РНД 73-16-90 => Утверждаю. Методика по расчету показателей надежности системы оповещения о пожаре и управления эвакуацией людей при...

МЕЖОТРАСЛЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ЗАЩИТА"

ГПКИ "СПЕЦАВТОМАТИКА"

 

УТВЕРЖДАЮ

Директор

ГПКИ "Спецавтоматика"

М.Н. Чернов

"28" июня 1990 г.

 

МЕТОДИКА ПО РАСЧЕТУ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ОПОВЕЩЕНИЯ О ПОЖАРЕ И УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРЕ

 

РНД 73-16-90

 

Дата введения 01.09.90

 

 

1. РАЗРАБОТАН Государственным проектным и конструкторским институтом "Спецавтоматика" г. Новосибирск.

 

2. СОГЛАСОВАН с ВНИИПО МВД СССР.

 

3. ИСПОЛНИТЕЛЬ Г.Д. Брусельцева (руководитель темы). В работе принимал участие сотрудник ВНИИПО МВД СССР канд. техн. наук С.А. Никонов.

 

4. ЗАРЕГИСТРИРОВАН в ВНТИЦентре.

 

5. ВВЕДЕН впервые.

 

 

Методика по расчету показателей надежности системы оповещения о пожаре и управлению эвакуацией людей при пожаре (СОУЭ) устанавливает порядок расчета показателей надежности.

Основу методики составляет анализ показателей надежности СОУЭ в результате сравнения различных вариантов технических решений и выбора варианта, в наибольшей степени удовлетворяющего заданным требованиям, а также обеспечивающего требуемую надежность на стадии эксплуатации СОУЭ.

Методика распространяется на проектируемые и действующие СОУЭ и обязательна для инженерно-технических работников проектных организаций, выполняющих проекты СОУЭ в соответствии с РНД 73-45-89 "Временное руководство по проектированию систем оповещения о пожаре и управления эвакуацией людей при пожаре объектов народного хозяйства".

 

 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

1.1. Исследование надежности на стадии проектирования СОУЭ направлено на обеспечение заданных в задании на проектирование показателей надежности.

Рекомендуемые номенклатура и нормы показателей надежности приведены в приложении 1.

1.2. Для оценки надежности СОУЭ используют вероятностные характеристики случайной величины - наработки СОУЭ от начала эксплуатации до первого отказа.

Характеристикой наработки является ее закон распределения.

1.3. Распределение описывается с помощью показателей надежности:

1) функции распределения наработки до отказа (плотность распределения) f(t);

2) функции надежности-вероятности безотказной работы P(t);

3) интенсивности отказов l.

1.4. Распределение наработки до отказа и времени восстановления системы подчинены экспоненциальному закону с функцией распределения [1]

f(t) = l exp(-lt).

1.5. При исследовании надежности СОУЭ используют принципы:

1) программно-целевой вероятностный с применением нормативных показателей надежности элементов, составляющих СОУЭ;

2) функционального подхода;

3) модульной декомпозиции.

1.6. Расчет показателей надежности системы проводят с учетом надежности действий оперативного персонала для дискретных функций при этом человек-оператор (ЧО) может быть соединен в надежностном смысле как последовательно с техническими устройствами СОУЭ, так и параллельно, когда ЧО является резервным дублирующим элементом системы.

1.7. Структурная схема надежности и перечень функций типовой СОУЭ, разработанные с учетом пп. 1.5, 1.6 приведены на черт. 1, 2 приложения 2.

Модуль обработки информации, включающий ЧО и технические средства, взаимодействующие с ним, является основным.

1.8. При отказе любого модуля наступает частичный отказ системы. Отказ основного модуля приводит к полному отказу системы.

1.9. Совокупность модулей, участвующих в выполнении отдельной функции, образует контур обслуживания (КО).

1.10. При разработке проекта СОУЭ на стадии проектирования "Проект" необходимо проводить ориентировочные и сравнительные расчеты показателей надежности для обеспечения их требуемых значений.

