background image

 
 
 
 
 
 
Niezawodność obiektu – własność, która wyraża się 
poprawnym wykonywaniem przez obiekt założonych zadań w 
określonych warunkach i określonym czasie. 
 
Inaczej 
 
Niezawodność obiektu określa stopień zaufania, że  
w rozpatrywanym przedziale czasu obiekt zachowa zdolność 
do wypełniania swoich funkcji. 
 
Formalnym (matematycznym) wyrażeniem tego zaufania jest 
prawdopodobieństwo nieuszkodzenia obiektu. 
 
 

background image

 

t

S(t)

T

T

T

T

S

gr

=const

S(0)

0

background image

Zmienną losową charakteryzują ciągłe względem czasu 
funkcje określone dla 

0

t

• 

dystrybuanta 

)

(t

F

• 

gęstość prawdopodobieństwa uszkodzenia 

)

(t

f

• 

funkcja niezawodności 

)

(t

R

• 

intensywność uszkodzeń 

)

(t

λ

 
Dystrybuanta zmiennej losowej  (funkcja zawodności) to 
prawdopodobieństwo uszkodzenia obiektu do chwili  
 

)

(

)

(

t

T

P

t

F

<

=

,          dla 

0

t

 

 

przy czym 

0

)

0

(

=

F

 

 
Funkcja niezawodności 

)

(t

R

 - prawdopodobieństwo, że do 

chwili  nie nastąpi uszkodzenie. 
 

)

(

)

(

t

T

P

t

R

=

,           dla 

0

t

 

 

Zakładając, że uszkodzenie obiektu (do chwili , lub później) 
jest zdarzeniem pewnym: 

1

)

(

)

(

=

+

<

t

T

P

t

T

P

 

 

1

)

(

)

(

=

+

t

R

t

F

 

 

)

(

1

)

(

t

F

t

R

=

,               

1

0

1

)

0

(

1

)

0

(

=

=

=

F

R

 

 
Gęstość prawdopodobieństwa uszkodzenia 

)

(t

f

 jest 

pochodną dystrybuanty 

)

(t

F

 

 

dt

t

dF

t

f

)

(

)

(

=

   dla 

0

t

               

dt

t

dR

t

R

dt

d

t

f

)

(

))

(

1

(

)

(

=

=

 

background image

Intensywność uszkodzeń 

)

(t

λ

 definiuje się jako: 

 

)

(

)

(

'

)

(

1

)

(

)

(

t

R

t

R

t

F

t

f

t

=

=

λ

 ;                     dla 

0

t

 

 
 

Oznaczamy: 

)

,

(

t

t

t

P

+

 - prawdopodobieństwo warunkowe, że nie nastąpi 

uszkodzenie w przedziale 

)

,

(

t

t

t

+

 pod warunkiem, że nie 

nastąpiło w przedziale 

)

,

0

Zgodnie z twierdzeniem Bayesa na prawdopodobieństwo 
warunkowe można zapisać: 

)

(

)

(

)

,

(

t

R

t

t

R

t

t

t

P

+

=

+

 

 

)

,

(

t

t

t

Q

+

 - prawdopodobieństwo warunkowe, że nastąpi 

uszkodzenie w przedziale 

)

,

(

t

t

t

+

 pod warunkiem, że nie 

nastąpiło w przedziale 

)

,

0

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

,

(

1

)

,

(

t

R

t

t

R

t

R

t

R

t

t

R

t

t

t

P

t

t

t

Q

+

=

+

=

+

=

+

 

 

)

(

1

)

(

)

(

)

,

(

t

R

t

t

t

R

t

R

t

t

t

t

Q

+

=

+

 

 

=

+

=

+

)

(

1

)

(

)

(

lim

)

,

(

lim

0

0

t

R

t

t

t

R

t

R

t

t

t

t

Q

t

t

 

 

)

(

)

(

'

)

(

)

(

lim

)

(

1

0

t

R

t

R

t

t

R

t

t

R

t

R

t

=

+

=

 

 

background image

 

Otrzymana granica jest lokalną (w chwili ) funkcją 
zawodności będącą warunkową gęstością 
prawdopodobieństwa powstania uszkodzenia w chwili , pod 
warunkiem, że do chwili  uszkodzenie nie nastąpiło. 
Oznaczamy ją 

)

(t

λ

 i nazywamy intensywnością uszkodzeń. 

 

)

(

1

)

(

)

(

ln

)

(

)

(

'

)

(

t

F

t

f

t

R

dt

d

t

R

t

R

t

=

=

=

λ

 

 

background image

Każda z czterech zdefiniowanych funkcji 

)

(t

F

)

(t

f

)

(t

R

)

(t

λ

 w sposób jednoznaczny określa zmianę losową 

determinując tym samym postać pozostałych funkcji. 
Poprzez dystrybuantę 

)

(t

F

 wyrazić je można jako: 

 

)

(

'

)

(

t

F

t

f

=

 

 

)

(

1

)

(

t

F

t

R

=

 

 

)

(

1

)

(

'

)

(

t

F

t

F

t

=

λ

 

 
Poprzez gęstość 

)

(t

f

 wyrazić je można jako: 

 

=

t

dx

x

f

t

F

0

)

(

)

(

 

 

=

=

t

t

dx

x

f

dx

x

f

t

R

)

(

)

(

1

)

(

0

 

 

=

=

t

t

dx

x

f

t

f

dx

x

f

t

f

t

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

0

λ

 

 
Poprzez funkcję niezawodności 

)

(t

R

 wyrazić je można jako: 

 

)

(

1

)

(

t

R

t

F

=

 

 

)

(

'

)

(

t

R

t

f

=

 

 

)

(

)

(

'

)

(

t

R

t

R

t

=

λ

 

background image

Znając funkcję intensywności uszkodzeń 

)

(t

λ

, w celu 

wyznaczenia pozostałych funkcji rozwiązujemy równanie 
różniczkowe: 
 

)

(

)

(

'

)

(

t

R

t

R

t

=

λ

 

