background image

 

Plik:

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

/

 

34

 

 

 

POLITECHNIKA  POZNAŃSKA

   

 

WYBRANE  ZAGADNIENIA  STRUKTURALNEJ 
NIEZAWODNOŚCI  SYSTEMÓW  ZBUDOWANYCH  
Z  ELEMENTÓW  DWUSTANOWYCH. CZ. 2 

ZŁOŻONE STRUKTURY NIEZAWODNOŚCIOWE 

 

 

Materiały pomocnicze do wykładu (v1) 

 

 

 

adam.kadzinski@put.poznan.pl

 

1

k

2

k+1

n

k z n

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

1. Wprowadzenie 

1. Wprowadzenie 

  

Struktura  niezawodnościowa  systemu 

Struktura  niezawodnościowa  systemu 

Strukturę niezawodnościową systemu otrzymuje się ze struktury ogólnej (o zbiorze E elementów) 

systemu przez wydzielenie z niej podzbioru E”. 

Strukturę niezawodnościową systemu otrzymuje się ze struktury ogólnej (o zbiorze E elementów) 

systemu przez wydzielenie z niej podzbioru E”. 

  
  

Zbiór  E” 

⊂ E jest podzbiorem zbioru E, którego 

elementy spełniają następujący  warunek – być ele-
mentem aktywnym systemu, to znaczy elementem, 
którego istnienie w systemie i prawidłowe działanie 
jest niezbędne do realizacji przez system wyzna-
czonych zadań (elementy podstawowe) lub być 
elementem zdolnym do przejmowania funkcji dzia-
łania innego elementu system (elementy rezerwo-
we
), w przypadku, gdy element ten się uszkodzi. 

Zbiór  E” 

⊂ E jest podzbiorem zbioru E, którego 

elementy spełniają następujący  warunek – być ele-
mentem aktywnym systemu, to znaczy elementem, 
którego istnienie w systemie i prawidłowe działanie 
jest niezbędne do realizacji przez system wyzna-
czonych zadań (elementy podstawowe) lub być 
elementem zdolnym do przejmowania funkcji dzia-
łania innego elementu system (elementy rezerwo-
we
), w przypadku, gdy element ten się uszkodzi. 

 

ZBIÓR  E  ELEMENTÓW 

SYSTEMÓW / OBIEKTÓW 

ELEMENTY 

AKTYWNE

ELEMENTY 

PASYWNE 

Elementy podstawowe

E

N

Elementy rezerwowe 

E

R

Rys. 1.1. Klasyfikacja elementów systemów (obiektów) 

Rys. 1.1. Klasyfikacja elementów systemów (obiektów) 

  

  

Jest to forma połączeń (sprzężeń) między elementami systemu, która w sposób jednoznaczny wy-

znacza niezawodność systemu w zależności od niezawodności jego elementów.  

Jest to forma połączeń (sprzężeń) między elementami systemu, która w sposób jednoznaczny wy-

znacza niezawodność systemu w zależności od niezawodności jego elementów.  

  

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

  

Klasyfikację form połączeń między elementami systemu (struktur niezawodnościowych) pokazano 

na 

rys. 1.2

.

 

Klasyfikację form połączeń między elementami systemu (struktur niezawodnościowych) pokazano 

na 

rys. 1.2

.

 

  
  
  

  

STRUKTURY  NIEZAWODNOŚCIOWE  

SYSTEMÓW

PROSTE  STRUKTURY 

NIEZAWODNOŚCIOWE

szeregowe  struktury nieza-

wodnościowe

równoległe  struktury nieza-

wodnościowe

szeregowo-równoległe  struk-

tury niezawodnościowe

ZŁOŻONE  STRUKTURY 

NIEZAWODNOŚCIOWE

mostkowe  struktury nieza-

wodnościowe

progowe  struktury nieza-

wodnościowe

struktury  niezawodnościowe 

typu  siatka

struktury  niezawodnościowe 

typu  sieć

struktury  niezawodnościowe 

typu  ściana

struktury  niezawodnościowe 

typu  komin

równoległo-szeregowe  struk-

tury niezawodnościowe

Rys. 1.2. Klasyfikacja struktur niezawodnościowych systemów (obiektów) 

Rys. 1.2. Klasyfikacja struktur niezawodnościowych systemów (obiektów) 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

  

  

STRUKTURY  NIEZAWODNOŚCIOWE  

SYSTEMÓW

PROSTE  STRUKTURY 

NIEZAWODNOŚCIOWE

szeregowe  struktury nieza-

wodnościowe

równoległe  struktury nieza-

wodnościowe

szeregowo-równoległe  struk-

tury niezawodnościowe

ZŁOŻONE  STRUKTURY 

NIEZAWODNOŚCIOWE

mostkowe  struktury nieza-

wodnościowe

progowe  struktury nieza-

wodnościowe

struktury  niezawodnościowe 

typu  siatka

struktury  niezawodnościowe 

typu  sieć

struktury  niezawodnościowe 

typu  ściana

struktury  niezawodnościowe 

typu  komin

równoległo-szeregowe  struk-

tury niezawodnościowe

1

2

y y y 

y

 

y

 

y

 

R

11

R

13

R

23

R

12

R

11

R

12

R

22

R

13

R

23

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

  

  

1

y y y 

=

=

n

i

i

R

R

1

  

y

 

y

 

y

 

  

(

)

=

=

n

i

i

R

R

1

1

1

  

  

  

R

11

R

12

R

22

R

13

R

23

  

=

=



=

n

j

m

i

ij

r

s

j

R

R

1

1

1

1

  

  

  

(

)

=

=



=

n

j

m

i

ij

s

r

j

R

R

1

1

1

1

R

11

R

13

R

23

R

12

  

Ważne!!! 

  

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

                                                          

2. Niezawodność obiektów / systemów  

o złożonych strukturach niezawodnościowych 

2.1. Uwagi wstępne 

 
Obiektami/systemami o strukturach niezawodnościowych złożonych przyjęto w teorii i praktyce nie-

zawodności nazywać systemy nie należące do klasy systemów szeregowo-równoległych. 

