9.2. 9.2. Esettanulmányok

Oldjuk meg a következő differenciálegyenletet

kezdeti feltétel mellett!

Megoldás: A homogén rész

A konstans variálás módszerével nyerjük az inhomogén rész egy partikuláris megoldását, vagyis

így a partikuláris megoldás

Ebből az általános megoldás

A feltételből következik, hogy így .

Ezért

Ha a kezdeti feltételt akkor a megoldás a következő

Ha

Határozzuk meg, hogy mi annak a valószínűsége, hogy független gépből a t-edik pillanatban k darab működik, feltételezve, hogy kezdetben n darab gép működött és m darab gép volt hibás!

Megoldás:

Stacionárius esetben

Hideg tartalék

Legyen adott egy főgép amelynek működési ideje paraméterű exponenciális eloszlású valószínűségi változó és meghibásodás esetén egy tartalék kezd el működni, valamint két szerelő van. A javítási idő paraméterű exponenciális eloszlású valószínűségi változó. A meghibásodások és javítások függetlenek egymástól. Határozzuk meg a rendszer egyensúlyi jellemzőit!

Megoldás: A rendszer az egyes állapotokból a következő intenzitásokkal megy át.

9.1. ábra - Hidegtartalék

Hidegtartalék

A stacionárius esetet vizsgálva vezessük be a szokásos jelöléseket ! Jelentse annak a valószínűségét, hogy i darab gép rossz.

Ekkor a jól ismert módon az alábbi egyensúlyi egyenletrendszert írhatjuk fel

Innen

A normalizáló feltételt felhasználva kapjuk, hogy

Meleg tartalék

9.2. ábra - Melegtartalék

Melegtartalék

Meleg tartalék esetén mindkét gép működik, viszont a második gép működési ideje () paraméterű exponenciális eloszlású valószínűségi változó. Határozzuk meg most is az egyensúlyi rendszerjellemzőket!

Ebből

Végül

Legyen adott egy olyan gép amelynél hiba esetén szükség van még egy detektálásra is mielőtt míg javításra kerülne. Legyen a detektálási idő paraméterű exponenciális eloszlású valószínűségi változó! Írjuk fel egyensúlyi helyzetben az állapotegyenletek, majd oldjuk meg őket!

9.3. ábra - A feladat

A feladat

Megoldás:

Innen

A normalizáló feltételt felhasználva kapjuk, hogy

Tegyük fel, hogy van egy két, paraméterű exponenciális működési időközökkel rendelkező gépből álló rendszerünk és egy paraméterű javítási idővel rendelkező szerelőnk. Tegyük fel még azt, hogy ha mindkét gép elromlik akkor a rendszer végérvényesen leáll és nincs több szerelés. Jelentse , hogy hány gép rossz és a rendszer induljon a 0 állapotból. Határozzuk meg az első meghibásodásig eltelt átlagos időt feltételezve, hogy kezdetben mindkét gép működött!

9.4. ábra - A feladat

A feladat

Megoldás: A stacionárius állapotegyenletek a következő módon származtatjuk

Így a szokásos eljárást követve

kezdeti feltételek mellett. Laplace-transzformáltat alkalmazva és felhasználva az ott tanultakat kapjuk, hogy

Innen rövid számolással nyerjük, hogy

Felhasználva, hogy , melyet a normalizáló feltétel ad kapjuk, hogy

Innen az inverziós eljárással megkaphatjuk -t ami annak a valószínűsége, hogy egyetlen gép sem üzemel a t-edik időpillanatban.

Legyen a rendszer első elromlásának az ideje!

Ekkor azt jelenti, hogy a rendszer t-edik időpillantban vagy előtte romlott el. A rendszer megbízhatósága ekkor

Ennek a Laplace-transzformáltja

A nevezőt alakra hozva, hogy később parciális törtekre bontást tudjunk alkalmazni kapjuk, hogy

Így

Innen

Az első meghibásodásig eltelt idő átlagát az alábbi módon határozhatjuk meg

kiszámítását megtehetjük anélkül is, hogy meghatároznánk a sűrűségfüggvényt, hiszen ismerjük Laplace-transzformáltját. Azaz

Abban az esetben, amikor a gépeket nem javítják, vagyis a 2 elemből álló párhuzamosan kapcsolt rendszert kapjuk, amit már korábban is vizsgáltunk. Ekkor a behelyettesítés után

és így

ami szintén azt bizonyítja, hogy először vesszük az első meghibásodás idejét, majd ehhez hozzáadjuk a megmaradt gép hátramaradt működési idejét. Az első paraméterű exponenciális, a második pedig paraméterű exponenciális eloszlású valószínűségi változó. Függetlenek egymástól, így összegük Laplace-transzformáltját kapjuk.

Tegyük fel, hogy van egy két, paraméterű exponenciális eloszlású működési időközökkel rendelkező gépből álló rendszerünk és két paraméterű exponenciális eloszlású javítási idővel rendelkező szerelőnk. Tegyük fel még azt, hogy a javítás csak akkor indul meg ha mindkét gép elromlik. Feltéve, hogy meghibásodások és javítások egymástól függetlenek, határozzuk meg a stacionáris eloszlást!

9.5. ábra - A feladat

A feladat

Megoldás: Vezessük be az alaábbi jelöléseket.

A jól ismert módon egyensúlyi állapotban az egyenletek a következők lesznek

Innen egyszerűen kapjuk, hogy

Felhasználva az előzőeket és a normalizáló feltételt nyerjük, hogy

A készenléti tényező

Ezek után