 

 o warunku początkowym 

1

)

0

(

=

R

 

 
Równanie całkujemy obustronnie w granicach od 0  do  
 

)

(

1

)

(

)

(

x

R

dx

x

R

d

x

=

λ

 

 

=

t

t

x

R

x

dR

dx

x

0

0

)

(

)

(

)

(

λ

 

 

)

(

ln

1

ln

)

(

ln

)

0

(

ln

)

(

ln

)

(

ln

)

(

0

0

t

R

t

R

R

t

R

x

R

dx

x

t

t

=

=

=

=

λ

 
 





=

t

dx

x

t

R

0

)

(

exp

)

(

λ

 

 





=

t

dx

x

t

F

0

)

(

exp

1

)

(

λ

 

 

[

]





=

=

=

t

dx

x

t

t

R

t

t

F

t

t

f

0

)

(

exp

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

λ

λ

λ

λ

 

 
 
 

background image

 
 

Wielkości 

znane 

Wielkości 
szukane 

F(t) 

f(t) 

R(t) 

λ

(t) 

F(t) 

--- 

( )

t

dx

x

f

0

 

( )

t

R

1

 

( )

t

dx

x

0

exp

1

λ

 

f(t) 

( )

t

'

 

--- 

( )

t

R'

 

( )

( )

t

dx

x

t

0

exp

λ

λ

 

R(t) 

( )

t

F

1

 

( )

t

dx

x

f

 

--- 

( )

t

dx

x

0

exp

λ

 

λ

(t) 

( )

( )

t

F

t

F

1

'

 

( )

( )

t

dx

x

f

t

f

 

( )

( )

t

R

t

R'

 

--- 

 

background image

Wskaźniki liczbowe niezawodności 

 
wartość oczekiwana 

)

(T

E

 

 

=

0

)

(

)

(

dt

t

f

t

T

E

def

 ;          

=

0

)

(

)

(

t

dF

t

T

E

 

 

0

)

(

dt

t

f

t

    całkujemy przez części wg: 

=

du

v

uv

dv

u

 

t

u

=

,     

dt

du

=

 

,

)

(

dt

t

f

dv

=

  

=

=

=

=

)

(

)

(

'

)

(

'

)

(

t

R

dt

t

R

dt

t

F

dt

t

f

v

 

 

[

]

=

+

=

0

0

0

0

)

(

)

(

)

(

)

(

dt

t

R

dt

t

R

t

R

t

dt

t

f

t

 

 

=

0

)

(

)

(

dt

t

R

T

E

 

 
wariancja 

)

(

2

T

D

 

 

2

0

2

2

2

2

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

T

E

dt

t

f

t

T

E

T

E

T

D

=

=

 

 
po scałkowaniu przez części otrzymujemy: 
 

2

0

2

2

)

(

)

(

2

)

(

T

E

dt

t

R

t

T

D

=

=

σ

 

)

(

2

T

D

=

σ

 

 
 

Wielkość 

)

(T

E

oznacza średni czas życia obiektu,  

background image

σ

 przeciętne odchylenie czasu życia obiektów od 

oczekiwanego 

)

(T

E

 
 
 

 

 
 
Zmiany stanu technicznego spowodowane wymuszeniami 
skokowymi: 

S(t)

S

dop

      t

o

      t

a)

S(t)

S

dop

(t)

S

max

    

  τ

      t

o

      t

b)

background image

a) 

stała wartość dopuszczalna 

b) 

zmienna wartość dopuszczalna 

 
 
 
 
Przy dowolnym wymuszeniu zmiana stanu technicznego 
obiektu (przekroczenie wartości granicznej, uszkodzenie
może nastąpić z prawdopodobieństwem  

q

   

i nie nastąpić z prawdopodobieństwem  

q

1

 
Jakie jest prawdopodobieństwo, że uszkodzenie nastąpi 
przy  

tym

k

 wymuszeniu? 

 
Niech: 

A

 

- zdarzenie polegające na wystąpieniu uszkodzenia 

A 

- zdarzenie polegające na niewystąpieniu uszkodzenia 

 
Wystąpienie uszkodzenia przy  

tym

k

 wymuszeniu oznacza 

wystąpienie    wymuszeń, przy czym przy  

1

k

 uszkodzenie 

nie nastąpiło a przy  

tym

k

 nastąpiło. 

 

k

B

 

- zdarzenie łączne odpowiadające sytuacji, że 

uszkodzenie nastąpiło przy  

tym

k

 wymuszeniu 

 

)

(

)

(

.

).........

(

)

(

)

(

1

2

1

k

k

k

A

P

A

P

A

P

A

P

B

P

=

 

 

gdzie: 

)

(

i

A

P

  - prawdopodobieństwo zmiany przy  

tym

i

 

wymuszeniu 
 

 

)

1

(

)

(

=

=

k

T

P

B

P

k

 

background image

gdzie: 
   - czas pozostawania w wymaganym stanie (stanie 
zdatności) mierzony liczbą wymuszeń 
 
 
 
 
Ponieważ: 
 

q

A

P

A

P

A

P

k

=

=

=

=

1

)

(

.........

)

(

)

(

1

2

1

 

 

stąd 
 

q

q

k

T

P

1

)

1

(

)

1

(

=

=

          rozkład geometryczny 

 

=

=

=

+

+

+

+

+

+

=

+

1

1

1

2

1

1

)

1

(

..

)

(

)

(

)

(

..

)

(

)

(

k

k

k

k

k

T

P

B

P

B

P

B

P

B

P

B

P

 

         

)

1

(

k

T

P

           +          

)

1

(

>

k

t

P

            =1 

 

)

1

(

)

2

(

.....

)

1

(

)

0

(

)

1

(

=

+

=

+

+

=

+

=

=

k

T

P

k

T

P

T

P

T

P

k

T

P

q

T

P

=

=

)

0

(

 

)

1

(

)

1

(

q

q

T

P

=

=

 

2

)

1

(

)

2

(

q

q

T

P

=

=

 

............................................ 

