Optimization of reliability of the passive redundant technical subsystems with due consideration of tolerances
Authors: Ву Ч.Т. , Гришин В.М. 
Published: July 2024

Работа посвящена оптимизации безотказности пассивно резервированных технических подсистем с учетом допусков на уменьшение их выходных характеристик при внезапных отказах элементов путем синтеза структуры резервирования. Проведен анализ особенностей исследования и разработки пассивно резервированных подсистем с учетом допусков, показавший необходимость использования назначенных и реализуемых допусков, возможность обеспечения реализуемых допусков при разных кратностях резервирования, необходимость учета существования критических вероятностей элементов, определяющих диапазон (0 - Pkr) где не выгоден данный способ резервирования. Показано, что синтез структуры основан на решении двухкритериальной задачи оптимизации, которая разными способами может быть сведена к одному критерию. В работе выбран способ сведения частных показателей к относительному критерию. Синтез структуры проворится в два этапа. На первом этапе решается так называемая Ослабленная задача, которое не учитывает требований по безотказности. На втором этапе решается задача синтеза с учетом требований по безотказности. Ввиду отсутствия информации о количественных значениях назначенных допусков и требуемой безотказности реальных подсистем, в работе проведены расчеты зависимостей оптимальных значений показателей безотказности технических подсистем для широкого диапазона реализуемых допусков и кратностей резервирования. Исследовано влияние величин требуемой безотказности и допусков на оптимальную структуру пассивного резервирования технических подсистем. Представленные результаты рачетов позволяют выбрать оптимальную структуру пассивного резервирования в диапозоне: требуемой безотказности от 0,92 до 0,99 и диапазоне назначенных допусков от 10 до 50.

The work is devoted to the optimization of reliability of passively redundant of technical subsystems with due considerations of tolerances to reduce their output characteristics in case of sudden failures of the elements by synthesizing the redundancy structure. The analysis of the features of the research and development of passively redundant subsystems with due considerations of tolerances, demonstrated the need to use assigned and implemented tolerances, the ability to ensure realizable tolerances for different multiplicities of redundancy, the necessity of considering the existence of a critical probabilities of elements that determine the range (0 - Pkr) where this reservation method is not profitable. It is shown that the structure synthesis is based on the solution of a two-criterion optimization problem, which can be reduced to one criterion in different ways. In this paper, the method of reducing the private indicators to the relative criterion is chosen. The synthesis of the structure is carried out in two stages. At the first stage, the so-called Weakened task is solved, which does not take into account the requirements for reliability. At the second stage, the synthesis problem is solved with considering the reliability requirements. Due to the lack of information about the quantitative values of the assigned tolerances and the required reliability of real subsystems, the calculations of dependences of the optimal values of the reliability indices of technical subsystems for a wide range of realizable tolerances and redundancy multiplicities were performed in this work. The influence of the required reliability and tolerances on the optimal structure of passive redundancy of technical subsystems is researched. The presented results of calculations allow to choose the optimal structure of passive redundancy in the range: the required reliability from 0,92 to 0,99 and the range of assigned tolerances from 10 to 50.