Розрахунок основних показників надійності - стор
2.7. Розрахунок основних показників надійності
Надійність – властивість об'єкта зберігати у часі та у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати вимагають функції у заданих режимах та умовах застосування технічного обслуговування, зберігання та транспортування. Надійність є комплексною властивістю, яка залежно від призначення об'єкта та умови його застосування може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, збереження або певне поєднання цих властивостей.
Безвідмовність - це властивість об'єкта безперервно зберігати працездатне стояння протягом деякого часу або напрацювання.
Довговічність – властивість об'єкта зберігати працездатний стан до настання граничного стану при стані технічного обслуговування.
Ремонтопридатність – властивість об'єкта, що полягає у пристосованості до підтримки та відновлення працездатного стану шляхом технічного обслуговування.
Працездатний стан – стан об'єкта, у якому значення всіх параметрів, характеризуючих здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативної документації.
Граничний стан – стан об'єкта, у якому його подальша експлуатація неприпустима чи відновлення його працездатного стояння неможливе чи недоцільно.
Відновлення – процес виявлення та відновлення (усунення) відмови, тобто процес переведення об'єкта у працездатний стан із непрацездатного.
Відмова - подія, що полягає у порушенні працездатного стану об'єкта.
Пошкодження - подія, що полягає у порушенні справного стану за збереження працездатногостану.
Комплексні показники надійності характеризуються через коефіцієнт готовності Кг – це ймовірність того, що об'єкт опиниться у працездатному стані у виробничий момент часу, крім планованих періодів, протягом яких використання об'єкта за призначенням не передбачається (формула 2.3). З коефіцієнтом готовності пов'язаний коефіцієнт простою Кп = 1 - Кг, який визначає можливість того, що об'єкт опиниться в непрацездатному стані, у довільний момент часу (формула 2.4).
Кг = То / То + Тв (2.3),
Кп = Тв / То + Тв (2.4), де
То - напрацювання на відмову або середній час між відмовами, год;
Тв – середній час відновлення, год.
Необхідні показники надійності та безвідмовності каналів місцевої первинної мережі (МПС), внутрішньозонової первинної мережі (ВЗПС) та мережі магістральної первинної (СМП) максимальної протяжності Lм наведені в таблиці 2.19.
Коефіцієнт готовності, Кгм
Середній час між відмовами, Том, ч
Канал ТЧ або ОЦК незалежно від застосовуваної ОСП
ШМД, Lм = 12500 км
ВЗПС, Lм = 1400 км
ОЦК на перспективній цифровій мережі
ШМД, Lм = 12500 км
ВЗПС, Lм = 1400 км
Таблиця 2.19.
Необхідні показники конкретного каналу визначаються його довжиною L та даними таблиці 2.19.
Необхідне значення середнього часу між відмови ТOL визначається за формулою:
ТOL = Том * Lм / L (2.5)
Необхідне значення коефіцієнта готовності розраховують, виходячи з умови, що час відновлення залежить від L:
КгL = ТоL / (ТоL + Тв), звідси Тв = ТоL * (1-КгL) / КгL.
Аналогічно: Тв = Том * (1-Кгм)/Кгм.
З урахуванням формули (2.5) отримаємо:
КгL = [1 + L * (1 - Кгм) / (Lм * Кгм)] ˉ¹(2.6)
- час відновлення НРП трохи більше 2,5 год, зокрема час під'їзду 2 год;
- час відновлення ГРП та ВП не більше 0,5 год;
- час відновлення ЛКС трохи більше 10 год, зокрема час під'їзду 3,5ч.
Розрахунок параметрів надійності каналів ОСП СЦІ кільцевої топології.
Зробимо розрахунок параметрів надійності ОЦК, утвореного за допомогою синхронної ОСП рівня STM - 4 на внутрішньозоновій мережі. Розглянемо кільцеву топологію з дев'ятьма пунктами, що обслуговуються рис. 2.11.
Мал. 2.11. Кільцева топологія з дев'ятьма пунктами, що обслуговуються (для розрахунку параметрів надійності).
