Файл: Игнатов, В. А. Статистическая оптимизация качества функционирования электронных систем.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 141

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

т

V '

На рис. 3-1 отражена ин­

тервальная оценка

плотности

 

 

 

 

вероятности, полученная с по­

Oft

 

мощью

нормальной

аппрокси­

 

мации

по оценкам 4

и Іъ. при

 

 

доверительных

(вероятностях

0,2

 

У ! = 0 , 9

и 42=

0,99. Заштрихо­

 

ванная зона соответствует уі-

 

 

Ш

2ZZS2 ^ ^

Н аиболып ая неопределенность

оценок наблюдается

на грани­

 

О

 

цах интервалов — в

точках

Рис.

3-1. Интервальная

скачкообразного изменения на­

грузки.

 

 

 

оценка

плотности вероятно

 

 

 

Пример показывает, что ка­

сти.

 

 

 

ноническая регуляризация ку­

 

 

сочно-непрерывных

функций

с помощью эпсилон-функций может успешно применять­ ся при построении математических моделей дискретно­ непрерывных процессов. Она может также найти приме­ нение и при анализе функционирования импульсных устройств, ЦВМ, при вычислении расходящихся интегра­ лов, при приближенном решении методом припасовывания дифференциальных уравнений с переменными и ку­ сочно-непрерывными коэффициентами и т. д.

3-4. Модели с монотонными интенсивностями ухудшения качества систем

Рассмотрим два основных вида моделей с монотон­ ными интенсивностями переходов [Л. 61, 62]. В моделях первого вида распределения времени до пересечения уровней квантования случайным процессом ухудшения определяющего параметра изделия имеют один и тот же тип, во втором — эти распределения относятся к раз­ литым типам. Основное внимание уделим анализу пове­ дения интенсивности отказов, так как эта характеристи­ ка является основной характеристикой для оптимизации ТО. Другие характеристики систем нетрудно получить,

используя соответствующие

соотношения, приведенные

в § 2-2 и 2-6.

 

Введем следующие обозначения: x = \ t —безразмерное

время; V —нормирующий

множитель, ч~1\ s (t) — без­

размерная нормированная интенсивность; Яо(т) =aos(t),

90


г)о(т) =ais(x), 1і(т) +T]i(t) = a 2s(r), cto,

a±,

az— безраз­

мерные масштабные положительные коэффициенты.

Решение исходной системы (2-85)

для

невосстанав-

ливаемого и необслуживаемого изделия имеет различ­

ный вид для двух случаев:

ай+ аіф'а,2 и ßo+ ßi = a2. По­

следовательно их рассмотрим.

 

 

 

 

 

Пусть Оц + ^ Ф а 2. Тогда

 

 

 

 

 

 

 

P0(x) =

e ~ (a°+ai)S(z),

Pl ( x ) = ------^

------- X

 

 

X [*Г(я°+аі) 0 (х) -

е~а‘в(т)],

 

 

(3-30)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Ѳ(т) = j s(x)dx — безразмерное

оперативное

время

[Л.491.

 

безотказной работы изделия

 

 

Вероятность

 

 

 

 

 

 

— (Щ+аі) вМ _ а g—o2S(t)ь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3-31)

плотность распределения этой вероятности

 

 

 

ffr)--

1

г/

 

\ .

.

. Ч - (я0+ а,) Ѳ(Т)

 

 

' [(аа

а0) К

+

а і)

 

 

 

 

 

а,а2е”■a“0(x)] s ( ^

 

 

 

(3-32)

интенсивность отказов изделия

 

 

 

 

 

 

(а2 — йоііао + й!) — йіД2е

(д»

fl° Ді) 0 (т)

.5 (т),

(3-33)

Л(т) =

(аг_ ао) _ Діе- ( “а-°о-«.)еУ)

 

производная от интенсивности отказов

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

(3-34)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г w =

s' fr) 1(0, - а0) {ай+

а,) -

а 1а2е~(‘№ 0 ,) 0 (т)] -

- s2 (т) [(а2 - а,) (а0+ а,)2 -

 

 

 

®<т>]. (3-35)

Для

вычисления Го и

\

используем

формулу чис­

ленного интегрирования [Л. 46],

обеспечивающую

высо­

кую точность:

 

 

 

00

ІП

 

 

Г x se - ХІ (х) dx =

Yi

Л / (хь).

(3-36)

О

ft=0

 

 

91


Если

аа-(- а х= аг,

то

 

 

 

 

P 0(T)=

e - (flo+ai)ew =

e - MW, Р1(*) = а1Цч)е~а*н%).

(3-37)

Вероятность безотказной работы изделия

 

 

 

Р (х) =

[1 +

агЬ(х)] е~а*ь(т>,

(3-38)

плотность распределения этой вероятности

 

 

f(x) =

s (х) {а2 [1 +

а,Ѳ (х)] — а,} е~0а8 (т),

(3-39)

интенсивность

отказов

 

 

 

 

 

 

 

Л /т\ __ Ді[і + д.6(х)]-ді

/ V

(3-40)

 

 

Л 1Т ) —

 

1 + а , 0 ( х )

s ^ ’

 

 

 

 

ее производная

 

 

 

 

 

 

 

А' (■*)= п

e ?S* (t )

| Я , [ 1 + А 10(Х)]-

s'W.

(3-41)

+ а , Ѳ ( х ) ] 2 1

1 +

а , Ѳ ( х )

Начальное

значение

интенсивности

 

 

 

 

Л (0) =

lim Л (х) = a0s (0).