 
Podstawowym problemem w procesie analizy i syntezy niezawodnościowej systemów o złożonych 

strukturach niezawodnościowych jest problem obliczania ich niezawodności. Szczegółowo problem 
ten przedstawiono w pracy Profesora Janusza Migdalskiego 

1

 
Do wyznaczania niezawodności systemów o złożonych strukturach niezawodnościowych stosuje się 

tzw. metody dekompozycyjne. W myśl tych metod system o złożonych strukturach niezawodnościo-
wych dekomponuje się na pewną liczbę podsystemów o prostych strukturach niezawodnościowych. 
Metody te różnią się sposobem dekompozycji systemu o złożonych strukturach niezawodnościowych. 
Jedną z tych metod jest metoda dekompozycji prostej. 

 

1

 Migdalski J., Podstawy strukturalnej teorii niezawodności. Skrypt Politechniki Świętokrzyskiej nr 57. Kielce, 1978. 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

2.2. Metoda dekompozycji prostej obliczania niezawodności systemów  

o złożonych strukturach niezawodnościowych 

 
Metoda dekompozycji prostej należy do efektywniejszych metod obliczania niezawodności syste-

mów o złożonych strukturach niezawodnościowych. Idea tej metody polega na tym, że system o nie-
zawodnościowej strukturze złożonej zostaje drogą kolejnych operacji strukturalnych przekształcony na 
pewną liczbę podsystemów o prostych strukturach niezawodnościowych, tj. podsystemów 
o strukturach szeregowych, równoległych, szeregowo-równoległych i równoległo-szeregowych.  

 
Cechą charakterystyczną metody dekompozycji prostej jest to, że dekompozycję  n-elementowego 

systemu o złożonej strukturze niezawodnościowej wykonuje się zawsze względem 

jednego

 odpowied-

nio   wybranego   elementu  systemu, w   wyniku   czego  otrzymuje  się  na  dwa  podsystemy 

(n–1)-

elementowe

 nie zawierające elementu według, którego dokuje się dekompozycji. W przypadku gdy 

struktury tak otrzymanych 

(n–1)-elementowych

 podsystemów są nadal złożonymi strukturami nieza-

wodnościowymi, to przeprowadza się ich kolejne dekompozycje dopóty, dopóki nie otrzyma się pod-
systemów o strukturach prostych. 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

2.3. Ogólna formuła wyznaczania niezawodności systemu 

2.3. Ogólna formuła wyznaczania niezawodności systemu 

Formalnym zapisem algorytmu obliczeń, opierającego się na opisanej wcześniej metodzie dekompo-

zycji prostej, jest zależność zwana ogólną formułą niezawodności systemu. Dalej przedstawiono kolej-
ne kroki procedury pozyskania ogólnej formuły niezawodności systemu.  

Formalnym zapisem algorytmu obliczeń, opierającego się na opisanej wcześniej metodzie dekompo-

zycji prostej, jest zależność zwana ogólną formułą niezawodności systemu. Dalej przedstawiono kolej-
ne kroki procedury pozyskania ogólnej formuły niezawodności systemu.  

Niech istnieje system składający się z n elementów i o dowolnej strukturze niezawodnościowej. 

Schemat ideowy takiego systemu przedstawia 

rys. 2.1a

. Niech i-ty element tego systemu jest elemen-

tem według którego odbywa się jego dekompozycja. Po takiej operacji system n-elementowy składa 
się z dwóch podsystemów (

rys. 2.1b

) – pierwszy z nich jest podsystemem 

jednoelementowym

 a drugi 

jest podsystemem 

(n–1)-elementowym

.  

Niech istnieje system składający się z n elementów i o dowolnej strukturze niezawodnościowej. 

Schemat ideowy takiego systemu przedstawia 

rys. 2.1a

. Niech i-ty element tego systemu jest elemen-

tem według którego odbywa się jego dekompozycja. Po takiej operacji system n-elementowy składa 
się z dwóch podsystemów (

rys. 2.1b

) – pierwszy z nich jest podsystemem 

jednoelementowym

 a drugi 

jest podsystemem 

(n–1)-elementowym

.  

  
  
 
 

 

  

 

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

SYSTEM 

n 

− elementowy 

O  DOWOLNEJ 

STRUKTURZE 

NIEZAWODNOŚCIOWEJ

 

Podsystem 

(n 

− 1) − elementowy 

i-ty element

a) 

b) 

Rys. 2.1. Schemat ideowy systemu n-elementowego (a)  
             i system n
-elementowy po dekompozycji prostej (b) 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

Przyjmuje się interpretację geometryczną (

rys. 2.2

), opis i oznaczenia następujących zdarzeń: 

Przyjmuje się interpretację geometryczną (

rys. 2.2

), opis i oznaczenia następujących zdarzeń: 

A

  – zdarzenie, że system n-elementowy znajduje się w stanie zdatności, 

i

A

  – zdarzenie, że i-ty element systemu jest zdatny, 

i

A

  – zdarzenie, że i-ty element systemu jest niezdatny, 

I

 – zdarzenie pewne, tzn. takie które musi wystąpić. 

 

 

A

i

A

A

i

 
 
 
 
 
 
 

Rys. 2.2. Interpretacja geometryczna zdarzeń AA

i

Ā

i

, i  I

 

 
 
 

Na podstawie opisanych wcześniej zdarzeń oraz na podstawie 

rys. 2.2

, można zapisać następujące 

tożsamości: 

 

A

I

A

=

 

(2.1)

 

 

i

i

A

A

I

=

 

(2.2)

 

a stąd

 

(

)

A

A

A

A

i

i

=

 

(2.3)

 

i

 

(

)

(

)

A

A

A

A

A

i

i

=

(2.4) 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

10 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

(

)

A

A

i

Ponieważ zdarzenia 

  i  

Ponieważ zdarzenia 

  i  

(

)

A

A

i

(

)

A

A

i

∩  są rozłączne (

rys. 2.2

), to na podstawie tożsamości 

(2.4)

prawdopodobieństwo zdarzenia A przedstawia zależność: 

(

)

 

(

)

A

A

A

A

A

i

i

=

                             

( )