2

)

1

(

)

2

(

=

=

k

q

q

k

T

P

 

1

)

1

(

)

1

(

=

=

k

q

q

k

T

P

 

 

=

=

=

=

k

i

i

i

k

i

q

q

q

q

k

T

P

1

1

1

0

)

1

(

)

1

(

)

1

(

 

background image

 

q

q

q

q

q

k

k

k

i

i

)

1

(

1

)

1

(

1

)

1

(

1

)

1

(

1

1

=

=

=

 

 

k

q

k

T

P

)

1

(

1

)

1

(

=

 

k

q

k

T

P

)

1

(

)

1

(

=

>

 

 

background image

1

)

1

(

)

1

(

=

=

k

q

q

k

T

P

 

 

t

 

- czas trwania wymuszenia,  

 
Uszkodzenie przy  k-tym  wymuszeniu jest równoważne 
uszkodzeniu w przedziale 

)

,

(

t

t

t

+

  

 
gdzie  

,

)

1

(

t

k

t

=

 

 

t

q

λ

 

 

1

=

k

t

t

 

 

1

k

t

q

λ

 

 
prawdopodobieństwo wystąpienia uszkodzenia w przedziale 

)

,

(

t

t

t

+

 wynosi 

t

k

t

k

T

P

p

k

t

=

=

λ

λ

1

)

1

1

(

)

1

(

~

 

 

dt

e

p

p

t

t

t

k

λ

λ

=

=

~

lim

 

 
Jeżeli zmienna losowa jest ciągła, to: 
 

dt

t

f

t

t

T

t

P

p

t

)

(

)

(

=

+

=

 

 

t

e

t

f

λ

λ

=

)

(

   - gęstość prawdopodobieństwa uszkodzenia  

                            dla rozkładu wykładniczego 

 

background image

 
 

Niezawodność typu wykładniczego 

 

Wówczas, gdy czas życia obiektu jest zmienną losową   
o rozkładzie wykładniczym z parametrem 

0

>

λ

, a więc: 

 

t

e

t

f

λ

λ

=

)

(

  dla 

0

t

 

 

t

e

t

F

λ

=

1

)

(

  dla 

0

t

 

 

t

e

t

R

λ

=

)

(

 

 
ostatnia równość zwana jest  
 

wykładniczym prawem niezawodności 

 

.

)

(

const

e

e

t

t

t

=

=

=

λ

λ

λ

λ

λ

 

 

[ ]

=





=

=

=

=

0

0

0

0

1

1

1

)

(

)

(

t

t

t

e

e

dt

e

dt

t

R

T

E

λ

λ

λ

λ

λ

 

[

]

λ

λ

1

1

0

1

=

=

 

 

=

0

2

2

1

2

)

(

λ

λ

dt

e

t

T

D

t

 

 

0

dt

e

t

t

λ

 

t

u

=

    

dt

du

=

 

background image

dt

e

dv

t

λ

=

,   

t

e

v

λ

λ

=

1

 

 
 

=

=

+

=

t

t

t

t

t

e

e

t

dt

e

e

t

dt

e

t

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

2

1

1

 

t

t

t

e

t

e

e

t

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

1

1

)

(

1

2

2

+

=

+

=

 

 

=





+

+

=





+

=

t

t

t

t

t

t

e

t

e

t

e

t

dt

e

t

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

1

lim

1

lim

1

1

1

0

2

0

0

2

 

[

]

2

2

2

1

1

0

1

1

lim

1

λ

λ

λ

λ

λ

λ

=

=





=

t

t

e

 

 

2

2

2

2

1

1

2

)

(

λ

λ

λ

=

=

T

D

 

 

)

(

)

(

T

E

t

e

t

R

=

      wykładnicze prawo niezawodności 

 
Wykładniczemu prawu niezawodności podlegają obiekty, dla 
których 

.

)

(

const

t

=

=

λ

λ

, tzn. takie, których odporność na 

bodźce wymuszające uszkodzenia nie maleje z upływem 
czasu. 
 
Omawiane prawo ma jeszcze jedną charakterystyczną 
własność: warunkowe prawdopodobieństwo poprawnej pracy 
obiektu w przedziale 

)

,

(

t

t

t

+

 pod warunkiem 

nieuszkodzenia w czasie 

)

,

0

, zależy jedynie od długości 

przedziału  t

, nie zależy zaś od długości czasu  

wcześniejszej pracy obiektu. 

background image

=

+

=

>

+

>

=

>

+

>

)

(

)

(

)

(

)

(

)

/

(

t

R

t

t

R

t

T

P

t

t

T

P

t

T

t

t

T

P

 

t

t

t

t

t

t

t

e

e

e

e

e

e

+

=

=

=

λ

λ

λ

λ

λ

λ

)

(

 

 

background image

Rozkład jednostajny 
 

 




>

<

=

b

t

b

t

a

a

b

a

t

t

f

,

0

,

1

,

0

)

(

 

 
dla 

0

=

a

 

b

t

f

1

)

(

=

 

 

=

=

=

t

t

b

t

dx

b

dx

x

f

t

F

0

0

1

)

(

)

(

 

 

b

t

b

b

t

t

R

=

=

1

)

(

 

 

t

b

t

R

t

f

t

=

=

1

)

(

)

(

)

(

λ

 

 

f(t)

a

b

0

1/(b-a)

t

background image

=

=

=

=

b

b

b

b

dt

t

b

dt

dt

b

t

dt

t

R

T

E

0

0

0

0

1

)

1

(

)

(

)

(

 

 

2

2

1

2

1

2

0

2

b

b

b

b

t

b

b

b

=

=

=

 

 
 
 

=

=

=

4

)

1

(

2

)

(

)

(

2

)

(

2

0

0

2

2

b

dt

b

t

t

T

E

dt

t

R

t

T

D

b

b

 

 

=





=

4

1

2

2

0

0

2

b

dt

t

b

dt

t

b

b

 

 

=

=

=

4

3

2

2

4

3

2

2

2

2

2

2

0

3

2

b

b

b

b

b

t

t

b

 

 

12

4

1

3

2

1

2

2

b

b

=





=

 

 

background image

System o strukturze szeregowej 
 

 

n-1 

... 