 

(3-42)

 

 

 

 

 

х-»0

 

 

 

 

Если 1ітѲ(х) = оо, то

 

 

 

 

 

Т-»00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I (йо +

аі) lims (х),

а 0 +

а ,< а 2;

 

lim Л (х) =

I

 

х-*со

а ^

- \ - а х.

(3-43)

 

 

 

I <z2 lim s (х),

 

 

 

 

 

і. Х-ХЮ

 

 

 

 

Если Пт Ѳ(х) =

const,

то limA(x) =

constlims(x).

 

Начальное

значение

производной

 

 

Л' (0) = lim Л' (х) =

а, (а2 — а0) s2 (0) -j- a0s' (0)

(3-44)

может быть любым действительным числом, величину и знак которого определяют соотношения между ао, а% и s'(0). Рассмотрим типичные случаи.

I. ай<а2.

 

 

 

а) Если s'(0 )> 0 , то Л '(0)> 0.

(3-45)

б) Если s' (0) < 0, то Л' (0 )^ 0 при

 

a-Х(Да —а,)

s' (0)

 

.._

(3-46)

во

(<)

sa (0)"

 

92


II«

^'0^> &2'

 

Л' (0)5-0 при

а)

Если s '(0 )> 0 , то

 

 

д,(д0—дг) s'(0)

 

 

а0

ss (0)'

б)

Если s'(0)'< 0, то

Л '(0)< 0 .

III. ао=а2, Оо+

а іФ ' а ъ

 

Если s'(0 ^ 0 ,

то Л '(0 )^ 0 .

 

 

Предельные значения Л'(т) при т— мх>

(3-47)

(3-48)

(3-49)

Полученные аналитические зависимости для Л(т) и Л'(т) позволяют исследовать поведение интенсивности отказов изделий /в зависимости от характера s (t ) и мас­ штабных коэффициентов а0, аі и а2. Рассматривая s(t) как интенсивность любого известного распределения или

предстаівляя х(т) в виде (3-9),

нетрудно изучить поведе­

ние Л(т)

для наиболее интересных и практически важ­

ных случаев.

 

является интенсивностью

Пример 3-4. Пусть s(t)

гамма-распределения,

тогда

 

 

 

 

 

9(т) = 1пе ь

где г > 1

и является

целым числом.

Предельные значе­

ния:

 

 

 

 

s (0) = 0, s' (0) — 0, Ііш s (-с) = Я,

lim s' (т) = 0,

 

1ітѲ(т;) = со,

Ѳ(0) =

0.

Следовательно,

Л(0) = 0, Л'(0) = 0 при г ф 2, А'(0) = Я2 при г = 2,

1ішЛ'(х) = 0,

 

 

(®о “f” ^i) ^ >

«о "f-

^a»

(3-51)

1 іт Л ( т )= /(а°

 

 

t-*co

«o ”1""

 

 

9 3


т. е. Л(т) является ограниченной монотонно возрастаю­ щей от нуля функцией. Применение формулы (3-36) при

ао+ а іф щ дает:

(3-52)

где s = 0; *0 = О; **=0,743; *2=2,572; *3=5,73; х4= 10,95; Л0=0,2; Л*= 0,601; Л2 = 0,1257; Л3=0,01294; Л4 = 0,1204 Х X I О-3 [л. 46].

где при г =2, s=3; при г = 3, 5=4

* і= 1,756, Л*= 1,86; **= 2,319, Л*= 6,572;

*2=4,266, /42=3,357; *2=5,129, Л2='13,79;

*3 = 8,058, Л3 = 0,764; *3= 9,201, Л3 = 3,54;

*4=13,92, Л*= 0,0183; **=15,35; Л4=0,0938.

Пусть іг=2, Я =1, V=

10—4, а0 =

0,2, а*=0,8, а2 =

2. Рас­

чет по формулам (3-52)

и (3-53)

с учетом

трех

членов

суммы дает:

 

 

 

 

 

 

Г0=2,6018-104 ч, а2т = 1,9291-ІО8

ч\ Ѵт = 0,533.

С учетом четырех

членов

сумма

То=2,6023-ІО4 ч,

о2т = 1,9248-ІО8 ч\ Fr = 0,532.

 

 

 

 

 

Оценка погрешности по последнему отбрасываемому

члену суммы дает: бт ~ 0,027%,

8оа = 0,223%,

8 ѵ ~ 0,19По­

следовательно, формулы численного интегрирования обеспечивают требуемую в инженерных расчетах точ­ ность даже при использовании двух-трех членов суммы.

94

Пример 3-5. Время до пересечения уровней квантова­ ния при внезапных отказах и при ухудшении парамет­ ров элементов распределено по нормальному закону. Тогда

(т—х)2

2оз

(t) = ln

где т, о — нормированные с помощью ѵ безразмерные параметры этого закона, т а -1^ 3.

Предельные значения s(т) и Ѳ(т)

lim s (т) =

оо; lim s '(т) =

оо;

Ѳ(0) =

0; 1ітѲ(і) = оо,

Х-+00

Т-*00

 

 

 

 

х-юэ

поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m2

 

 

 

Л(0) = а 0

 

—2оз

 

■;

lim Л (т) = оо;

-Г М

 

Y 2п аФ

 

 

 

 

lim Л' (т) =

оо;

А '(0)< 0.

 

WOO

 

 

 

 

(>)

Следовательно, Л(т) может быть монотонной и не­ монотонной возрастающей функцией времени, она изме­ няется от положительной величины Л(0), может прохо­ дить через минимум при 0<т,<оо и далее возрастает до бесконечности.

95