A method for rapid evaluation of k-out-of-n systems reliability

IEC 61508 standard could be used in the evaluation of safety of the k-out-of-n technical systems, including elements which may remain in one out of four different reliability states. Such a model leads to the huge complexity of analytical calculations and the limitations of its practical application possibilities. Therefore, a computerised method using Markov processes for estimating the reliability of k-out-of-n systems was developed. The algorithmization of the applied computational procedure was performed. It allowed one to analyse systems including a huge number of elements. An algorithm that may be applied for complex k-out-of-n systems was developed and used for exemplary calculations. The developed method was verified by comparing the obtained results with the ones obtained from analytical method as well as simulation method. The compatibility of results obtained in the two methods confirms the correctness of the developed procedure and proposed computer program which now offers the possibility of doing calculations for k-outof-n structures with more than three elements required for the system’s proper functioning and significantly accelerates calculations. Reliability and safety are priorities in the operation of technical systems. This decides of the applicability of the calculation methods described. The operational safety aspects are of particular significance in cases when the occurrence of a failure is a hazard to people’s health and life, ecological risk or considerable financial loss.

Norma IEC 61508 może być stosowana do oceny poziomu bezpieczeństwa układów technicznych typu k z n, w których elementy mogą pozostawać w jednym z czterech różnych stanów. Przyjęcie takiego modelu prowadzi do ogromnej złożoności obliczeń analitycznych i ograniczeń w praktycznych możliwościach ich zastosowania. W związku z tym, do oceny niezawodności tego typu układów opracowano komputerową metodę wykorzystującą procesy Markowa. Następnie przeprowadzono algorytmizację opracowanej procedury obliczeniowej, co pozwoliło na analizę systemów obejmujących dużą liczbę elementów. Na podstawie opracowanego algorytmu przeprowadzono przykładowe obliczenia. Opracowaną metodę zweryfikowano porównując otrzymane wyniki z wynikami uzyskanymi metodą analityczną oraz metodą symulacyjną. Zgodność wyników uzyskanych w tych dwóch metodach potwierdza prawidłowość opracowanej procedury i proponowanego programu komputerowego, który oferuje obecnie możliwość wykonywania obliczeń dla struktur typu k z n z więcej niż trzema elementami wymaganymi do prawidłowego funkcjonowania całego systemu i znacząco przyspiesza obliczenia. Niezawodność i bezpieczeństwo są priorytetami w eksploatacji systemów technicznych i mają szczególne znaczenie w przypadkach, gdy wystąpienie awarii stanowi zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi, powoduje ryzyko ekologiczne lub znaczne straty finansowe.