... 

{

}

(

) (

) (

)

(

)

( )

( )

( )

( )

( )

( )

0

...

...

,

...

,

,

min

1

2

1

2

1

2

1

=

=

>

>

>

=

>

=

=

t

dla

t

R

t

R

t

R

t

R

t

R

t

R

t

T

P

t

T

P

t

T

P

t

T

P

T

T

T

T

n

k

k

n

n

n

 

 

 

 

background image

Jeżeli 

)

(t

R

k

wyrazimy przez 

)

(t

k

λ

 jako: 

 





=

t

k

k

dx

x

t

R

0

)

(

exp

)

(

λ

 

to: 





∫ ∑

=





=

=

=

=

=

t

n

k

k

n

k

n

k

t

k

k

dx

x

dx

x

t

R

t

R

0

1

1

1

0

)

(

exp

)

(

exp

)

(

)

(

λ

λ

 

 





∫ ∑

=





=

t

n

k

k

t

dx

x

dx

x

0

1

0

)

(

exp

)

(

exp

λ

λ

 

 

=

=

n

k

k

t

t

1

)

(

)

(

λ

λ

 

 

[

]

∏ −

=

=

=

=

n

k

n

k

k

k

t

F

t

R

t

F

1

1

)

(

1

1

)

(

1

)

(

 

 
 

Wartości 

)

(T

E

 i 

)

(

2

T

D

 wyznacza się ze wzorów 

definicyjnych. W ogólnym przypadku t.j. dla zmiennych 
losowych 

k

T

 o dowolnym rozkładzie prawdopodobieństwa 

nie można podać bezpośredniej zależności między  

)

(T

E

 i 

)

(

k

T

E

 

background image

Przypadki szczególne 

 
1) Niech zmienne losowe 

k

T

T

T

,....,

,

2

1

 mają taki sam rozkład  

    prawdopodobieństwa 
 

)

(

)

(

1

t

F

t

F

k

=

 dla 

n

k

,....,

2

,

1

=

,     

0

t

 

 

Wszystkie elementy mają więc również jednakowe 
 

)

(

)

(

1

t

t

k

λ

λ

=

 dla 

n

k

,....,

2

,

1

=

,     

0

t

 

stąd 

)

(

)

(

)

(

1

1

t

n

t

t

n

k

k

λ

λ

λ

=

=

=

 

 

Intuicyjnie zrozumiała interpretacja: 
połączenie szeregowe   identycznych elementów zwiększa 

n

krotnie prawdopodobieństwo uszkodzenia w danej chwili 

 





=

t

dt

t

n

t

R

0

1

)

(

exp

)

(

λ

 

 

)

(

)

(

1

t

R

t

R

n

=

 

background image

2) Niech zmienne losowe 

n

T

T

T

,....,

,

2

1

 mają rozkład 

wykładniczy o parametrach odpowiednio 

2

1

λ

λ

, ....,

n

λ

czyli: 

t

k

k

k

e

t

f

λ

λ

=

)

(

 

 

const

t

k

k

=

=

λ

λ

)

(

 

 

const

t

n

k

k

=

=

=

=

1

)

(

λ

λ

λ

 

 

t

e

t

R

λ

=

)

(

 

 

=

=

=

=

=

n

k

k

n

k

k

T

E

T

E

1

1

)

(

1

1

1

1

)

(

λ

λ

 

 
 

3) Niech zmienne losowe 

n

T

T

T

,....,

,

2

1

 mają rozkład 

    wykładniczy o tym samym parametrze 

1

λ

 

 

1

)

(

λ

λ

λ

n

t

=

=

 

 

t

n

e

t

R

1

)

(

λ

=

 

 

n

T

E

n

T

E

)

(

1

)

(

1

1

=

=

λ

 

background image

System o strukturze równoległej 

 

 

 
 

{

}

(

) (

) (

)

(

)

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

[

]

=

=

=

=

=

<

<

<

=

<

=

n

k

k

n

k

k

n

n

n

t

R

t

R

t

dla

t

F

t

F

t

F

t

F

t

F

t

F

t

T

P

t

T

P

t

T

P

t

T

P

T

T

T

T

1

1

2

1

2

1

2

1

1

1

0

...

...

,

...

,

,

max

 

 

background image

Przypadki szczególne 

 

1)  Niech zmienne losowe 

n

T

T

T

,....,

,

2

1

 mają jednakowy 

rozkład prawdopodobieństwa o dystrybuancie 

)

(

1

t

F

wówczas: 

)

(

)

(

1

t

F

t

F

n

=

 

 

[

]

n

t

R

t

R

)

(

1

1

)

(

1

=

 

 

2)  Niech zmienne losowe 

n

T

T

T

,....,

,

2

1

 maja rozkład 

wykładniczy o parametrach odpowiednio 

2

1

λ

λ

, ....

n

λ

wówczas: 

∏ −

=

=

n

k

t

k

e

t

R

1

)

1

(

1

)

(

λ

 

korzystając z rozwinięcia funkcji 

t

k

e

λ

 w szereg 

Maclaruina można przyjąć, że   

t

e

k

t

k

λ

λ

1

czyli 

n

n

n

k

k

t

t

t

R

λ

λ

λ

λ

....

1

1

)

(

...

2

1

1

=

=

 

background image

 

3) Niech zmienne losowe 

n

T

T

T

,....,

,

2

1

 maja wykładniczy 

rozkład prawdopodobieństwa o jednakowym parametrze 

1

λ

wówczas: 

n

n

t

t

e

t

F

)

(

)

1

(

)

(

1

1

λ

λ

=

 

 

n

t

t

R

)

(

1

)

(

1

λ

 

 
 

Wyznaczamy dla tego przypadku 

)

(

T

E

 

 

[

]

dt

e

dt

t

R

T

E

n

t

=

=

0

0

)

1

(

1

)

(

)

(

1

λ

 

 
 

podstawiamy:   

z

e

t

=

1

1

λ

 

 

               

z

t

=

1

1

ln

1

1

λ

 ,               

)

1

(

1

z

dz

dt

=

λ

 

 

=

+

+

+

=

=

1

0

1

1

1

0

1

)

.....

