Software pro simulaci RAMP pro modelování spolehlivosti, dostupnosti a udržovatelnosti - RAMP Simulation Software for Modelling Reliability, Availability and Maintainability

RAMP Simulační software pro modelování spolehlivosti, dostupnosti a udržovatelnosti (RAM) je počítačová softwarová aplikace vyvinutá společností WS Atkins konkrétně pro posouzení spolehlivost, dostupnost, udržitelnost a produktivita charakteristiky složitých systémů, které by se jinak ukázaly jako příliš obtížné, příliš nákladné nebo analyticky studované příliš dlouho. Název RAMPA je zkratka pro Reliabilita, Adostupnost a Mneurčitost Procesní systémy.

Spolehlivost modelů RAMP při selhání rozdělení pravděpodobnosti pro systémové prvky, stejně jako pro účtování selhání běžného režimu. Dostupnost modelů RAMP pomocí zpoždění logistických oprav způsobených nedostatkem náhradní díly nebo pracovní síla a jejich přidružené podmínky zdrojů definované pro prvky systému. Údržba modelů RAMP pomocí distribucí pravděpodobnosti opravy pro prvky systému a také preventivní údržba data a opravená logistická zpoždění mezi detekcí poruchy a zahájením opravy.

RAMP se skládá ze dvou částí:

1. RAMP Model Builder. Front-end interaktivní grafické uživatelské prostředí (GUI).
2. Procesor modelu RAMP. Zadní část simulace diskrétních událostí která zaměstnává Metoda Monte Carlo.

RAMP Model Builder

Nástroj RAMP Model Builder umožňuje uživateli vytvořit blokové schéma popisující závislost modelovaného procesu na stavu jednotlivých prvků v systému.

Elementy

Prvky jsou základní stavební kameny systému modelovaného v paměti RAMP a mohou mít uživatelem určené charakteristiky selhání a opravy v distribucích pravděpodobnosti formy, obvykle Střední doba mezi poruchami (MTBF) a Střední doba na opravu Hodnoty (MTTR), vybrané z následujících:

1. Weibulle: Definováno parametry měřítka a tvaru (nebo volitelně 50. a 95 percentily pro opravy).
2. Negativní exponenciál: Definován průměrný průměr.
3. Normální: Definován střední průměr a disperze (nebo volitelně 50. a 95. percentil pro opravy).
4. Pevný (Jednotný ): Definováno maximální dobou do poruchy nebo opravy.
5. Empirické (definované uživatelem): Definováno multiplikátorem.

Prvky mohou představovat jakoukoli část systému od konkrétního poruchový režim vedlejší komponenty (např. uzavírací ventil selže) do hlavních subsystémů (např. porucha kompresoru nebo energetické turbíny) v závislosti na úrovni a podrobnostech požadované analýzy.

Deterministické prvky

RAMP umožňuje uživateli definovat deterministický prvky, které jsou bezporuchové a / nebo neopravitelné. Tyto prvky lze použít k reprezentaci parametrů procesu (např. Čistota suroviny nebo poptávka po výrobě v konkrétním čase) nebo v případě potřeby v logice modelování (např. K poskytnutí konverzních faktorů).

Hodnoty Q

Každý prvek modelu má uživatelem definovanou procesní „hodnotu q“ představující požadovaný parametr (např. Hmotnostní tok, výrobní kapacita atd.). Každý prvek je považován za funkční nebo nefunkční a má přidružené hodnoty výkonu q = Q nebo q = 0. Interpretace každé „hodnoty q“ v modelu závisí na parametru zájmu, který se modeluje, který se obvykle volí během fáze systémové analýzy návrhu modelu.

Skupiny

Prvky s interakční funkcí lze uspořádat do skupin. Skupiny lze dále kombinovat (do jakékoli hloubky) a vytvořit tak diagram závislosti procesu (PDD) systému, který je podobný normálnímu blokové schéma spolehlivosti (RBD) běžně používaný v spolehlivostní inženýrství, ale také umožňuje složité logické vztahy mezi skupinami a prvky, které umožňují přesnější znázornění modelovaného procesu. PDD by nemělo být zaměňováno s Vývojový diagram protože popisuje závislost, ne tok. Například prvek se může objevit na více než jedné pozici v PDD, pokud je to nutné k reprezentaci skutečné závislosti procesu na tomto prvku. Skupiny mohou být také zobrazeny v plném rozsahu nebo mohou být komprimovány, aby obrazovka mohla zobrazovat jiné oblasti ve větším rozlišení.