При проведении расчетов производят: 

1) сравнение показателей надежности возможных вариантов технических решений;

2) сравнение показателей надежности выбранного варианта с показателями надежности перспективных аналогов,

3) обоснование предложений и мероприятий по обеспечению заданных требований по надежности технических средств и ЧО, которые должны быть рассмотрены на следующей стадии проектирования.

1.11. При разработке проекта СОУЭ на стадии проектирования "Рабочая документация" необходимо проводить уточненный расчет показателей надежности.

При проведении расчетов производят:

1) расчет показателей надежности выбранного варианта технического решения;

2) установление периодичности и объемов работ при техническом обслуживании и ремонте;

3) установление состава и объемов запасных частей (ЗИП), а также периодичность его пополнения.

1.12. При разработке проекта СОУЭ на стадии проектирования "Рабочий проект" анализ и расчет показателей надежности проводят в соответствии с пп. 1.10, 1.11.

1.13. Допущения, принимаемые при расчете показателей надежности:

1) закон распределения времени безотказной работы технических средств и СОУЭ в целом - экспоненциальный;

2) отказы технических средств, а также отказы (ошибки) ЧО и технических средств, с которыми взаимодействует ЧО, являются событиями случайными и независимыми;

3) поток отказов технических средств по всем видам отказов является простейшим;

4) отказы технических средств вида "сбой", вызванные воздействием внешних помех, не рассматриваются;

5) одновременно возникает не более одного отказа;

6) надежность элементов после восстановления равна их надежности в начальный момент рассмотрения;

7) элементы, находящиеся в ненагруженном резерве считать находящимися в состоянии хранения;

8) при отсутствии данных по интенсивности отказов элементов при хранении, принимать ее равной интенсивности отказов аналогичных элементов, находящихся в рабочем состоянии, с учетом коэффициента (a₃). Значения (a₃) приведены в приложении 3; [2]

9) интенсивность отказов, приведенную в справочных документах и технических условиях, корректируют поправочными коэффициентами, учитывающими реальные условия и режимы эксплуатации. Коэффициенты принимают в соответствии с [2] или по специальным справочникам;

10) показатели надежности элементов (цепей), находящихся в ненагруженном резерве, вычисляют по формулам нагруженного резерва;

11) безошибочность и своевременность выполнения ЧО некоторой операции считаются взаимонезависимыми;

12) ошибки, возникающие при выполнении ЧО одной операции не зависят от ошибок, возникающих при выполнении другой операции.

 

2. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СОУЭ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ "ПРОЕКТ"

 

2.1. Используя принцип функционального подхода в расчете надежности, алгоритм управления СОУЭ делят на отдельные конкретные функции.

2.2. Структурную схему СОУЭ разбивают на КО, выполняющие отдельные функции, а КО разбивают на модули (модульная декомпозиция), выполняющие конкретные задачи в данной функции.

2.3. Разрабатывают структурную схему надежности (ССН) системы, состоящую из модулей.

2.4. Вычисляют показатели важности каждого модуля (w_i).

2.5. Вычисляют интенсивность отказов каждого модуля (l_i).

2.6. Вычисляют коэффициент готовности каждого модуля (k_i).

2.7. Вычисляют вероятность безотказной работы каждого модуля (P(t_эв)).

2.8. Вычисляют вероятность безотказной работы каждого КО (P_iко(t_эв)).

2.9. Вычисляют вероятность безотказной работы системы (P(t_эв)).

2.10. Вычисляют коэффициент оперативной готовности системы (k(t_эв)).

2.11. Если (P(t_эв)), (k(t_эв)) соответствуют заданным, вычисляют остальные показатели надежности системы:

1) наработку до отказа (T);

2) время восстановления (t).

2.12. В том случае, когда расчетные показатели меньше заданных, необходимо:

1) в модуле с наихудшими показателями (или в нескольких модулях) применить другой тип (другие типы) элементов;

2) уменьшить, если это возможно, количество последовательно включенных элементов;

3) применить резервирование элементов;

4) изменить алгоритм управления;

5) вычислить для каждого из вариантов (P(t_эв));

6) определить оптимальный вариант.