1

(

1

1

1

1

)

(

dz

z

z

dz

z

z

T

E

n

n

λ

λ

 

=

)

1

.....

2

1

1

(

1

1

n

+

+

+

λ

 

 

)

1

......

2

1

1

(

)

(

)

1

........

2

1

1

(

1

)

(

1

1

n

T

E

n

T

E

+

+

+

=

+

+

+

=

λ

 

background image

Który wariant jest korzystniejszy? 

 
 

 
 

)

2

(

)

1

(

1

2

2

2

2

R

R

R

R

a

=

=

 

 

[

]

2

2

2

2

)

2

(

)

1

(

1

R

R

R

R

b

=

=

 

 

=

+

+

=

=

)

2

4

4

(

)

2

(

)

2

(

2

2

2

2

2

2

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

a

b

 

0

)

1

(

2

)

2

1

(

2

)

2

4

2

(

2

2

2

2

2

2

>

=

+

=

+

=

R

R

R

R

R

R

R

R

 

 

a

b

R

R

>

 

a)

b)

R

R

R

R

R

R

R

R

background image

Krotność rezerwowania 

 

 

 
 

[

]

n

m

u

R

R

)

1

(

1

=

 

 

n

u

m

R

R

1

1

)

1

(

=

 

 

)

1

(

log

)

1

(

log

1

n

u

R

R

m

=

 

 

)

1

(

log

)

1

(

log

1

R

R

m

n

u

=

 

 

dla 

1

=

n

                        

)

1

(

log

)

1

(

log

R

R

m

u

=

 

 
 

12

22

1n

2n

mn

m2

11

21

m1

background image

Rezerwa nieobciążona (zimna) 

 
 

 

λ

λ

λ

2

1

1

)

(

)

(

)

(

2

1

=

+

=

+

=

T

E

T

E

T

E

u

 

ale  

)

(

1

)

(

t

T

E

u

u

λ

 

 
W jakich sytuacjach układ będzie zdatny w chwili  ? 
 

1)  element podstawowy (1) nie uszkodzi się do chwili 
 

t

e

t

R

P

λ

=

=

)

(

1

1

 

 

2)  element podstawowy (1) uszkodzi się w pewnej chwili 

t

<

τ

, element rezerwowy (2) nie uszkodzi się w 

przedziale 

)

,

t

τ

 

τ

τ

τ

d

t

R

f

P

t

)

,

(

)

(

0

2

=

 

 

λτ

λ

τ

=

e

f

)

(

 

 

)

(

)

,

(

τ

λ

τ

=

t

e

t

R

 

λλλλ

(1)

λλλλ

(2)

background image

 

t

e

t

P

λ

λ

=

2

 

 

t

t

t

u

e

t

te

e

P

P

t

R

λ

λ

λ

λ

λ

+

=

+

=

+

=

)

1

(

)

(

2

1

 

λ

λ

λ

λ

λ

λ

2

1

1

)

1

(

)

(

)

(

2

0

0

=

+

=

+

=

=

dt

e

t

dt

t

R

T

E

t

u

u

 

 

t

t

e

t

te

t

R

t

R

t

t

t

u

u

u

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

+

=

+

=

=

1

)

1

(

)

(

)

(

'

)

(

2

2

 

 
Jeżeli będą dwa elementy rezerwowe, to pojawi się trzecia 
sytuacja, w której układ zachowa zdatność do chwili 
 
3) element podstawowy (1) i element rezerwowy (2) 
uszkodzą się do pewnej chwili 

t

<

τ

, element rezerwowy (3) 

nie uszkodzi się w przedziale 

)

,

(

t

τ

 

 

τ

τ

τ

d

t

R

f

P

t

)

,

(

)

(

0

3

=

 

 

λτ

τ

λ

τ

=

e

f

2

)

(

 

λλλλ

(1)

λλλλ

(2)

λλλλ

(3)

λλλλ

(1)

λλλλ

λλλλ

(2)

background image

 

)

(

)

,

(

τ

λ

τ

=

t

e

t

R

 

t

e

t

P

λ

λ

=

2

2

3

2

1

 

 

t

u

e

t

t

P

P

P

t

R

λ

λ

λ

+

+

=

+

+

=

)

2

1

1

(

)

(

2

2

3

2

1

 

background image

Zwiększając liczbę elementów rezerwowych możemy 
wyznaczyć kolejno: 
 

t

e

t

P

λ

λ

=

3

3

4

6

1

 

 

t

e

t

P

λ

λ

=

4

4

5

24

1

 

 

t

k

k

e

k

t

P

λ

λ

=

!

)

(

 

 

t

m

k

k

m

k

k

u

e

k

t

P

t

R

λ

λ

=

=

=

=

0

0

!

)

(

)

(

 

background image

Który wariant jest korzystniejszy? 

 
 

 
 

t

a

e

t

t

R

λ

λ

2

)

2

1

(

)

(

+

=

 

 

(

)

[

]

t

t

b

e

t

e

t

t

R

λ

λ

λ

λ

2

2

2

)

1

(

1

)

(

+

=

+

=

 

 

(

)

[

]

=

+

=

t

t

e

t

R

t

R

t

a

b

λ

λ

λ

2

1

1

)

(

)

(

2

2

 

(

)

0

2

1

2

1

2

2

2

2

2

2

>

=

+

+

=

t

t

e

t

t

t

t

e

λ

λ

λ

λ

λ

λ

 

 

)

(

)

(

t

R

t

R

a

b

>

 

λλλλ

λλλλ

λλλλ

λλλλ

a)

b)

λλλλ

λλλλ

λλλλ

λλλλ

background image

Rezerwa częściowo obciążona (chłodna) 

 

 

 

λ

λ

=

1

 

