятие надежности – это фундаментальное понятие, которое охватывает все стороны технической эксплуатации модулей, блоков и всей системы оповещения и управления эвакуацией в целом. При этом очевидно, что надежность является составляющей более обширного понятия – эффективность.Эффективностью называют способность системы исполнять заданные функции с сохранением требуемого качества. Причем на эффективность влияет ряд других характеристик, таких как точность, быстродействие, помехоустойчивость.Для повышения надежности системы часто используется метод резервирования, увеличения надежности за счет применения избыточности.Под избыточностью подразумевают дополнительные средства и возможности сверх минимально необходимых для выполнения системой своих функций.2. Повреждения и отказы. Интенсивность отказовВажнейшим понятием в теории надежности и практике эксплуатации СОУЭ являются повреждения и отказы.Повреждением называют событие, которое влечет за собой нарушение исправности системы или ее компонентов (модулей) под влиянием внешних условий.Отказ – это случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности СОУЭ под действием ряда случайных факторов.Очевидно, что повреждение может быть существенным и повлечь за собой отказ, а также несущественным (работоспособность системы сохраняется). После наступления повреждения и отказа, необходимо рассмотреть причины, проявления, характер и последствия. Критерием отказа являются признаки выхода хотя бы одного заданного параметра за установленный допуск. Критерии отказа указываются в нормативно-технической документации на объект.Причинами отказа могут стать просчеты, допущенные в процессе конструирования, дефекты производства, нарушения правил и норм эксплуатации, повреждения, а также естественные процессы изнашивания и старения.Отказы модулей СОУЭ могут быть разных видов. Их классификация приведена в (табл. 1.).Таблица 1.Признаки отказаВид отказаХарактеристика отказа123Характер изменения параметра до момента возникновения отказаВнезапныйСкачкообразное изменение значений одного или нескольких параметровПостепенныйПостепенное изменение одного или нескольких параметров в связи с медленным, постепенным ухудшением качестваСвязь с отказами других модулей (элементов)Независимый (первичный)Отказ не связан повреждениями или отклонениями других модулей (элементов)Зависимый (вторичный)Отказ связан с повреждениями или отказами других модулей (элементов). Например, пробой конденсатора может повлечь повреждения другого элемента в устройствеВозможность использования элемента после отказаПолныйПолная потеря работоспособности, исключающая использование системы по назначениюЧастичныйДальнейшее использование системы возможно, но с меньшей эффективностьюХарактер проявления отказаСбойСамоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособностиПеремежающийсяМногократно появляющийся сбой одного и того же характера (то возникающий, то исчезающий), связанный с обратными случайными изменениями режимов работы и параметров устройства. Например, уменьшение чувствительности прибора может произойти из-за случайного резкого уменьшения напряжения питанияУстойчивый (окончательный)Отказ, устраняемый только в результате проведения восстановительных работ. Является следствием необратимых процессов в деталях и материалах.Например, выход из строя из-за обрыва проводаПричина проявления отказаКонструкционныйВозникает в следствии нарушения установленных правил и норм конструированияпроизводственныйВозникает из-за нарушения или несовершенства технологического процесса изготовления или ремонта системыэксплуатационныйВозникает вследствие нарушения установленных правил и условий эксплуатации системыВремя возникновения отказаПериод приработкиОбусловлен скрытыми производственными дефектами, не выявленными в процессе контроляПериод нормальной эксплуатацииОбусловлен несовершенством конструкции, скрытыми производственными дефектами и эксплуатационными нагрузкамиПериод старенияОбусловлен процессами старения и износа материалов системыКак отмечалось ранее, отказ модуля или системы можно назвать случайным событием, происходящим в результате воздействия многих случайных факторов. Соответственно количественные показатели этих событий строятся на основе вероятностной меры, которая приобретает смысл лишь в том случае, когда имеется достаточно высокая совокупность исследуемых событий. Поэтому на практике количественные характеристики надежности элементов определяют с помощью статистических методов, путем испытания в определенных условиях достаточно большой партии однотипных элементов. Для расчета интенсивности отказа всей системы оповещения и управления эвакуацией, необходимо еще на стадии проектирования рассчитать интенсивность отказа каждого элемента системы. Причем значение интенсивности отказа для элементов соединенных последовательно будет отличатся от того же значения для элементов соединенных параллельно.Рассмотрим формулу для расчета интенсивности отказа каждого модуля при последовательном соединении (2):li=j=1mlj,(2)где lj – интенсивность отказов j-того элемента,j=1,2,3,...,m – количество элементов в модуле.Интенсивность отказа каждого модуля при параллельном соединении вычисляется по формуле (3):li=j=1mljzj-1*j=1mzj-1j,(3)где t – время восстановления,zj=(1-el,t)-1.3. Вероятность безотказной работыДля надежной работы такой важной системы, как СОУЭ необходимо на этапе проектирования вычислить вероятность безотказной работы каждого модуля на заданном интервале времени, а потом и всей системы в целом. Ключевым понятием при рассмотрении безотказности работы является наработка до первого отказаНаработкой до первого отказа называют случайную величину, представляющую собой интервал времени от момента включения устройства до первого отказаРазберемся что же представляет собой безотказность работы.