2.13. Расчетные формулы

2.13.1. Интенсивность отказов i-го модуля, с последовательно соединенными элементами, вычисляют по формуле [1]

, (1)

где j = 1, 2, ..., m - число элементов в модуле;

l_j - интенсивность отказов j-го элемента.

2.13.2. Интенсивность отказов i-го модуля, с параллельно соединенными элементами, вычисляют по формуле [3]

, (2)

где .

2.13.3. Показатель важности i-го модуля вычисляют по формуле [4]

, (3)

где i = 1, 2, ..., k - количество задач, выполняемых КО;

V_i - задача, выполняемая модулем.

2.13.4. Коэффициент готовности i-го модуля вычисляют по формуле [1].

, (4)

где l₀ - интенсивность отказов основного модуля.

2.13.5. Вероятность безотказной работы i-го модуля по целевой функции вычисляют по формуле [1]

, (5)

где t_эв - время эвакуации людей при пожаре;

z₁; z₂; ...; z_z - число типов элементов в модулях 1, 2, ..., n.

- число элементов i-го типа в модулях 1, 2, ..., n.

2.13.6. Вероятность безотказной работы КО по целевой функции, с последовательно соединенными модулями, вычисляют по формуле [3]

, (6)

2.13.7. Вероятность безотказной работы КО по целевой функции с параллельно соединенными модулями, вычисляют по формуле [3]

, (7)

2.13.8. Вероятность безотказной работы КО по целевой функции с ветвящейся структурой вычисляют по формуле [4]

, (8)

2.13.9. Показатель важности КО вычисляют по формуле [4]

, (9)

где i = 1, 2, ..., f - количество задач, выполняемых системой;

F_i - задача, выполняемая КО.

2.13.10. Коэффициент готовности КО вычисляют по формуле [1]

, (10)

2.13.11. Вероятность безотказной работы системы по целевой функции вычисляют по формуле [4]

, (11)

где R - показатель надежности действий ЧО. В предварительных расчетах принимать R = 0,9;

i = 1, 2, ..., g - количество КО в системе.

2.13.12. Коэффициент оперативной готовности системы вычисляют по формуле [4]

, (12)

2.13.13. Наработку до отказа системы вычисляют по формуле [1]

, (13)

2.13.14. Среднее время восстановления системы [1]

, (14)

где ; , (15)

 

3. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СОУЭ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ "РАБОЧАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ"

 

3.1. С точки зрения показателей надежности и методов их оценки все элементы, входящие в СОУЭ, делятся на две группы:

1) невосстанавливаемые и неремонтируемые;

2) восстанавливаемые, ремонтируемые в процессе применения, плановых ремонтов, технического обслуживания (ТО).

3.2. По характеру изменения параметра, определяющего надежность системы до момента отказа, различают внезапные и постепенные (параметрические) отказы.

3.3. Расчет показателей надежности системы необходимо проводить с учетом пп. 1.13, 3.1, 3.2 и в соответствии с разработанной ССН.

3.4. Расчет проводят в следующей последовательности:

3.4.1. При необходимости вычисляют показатели надежности элементов (P_j(t)), (l_j), (k_j):

1) невосстанавливаемых;

2) восстанавливаемых.

3.4.2. Вычисляют показатели надежности модулей (P_i(t)), (l_i), (k_i):

1) с последовательно соединенными элементами;

2) с параллельно соединенными элементами.

3.4.3. Вычисляют показатели надежности КО (P_iко(t)), (l_iко), (k_iко):

1) с последовательно соединенными модулями;

2) с параллельно соединенными модулями;

3) с ветвящейся структурой.

3.4.4. Вычисляют показатели надежности системы (P(t)), (l), (k(t_эв)), (t)

3.4.5. Расчет проводят для режима ожидания при t = 2000 часов и для режима выполнения целевой функции при t = t_эв.

3.5. Расчетные формулы

3.5.1. Расчет показателей надежности невосстанавливаемых элементов.