λ

λ

λ

<

=

0

2

  do chwili uszkodzenia elementu (1) 

λ

λ

=

2

          po chwili uszkodzenia elementu (1) 

 

1)  element podstawowy (1) nie uszkodzi się do chwili 
 

t

e

P

λ

=

1

 

 

2)  element podstawowy (1) uszkodzi się w pewnej chwili 

t

<

τ

, element rezerwowy (2) nie uszkodzi się do chwili 

t

 

τ

τ

τ

τ

d

t

R

R

f

P

t

)

,

(

)

(

)

(

0

2

2

1

2

=

 

 

λτ

λ

τ

=

e

f

)

(

1

 

 

τ

λ

τ

0

)

(

2

=

e

R

 

 

)

(

2

)

,

(

τ

λ

τ

=

t

e

t

R

 

 

(

)

t

t

e

e

P

0

1

0

2

λ

λ

λ

λ

=

 

 

1

2

background image

 

=

+

=

+

=

)

1

(

)

(

0

0

2

1

t

t

t

u

e

e

e

P

P

t

R

λ

λ

λ

λ

λ

 

        

t

t

e

e

)

(

0

0

0

)

1

(

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

+

+

=

 

 

0

0

0

0

0

1

1

1

)

(

)

(

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

+

+

=

+

+

=

=

dt

t

R

T

E

u

u

 

 
 
 
 

Porównanie rodzajów rezerwowania dla układów z jednym 

elementem rezerwowym 

 

rezerwa 

)

(t

R

 

)

(T

E

 

nieobciążona 

 

t

e

t

λ

λ

+

)

1

(

 

  

λ

λ

1

1

+

 

częściowo 
obciążona 

 

t

t

e

e

)

(

0

0

0

)

1

(

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

+

+

    

0

1

1

λ

λ

λ

+

+

 

obciążona 

 

)

2

(

t

t

e

e

λ

λ

 

  

λ

λ

λ

+

+

1

1

 

 
 

 

 

background image

 
 

niech   

b

t

t

R

t

R

t

R

m

=

=

=

=

1

)

(

.......

)

(

)

(

2

1

 

 

2

)

(

.......

)

(

)

(

2

1

b

T

E

T

E

T

E

m

=

=

=

=

 

 

m

u

b

t

t

R

=

1

)

(

 

 

=

+

=

=

=

+

b

m

m

b

m

b

m

b

u

u

m

t

b

b

dt

t

b

dt

dt

t

R

T

E

0

1

0

0

0

1

1

1

)

(

)

(

 

1

1

+

=

+

=

m

m

b

m

b

b

 

 
 

m

 

 

 

)

(

u

T

E

  1/2 b  2/3 b  3/4 b  4/5 b  5/6 b 

 

 
 
 

1

2

m

background image

Zależne uszkodzenia elementów 

 

 

 

λ

λ

λ

=

=

2

1

 

 

gdy jeden z elementów uszkodzi się to intensywność 
uszkodzeń elementu pozostającego w stanie zdatności wzrasta 
do 

λ

λ

>

1

 

 

1) ani jeden element nie uszkodzi się do chwili 
 

t

e

P

λ

2

1

=

 

 

2) element (1) uszkodzi się w pewnej chwili 

t

<

τ

,  

element (2) nie uszkodzi się do chwili 
 

τ

τ

τ

τ

d

t

R

R

f

P

t

)

,

(

)

(

)

(

0

2

=

 

 

λτ

λ

τ

=

e

f

)

(

,           

λτ

τ

=

e

R

)

(

,          

)

(

1

)

,

(

τ

λ

τ

=

t

e

t

R

 

 

 

=

=

=

τ

λ

τ

λ

τ

λ

λ

λ

τ

λ

λτ

λτ

d

e

e

d

e

e

e

P

t

t

t

t

)

2

(

0

)

(

0

2

1

1

1

 

               

[

]

1

2

2

)

2

(

1

0

1

)

2

(

1

1

1

1

=

=

t

t

t

t

e

e

e

e

λ

λ

λ

τ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

 

1

2

background image

 

3)  element (2) uszkodzi się w pewnej chwili 

t

<

τ

,  

element (1) nie uszkodzi się do chwili 

 

2

3

P

P

=

 

 
 

2

1

3

2

1

2

)

(

P

P

P

P

P

t

R

u

+

=

+

+

=

 

 

[

]

=

+

=

1

2

2

)

(

)

2

(

1

2

1

1

t

t

t

u

e

e

e

t

R

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

 

 

            

=

+

=

t

t

t

e

e

e

1

2

2

2

2

1

2

1

2

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

 

 

                        

t

t

e

e

1

2

2

2

1

2

1

1

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

=

 

 

 

 

=

λ

λ

λ

λ

λ

λ

=

=

λ

λ

dt

e

2

2

e

2

dt

)

t

(

R

)

T

(

E

0

t

1

0

t

2

1

1

0

u

u

1

 

 

                     

=

λ

λ

λ

λ

λ

λ

=

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

=

1

1

2

2

1

1

1

1

1

2

)

2

(

4

1

2

2

2

1

2

 

 

                     

1

1

1

1

2

1

2

2

λ

λ

λ

λ

λ

λ

+

=

+

=

 

 

background image

 
 

1

)

(

)

(

2

1

=

+

t

P

t

P

 

 
 
 

 
 
 

1

)

(

)

(

2

1

=

+

+

+

t

t

P

t

t

P

 

 

jeżeli

.

)

(

const

t

=

=

λ

λ

;                   

.