Обчислимо необхідні показники надійності, орієнтуючись на норми, встановлені перспективної мережі. Вважаємо, що довжина каналу дорівнює максимальній складовій L = 212 (рис. 1.15). Середній час між відмовами визначимо за формулою (2.5):
ТOL = 111,4 * 1400/166,3 = 937,823 год
Коефіцієнт готовності знайдемо за формулою (2.6):
КгL = [1+212*(1-0,998)/(1400*0,998)] ˉ¹ = 0,999762.
Розрахуємо очікувані показники надійності ЛКС:
інтенсивність відмов одного кілометра кабелю дорівнює
Λокк = М / (8765 * 100), 1 / (км * год) (2.7)
Зауважимо, що з середньої кількості відмов ОК прийнято значення М = 0,15 на 100 км кабелю на рік (величина прийнято під час будівництва ОСП Москва - Знахідка). Також необхідно враховувати відмови ОК через внутрішні причини.
- напрацювання на відмову:
мінімальне напрацювання на відмову однієї будівельної довжини ОК становить 215000 годин, що відповідає середньому часу напрацювання на відмову приблизно Тоок = 215000*15 год.
Визначимо інтенсивність відмов ЛКС:
Λлкс = М * L / (8765 * 100) + nсд / (215000 * 15), (2.8)
де nсд = L / 2 = 166,3 / 2 = 83,15,
Λлкс = 0,15* 166,3 / (8765 * 100) + 83,15 / (215000 * 15),
Λлкс = 5,424*10^(-5) 1/год.
Середній час між відмовами:
Толкс = 1 / Λлкс, (2.9)
Толкс = 1 / 5,424 * 10 ˉ 5 ,
Толкс = 18436,578 год.
За формулою (2.10) розрахуємо коефіцієнт готовності (Твлкс = 10 год):
Кглкс = 18436,578/(18436,578 + 10),
Щоб визначити показники надійності лінійного тракту загалом, необхідно врахувати електронне устаткування. В даному випадку це оптичні передавачі та приймачі, що входять до складу синхронних мультиплексорів.
Нехай напрацювання на відмову складе 56940 годин – середній термін служби апаратури. З урахуванням такого припущення для обладнання лінійного тракту (дев'ять комплектів приймачів за кількістю мультиплексорів у кільці), визначимо:
Тоолт = 56940 / 9 = 6326,667 год,
Λолт = 1 / Тоолт = 1,581 * 10 4 1/год,
Кголт = 6326,667 / (6326,667 + 0,5 * 9) = 0,99929.
Сумарні показники надійності лінійного тракту:
Λлт = Λлкс + Λолт (2.11)
Λлт = 2,123 * 10 4 1/год,
Товт = 4709,428 год,
Кглт = Кглкс * Кголт = 0,99946 * 0,99929 = 0,99875,
Кплт = 1 - 0,99875 = 1,249 * 10 3 .
На основі отриманих даних обчислимо середній час відновлення лінійного тракту (з урахуванням ОК та апаратури):
Твлт = Товт * (1 - Кглт) / Кглт (2.12)
У цій кільцевій топології забезпечується 100% захист тракту, тому його коефіцієнт простою з урахуванням резервування складе [10]:
Кплтр = (Кплт) ² (2.13)
Кплтр = 1,56 * 10 6 .
Середній час між відмовами «захищеного» тракту при тому ж часі відновлення:
Товт = Твлт * (1 - Кплтр) / Кплтр, Товт = 5,89 * (1 -1,56 * 10 6 ) / 1,56 * 10 6 = 3,776 * 10 6 год - цеприблизно 430 років.
Отриманий результат свідчить про те, що в період нормальної експлуатації відмов каналів, обумовлених несправностями лінійного тракту, можна не побоюватися і брати до уваги не слід.
З наведених вище розрахунків видно, що параметри надійності ОЦК у випадку залежать тільки від надійності кінцевого обладнання: синхронних мультиплексорів і АЦК (устаткування, призначене для "складання/розбирання" первинного потоку Е1).
Визначимо ці параметри:
- Том і Кгм – напрацювання на відмову та коефіцієнт готовності мультиплексора;
- Тоацьк та Кгацьк – напрацювання на відмову та коефіцієнт готовності АЦК.
