Экспоненциальный закон распределения является однопараметрическим законом
Если интенсивность отказов не зависит от времени наработки изделия, то можно записать:
Вид функции
Рис. 2. В этом случае вероятность безотказной работы Р(t): - Р(t) = е = е (14) - Вид функции Р(t) = е представлен на рис. 3. Р(t)
- Рис. 3. Р(t) = е Плотность вероятности безотказной работы f(t): - f(t) = - Вид функции f(t) = f(t)
- Рис. 4. f(t) = Средняя наработка на отказ Экспоненциальный закон описывает лишь случаи внезапных возникновений отказов. Если же характер отказов более сложен, но близок к экспоненциальному, то можно воспользоваться экспоненциальным законом, считая, что:
При наличии достаточных статистических данных интенсивность отказов Таблица 1. Выражения для определения величины
Обозначения: После определения неизвестного параметра закона распределения, каковым в данном случае является параметр U2 = где qi(∆ti) – вероятность отказа в интервале ∆ti .. При экспоненциальном распределении значение qi(∆ti) определяется, как: -𝜆ti-1 -𝜆ti qi(∆ti) = e - e, (19) где ti-1 и ti – наработки, соответствующие началу и концу интервала ∆ti .. При увеличении числа N величина U2 Величина χ2кр определяется следующим образом: 1. Определяется число степеней свободы r данного закона распределения. Данная величина находится из выражения: r = k – s – 1, (20) где k – число интервалов разбиения для плана наблюдения [N U N] и число интервалов разбиения +1 для планов наблюдения [N U T] и [N U r]; s – число параметров распределения. Для экспоненциального закона s = 1. 2. Задается значение α, равное в процентах вероятности того, что гипотеза о законе распределения будет отвергнута неправильно. На практике величина α = 1, 5, 10%. 3. Определяется величина Р = 1 - α. 4. По Таблице 1 Приложения 1 определяется величина χ2кр = f(r, Р). Поскольку распределение отказов носит статистический характер, то параметры закона распределения определяются с некоторой точностью. Эта точность характеризуется доверительным интервалом, имеющим свою верхнюю и нижнюю границы. Для того, чтобы убедиться в том, что вычисленное значение Таблица 2. Выражения для определения величин
Обозначения: χ2(1-β)/2;2n - критерий Пирсона, соответствующий доверительной вероятности Рн = После определения величин
f(t) = 6. ПРИМЕР РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ИЗОЛЯТОРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 383 объекта. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 970, 980, 990 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети. РЕШЕНИЕ: 6.1. Группировка данных. Весь интервал наработки от 0 до 1000 часов, на котором обнаружены неисправности, разбиваем на интервалы (разряды) величиной k = 1 + 3,3 lg n = 1+ 3,3 lg 16 = 4,97. Полученное значение k округляем до ближайшего целого числа 5. Тогда 6.2. Расчет эмпирических характеристик надежности. В каждом интервале fi(t) = ∆ni /(N∆ti); Разность (N - В первом интервале от 0 до 200 часов отказало 3 объекта. Во втором интервале от 200 до 400 часов отказало 2 объекта. В третьем интервале от 400 до 600 часов отказало 4 объекта. В четвертом интервале от 600 до 800 часов отказало 3 объекта. В пятом интервале от 800 до 1000 часов отказало 4 объекта. Всего отказало: 3 + 2 + 4 + 3 + 4 = 16 объектов. На начало первого интервала были исправны 383 объекта. На начало второго интервала были исправны 380 объектов. На начало третьего интервала было исправно 378 объектов. На начало четвертого интервала было исправно 374 объекта. На начало пятого интервала было исправен 371 объект. Результаты расчета эмпирических характеристик сведем в Таблицу 3.
Таблица 3.