3.5.1.1. Вероятность безотказной работы вычисляют по формуле [1]

P_j(t) = exp (-l_j t) (16)

3.5.1.2. Наработку до отказа вычисляют по формуле [1]

T_j = (l_j)^-1, (17)

3.5.2. Расчет показателей надежности восстанавливаемых элементов.

3.5.2.1. Вероятность безотказной работы вычисляют по формуле (16)

3.5.2.2. Наработку до отказа вычисляют по формуле (17).

3.5.2.3. Интенсивность восстановления вычисляют по формуле (15), подставляя индекс (j) вместо индекса (i).

3.5.2.3. Коэффициент готовности вычисляют по формуле [1]

, (18)

3.5.3. Расчет показателей надежности элементов с параметрическими отказами (стареющие элементы). [5]

3.5.3.1. Вероятность безотказной работы вычисляют по формуле

P_j(t) = 0,5 + Ф(u) (19)

где Ф(u) - нормированная функция Лапласа.

3.5.3.2. Аргумент функции Лапласа вычисляют по формуле

, (20)

где M(t) - математическое ожидание;

s - среднеквадратическое отклонение.

3.5.3.3. (M(t)) вычисляют по формуле

M(t) = t_j P_j (t), (21)

где t_j - заданная наработка (паспортные данные).

3.5.3.4. Среднеквадратическое отклонение вычисляют по формуле

, (22)

где Д(t) - дисперсию вычисляют по формуле

Д(t) = [t - M(t)]² P_j(t), (23)

3.5.3.5. Интенсивность отказов вычисляют по формуле

l_j = f(t) / [1 - P_j(t)], (24)

где f(t) - функция распределения.

3.5.3.6. (f(t)) для заданной наработки вычисляют по формуле

, (25)

где t_M - мода - время максимальных отказов принимают

t_M = M(t)

3.5.3.7. (f(t)) для времени (t_M) вычисляют по формуле

, (26)

3.5.4. Расчет показателей надежности модуля.

3.5.4.1. Интенсивность отказов вычисляют по формулам (1, 2).

3.5.4.2. Вероятность безотказной работы по целевой функции (P_i(t_эв)) вычисляют по формулам (6, 7), заменяя индексы (iко, i) на (i,j) соответственно или по формуле (8).

При расчете вероятности безотказной работы в дежурном режиме по формулам (6, 7, 8) вычисляют (P(t)) при t = 2000 час.

3.5.4.3. Коэффициент готовности вычисляют по формуле [1]

, (27)

где (g_i) вычисляют по формуле (15).

3.5.4.4. Коэффициент оперативной готовности вычисляют по формуле [1]

k_i(t_эв) = k_iP_i(t_эв), (28)

3.5.4.5. Наработку до отказа модуля, с последовательно соединенными элементами, вычисляют по формуле (17), заменяя индекс (j) на индекс (i).

3.5.4.6. Наработку до отказа модуля, с параллельно соединенными элементами, вычисляют по формуле [1]

, (29)

где a - кратность резервирования.

3.5.5. Расчет показателей надежности КО.

3.5.5.1. Интенсивность отказов вычисляют по формулам (1, 2), заменяя индексы (i, j) на (iко, i) соответственно.

3.5.5.2. Вероятность безотказной работы по целевой функции вычисляют по формулам (6, 7, 8).

При расчете вероятности безотказной работы в дежурном режиме по формулам (6, 7, 8) вычисляют (P(t)) при t = 2000 час.

3.5.5.3. Коэффициент готовности вычисляют по формуле (10).

3.5.5.4. Коэффициент оперативной готовности вычисляют по формуле [1]

k_iко(t_эв) = k_iкоP(t_эв), (30)

3.5.5.5. Наработку до отказа вычисляют по формулам (17, 29), заменяя индекс (i) на индекс (iко)

3.5.6. Расчет показателей надежности системы.