(

)

(

)

A

A

A

A

A

i

i

+

=

P

P

P

(2.5)

 

Ze znanych zależności na prawdopodobieństwa warunkowe postaci: 

 

(

)

(

)

( )

i

i

i

A

A

A

A

A

P

P

P

=

 

(2.6)

 

 

( ) (

)

( )

i

i

i

A

A

A

A

A

P

P

P

=

 

(2.7)

 

i zależności 

(2.5)

 wynika, że: 

 

( )

( )

(

)

( ) ( )

i

i

i

i

A

A

A

A

A

A

A

P

P

P

P

P

+

=

 

(2.8)

 

Dla uproszczenia zapisu przyjmuje się następujące oznaczenia: 

( )

( )

(

)

(

)

i

n

i

A

A

R

P

=

−1

                                                                             

( )

(

)

( )

i

n

i

A

A

R

P

1

=

 

A

R

n

s

P

=

                                                                           

( )

i

i

A

R

P

=

                                                                           

( )

i

i

A

R

P

1

=

 

 

a na tej podstawie zależność 

(2.8)

 ma postać: 

 
 

 

( )

(

)

(

)

( )

(

)

1

1

1

+

=

n

i

i

n

i

i

n

s

R

R

R

R

R

 

(2.9)

 

Ważne!!!

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

11 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

 

 

( )

(

)

(

)

( )

(

)

1

1

1

+

=

n

i

i

n

i

i

n

s

R

R

R

R

R

 

(2.9)

 

 

Zależność 

(2.9)

 to postać matematyczna 

ogólnej formuły niezawodności systemu

. W wyznaczonej 

formule, poszczególnym jej częściom, można nadawać interpretację geometryczną.  

 
W myśl takiego podejścia, element na pewno uszkodzony (R

i

 = 0)  przedstawić można za pomocą 

„przerwy” dla przepływu strumienia informacji lub energii (brak możliwości przepływu), zaś element 
na pewno zdatny (tzn. R

i

 = 1) przedstawia się przez „zwarcie” (brak oporu) dla przepływu strumienia 

informacji lub energii.  

 
W myśl interpretacji geometrycznej, realny element struktury niezawodnościowej systemu/obiektu 

przedstawia dla przepływu informacji lub energii pewną rezystancję (opór), którego miara określona 
jest na przedziale 0 < R

i

 < 1.  

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

12 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

2.4. Niezawodność systemu o strukturze niezawodnościowej mostkowej 

2.4. Niezawodność systemu o strukturze niezawodnościowej mostkowej 

System o strukturze niezawodnościowej

 mostkowej

 jest najprostszym systemem z klasy systemów 

złożonych. Schemat ideowy systemu o strukturze niezawodnościowej mostkowej (zwanego dalej sys-
temem mostkowym) przedstawiono na 

rys. 2.3

System o strukturze niezawodnościowej

 mostkowej

 jest najprostszym systemem z klasy systemów 

złożonych. Schemat ideowy systemu o strukturze niezawodnościowej mostkowej (zwanego dalej sys-
temem mostkowym) przedstawiono na 

rys. 2.3

  

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

STRUKTURY  NIEZAWODNOŚCIOWE  

SYSTEMÓW

PROSTE  STRUKTURY 

NIEZAWODNOŚCIOWE 

szeregowe  struktury nieza-

wodnościowe 

równoległe  struktury nieza-

wodnościowe 

szeregowo-równoległe  struk-

tury niezawodnościowe 

ZŁOŻONE  STRUKTURY 

NIEZAWODNOŚCIOWE

mostkowe  struktury nie-

zawodnościowe

progowe  struktury nieza-

wodnościowe

struktury  niezawodnościowe 

typu  siatka

struktury  niezawodnościowe 

typu  sieć

struktury  niezawodnościowe 

typu  ściana

struktury  niezawodnościowe 

typu  komin

równoległo-szeregowe  struk-

tury niezawodnościowe 

5

1

2

3

4

Rys. 2.3. Schemat ideowy systemu o strukturze  

niezawodnościowej mostkowej 

  

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

13 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

Zgodnie z procedurą obliczeniową, odbywającą się z wykorzystaniem formuły 

(2.9)

, dokonuje się 

dekompozycji systemu mostkowego względem jednego jego elementu. Dobór elementu do dokonania 
dekompozycji systemu jest dowolny. Dalej przyjęto,  że system mostkowy będzie dekomponowany 
względem elementu piątego (

rys. 2.3

). Uwzględniając ten fakt, formułę 

(2.9)

 można zapisać w postaci: 

Zgodnie z procedurą obliczeniową, odbywającą się z wykorzystaniem formuły 

(2.9)

, dokonuje się 

dekompozycji systemu mostkowego względem jednego jego elementu. Dobór elementu do dokonania 
dekompozycji systemu jest dowolny. Dalej przyjęto,  że system mostkowy będzie dekomponowany 
względem elementu piątego (

rys. 2.3

). Uwzględniając ten fakt, formułę 

(2.9)

 można zapisać w postaci: 

( )

( )

(

)

( )

( )

4

5

5

4

5

5

5

1

R

R

R

R

R

M

+

=

 

(2.10)

 

  

W wyniku dekompozycji systemu mostkowego względem piątego elementu otrzymuje się m.in. pod-
systemy 4-elementowe o strukturach niezawodnościowych przedstawionych na 

rys. 2.4

. Jeden z nich 

jest systemem 4-elementowym o strukturze niezawodnościowej równoległo-szeregowej (

rys. 2.4b

), 

zaś drugi jest systemem 4-elementowym o strukturze szeregowo-równoległej (

rys. 2.4c

). 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 2.4. Schematy ideowe systemu mostkowego 5-elementowego i podsystemów 4-elementowych otrzymanych  

po dekompozycji systemu mostkowego względem jego piątego elementu 

1

2

3

4

1

3

1

3

2

4

b) 

c) 

0

5

=

R

1

5

=

R

a) 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

14 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

  

  

( )

( )

(

)

( )

( )

4

5

5

4

5

5

5

1

R

R

R

R

R

M

+

=

 

(2.10)