Очікувана інтенсивність відмов, середній час між відмовами та коефіцієнт готовності ОЦК становитимуть:
Λоцьк = 2* (Λм + Λацьк) (2.14)
Тооцьк =1 / Λоцьк (2.15)
Кгоцьк = Кгм * Кгацьк = 1 - Кпм - Кпацьк (2.16)
Нехай Том = 8 років, а Тоатськ = 6 років. Розрахуємо очікувані показники надійності ОЦК та зіставимо їх із необхідними.
За формулою (2.17) визначимо коефіцієнти простою мультиплексора та АЦК:
Кпм = 0,5 / (8 * 8765 + 0,5) = 7,131 * 10 6 ,
Кпацьк = 0,5 / (6 * 8765 + 0,5) = 9,507 * 10 ˉ 6 тоді
Коефіцієнт готовності ОЦК (2.18):
Кгоцьк = 1 - 7,131 * 10 6 - 9,507 * 10 6 = 0,99998.
Визначимо середній час між відмовами:
Тооцьк = 0,5 / [(8*8765) ˉ ¹ + (6 * 8765) ˉ ¹] = 15 026 год.
Порівнюючи результати розрахунку необхідні показники надійності з очікуваними, приходимо до висновку, що останні відповідають вимогам первинної мережі зв'язку України.
В результаті проведеного аналізу, який зрештою допоміг визначитися з вибором методу захисту синхронних потоків і цим виявитинедоліки інших методів, що застосовуються до проектованої ділянки, були проведені подальші математичні розрахунки: ємностей міжстанційного трафіку кільцевої та лінійної частини структури, ємностей за наявності пошкоджень за методом резервування перемикання трактів та за методом резервування перемикання ліній як сполучних так і кільцевих ділянок мережної структури. За результатами проведених розрахунків було визначено рівень СЦІ для лінійної (СЦІ-1) та кільцевої (СЦІ-4) структури ділянки, що проектується.
Відповідно до обраних рівнів СЦІ та з урахуванням того, що довжини з'єднувальних ліній та використовуване обладнання були відомі постало питання вибору оптичних інтерфейсів та оптичного кабелю. Аналіз існуючих оптичних інтерфейсів допоміг у виборі відповідних, з погляду довжини і рівня СЦІ, оптичних інтерфейсів. Вибір кабелю ліг на магістральний волоконно-оптичний кабель моделі ОКБ-8Т-10-0,22-8.
Останніми, але не менш важливими етапами проектування мережі стали розрахунки наступних параметрів: розрахунки оперативних норм для тракту VC-12 довжиною 96 км ES, розрахунки оперативних норм для секції STM – 4 довжиною 45 км SES, розрахунки основних показників надійності та показників надійності каналів ОСП СЦІ кільцевої топології.
Розділ 3. Техніко-економічне обґрунтування
Відповідно до завдання дипломного проекту необхідно спроектувати корпоративну мережу СЦІ для передачі цифрового потоку 4-го рівня (STM – 4). Як станційне обладнання для оснащення проектованої лінії використовуватимемо обладнання синхронного мультиплексора, що випускається компанією NEC.
Система управління СЦІ дає найширші можливості в галузі моніторингу, адміністрування та оперативної перемаршрутизації каналів, забезпечуючи повнуавтоматизацію процесу експлуатації мережі. Простота переходу на інші, вищі рівні ієрархії, уможливлює здійснення розвитку мережі з мінімальними витратами.
Технологія СЦІ характеризується широким використанням кільцевих структур, що самовідновлюються.
Для підтвердження доцільності проекту визначимо:
- Економічну ефективність капітальних вкладень проектованої мережі.
3.1. Розрахунок капітальних витрат та експлуатаційних витрат
Капітальними витратами називають сукупність матеріальних, трудових і фінансових ресурсів, вкладених у будівництво даного об'єкта.
Для цієї мети складемо кошторис на станційну споруду (табл. 3.1), в якій відображається перелік обладнання, його кількість, покупні ціни та витрати на монтаж, а також кошторис на лінійно-кабельні споруди (табл. 3.2), в якій зазначено вартість кабелю, що використовується. та витрати пов'язані з його прокладкою.
Ціни на станційну та лінійно-кабельну споруди надані представником Московської компанії «ЗАТ Інвестелектрозв'язок».
У розрахунках використовується умовна одиниця, яка має вартість у розмірі 1 у. = 23,5 руб.