)

(

const

t

=

=

µ

µ

 

 

  

)

(

1

1

T

E

=

λ

;                             

)

(

1

2

T

E

=

µ

 

 
 
 

[

]

t

t

P

t

t

P

t

t

P

+

=

+

µ

λ

)

(

1

)

(

)

(

2

1

1

 

 
 

)

(

)

(

)

(

)

(

2

1

1

1

t

P

t

P

t

t

P

t

t

P

µ

λ

+

=

+

 

 
 

)

(

)

(

)

(

'

2

1

1

t

P

t

P

t

P

µ

λ

+

=

 ,                        

1

)

0

(

1

=

P

 

t

t

t+

t

0

t

1

2

λ

 (t)

µ

 (t)

background image

 

)

(

)

(

)

(

1

t

k

e

t

P

g

t

=

+

+

+

=

+

µ

λ

µ

µ

λ

λ

µ

λ

 

 

0

=

t

;        

1

1

=

P

 

 

t

;      

g

k

P

=

+

=

µ

λ

µ

1

  

 
 
 

 
 
 

e

z

z

nz

z

g

T

T

T

T

T

T

E

T

E

T

E

T

E

T

E

T

E

k

=

+

=

+

=

+

=

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

1

)

(

1

1

2

1

2

1

2

 

 
 
 
 

0

t

  µ
λ+µ

1

0

P

1

(t)

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

e

T

-  

całkowity czas eksploatacji 

u

T

-  całkowity czas użytkowania, 

=

u

T

i

i

η

 

o

T

  

-  całkowity czas obsługiwania, 

=

o

T

i

i

τ

 

i

    liczba przejść obiektu do danego stanu 

 
 
W dwustanowym modelu procesu eksploatacji: 

u

z

T

T

=

,               

o

nz

T

T

=

 

=

g

k

=

+

=

nz

z

z

e

z

T

T

T

T

T

o

u

u

T

T

T

+

 

background image

W trójstanowym modelu procesu eksploatacji 
 

ou

T

  - całkowity czas oczekiwania na użytkowanie, 

=

i

i

ou

T

ν

 

oo

T

  - całkowity czas oczekiwania na obsługiwanie, 

=

i

i

oo

T

'

ν

 

 

     Przypadek 1                                                  Przypadek 2 

 

    

o

ou

u

e

T

T

T

T

+

+

=

                                           

oo

o

u

e

T

T

T

T

+

+

=

 

    

ou

u

z

T

T

T

+

=

                                                  

u

z

T

T

=

 

    

o

nz

T

T

=

                                                         

oo

o

nz

T

T

T

+

=

 

 

e

z

g

T

T

k

=

 

    

o

ou

u

ou

u

g

T

T

T

T

T

k

+

+

+

=

                                         

oo

o

u

u

g

T

T

T

T

k

+

+

=

 

 

z

u

w

T

T

k

=

 

w

k

 

- wskaźnik wykorzystania obiektu zdatnego 

 

ou

u

u

w

T

T

T

k

+

=

<1

                                           

1

=

=

u

u

w

T

T

k

 

 

nz

o

e

T

T

k

=

 

e

k

 - wskaźnik efektywności obsługiwania obiektu niezdatnego 

 

 

1

=

=

o

o

e

T

T

k

                                               

oo

o

o

e

T

T

T

k

+

=

<1 

background image

W czterostanowym modelu procesu eksploatacji

 

oo

o

ou

u

e

T

T

T

T

T

+

+

+

=

 

 

oo

o

ou

u

ou

u

g

T

T

T

T

T

T

k

+

+

+

+

=

 

jeżeli:

 

ou

u

u

w

T

T

T

k

+

=

;                

oo

o

o

e

T

T

T

k

+

=

 

 

o

w

u

e

u

e

g

T

k

T

k

T

k

k

+

=

 

 

background image

 
 
 
 

 
 

e

e

T

L

λ

=

 

intensywność eksploatacji 

 

u

z

T

L

λ

=

 

intensywność użytkowania 

 

e

u

V

T

L

=

 

prędkość eksploatacyjna

 

 

t

j

V

T

L

=

 

prędkość techniczna

 

T

j

T

p

T

u

T

ou

T

e

T

o

T

oo

T

z

T

nz

background image

)

(t

N

u

  - liczba urządzeń użytkowanych w chwili  

 

)

(t

N

o

  - liczba urządzeń obsługiwanych w chwili  

 

+

=

)

(

)

(

t

N

t

N

z

e

)

(t

N

nz

;    

)

(

)

(

t

N

t

N

u

z

=

;    

)

(

)

(

t

N

t

N

o

nz

=

 

 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

t

N

t

N

t

N

t

N

t

N

t

N

t

N

t

N

t

k

o

u

u

e

u

nz

z

z

g

+

=

=

+

=

 

 

)

(t

k

g

  - chwilowy wskaźnik gotowości technicznej 

 
W przypadku jednorodnej grupy urządzeń eksploatowanych 
w ustalonych warunkach, można potraktować historię 
eksploatacji grupy w krótkim przedziale jako ekwiwalentną 
historii eksploatacji pojedynczego urządzenia tej grupy, ale 
w dłuższym przedziale. 

 
 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

t

N

t

N

t

N

t

T

t

T

t

T

o

u

u

o

u

u

+

+

 

N(t)

N

e

(t)

N

u

(t)

N

o

(t)

     t

background image

 

background image

Funkcja wiodąca (skumulowana intensywność uszkodzeń) 

 

dx

x

t

t

=

Λ

0

)

(

)

(

λ

 

 

Można ją interpretować jako miarę wyczerpywania się 
„zapasu niezawodności obiektu”. 
 

Ponieważ    

=

t

dx

x

e

t

R

0

)

(

)

(

λ

         to         

)

(

)

(

t

e

t

R

Λ

=

 

 

)

(

1

)

(

t

e

t

F

Λ

=

 

 

[ ]

)

(

)

(

t

e

dt

d

t

f

Λ

=

 

 

)

(

)

(

t

dt

d

t

Λ

=

λ

 

 

[

]

)

(

1

ln

)

(

ln

)

(

t

F

t

R

t

=

=

Λ

 

 

=

=

=

Λ

t

x

t

t

du

u

f

dx

x

f

dx

x

R

x

f

dx

x

t

0

0

0

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

λ

 

 

dla rozkładu wykładniczego:      

t

t

λ

=

Λ

)

(

 

 
dla rozkładu jednostajnego w przedziale od 0 do b: 
 

=

=

=

Λ

t

b

b

b

t

b

b

t

t

ln

ln

1

ln

)

(

 

background image

Oczekiwany pozostały czas zdatności 

 
 

 

 
 

)

/

(

)

(

t

T

t

T

E

t

r

=

 

 

jest to warunkowa wartość oczekiwana pozostałego czasu 
zdatności 

t

T

 pod warunkiem, że w chwili  obiekt jest 

zdatny. 
 