 

Na tej podstawie składowe formuły 

(2.10)

, posiłkując się zależnościami na niezawodność obiek-

tów/systemów o strukturach niezawodnościowych prostych, przedstawiają się następująco: 

 
 

( )

(

) (

)

(

)

(

) (

)

(

)

4

2

3

1

4

5

1

1

1

1

1

1

R

R

R

R

R

=

 

 

(2.11) 

1

3

2

4

a) 

 

 

( )

( )

(

) (

)

4

3

2

1

4

5

1

1

1

R

R

R

R

R

=

 

 

(2.12)

 

1

3

2

4

b) 

 
 
 
a stąd niezawodność systemu mostkowego przedstawia zależność: 

( )

 

(

) (

)

(

)

(

) (

)

(

)

+

=

4

2

3

1

5

5

1

1

1

1

1

1

R

R

R

R

R

R

M

(

)

(

) (

)

(

)

4

3

2

1

5

1

1

1

1

R

R

R

R

R

 

(2.13)

 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

15 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

 

 

( )

(

) (

)

(

)

(

) (

)

(

)

+

=

4

2

3

1

5

5

1

1

1

1

1

1

R

R

R

R

R

R

M

(

)

(

) (

)

(

)

4

3

2

1

5

1

1

1

1

R

R

R

R

R

 

(2.13)

 

skąd 

 

( )

(

) (

)

+

+

+

=

4

2

4

2

3

1

3

1

5

5

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

M

(

)

(

)

4

3

2

1

4

3

2

1

5

1

R

R

R

R

R

R

R

R

R

+

 

(2.14)

 

 
a po redukcji wyrażenia 

(2.14)

 otrzymuje się: 

 

      

 

( )

+

+

+

+

=

5

4

3

2

5

4

2

1

5

3

2

5

4

1

4

3

2

1

5

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

M

5

4

3

2

1

5

4

3

1

5

3

2

1

4

3

2

1

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

+

 

(2.15) 

Ważne!!! 

 

 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

16 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

2.5. Niezawodność systemów o progowych strukturach niezawodnościowych 

2.5. Niezawodność systemów o progowych strukturach niezawodnościowych 

Definicja 

Definicja 

Ważne!!! 

System o progowej strukturze niezawodnościowej jest w stanie zdatności tylko 

wówczas, gdy co najmniej 

k

 spośród 

n

 jego elementów jest w stanie zdatności. 

System o progowej strukturze niezawodnościowej jest w stanie zdatności tylko 

wówczas, gdy co najmniej 

k

 spośród 

n

 jego elementów jest w stanie zdatności. 

  

Systemy o progowej strukturze niezawodnościowej w teorii i praktyce niezawodnościowej  nazywa 

się systemami typu „

k

 z 

n

” zdatnych elementów. Schemat ideowy systemu o strukturze niezawodno-

ściowej progowej przedstawiono na 

rys. 2.5

Systemy o progowej strukturze niezawodnościowej w teorii i praktyce niezawodnościowej  nazywa 

się systemami typu „

k

 z 

n

” zdatnych elementów. Schemat ideowy systemu o strukturze niezawodno-

ściowej progowej przedstawiono na 

rys. 2.5

  

STRUKTURY  NIEZAWODNOŚCIOWE  

SYSTEMÓW

PROSTE  STRUKTURY 

NIEZAWODNOŚCIOWE 

szeregowe  struktury nieza-

wodnościowe 

równoległe  struktury nieza-

wodnościowe 

szeregowo-równoległe  struk-

tury niezawodnościowe 

ZŁOŻONE  STRUKTURY 

NIEZAWODNOŚCIOWE

mostkowe  struktury nieza-

wodnościowe

progowe  struktury nieza-

wodnościowe

struktury  niezawodnościowe 

typu  siatka

struktury  niezawodnościowe 

typu  sieć

struktury  niezawodnościowe 

typu  ściana

struktury  niezawodnościowe 

typu  komin

równoległo-szeregowe  struk-

tury niezawodnościowe 

  
  

k z n” 

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

Rys. 2.5. Schemat ideowy systemu o strukturze  

niezawodnościowej progowej 

1

k

2

k+1

n

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 
 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

17 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

Warto wiedzieć

,  że systemy o szeregowych i równoległych strukturach niezawodnościowych są 

szczególnymi przypadkami systemów typu „

k

 z 

n

” zdatnych elementów. System o szeregowej struktu-

rze niezawodnościowej jest systemem „

n

 z 

n

”, zaś system o równoległej strukturze niezawodnościo-

wej jest systemem „

1

 z 

n

”. 

Warto wiedzieć

,  że systemy o szeregowych i równoległych strukturach niezawodnościowych są 

szczególnymi przypadkami systemów typu „

k

 z 

n

” zdatnych elementów. System o szeregowej struktu-

rze niezawodnościowej jest systemem „

n

 z 

n

”, zaś system o równoległej strukturze niezawodnościo-

wej jest systemem „

1

 z 

n

”. 

  
  

k

k+1

… 

… 

n

k z n” 

… 

… 

… 

… 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

1

2

y y y 

n z n

  
  
  

k = n

  
  
  
  
  

y

 

y

 

y

 

1

2

„1 z n

k

k+1

… 

… 

n

k z n” 

… 

… 

… 

… 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

  
  
  

k = 1”

  
  
  

Warto…! 

  

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

18 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

( )

(

)

(

)

Niezawodność systemu  „2 z 3” o różnej niezawodności elementów 

Niezawodność systemu  „2 z 3” o różnej niezawodności elementów 

Niech istnieje system 3-elementowy o strukturze niezawodnościowej „

2

 z 

3

”  (

rys. 2.6

) i o nieza-

wodności początkowej elementów R

i

 (i = 1,2,3). System taki jest w stanie zdatności tylko wówczas, 

gdy co najmniej 

2

 spośród 

3

 jego elementów są w stanie zdatności. 

Niech istnieje system 3-elementowy o strukturze niezawodnościowej „

2

 z 

3

”  (

rys. 2.6

) i o nieza-

wodności początkowej elementów R

  

i

 (i = 1,2,3). System taki jest w stanie zdatności tylko wówczas, 

gdy co najmniej 

2

 spośród 

3

 jego elementów są w stanie zdatności. 

