Schema funcțională

Diagrama bloc , numita schemă bloc , diagrama circuitului sau engleza diagrama bloc este o reprezentare grafică simplificată a unui proces relativ complex care implică mai multe unități sau etape. Este alcătuit din blocuri conectate prin linii de acțiune . Este utilizat în principal în automatizare , prelucrarea semnalului , inginerie chimică și fiabilitate .

În controlul procesului

Exemplu de diagramă funcțională automată bloc

Blocul sau elementul , este reprezentat de un dreptunghi cu acțiunea elementului ( de ex. , , ...). Uneori este însoțit de o descriere (de exemplu, diferențiator, integrator ...) și simbolul semnalului de intrare (sau variabilă de control în automat ) și semnalul de ieșire (sau variabilă controlată ).

Linia de acțiune

Linia de acțiune reprezintă fluxul unui semnal . Uneori este însoțit de simbolul (de ex. , …) Sau de descrierea (de exemplu, tensiunea, poziția ...) semnalului.

Comparator

Comparator , sau plus , este adesea reprezentat cu semnul + (plus) sau - (scădere).

) este afișat cu un punct la locația ramurii.

În ingineria chimică

O diagramă bloc descrie un proces sau o unitate de fabricație utilizând cadre dreptunghiulare, inclusiv date cheie și indicând relațiile sau fluxurile care leagă diferitele cadre.

Un cadru poate reprezenta diferite tipuri de instalare sau pași:

Liniile care leagă cadrele pot reprezenta fluxuri de masă sau de energie.

Informațiile minime pentru o diagramă bloc sunt următoarele:

Alte informații pot fi adăugate:

Diagrama bloc este de obicei utilizată pentru a oferi o imagine de ansamblu asupra unui proces complex sau pentru a efectua balanțe de masă simple, oferind indicații generale despre consumul sau producția de produse și energii. O diagramă mai detaliată va fi clasificată în categoria diagramelor de proces .

În fiabilitate

În fiabilitate, diagrama funcțională face posibilă reprezentarea sistemelor complexe, adică având mai multe posibilități de eșec. În acest domeniu, sinonimul „diagramă bloc de fiabilitate” este adesea folosit, inclusiv în textul standardelor franceze.

Blocurile pot fi funcții, subsisteme sau componente, în funcție de nivelul de detaliu dorit; pentru simplitate, folosim aici termenul „componentă”. Blocurile paralele reprezintă redundanțe . Prin urmare, este un instrument utilizat pe scară largă pentru analiza sistemelor robuste. Sistemul este considerat funcțional dacă există o cale de la punctul de intrare E la punctul de ieșire S care trece prin blocuri în funcțiune. Dacă defecțiunile componentei împiedică rutare, atunci sistemul a eșuat.

Puteți utiliza diagrame funcționale în două moduri:

Ipoteză Presupunem că componentele sunt independente: eșecul unei componente nu are nicio influență asupra celorlalte.

Aceasta este, desigur, o presupunere simplificatoare: într-un circuit electronic, defectarea unei componente poate crea o supratensiune care ar deteriora altele, iar în mecanică, defecțiunea unei piese poate distorsiona întregul mecanism.

Asociere în serie

Luați în considerare un sistem format din două componente. Dacă blocurile sunt în serie, înseamnă că eșecul numai al uneia dintre componente este suficient pentru a provoca eșecul întregului sistem.

Componentele pot fi de fapt în serie; de exemplu, într-un circuit electric format dintr-o baterie (generator) și un bec, elementele sunt în serie, precum și blocurile (este suficient ca generatorul sau lampa să fie defect, astfel încât sistemul să nu producă lumină).

Dar componentele pot fi, de asemenea, geometrice în paralel. De exemplu, un circuit RLC plug este în paralel, dar eșecul unei singure componente își modifică funcționarea, deci nu-și mai poate îndeplini rolul.

Sau luați în considerare un sistem mecanic care face o mișcare înainte și înapoi în linie dreaptă. Funcția „faceți o călătorie dus-întors” este împărțită în:

cele două părți pot fi puse în paralel, cu toate acestea, eșecul uneia dintre cele două componente este suficient pentru a pune sistemul în jos, blocurile sunt, prin urmare, în serie.

Din punct de vedere calitativ, asocierea în serie corespunde și este logică . Putem întocmi un „tabel de operație” (similar cu un tabel de adevăr ), un „1” care indică operațiunea și un „0” un eșec:

Masă de operație în serie
Starea de 1 Starea de 2 Stare de
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Din punct de vedere cantitativ, dacă prima componentă are o lege de supraviețuire R 1 ( t ) și a doua o lege R 2 ( t ), atunci legea globală de supraviețuire a sistemului este:

R s ( t ) = R 1 ( t ) × R 2 ( t ). Demonstrație

Evenimentul „componenta i funcționează la momentul t  ” poate fi notat ( i , t ). Funcția R i ( t ) este probabilitatea acestui eveniment

R i ( t ) = P ( i , t )

Deoarece suntem într-o asociație de serie, avem, prin urmare, conform principiului independenței  :

P (s, t ) = P ((1, t ) ∩ (2, t )) = P (1, t ) × P (2, t )

cqfd.