Skupinové typy

Každá skupina může být jedním z jedenácti typů skupin, z nichž každý má své vlastní pravidlo pro kombinování „q hodnot“ prvků a / nebo jiných skupin v ní za účelem vytvoření výstupu „q hodnoty“. Skupiny tak definují, jak chování každého prvku ovlivňuje spolehlivost, dostupnost, udržovatelnost a produktivitu systému. Jedenáct typů skupin je rozděleno do dvou tříd:

Pět typů skupin „Flow“:

1. Minimum (M): qM = min [q1, q2, ... qn]
2. Aktivní redundantní (A): qA = min [hodnocení, (q1 + q2 + ... + qn)], pokud qA
3. Pohotovostní redundantní (S): qS = jako u aktivní redundantní, ale kde se první komponenta vždy považuje za provozní vybavení.
4. Time (T): qT = 0 if component with 'q value' q1 is in a "down" state when time through mission t
5. Buffer (B): if the buffer is not empty qB = q2 else qB = min [q1, q2], where the buffer empties as output if component with 'q value' q2 is in "" up "state with level at time 0 = Počáteční úroveň, jinak úroveň v čase t = úroveň v čase (t-1) - (q2 - q1) a vyrovnávací paměť se vyplní jako vstup, pokud je komponenta s hodnotou „q“ q2 ve stavu „dolů“ s úrovní v čase 0 = počáteční úroveň, jinak úroveň v čase t = kapacita, pokud úroveň v čase (t-1) + q1> C, jinak úroveň v čase t = úroveň v čase (t-1) + (q2 - q1). Vstup a výstup vyrovnávací paměti mohou být také omezeny omezeními vyrovnávací paměti.

Šest typů skupin „Logic“:

1. Produkt (P): qP = q1 x q2 x ... x qn
2. Kvocient (Q): pQ = q1 / q2
3. Podmíněně větší než (G): pokud q1> q2, pak qG = q1, jinak qG = 0
4. Podmíněně méně než (L): pokud q1
5. Rozdíl (D): max [q1 - q2, 0]
6. Rovnost (E): q1, pokud q1 leží mimo rozsah PA až PB, q2, pokud q1 leží uvnitř rozsahu PA až PB

Tři typy skupin (Aktivní redundantní, Standby redundantní a Čas) jsou zobrazeny v paralelních konfiguracích (svisle dolů po obrazovce). Všechny ostatní se zobrazují v sériových konfiguracích (vodorovně přes obrazovku).

Šest typů skupin (Buffer, Quotient, Conditionally Greater Than, Conditionally Less Than, Difference and Equality) obsahuje přesně dvě složky s „hodnotami q“ q1 a q2. Všechny ostatní obsahují dvě nebo více složek s „hodnotami q“ q1, q2 až qn.

Stavy prvků

Prvek může být v jednom z pěti možných stavů a ​​jeho „hodnota q“ je určena jeho stavem:

1. Podstupujících preventivní údržba (q = 0).
2. Oprava po selhání, včetně čekání na opravu (q = 0).
3. Neúspěšné, ale nezjištěné, spící selhání (q = 0). (např. pohotovostní zařízení není k dispozici v případě poruchy pracovního zařízení. Problém tedy nemusí být zřejmý, dokud nedojde k selhání pracovního zařízení.)
4. Nahoru, ale pasivní, dostupný, ale nepoužívaný (q = 0). (např. pohotovostní vybavení k dispozici v případě poruchy služebního vybavení.)
5. Aktivní a aktivní (q = Q > 0). (tj. funguje podle plánu.)

Výskyt přechodu stavu pro prvek je určen převážně uživatelem definovanými parametry pro tento prvek (tj. Jeho distribucí poruch a oprav a jakýmikoli cykly preventivní údržby).