Warunkowa dystrybuanta pozostałego czasu zdatności 
wynosi: 
 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

/

(

)

,

(

t

R

t

F

x

t

F

t

T

P

x

t

T

t

P

t

T

x

t

T

P

x

t

F

+

=

+

<

=

<

=

 

)

(

)

(

)

,

(

)

,

(

t

R

x

t

f

x

t

F

x

x

t

f

+

=

=

 

 

+

=

=

=

0

0

)

(

)

(

1

)

,

(

)

/

(

)

(

dx

x

t

f

x

t

R

dx

x

t

f

x

t

T

t

T

E

t

r

 

 
podstawiamy:   

z

x

t

=

+

 

stąd:    

t

z

x

=

;   

dz

dx

=

 

 

=

t

dz

z

f

t

z

t

R

t

r

)

(

)

(

)

(

1

)

(

 

dz

du

t

z

u

=

=

 

0

t

t+x

t

background image

)

(

)

(

z

R

v

dz

z

f

dv

=

=

 

 

[

]

{

}

=

+

=

t

t

t

dz

z

R

t

R

dz

z

R

z

R

t

z

t

R

t

r

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

 

 

=

t

dx

x

R

t

R

t

r

)

(

)

(

1

)

(

 

 

)

(

)

(

)

0

(

1

)

0

(

0

T

E

dx

x

R

R

r

=

=

 

 

Możemy za pomocą oczekiwanego pozostałego czasu 
zdatności 

)

(t

r

 wyrazić poznane uprzednio charakterystyki 

funkcyjne niezawodności: 
 





+

=

dt

t

dr

t

r

t

)

(

1

)

(

1

)

(

λ

 

 

)

(

)

0

(

ln

)

(

)

(

0

t

r

r

x

r

dx

t

t

=

Λ

 

 

=

t

x

r

dx

t

r

r

t

R

0

)

(

exp

)

(

)

0

(

)

(

 

 

=

t

x

r

dx

t

r

r

t

F

0

)

(

exp

)

(

)

0

(

1

)

(

 

 





+

=

t

x

r

dx

dt

t

dr

t

r

r

t

f

0

2

)

(

exp

)

(

1

)

(

)

0

(

)

(

 

background image

Dla odpowiednio dużych wartości argumentu  wartość 
funkcji 

)

(t

r

 ulega niewielkim zmianom i dąży do: 

 

)

(

1

lim

)

(

)

(

lim

)

(

)

(

lim

)

(

lim

t

t

f

t

R

t

R

dx

x

R

t

r

t

t

t

t

t

λ

=

=

=

 

 
 
Dla rozkładu wykładniczego:  
 

=

=

=

∞ −

dx

e

e

dx

x

R

t

R

t

r

t

x

t

t

λ

λ

1

)

(

)

(

1

)

(

 

                         

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

1

1

1

=

=





=

t

t

t

x

t

e

e

e

e

 

 
 
Dla rozkładu jednostajnego w przedziale od 0 do b: 
 

=

=

=

b

t

b

t

b

x

x

t

b

b

dx

b

x

b

t

t

r

2

)

1

(

1

1

)

(

2

 

 

=

=

=

)

2

2

2

2

(

)

2

(

)

2

(

2

2

2

2

2

b

t

bt

b

b

b

t

b

b

b

t

t

b

b

b

t

b

b

 

 

2

)

(

2

)

(

)

2

(

2

1

2

2

2

t

b

t

b

t

b

t

bt

b

b

t

b

b

=

=

+

=

 

 

background image

Podobnie możemy wyznaczyć oczekiwany czas zdatności 
obiektu jeżeli wiadomo, że uszkodził się do chwili 
 

)

/

(

t

T

T

E

<

 

 
 

)

(

)

(

)

(

)

(

)

/

(

)

,

(

t

F

x

F

t

T

P

x

T

P

t

T

x

T

P

x

t

F

=

<

<

=

<

<

=

 

 

)

(

)

(

)

,

(

)

,

(

t

F

x

f

x

t

F

x

x

t

f

=

=

 

 

=

=

<

t

t

dx

x

f

x

t

F

dx

x

t

f

x

t

T

T

E

0

0

)

(

)

(

1

)

,

(

)

/

(

 

 

[

]

+

=

+

=

t

t

t

t

dx

x

R

t

tR

dx

x

R

x

R

x

dx

x

f

x

0

0

0

0

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

 

 

=

<

t

t

tR

dx

x

R

t

F

t

T

T

E

0

)

(

)

(

)

(

1

)

/

(

 

 

[

]

=

+

+

<

=

)

(

)

(

)

(

)

/

(

)

0

(

t

R

t

r

t

t

F

t

T

T

E

r

 

 

       

+

=

+

+

=

t

t

t

R

t

r

dx

x

R

t

R

t

r

t

R

t

t

tR

dx

x

R

0

0

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

 

background image

inaczej: 
 

=

=

t

dx

x

R

t

R

dx

x

R

t

r

r

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

0

(

0

 

 

=

+

=

t

t

t

dx

x

R

t

R

dx

x

R

dx

x

R

)

(

)

(

1

)

(

)

(

0

 

 

=

+

=

t

t

dx

x

R

t

R

dx

x

R

0

)

(

)

(

1

1

)

(

 

 

=

+

=

t

t

t

t

r

t

F

dx

x

R

dx

x

R

t

R

t

R

dx

x

R

0

0

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

)

(

)

(

 

 
 

+

=

+

=

t

t

t

R

t

r

dx

x

R

t

r

t

F

t

r

dx

x

R

r

0

0

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

0

(