  

„2 z 3” 

  

1

1

2

  
  
  
  
  

Rys. 2.6. Schemat ideowy systemu o strukturze niezawodnościowej  „2 z 3” 

  
  
  

Wyznaczenie niezawodności systemu „

2

 z 

3

”, zgodnie z procedurą obliczeniową wykorzystującą 

formułę 

(2.9)

, dokonuje się dekomponując ten system względem jednego jego elementu. Dobór ele-

mentu do dokonania dekompozycji systemu jest dowolny. Dalej przyjęto, że system „

2

 z 

3

” będzie de-

komponowany względem elementu drugiego (

rys. 2.6

). Uwzględniając ten fakt, formułę 

(2.9)

 można 

zapisać w postaci: 

Wyznaczenie niezawodności systemu „

2

 z 

3

”, zgodnie z procedurą obliczeniową wykorzystującą 

formułę 

(2.9)

, dokonuje się dekomponując ten system względem jednego jego elementu. Dobór ele-

mentu do dokonania dekompozycji systemu jest dowolny. Dalej przyjęto, że system „

2

 z 

3

” będzie de-

komponowany względem elementu drugiego (

rys. 2.6

). Uwzględniając ten fakt, formułę 

(2.9)

 można 

zapisać w postaci: 

  

( )

(

)

(

)

( )

(

)

1

1

1

+

=

n

i

i

n

i

i

n

s

R

R

R

R

R

 

(2.9)

 

 

( )

( )

(

)

( )

( )

2

2

2

2

2

2

3

"

3

2

"

1

R

R

R

R

R

z

+

=

 

(2.16) 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

19 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

  

  

( )

( )

(

)

( )

( )

2

2

2

2

2

2

3

"

3

2

"

1

R

R

R

R

R

z

+

=

 

(2.16)

 

W wyniku dekompozycji systemu „

2

 z 

3

” względem drugiego elementu otrzymuje się podsystemy 

2-elementowe. Jeden z nich jest systemem 2-elementowym o strukturze niezawodnościowej równole-
głej (gdy element 2-gi jest na pewno zdatny, tzn. R

2

 = 1), zaś drugi jest systemem 2-elementowym o 

strukturze szeregowej (gdy element 2-gi jest na pewno niezdatny, tzn. R

2

 = 0). 

Na tej podstawie składowe formuły 

(2.16)

, posiłkując się zależnościami na niezawodność obiek-

tów/systemów o strukturach niezawodnościowych prostych, przedstawiają się następująco: 

( )

(

) (

)

3

1

2

2

1

1

1

R

R

R

=

 

(2.17)

 

 

 

( )

( )

3

1

2

2

R

R

R

=

 

(2.18)

 

a stąd niezawodność systemu „

2

 z 

3

” przedstawia zależność: 

 

( )

(

) (

)

(

) (

)

3

1

2

3

1

2

3

"

3

2

"

1

1

1

1

R

R

R

R

R

R

R

z

+

=

 

(2.19)

 

1

1

3

2

„2 z 3” 

skąd 

 

( )

3

2

1

3

1

3

2

2

1

3

"

3

2

"

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

z

+

+

=

 

(2.20) 

 

Ważne!!!

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

20 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

( )

(

)

(

)

Niezawodność systemu  „2 z 4” o różnej niezawodności elementów 

Niezawodność systemu  „2 z 4” o różnej niezawodności elementów 

Niech istnieje system 4-elementowy o strukturze niezawodnościowej „

2

 z 

4

”  (

rys. 2.7

) i o nieza-

wodności początkowej elementów R

i

 (i = 1,2,3,4). System taki jest w stanie zdatności tylko wówczas, 

gdy co najmniej 2 spośród 4 jego elementów jest w stanie zdatności. 

Niech istnieje system 4-elementowy o strukturze niezawodnościowej „

2

 z 

4

”  (

rys. 2.7

) i o nieza-

wodności początkowej elementów R

  

i

 (i = 1,2,3,4). System taki jest w stanie zdatności tylko wówczas, 

gdy co najmniej 2 spośród 4 jego elementów jest w stanie zdatności. 

  
  
  
  
  
  
  

1

2

1

3

1

2

3

2

4

3

„2 z 4” 

Rys. 2.7. Schemat ideowy systemu o strukturze niezawodnościowej  „2 z 4” 

Niezawodność systemu „

2

 z 

4

” można wyznaczyć dekomponując sys-

tem względem elementu czwartego (

rys. 2.7

). Uwzględniając ten fakt, 

formułę 

(2.9)

 można zapisać w postaci: 

Niezawodność systemu „

2

 z 

4

” można wyznaczyć dekomponując sys-

tem względem elementu czwartego (

rys. 2.7

). Uwzględniając ten fakt, 

formułę 

(2.9)

 można zapisać w postaci: 

  

  

( )

(

)

(

)

( )

(

)

1

1

1

+

=

n

i

i

n

i

i

n

s

R

R

R

R

R

 

(2.9)

 

 

( )

( )

(

)

( )

( )

3

4

4

3

4

4

4

"

4

2

"

1

R

R

R

R

R

z

+

=

 

(2.21) 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

21 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

 

 

( )

( )

(

)

( )

( )

3

4

4

3

4

4

4

"

4

2

"

1

R

R

R

R

R

z

+

=

 

(2.21)

 

 

W wyniku dekompozycji systemu „

2

 z 

4

” względem 

czwartego

 elementu otrzymuje się podsystemy 

3-elementowe. Jeden z nich jest systemem 3-elementowym o strukturze niezawodnościowej równole-
głej (gdy element 4-ty jest na pewno zdatny, tzn. R

4

 = 1),  zaś drugi jest systemem 3-elementowym 

o strukturze typu „

2

 z 

3

” (gdy element 4-ty jest na pewno niezdatny, tzn. R

4

 = 0). 