Zdroj a podmínky opravy prvku

Mezi selháním prvku a zahájením opravy prvku často dochází k časové prodlevě. Může to být způsobeno nedostatkem náhradních dílů, nedostupností pracovní síly nebo nelze prvek opravit kvůli závislostem na jiných prvcích (např. Čerpadlo nelze opravit, protože je vadný uzavírací ventil a nelze jej uzavřít). Ve všech těchto případech musí být prvek zařazen do fronty na opravu. RAMP umožňuje uživateli definovat více podmínek prostředku na prvek, přičemž všechny musí být splněny, aby bylo možné zahájit opravu. Každá podmínka zdroje je jedním z pěti typů:

1. Opravárenský obchod: musí být k dispozici určený počet opravárenských obchodů.
2. Náhradní: musí být k dispozici určený počet náhradních dílů.
3. Hodnota skupiny Q: zadaná skupina musí splňovat podmínku týkající se její „hodnoty q“.
4. Úroveň vyrovnávací paměti: zadaná vyrovnávací paměť musí splňovat podmínku týkající se její úrovně.
5. Stav prvku: zadaný prvek musí splňovat podmínku týkající se jeho stavu.

Stav opravy se opravuje

Opravy obchodů lze specifikovat pro opravu jakéhokoli prvku a představují pracovní sílu ve formě souboru kvalifikovaných pracovníků údržby s určitým oborem. Opravu lze použít po dobu opravy prvku (tj. Logistické zpoždění plus časová hodnota získaná z distribuce opravy prvku). Po dokončení opravy bude opravný obchod k dispozici pro opravu jiného prvku. počet oprav, které lze provést současně pro prvky vyžadující konkrétní obchod s opravami, závisí na počtu přidělených zdrojů obchodu s opravami a počtu těchto obchodů s opravami specifikovaných jako požadavek na opravu.

Stav opravy náhradních dílů

Pokud je pro opravu prvku vyžadován náhradní díl, pak je náhradní díl vytažen ze skladu v okamžiku zahájení opravy (tj. Jakmile prvek opustí frontu oprav). Maximální počet náhradních dílů každého typu, které lze skladovat, je definován uživatelem. Zásoba může být buď pravidelně doplňována v uživatelem definovaném časovém intervalu, nebo když zásoba klesne pod uživatelem definovanou úroveň, v takovém případě RAMP umožňuje uživatelem definované časové zpoždění, které musí nastat mezi opětovným objednáním a skutečným doplněním skladem.

Stav opravy hodnoty skupiny Q

RAMP umožňuje uživateli určit, že prvek nelze opravit, dokud „hodnota q“ nominované skupiny nesplňuje jednu ze šesti podmínek (>, ≥, <, ≤, =, ≠) ve vztahu k uživatelem definované nezáporné reálné hodnotě omezení počtu oprav. Tyto podmínky lze použít k modelování určitých pravidel v systému (např. Čerpadlo nelze opravit, dokud není nádrž prázdná).

Stav opravy úrovně vyrovnávací paměti

Zadání omezení úrovně vyrovnávací paměti znamená, že preventivní údržbu prvku lze omezit, dokud úroveň vyrovnávací paměti nominované skupiny vyrovnávacích pamětí nesplňuje jednu ze šesti podmínek (>, ≥, <, ≤, =, ≠) ve vztahu k uživatelem definovanému negativní omezení opravného čísla. Tyto podmínky lze použít k modelování určitých pravidel v systému (může to být například požadavek na údržbu ponorného čerpadla, že nádrž, ve které je, by měla být před zahájením oprav prázdná).

Stav opravy prvku

RAMP umožňuje uživateli určit, že prvek nelze opravit, dokud stav jiného nominovaného prvku nesplňuje jednu ze šesti podmínek (>, ≥, <, ≤, =, ≠) ve vztahu k uživatelem definované nezáporné omezení opravy reálného čísla .

Zásady oprav

Každý prvek má uživatelem definované parametry, které mohou ovlivnit způsob jeho opravy:

1. Zpoždění logistické opravy: Časové období, které musí uplynout před zahájením opravy prvku. Jedná se o pevný čas, který se přidá k času opravy vzorkovanému z uživatelem definovaného rozdělení pravděpodobnosti opravy prvku. Obvykle to představuje kombinaci času potřebného k tomu, aby se tým opravy dostal na místo selhání, času na izolaci vadné položky a času potřebného k získání požadovaného náhradního dílu ze skladu.
2. Opravit „dobrý jako nový“ nebo „špatný jako starý“: Odkazuje na míru selhání prvku, nikoli na jeho „hodnotu q“. Ve výchozím nastavení se prvek po opravě obnoví na „dobrý jako nový“, ale existuje možnost přepnout stav „špatný jako starý“, který simuluje ekvivalent rychlé opravy ekvivalentní obnovení prvku na začátek opotřebení -fáze fáze křivky vany Weibull, pokud by pro opravy bylo použito Weibullovo rozdělení pravděpodobnosti s tvarem větším než jeden.
3. Priorita opravy: Používá se pouze v případě, že jsou specifikovány prostředky a podmínky opravy (tj. Používá se pouze v případě, že prvek musí být ve frontě na opravu, místo aby šel přímo na opravu). Účelem tohoto pole je pomoci určit pořadí, ve kterém jsou prvky čerpány z fronty oprav, jakmile budou k dispozici prostředky pro opravu prvků. Prvky se opravují podle jejich priority opravy, kde 1 je nejvyšší priorita, 2 je další nejvyšší atd. Prvky se stejnou prioritou se opravují podle zásady „kdo dřív přijde, je dřív na řadě“.

