МОДЕЛЬ ОЦІНЮВАННЯ РОБАСТНОСТІ ТА ЖИВУЧОСТІ МОБІЛЬНИХ РОБОТИЗОВАНИХ ПЛАТФОРМ З УРАХУВАННЯМ НАДІЙНОСТІ

Анотація

Вступ. Розроблено комплексну модель надійності, робастності та живучості мобільної роботизованої платформи (МРП) із послідовно-паралельною архітектурою. Метою роботи є проведення математичного моделювання й аналізу надійності елементів МРП на основі законів розподілу Вейбулла й експоненціального закону, а також оцінювання впливу резервування та структурної надмірності на загальну стійкість системи до відмов. Встановлено, що критичними елементами МРП є: шасі, двигун, контролер, оскільки вони послідовно з’єднані та мають низький рівень відмовостійкості без резервування, на відміну від паралельно з’єднаних сенсорних і комунікаційних компонентів.

Методи. До методів належать такі: методи розрахунку надійності з використанням послідовно-паралельних схем; оцінювання часу безвідмовної роботи (MTTF); моделювання з використанням розподілу Вейбулла й експоненціального розподілу; чутливості для аналізу впливу елементів на надійність системи; оцінювання робастності та живучості системи в умовах змін середовища або несправностей.

Результати. На основі побудованих моделей отримано числові значення MTTF для всіх елементів МРП. Найвищі показники безвідмовної роботи зафіксовано для шасі (135 412 год) та акумуляторної батареї (124 914 год), тоді як найменшу надійність демонструють комунікаційні модулі Wi-Fi (80 000 год) та BLE (70 000 год). Значення MTTF усієї МРП становить 21 188 год, близько 2,4 року безперервної експлуатації.

Побудовані графіки чутливості показали, що найбільший вплив на загальну надійність мають шасі, контролер і двигун. Вони є пріоритетними для резервування або створення деградованих режимів. Робастність системи за однієї відмови (Δ ≤ 1) оцінено через зниження ймовірності безвідмовної роботи. Проте із часом (понад 100 000 год) надійність знижується нижче 5 %, що підкреслює важливість обліку зносу компонентів. Для підвищення живучості МРП має працювати за відмови до двох платформ, планувати маршрути за надійністю, підтримувати деградований режим і динамічно перерозподіляти завдання.

Висновки. Запропонована модель дає змогу з високою точністю оцінювати надійність МРП з урахуванням її структури, типу з’єднань і функціональних особливостей елементів. Результати вказують на необхідність резервування критичних компонентів і підвищення робастності системи для забезпечення стійкості до відмов. Представлену методику можна використовувати для планування сервісного обслуговування, прогнозування життєвого циклу й оптимізації роботи МРП у динамічному середовищі.