Na tej podstawie składowe formuły 

(2.21)

, posiłkując się zależnościami posiłkując się zależnościami 

na niezawodność obiektów/systemów o strukturach niezawodnościowych prostych

 

oraz 

(2.16)

 i 

(2.19)

przedstawiają się następująco: 
 

( )

(

) (

) (

)

3

2

1

3

4

1

1

1

1

R

R

R

R

=

 

(2.22)

 

 

( )

( )

(

) (

)

(

) (

)

3

1

2

3

1

2

3

4

1

1

1

1

R

R

R

R

R

R

R

+

=

 

(2.23)

 

 
a stąd niezawodność systemu „

2

 z 

4

” przedstawia zależność: 

 

( )

(

) (

) (

)

(

)

+

=

3

2

1

4

4

"

4

2

"

1

1

1

1

R

R

R

R

R

z

(

)

(

) (

)

(

) (

)

(

)

3

1

2

3

1

2

4

1

1

1

1

1

R

R

R

R

R

R

R

+

 

(2.24)

 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

22 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

skąd    

 

( )

+

+

+

+

=

4

3

2

1

4

3

2

4

3

1

4

2

1

4

3

4

2

4

1

4

"

4

2

"

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

z

 

+

+

+

3

2

1

3

1

3

2

2

1

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

4

3

2

1

4

3

1

4

3

2

4

2

1

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

+

 

(2.25)

 

 
i ostatecznie 
 
 
 

( )

+

+

+

+

+

+

=

4

3

4

2

3

2

4

1

3

1

2

1

4

"

4

2

"

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

z

 

   

4

3

2

1

4

3

2

4

3

1

4

2

1

3

2

1

3

2

2

2

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

+

 

(2.26)

 

1

2

1

3

1

4

2

3

2

4

3

4

„2 z 4” 

Ważne!!!

 

 
 
 
 
 
 
 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

23 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

( )

(

)

(

)

Niezawodność systemu  „3 z 4” o różnej niezawodności elementów 

Niezawodność systemu  „3 z 4” o różnej niezawodności elementów 

Niech istnieje system 4-elementowy o strukturze niezawodnościowej „

3

 z 

4

” 

(rys. 2.8)

 i o nieza-

wodności początkowej elementów R

i

 (i = 1,2,3,4). System taki jest w stanie zdatności tylko wówczas, 

gdy co najmniej 3 spośród 4 jego elementów jest w stanie zdatności. 

Niech istnieje system 4-elementowy o strukturze niezawodnościowej „

3

 z 

4

” 

(rys. 2.8)

 i o nieza-

wodności początkowej elementów R

  

i

 (i = 1,2,3,4). System taki jest w stanie zdatności tylko wówczas, 

gdy co najmniej 3 spośród 4 jego elementów jest w stanie zdatności. 

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

1

2

1

2

1

3

2

3

„3 z 4” 

Rys. 2.8. Schemat ideowy systemu o strukturze niezawodnościowej  „3 z 4” 

  

Niezawodność systemu „

3

 z 

4

” wygodnie jest wyznaczać dekomponując system względem elementu 

czwartego

 (ze względu na wyznaczoną wcześniej formułę na niezawodność systemu „

2

 z 

3

” – formuła 

(

2.20

)). Biorąc to pod uwagę, formułę (

2.9

) dla systemu „

3

 z 

4

”można zapisać jako: 

Niezawodność systemu „

3

 z 

4

” wygodnie jest wyznaczać dekomponując system względem elementu 

czwartego

 (ze względu na wyznaczoną wcześniej formułę na niezawodność systemu „

2

 z 

3

” – formuła 

(

2.20

)). Biorąc to pod uwagę, formułę (

2.9

) dla systemu „

3

 z 

4

”można zapisać jako: 

  

( )

(

)

(

)

( )

(

)

1

1

1

+

=

n

i

i

n

i

i

n

s

R

R

R

R

R

 

(2.9)

 

 

( )

( )

(

)

( )

( )

3

4

4

3

4

4

4

"

4

3

"

1

R

R

R

R

R

z

+

=

 

(2.27)

 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

24 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

  

  

( )

( )

(

)

( )

( )

3

4

4

3

4

4

4

"

4

3

"

1

R

R

R

R

R

z

+

=

 

(2.27)

 

 

W wyniku dekompozycji systemu „

3

 z 

4

” względem 

czwartego

 elementu otrzymuje się podsystemy 

3-elementowe. Jeden z nich jest systemem 3-elementowym o strukturze niezawodnościowej „

2

 z 

3

” 

(gdy element 4-ty jest na pewno zdatny, tzn. R

4

 = 1), zaś drugi jest systemem 3-elementowym o struk-

turze szeregowej (gdy element 4-ty jest na pewno niezdatny, tzn. R

4

 = 0). 

Na tej podstawie składowe formuły 

(2,27)

 przedstawiają się następująco: 

 

( )

( )

(

) (

)

(

) (

)

3

1

2

3

1

2

3

4

1

1

1

1

R

R

R

R

R

R

R

+

=

 

(2.28)

 

 

( )

( )

3

2

1

3

4

R

R

R

R

=

 

(2.29)

 

Uwzględniając zależność 

(2,20)

 można zapisać, że 

 

( )

( )

( )

3

2

1

3

1

3

2

2

1

3

"

3

2

"

3

4

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

z

+

+

=

=

 

(2.20)

 

a stąd  

( )

(

)

(

)

3

2

1

4

3

2

1

3

1

3

2

2

1

4

4

"

4

3

"

1

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

z

+

+

+

=

 

(2.30)

 

a stąd ostatecznie niezawodność systemu „

3

 z 

4

” przedstawia zależność: 

 

( )

4

3

2

1

4

3

2

4

3

1

4

2

1

3

2

1

4

"

4

3

"

3

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

z

+

+

+

=

 

(2.31) 

Ważne!!! 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

25 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

Niezawodność systemów typu „k z n” o identycznej niezawodności elementów 

Niezawodność systemów typu „k z n” o identycznej niezawodności elementów 

Niech istnieje system n-elementowy o strukturze niezawodnościowej „

k

 z 

n

” i o identycznej nieza-

wodności elementów 

Niech istnieje system n-elementowy o strukturze niezawodnościowej „

k

 z 

n

” i o identycznej nieza-

wodności elementów 

 