Kromě toho má každý prvek ve skupině Standby Redundant více parametrů, které mohou ovlivnit způsob jeho opravy:

1. Faktor pasivního selhání: Faktor, kterým se znásobí počet selhání prvku při provozu v pasivním stavu na rozdíl od aktivního stavu. Ve výchozím nastavení bude tento faktor jeden a obvykle mezi nulou a jednou, což naznačuje nižší míru pasivního selhání než aktivní míru selhání.
2. Pravděpodobnost selhání přepnutí: Procentuální pravděpodobnost selhání prvku při přepnutí z pasivního stavu do aktivního stavu. Dojde-li k takové chybě spínání, musí být prvek před opětovným použitím opraven běžným způsobem.
3. Zpoždění spuštění: Spuštění prvku přecházejícího z pasivního stavu do aktivního stavu je zpožděno o zadaný čas.

Preventivní údržba

RAMP umožňuje uživateli modelovat preventivní údržbu pro každý prvek systému pomocí cyklů vyjádřených pomocí tří parametrů „up-time“. čas zahájení „odstávky“ a „odstávky“. RAMP má také možnost přepínat „inteligentní preventivní údržbu“ na každém prvku systému, který se pokouší zlepšit výkon systému provedením preventivní údržby, když je prvek již v „výpadku“ z jiných důvodů.

Selhání společného režimu

Selhání společného režimu (CMF), které způsobí selhání několika prvků současně (např. V důsledku výskytu požáru nebo jiné katastrofické události nebo selhání napájecího zdroje, který napájí několik samostatně definovaných prvků). RAMP umožňuje uživateli definovat CMF uvedením množiny ovlivněných prvků a rozdělení frekvence pro výskyty CMF. Když dojde k CMF, všechny prvky, které jsou ovlivněny tímto konkrétním CMF, jsou umístěny do stavu selhání a musí být opraveny, v případě potřeby budou zařazeny do fronty na opravu. Všechny prvky, které CMF selhal, budou opraveny podle distribuce oprav definované pro daný prvek. Prvky, které se již opravují, jsou ve frontě oprav nebo procházejí preventivní údržbou, zůstávají nedotčeny výskytem souvisejícího CMF.

Kritičnosti

Kritičnost prvku je měřítkem toho, jak moc prvek ovlivnil „hodnotu q“ (tj. Výkon) skupiny, do které patří. Prvky s vysokou kritičností způsobují v průměru více „prostojů“ nebo nedostupnosti, a jsou proto kritické pro výkon skupiny. Kritičnost prvku se může lišit podle úrovně skupiny (např. Porucha motoru může mít velmi vysokou kritičnost pro skupinu, která obsahuje režimy poruchy pro jedno čerpadlo, ale velmi nízkou kritičnost pro skupinu, která obsahuje několik nadbytečných čerpadel) .

Časové jednotky

RAMP umožňuje uživateli nastavit požadovanou časovou jednotku podle měřítka a věrnosti. Jediným požadavkem je, aby se časové jednotky používaly konzistentně napříč modelem, aby se zabránilo zavádějícím výsledkům. Časové jednotky jsou vyjádřeny v následujících vstupních datech:

1. Distribuce pravděpodobnosti selhání prvku.
2. Distribuce pravděpodobnosti opravy prvku.
3. Logistické doby zpoždění prvku (před opravou).
4. Preventivní údržba prvků „doby provozu“, „doby provozu“ a počáteční body.
5. Distribuce pravděpodobnosti selhání společného režimu.
6. Percentilní časy v empirickém rozdělení pravděpodobnosti (selhání nebo oprava).
7. Časy zpoždění v časových skupinách.
8. Intervaly doplňování náhradních dílů nebo časy prodlení objednávek.
9. Klouzavý průměr rozpětí a přírůstku.
10. Histogram „prostoje“.
11. Simulované časové období zájmu.