3.5.6.1. Интенсивность безотказной работы вычисляют по формуле

, (31)

3.5.6.2. Вероятность безотказной работы вычисляют по формуле [4]

, (32)

3.5.6.3. Коэффициент готовности (k) вычисляют по формуле (10), заменяя индексы (i, n) на индексы (iко, g) соответственно.

3.5.6.4. Коэффициент оперативной готовности вычисляют по формуле [5]

, (33)

3.5.6.5. Наработку до отказа (T) вычисляют по формулам (17, 29).

3.5.6.6. Время восстановления вычисляют по формуле (14), заменяя индексы (n, i) на индексы (g, iко) соответственно.

3.6. Методика расчета показателя надежности (R) действий оператора приведена в разделе 5.

 

4. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СОУЭ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ "РАБОЧИЙ ПРОЕКТ"

 

4.1. Расчет показателей надежности проводится в соответствии с разделами 2, 3.

5. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЯ НАДЕЖНОСТИ (R) ДЕЙСТВИЙ ЧО

 

5.1. Разрабатывают словесное описание последовательности и характера действий, выполняемых ЧО.

5.2. Разрабатывают надежностно-временную схему (НВС) алгоритма действий ЧО в соответствии со словесным описанием.

5.3. Проводят анализ НВС с целью выявления типовых блоков операций (ТБО).

5.4. Для всех ТБО вычисляют показатели надежности.

5.5. Проводят преобразование (сворачивание) структуры первоначального алгоритма путем замены ТБО на эквивалентные элементы, вычисляя при этом показатели надежности.

Процедура повторяется до тех пор, пока алгоритм не будет представлять собой обобщенную характеристику надежности реализации всего алгоритма.

5.6. Расчетные формулы [6]

5.6.1. Показатель надежности действий ЧО вычисляют по формуле

R = R_бR_св, (34)

где R_б - вероятность безошибочного выполнения совокупности операций (реализации функции);

R_св - вероятность своевременного выполнения совокупности операций.

5.6.2. (R_св) вычисляют по формуле

, (35)

где t_доп - допустимое время выполнения совокупности операций. В СОУЭ (t_доп) является составной частью времени (t_{ин соуэ}) - инерционности СОУЭ.

f(t) - плотность гамма-распределения.

5.6.3. (f(t)) вычисляют по формуле

, (36)

где a - параметр формы кривой распределения;

b - масштабный параметр.

5.6.4. (a) и (b) вычисляют по формулам

, (37);

, (38)

где M(t) - математическое ожидание последовательно выполняемых операций;

Д(t) - дисперсия времени выполнения операций.

5.6.5. (M(t)) и (Д(t)) вычисляют по формулам

, (39);

, (40)

5.6.6. (R_б) вычисляют по формуле

R_б = b_к b_пу b_ср, (41)

где b_к - вероятность безошибочного выполнения операции при учете конструктивных параметров рабочего органа (объекта воздействия);

b_пу - вероятность безошибочного выполнения операции с учетом сложности пульта 40;

b_ср - вероятность безошибочного выполнения операции с учетом влияния рабочей среды.

5.6.7. (b_к) вычисляют по формуле

, (42)

где b_к - частный показатель, учитывающий влияние k-го параметра рабочего органа;

L - количество учитываемых параметров.

5.6.8. (b_пу) вычисляют по формуле

, (43)

где G - количество операций;

b_p - частный показатель, учитывающий вид операции.

5.6.9. (b_ср) вычисляют по формуле

b_ср = F_c (b) b_e, (44)

где b_e - показатель безошибочности выполнения i-ой операции;

F_c(b) - поправочный коэффициент.

5.6.10. Данные для расчета (R) приведены в приложении 4.

 

6. Термины, применяемые в методике и их определения приведены в приложении 5.

Пример расчета показателей надежности СОУЭ приведен в приложении 6.

Зам. главного инженера М.М. Эпельдимов

Зав. бюро стандартизации Н.В. Ликунова

Руководитель темы, главный специалист Г.Д. Брусельцева

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Справочное

 

НОМЕНКЛАТУРА И НОРМЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СОУЭ