Dacă fiabilitatea componentelor urmează o lege exponențială (caz tipic al componentelor electronice) cu parametrii respectivi λ 1 și λ 2 , atunci sistemul respectă o lege exponențială a parametrilor

λ s = λ 1 + λ 2 .

Timpul mediu de funcționare înainte de avarie ( MTTF ) este egal cu:

Demonstrație

Avem

R s ( t ) = R 1 ( t ) × R 2 ( t ) = e -λ 1 t × e -λ 2 t = e - (λ 1 + λ 2 )  t .

Asociere paralelă

În cazul unei asocieri paralele, ambele componente trebuie să nu reușească să provoace eșecul sistemului. Aceasta corespunde unei redundanțe a echipamentului  ; acest lucru este utilizat pe scară largă în aeronautică (dublarea sau multiplicarea circuitelor hidraulice sau electrice), în sistemele de alarmă , în securitatea computerelor (de exemplu, redundanța discurilor dure ).

Din punct de vedere calitativ, asocierea în paralel corespunde unui logic sau .

Masă de operație paralelă
Starea de 1 Starea de 2 Stare de
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

Din punct de vedere cantitativ, dacă prima componentă are o lege de eșec F 1 ( t ) și a doua o lege F 2 ( t ), atunci legea globală de supraviețuire a sistemului este:

F s ( t ) = F 1 ( t ) × F 2 ( t )

fie cu legile de supraviețuire:

1 - R s ( t ) = (1 - R 1 ( t )) × (1 - R 2 ( t ))

sau

R s ( t ) = 1 - (1 - R 1 ( t )) × (1 - R 2 ( t )). Demonstrație

Amintiți-vă că probabilitatea de eșec F este complementul probabilității de supraviețuire R (un sistem este fie în funcțiune, fie în eșec):

F + R = 1

Cu aceleași notații ca înainte, F i ( t ) este probabilitatea non- ( i , t ), let

conform legilor lui Morgan . Așadar :

cqfd.

Dacă presupunem că sistemele redundante sunt identice, adică au aceeași probabilitate de eșec, atunci F 1 = F 2 = F, R 1 = R 2 = R și

F s = F 2 R s = 1 - (1 - R) 2

Dacă avem n sisteme redundante în paralel, atunci

F s = F n R s = 1 - (1 - R) n

Sisteme de serie și paralele

Putem avea sisteme cu componente în serie și altele în paralel. De exemplu, avem un motor (articolul 1) care acționează două pompe (articolul 2 și 3):

În exemplul opus, masa de operație este:

Masa de operatie
Starea de 1 Starea de 2 Starea de 3 Stare de
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1

Pentru un calcul cantitativ, partea paralelă poate fi înlocuită cu o componentă globală 2 'a cărei fiabilitate este stabilită mai sus:

R 2 ' = 1 - (1 - R 2 ) × (1 - R 3 )

Așadar

R s = R 1 × R 2 ' = R 1 × (1 - (1 - R 2 ) × (1 - R 3 )).

Orice sistem (non-serie și paralel)

Multe sisteme sunt mai complexe și duc la diagrame non-serie și paralele. Luați în considerare, de exemplu, cazul unei alarme de incendiu, compusă din:

În funcționare normală, senzorii trimit semnalul către unitatea de control care activează cele două alarme: un singur detector declanșează cele două alarme. Cu toate acestea, în cazul unei defecțiuni a instalației, se prevede, de asemenea, ca un senzor să activeze direct cel mai apropiat dispozitiv de avertizare; astfel, fumul fiind mobil, există cel mai rău întârziere în declanșarea unui semnal de alertă. Sistemul este considerat defect dacă nu se activează nicio alarmă în prezența fumului.

În cele din urmă, sistemul este defect dacă:

în toate celelalte cazuri, există o cale de la intrarea E la ieșirea S.

Tabelul de operații este obositor de construit (2 5 = 32 cazuri).

Masa de operatie
Starea de
1 		Starea de
2 		Starea de
3 		Starea de
4 		Starea de
5 		Starea
s
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0
...
0 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 1 0 1
...
1 1 1 1 1 1

Pentru a facilita analiza cantitativă a sistemului, se utilizează tehnica condiționării condiției unei componente  :

atunci avem

P (s) = P (3) × P (s | 3) + (1 - P (3)) × P (s | 3 ).

În cazul 1, avem două circuite în paralel 1 '= {1; 2} și 2 '= {3; 4} care sunt în serie sau

P (1 ') = P (1∪2) = 1 - (1 - P (1)) × (1 - P (2)) P (2 ') = P (4∪5) = 1 - (1 - P (4)) × (1 - P (5)) P (s | 3) = P (1 ') × P (2')

În cazul doi, avem două circuite de serie 1 "= {1; 4} și 2" = {2; 5} care sunt în paralel sau

P (1 ") = P (1∩4) = P (1) × P (4) P (2 ") = P (2∩5) = P (2) × P (5) P (s | 3 ) = 1 - (1 - P (1 ")) × (1 - P (5"))

Referințe

  1. NF EN 61078 (august 2006), Tehnici de analiză a fiabilității - Diagrama bloc de fiabilitate și metode booleene

Anexe

Bibliografie

Articole similare

linkuri externe

Fișe educaționale de la Institutul de gestionare a riscurilor: Fișă diagramă bloc fiabilitate ( http://www.imdr.eu/upload/client/Fiches_methodes_FR2014.pdf )