По полученным данным строим гистограммы эмпирического распределения величин: Рис. 5. fi(t) Рис. 6. 6.3. Выбор теоретического закона распределения безотказной работы изоляторов контактной сети. При выборе закона распределения, учитываются конструктивные особенности изделий изоляторов контактной сети, определяющие их состав и структуру, условия и режимы эксплуатации изоляторов контактной сети, а также физическая природа наиболее характерных ее отказов. Выдвигаем гипотезу, что безотказная работа изолятора подчинена экспоненциальному закону. Вид гистограмм подтверждает эту гипотезу. 6.4. Определение неизвестных параметров закона распределения. Экспоненциальный закон распределения является однопараметрическим. Поэтому для его определения необходимо найти только один параметр. Этим параметром является интенсивность отказов Поскольку планом наблюдения является план [N U T], то для определения
Величина 8620 получилась путем сложения всех значений времени наработок до отказов: 50+70+150+220+250+400+480+500+590+640+660+790+880+970+980+990 = 8620. Среднее время наработки до отказа составит: t = 1 / 𝜆 = 1 / 4,09 10-5 = 24460 час. 6.5. Проверка правильности гипотезы о выбранном законе распределения. Проверка выполняется при помощи критерия Пирсона χ2 следующим образом: - определяем значения qi(∆ti ), как: -𝜆ti-1 -𝜆ti qi(∆ti) = e - e; - определяем значения U2, как: U2 = Результаты расчета эмпирических характеристик сведем в Таблицу 4. При этом будем иметь ввиду, что для экспоненциального распределения число интервалов разбиения при определении величины χ2кр на 1 больше числа k, т.е. составляет 6. Таблица 4.
U2 = Далее определяем значение χ2кр. Определяется число степеней свободы r данного закона распределения. Данная величина находится из выражения: r = k’ – s – 1, где k’ на единицу больше числа интервалов разбиения для плана [N U T] и составляет 6; s – число параметров распределения. Для экспоненциального закона s = 1.Тогда r = 6 -1 -1 =4. Задавшись значением α = 10%, для Р = 90% и r = 4 по таблице 1 Приложения 1 находим критическое значение χ2кр = 7,78. Величина U2 не попадает в критический интервал (7,78 …∞), поэтому экспоненциальный закон распределения выбран верно. 6.6. Определение точности оценок параметров распределения. Для того, чтобы убедиться в том, что вычисленное значение
Для доверительной вероятности β = 90% и
По Таблице 1 Приложения 1 находим значения для χ20,05;32 = 20,1и χ20,95;34 = 46,2. Для данных значений получим: 6.7. Построение графиков теоретического распределения. После определения величин
f(t) = Для этого проведем соответствующие расчеты и их результаты сведем в Таблицу 5. Расчеты и построение графиков проведем для интервала времени 0 … 20000 часов. Таблица 5.
Полученные характеристики распределения безотказной работы изоляторов контактной сети представлены на Рис. 8 и Рис. 9. Рис. 8. Рис.9. 6.8. Оценка надежности исследуемого объекта. Оценка производится путем сравнения расчетных и нормативных показателей надежности. В качестве таковых используем гамма-процентную наработку до отказа (tγ). Для анализа используем допустимую вероятность отказа Q(t) = 10-4. Для этого случая, вероятность безотказной работы в течении 1 часа Р(t) = 1- Q(t) = 1 – 0,0001 = 0,9999 и соответственно γ = 99,99%. Определим гамма-процентную наработку для tγ, т.е. в нашем случае, для t99,99:
Р(tγ) = е = е откуда 0,9999 = е, тогда t 99,99 = 7. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ИЗОЛЯТОРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПО ВАРИАНТАМ ЗАДАНИЙ Вариант 1 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 388 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 2 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 393 объекта. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 3 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 378 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 4 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 375 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 5 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 388 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 18. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 6 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 393 объекта. 3. Количество отказов в выборке n = 18. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 7 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 378 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 18. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 8 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 375 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 18. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 9 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 388 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 20. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 820, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант10 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 393 объекта. 3. Количество отказов в выборке n = 20. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 820, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 11 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 378 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 20 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 820, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 12 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 375 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 20. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 820, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 13 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 388 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 14 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 393 объекта. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 15 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 378 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 940 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 16 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 17 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объекта. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 18 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 19 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 20 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 18. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 21 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объекта. 3. Количество отказов в выборке n = 18. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 22 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 18. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 23 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 18. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 24 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 20. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 820, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант25 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объекта. 3. Количество отказов в выборке n = 20. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 820, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 26 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 20 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 820, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 27 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 20. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 320, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 720, 790, 820, 880, 910, 940, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Показатели надежности изоляторов контактной сети f(t) и Р(t). Вариант 28 ДАНО: 1. План наблюдения [N U T], время наблюдения Т = 1000 часов 2. Размер выборки N = 438 объектов. 3. Количество отказов в выборке n = 16. 4. Упорядоченные по возрастанию значения наработки до отказа ti .: 50, 70, 150, 180, 220, 250, 400, 480, 500, 590, 640, 660, 790, 880, 910, 980 часов. ОПРЕДЕЛИТЬ: Пока
|