Typy prvků

Prvkům, u nichž se předpokládá, že mají stejné charakteristiky poruchy a opravy a sdílejí společnou zásobu náhradních dílů, lze přiřadit stejný uživatelsky definovaný typ prvku (tj. Čerpadlo, motor, nádrž atd.). To umožňuje rychlejší konstrukci složitých systémů obsahujících mnoho prvků, které mají podobnou funkci, protože u těchto prvků není nutné opakovat zadávání údajů o prvcích.

Funkce importu

Dříve vytvořené systémy lze importovat jako podsystémy aktuálně zobrazeného systému. To umožňuje rychlejší konstrukci složitých systémů obsahujících mnoho subsystémů, protože je lze před importem do společného systému vytvořit více uživatelů současně.

Procesor modelu RAMP

Procesor modelu RAMP napodobuje systém fungující po sledovanou dobu - známou v RAMP jako mise - vzorkováním poruch a dob oprav z distribucí pravděpodobnosti (s pravděpodobnostmi získanými z generátor pseudonáhodných čísel ) a v kombinaci s dalšími daty definovanými v nástroji RAMP Model Builder k určení událostí přechodu stavu pro každý prvek v modelu. Simulace využívá diskrétní události, které jsou řazeny do fronty v chronologickém pořadí, přičemž každá událost je zpracovávána postupně k určení stavů a ​​tedy „hodnot q“ každého prvku v modelu v daném diskrétním okamžiku. Pravidla skupinových kombinací se používají k určení „hodnot q“ na postupně vyšších úrovních skupin, které vyvrcholí „hodnotami q“ nejvzdálenějších skupin, které při průměrování v průběhu událostí simulace obvykle poskytují měřítka výkonu systému, která jsou výstupem v výsledky modelu z hlediska zvolených parametrů zájmu.

Spuštěním dostatečného počtu misí ve stejném časovém období (různé možné historie ze stejného výchozího bodu) lze RAMP použít ke generování statisticky významný výsledky, které určují pravděpodobné rozdělení uživatelem definovaných parametrů zájmu, a tak objektivně hodnotí systém, přičemž pásma spolehlivosti výsledků závisí na počtu simulovaných misí. Na druhou stranu, spuštěním délky mise, která je dlouhá ve srovnání s frekvencemi poruch a dobami oprav, a simulací pouze jedné mise, lze RAMP použít ke stanovení ustálený stav výkon systému.

Historie RAMP

RAMP byl původně vyvinut společností Rex Thompson & Partners Ltd. v polovině 80. let jako program simulace dostupnosti, který se primárně používá pro modelování zařízení a procesů.^[1] Vlastnictví RAMP bylo převedeno na T.A. Skupina^[2] při svém založení v lednu 1990,^[3] a pak do Fluor Corporation když získala T.A. Skupina v dubnu 1996,^[4] před přechodem do Advantage Technical Consulting podnikání mateřské společnosti Advantage Business Group Ltd.,^[5] vytvořena v únoru 2001 odkupem managementu z poradenských a informačních technologií společností Fluor Corporation, působících v odvětvích dopravy, obrany, energetiky a výroby.^[6] RAMP v současné době vlastní Atkins po akvizici Advantage Business Group Ltd. v březnu 2007.^[7] Rozsáhlá přestavba původní aplikace RAMP pro Atkins DOS vytvořil řadu aplikací RAMP pro Microsoft Windows platforma s napsaným RAMP Model Builder Visual Basic a napsaný RAMP Model Processor FORTRAN.

Použití RAMP

Díky své vlastní flexibilitě se RAMP nyní používá k optimalizaci návrhu systému a podpoře kritického rozhodování v mnoha sektorech^[8] RAMP poskytuje schopnost modelovat mnoho faktorů, které mohou ovlivnit systém, jako jsou změny ve specifikaci nebo smlouvy o nákupu, studie „co kdyby“, Analýza citlivosti, redundance zařízení, kritičnost zařízení, zpožděná selhání a také umožnění generování výsledků, které lze exportovat pro režim selhání, analýzu účinků a kritičnosti (FMECA ) a analýza nákladů a přínosů.

Reference