R

1

 = R

2

 = ... = R

n

 = R 

(2.32)

 

 

R

1

 = R

2

 = ... = R

n

 = R 

(2.32)

 

  

1

2

k+1 

… 

k z n” 

… 

… 

… 

… 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

  
  
  
  
  
  
  
  
System „

k

 z 

n

” jest w stanie zdatności tylko wówczas, gdy co najmniej 

k

 spośród 

n

 jego elementów 

tego systemu jest w stanie zdatności. Prawdopodobieństwo takiego zdarzenia gdy spełniony jest waru-
nek 

(2.32)

 można wyznaczyć z zależności: 

System „

k

 z 

n

” jest w stanie zdatności tylko wówczas, gdy co najmniej 

k

 spośród 

n

 jego elementów 

tego systemu jest w stanie zdatności. Prawdopodobieństwo takiego zdarzenia gdy spełniony jest waru-
nek 

(2.32)

 można wyznaczyć z zależności: 

  

( )

(

)

(

)

i

n

i

n

k

i

n

n

k

R

R

i

n

n

k

R

R

=

=

1

,

,

"

z

"

 

(2.33)

 

  

Ważne!!!

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

26 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

 

 

( )

(

)

(

)

i

n

i

n

k

i

n

n

k

R

R

i

n

n

k

R

R

=

=

1

,

,

"

z

"

 

(2.33)

 

Dalej, wykorzystując zależność 

(2.33)

 przedstawiono formuły na niezawodność wybranych syste-

mów o strukturach niezawodnościowych typu „

k

 z 

n

” przy założeniu identycznej niezawodności ich 

elementów: 

• 

niezawodność systemu typu „

2

 z 

3

” o identycznej niezawodności elementów 

( )

(

)

(

)

3

2

3

3

2

3

"

3

z

2

"

2

3

1

3

3

,

2

,

R

R

R

R

i

R

R

i

i

i

=

=

=

(2.34)

 

• 

niezawodność systemu typu „

2

 z 

4

” o identycznej niezawodności elementów 

( )

(

)

(

)

4

3

2

4

4

2

4

"

4

z

2

"

3

8

6

1

4

4

,

2

,

R

R

R

R

R

i

R

R

i

i

i

+

=

=

=

(2.35)

 

• 

niezawodność systemu typu „

3

 z 

4

” o identycznej niezawodności elementów 

( )

(

)

(

)

4

3

4

4

3

4

"

4

z

3

"

3

4

1

4

4

,

3

,

R

R

R

R

i

R

R

i

i

i

=

=

=

(2.36)

 

 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

27 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

 

3. Zasada maksymalnej wrażliwości 

Zasada maksymalnej wrażliwości wskazuje uwagę na elementy dowolnego systemu, których popra-

wa niezawodności daje maksymalną zmianę niezawodności systemu. 

 
Niezawodność systemu 

n

-elementowego można wyznaczyć z formuły: 

( )

(

)

(

)

( )

(

)

1

1

1

+

=

n

i

i

n

i

i

n

s

R

R

R

R

R

 

(

)

(

)

n

i

i

n

i

R

R

R

R

R

R

,...,

,

1

,

,...,

,

1

1

2

1

1

+

                      

( )

(

)

(

)

n

i

i

n

i

R

R

R

R

R

R

,...,

,

0

,

,...,

,

1

1

2

1

1

+

 

Mając niezawodność systemu 

n

-elementowego oblicza się wrażliwości poszczególnych elementów 

systemu, przez liczenie kolejnych pochodnych cząstkowych: 

( )

(

)

( )

(

)

( )

( )

(

)

( )

(

)

( )

( )

(

)

( )

(

)

( )

Δ

=

=

Δ

=

=

Δ

=

=

n

n

n

n

n

n

n

s

i

n

i

n

i

i

n

s

n

n

n

s

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

..

..........

..........

..........

..........

..

..........

..........

..........

..........

 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

28 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

Następnie w oparciu o uzyskane wartości liczbowe szuka się wartości maksymalnej z listy wrażli-

wości: 

( )

( )

( )

( )

{

}

n

i

n

i

Δ

Δ

Δ

Δ

=

Δ

<

<

,...,

,...,

,

max

2

1

1

 

 

oraz element charakteryzujący się największą wrażliwością na zmianę niezawodności systemu (tzn. 
taki, że poprawa jego niezawodności daje maksymalną zmianę niezawodności systemu). 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

29 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

3

2

1

R

R

R

R

4. Zastosowanie zasady maksymalnej wrażliwości 

4. Zastosowanie zasady maksymalnej wrażliwości 

Dla systemu o szeregowej strukturze niezawodnościowej 

Dla systemu o szeregowej strukturze niezawodnościowej 

1

2

3

R

= 0,7 R

= 0,8

R

R

= 0,9 

  
  

3

2

1

R

R

R

R

=

 

 

( )

( )

( )

56

,

0

8

,

0

7

,

0

63

,

0

9

,

0

7

,

0

72

,

0

9

,

0

8

,

0

2

1

3

3

3

1

2

2

3

2

1

1

=

=

=

=

Δ

=

=

=

=

Δ

=

=

=

=

Δ

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

 

( )

( )

( )

{

}

( )

72

,

0

,

,

max

1

3

2

1

3

1

=

Δ

=

Δ

Δ

Δ

=

Δ

<

<i

 

 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

30 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

(

)

Dla systemu o równoległej strukturze niezawodnościowej 

Dla systemu o równoległej strukturze niezawodnościowej 

  

(

)(

)(

)

3

2

1

1

1

1

1

R

R

R

R

=

 

 
 

(

)(

)

(

)(

)

[

]

3

2

1

3

2

1

1

1

1

1

R

R

R

R

R

R

=

 

(

)(

)

(

)(

)

[

]

3

1

2

3

1

1

1

1

1

1

R

R

R

R

R

R

=

 

(

)(

)

(

)(

)

[

]

2

1

3

2

1

1

1

1

1

1

R

R

R

R

R

R

=

 

R

3

= 0,9 

R

1

= 0,7 

1

2

3

R 

R

2

= 0,8

 

( )

(

)(

) (

)(

)

02

,

0

1

,

0

2

,

0

9

,

0

1

8

,

0

1

1

1

3

2

1

1

=

=

=

=

=

Δ

R

R

R

R

 

( )

(

)(

) (

)(

)

03

,

0

1

,

0

3

,

0

9

,

0

1

7

,

0

1

1

1

3

1

2

2

=

=

=

=

=

Δ

R

R

R

R

 

( )

(

)(

) (

)(

)

05

,

0

2

,

0

3

,

0

8

,

0

1

7

,

0

1

1

1

2

1

3

3

=

=

=

=

=

Δ

R

R

R

R

 

( )

( )

( )

{

}

( )

05

,

0

,

,

max

3

3

2

1

3

1

=

Δ

=

Δ

Δ

Δ

=

Δ

i

 

 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

31 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

Dla systemu mostkowej strukturze niezawodnościowej  

 

( )

(

)(

)

[

]

+

+

+

=

4

2

4

2

3

1

3

1

5

5

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

M

(

)

[

]

4

3

2

1

4

3

2

1

5

1

R

R

R

R

R

R

R

R

R

+

 

 

Badanie wrażliwości 

 

( )

(

)(

) (

)(

)

4

3

2

2

5

3

4

2

4

2

5

1

1

1

1

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

M

+

+

=

=

Δ

 

( )

(

)(

) (

)(

)

4

3

1

1

5

4

3

1

3

1

5

2

2

1

1

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

M

+

+

=

=

Δ

 

( )

(

)(

) (

)(

)

4

2

1

4

5

1

4

2

4

2

5

3

3

1

1

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

M

+

+

=

=

Δ

 

( )

(

)(

) (

)(

)

3

2

1

3

5

2

3

1

3

1

5

4

4

1

1

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

M

+

+

=

=

Δ

 

( )

(

)(

) (

)

4

3

2

1

4

3

2

1

4

2

4

2

3

1

3

1

5

5

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

M

+

+

+

=

=

Δ

 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

32 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

  

( )

( )

( )

( )

( )

{

}

5

4

3

2

1

5

1

,

,

,

,

max

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

=

Δ

i

 

 

Gdyby przyjąć, że elementy struktury mostkowej mają wszystkie tę samą niezawodność  

Ri =  dla  i = 1,2,3,4,5 

to 

(

)(

) (

)(

)

=

+

+

=

Δ

=

Δ

=

Δ

=

Δ

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

1

1

4

3

2

1

 

(

)(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

=

+

=

4

2

3

4

3

3

2

3

2

2

2

2

1

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

 

4

3

2

2

4

R

R

R

R

+

+

=

 

 

( )

(

)(

) (

)

=

+

+

+

=

Δ

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

5

 

(

)(

) (

)

=

+

+

=

+

=

4

2

4

3

3

2

4

2

2

2

2

2

2

2

4

2

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

 

4

3

2

2

4

2

R

R

R

+

=

 

 

4

3

2

2

4

R

R

R

R

+

+

   

 

(

 < = > 

)

 

   

4

3

2

2

4

2

R

R

R

+

 

 

4

3

2

2

4

R

R

R

R

+

+

   

 

 > 

 

   

4

3

2

2

4

2

R

R

R

+

 

 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

33 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

( )

( )

( )

( )

( )

{

}

5

4

3

2

1

5

1

,

,

,

,

max

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

=

Δ

i

 

 

Gdyby przyjąć, że elementy struktury mostkowej mają wszystkie tę samą niezawodność  

Ri =  dla  i = 1,2,3,4,5 

to 

(

)(

) (

)(

)

=

+

+

=

Δ

=

Δ

=

Δ

=

Δ

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

1

1

4

3

2

1

 

(

)(

)

(

)

(

)

=

+

+

+

=

+

=

4

2

3

4

3

3

2

3

2

2

2

2

1

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

 

4

3

2

2

4

R

R

R

R

+

+

=

 

 

( )

(

)(

) (

)

=

+

+

+

=

Δ

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

5

 

(

)(

) (

)

=

+

+

=

+

=

4

2

4

3

3

2

4

2

2

2

2

2

2

2

4

2

2

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

 

4

3

2

2

4

2

R

R

R

+

=

 

 

4

3

2

2

4

R

R

R

R

+

+

   

 

(

 < = > 

)

 

   

4

3

2

2

4

2

R

R

R

+

 

 
 

4

3

2

2

4

R

R

R

R

+

+

   

 

 > 

 

   

4

3

2

2

4

2

R

R

R

+

 

 
 

background image

 
 

Plik: 

TL_Złożone_Struktury_Niezawodnościowe_[v1]_p_s.doc 

 

        

34 

/

 

34

 

A. KADZIŃSKI, 

WYBRANE ZAGADNIENIA STRUKTURALNEJ NIEZAWODNOŚCI SYSTEMÓW ZBUDOWANYCH Z ELEMENTÓW DWUSTANOWYCH. CZ. 2

 

Syntetycznie przypomniano problematykę niezawodności systemów/obiektów o niezawodno-

♦ 

Ogólna formuła niezawodności – metoda dekompozycji prostej, wyprowadzenie i postać ma-

♦ 

Niezawodność systemów/obiektów o niezawodnościowych strukturach złożonych – systemy 

♦ 

Sterowanie niezawodnością systemów/obiektów – reguła maksymalnej wrażliwości, sterowa-

 

5. Podsumowanie 

W ramach wykładu przedstawiono niżej przedstawione zagadnienia. 

♦ 

Pojęcie struktury niezawodnościowej. 

♦ 

Klasyfikacje struktur niezawodnościowych i elementów struktur niezawodnościowych. 

♦ 

ściowych strukturach prostych (szeregowych, równoległych, równoległo-szeregowych, szere-
gowo-równoległych). 

tematyczna, zastosowanie dla niezawodnościowych struktur prostych. 

o strukturze mostkowej, systemy o strukturach progowych. 

nie niezawodnością struktur prostych i złożonych. 


Document Outline