Modeling of systems and processes

Моделирование систем и процессов

2219-0767

6a9c167732807fdbab875c84

Технические науки

Modeling and estimation of recovery time for industrial technical products using stochastic Petri nets

Моделирование и оценка времени восстановления технических изделий промышленного назначения с помощью стохастических сетей Петри

Мелехин

Александр Алексеевич

Melehin

Aleksandr Alekseevich

santi.melekhin@mail.ru

Болотников

Н Д

Bolotnikov

N D

Усов

Д А

Usov

D A

Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф.Устинова Санкт-Петербург Baltic state university "VOENMEH" Sant-Petersburg

07 09 2026

19 2 66 75 14 07 2026

2026

Мелехин Александр Алексеевич, Болотников Н Д, Усов Д А

Melehin Aleksandr Alekseevich, Bolotnikov N D, Usov D A

https://naukaru.ru/en/nauka/publications/6a9c167732807fdbab875c84/view

В статье рассматривается подход к моделированию и оценке времени восстановления технических изделий промышленного назначения на основе стохастических сетей Петри. В качестве инструментальной основы используется разработанный программный комплекс оценки времени восстановления изделий ответственного назначения на основе стохастических сетей Петри, предназначенный для построения структуры сети, задания детерминированных и вероятностных задержек переходов, выполнения пакетной и пошаговой симуляции, а также анализа получаемых результатов. В программном комплексе поддерживаются экспоненциальное, нормальное, усеченное нормальное, логнормальное, гамма-распределение, равномерное распределение и распределение Вейбулла. В отличие от детерминированного описания, предложенный подход позволяет учитывать неопределенность длительности диагностических, ремонтных и контрольных операций, получать не только среднее время восстановления, но и оценивать разброс результатов, вероятность укладывания в норматив и чувствительность итогового показателя к параметрам отдельных этапов. Описаны математическая постановка задачи, структура программного комплекса, особенности интерфейса и пример модельного эксперимента для изделия «Запорно-приводной механизм». Предложенный подход, оформленный в виде программного комплекса, может иметь практическую ценность в инженер-ной и учебной деятельности, позволяя проводить симуляции, необходимые для обеспечения требуемого уровня готовности технический изделий.

The article considers an approach to modeling and estimating the recovery time of industrial products based on stochastic Petri nets. The developed software package for estimating the recovery time of critical products based on stochastic Petri nets is used as an instrumental basis, designed to build a network structure, set deterministic and probabilistic transition delays, perform batch and step-by-step simulations, and analyze the results obtained. The software package supports expo-nential, normal, truncated normal, lognormal, gamma distribution, uniform distribution, and Weibull distribution. In con-trast to the deterministic description, the proposed approach makes it possible to take into account the uncertainty of the duration of diagnostic, repair and control operations, to obtain not only the average recovery time, but also to estimate the spread of results, the probability of meeting the standard and the sensitivity of the final indicator to the parameters of in-dividual stages. The mathematical formulation of the problem, the structure of the software package, interface features, and an example of a model experiment for the "Lock-and-drive mechanism" product are described. The proposed ap-proach, formulated in the form of a software package, can have practical value in engineering and educational activities, allowing simulations to be carried out necessary to ensure the required level of readiness of technical solutions.

стохастические сети Петри время восстановления имитационное моделирование ремонтопригодность.

stochastic Petri nets recovery time simulation modeling readability.

ГОСТ Р 27.102-2021. Надежность в технике. Надежность объекта. Термины и определения. – М.: Стандартинформ, 2021.

GOST R 27.102-2021. Reliability in technology. The reliability of the facility. Terms and definitions. Moscow: Standartinform, 2021.

Орлов, С. П. Имитационные модели на сетях Петри для анализа процессов обслуживания и ремонта сложных технических систем / С. П. Орлов, С. В. Сусарев // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2022. – Т. 30, № 4(76). – С. 49-75.

Orlov, S. P. Simulation models on Petri nets for analyzing the processes of maintenance and repair of complex technical systems / S. P. Orlov, S. V. Susarev // Bulletin of the Samara State Technical University. Series: Technical Sciences. - 2022. – Vol. 30, No. 4(76). – pp. 49-75.

Булавский, П. Е. Моделирование процессов электронного документооборота технической документации с помощью сетей Петри / П. Е. Булавский, О. К. Ваисов // Автоматика на транспорте. – 2019. – Т. 5, № 3. – С. 375-390.

Bulavsky, P. E. Modeling of electronic document management processes of technical documentation using Petri nets / P. E. Bulavsky, O. K. Vaisov // Automation in transport. – 2019. – Vol. 5, No. 3. – pp. 375-390.

Применение инструментария временных сетей петри для управления ресурсными параметрами проекта / Т. В. Азарнова, Ю. В. Бондаренко, Н. А. Поляков, О. А. Медведева // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии. – 2024. – № 4. – С. 102-115.

Application of the tools of temporary Petri nets for managing the resource parameters of a project / T. V. Azarova, Yu.V. Bondarenko, N. A. Polyakov, O. A. Medvedeva // Bulletin of Voronezh State University. Series: System analysis and information technology. - 2024. – No. 4. – pp. 102-115.

Применение моделей на сетях Петри при организации технического обслуживания автономных агротехнических транспортных средств / С. В. Сусарев, С. П. Орлов, Е. Е. Бизюкова, Р. А. Учайкин // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). – 2021. – № 58(84). – С. 98-104.

Application of models on Petri nets in the organization of maintenance of autonomous agrotechnical vehicles / S. V. Susarev, S. P. Orlov, E. E. Bizyukova, R. A. Uchaykin // Proceedings of the St. Petersburg State Technological Institute (Technical University). – 2021. – № 58(84). – Pp. 98-104.

Булавский, П. Е. Моделирование и оценка времени поиска и устранения отказов систем железнодорожной автоматики и телемеханики с помощью сетей Петри / П. Е. Булавский, О. К. Ваисов, И. Н. Быстров // Автоматика на транспорте. – 2019. – Т. 5, № 4. – С. 478-492.

Bulavsky P. E., Vaisov O. K., Bystrov I. N. Modeling and estimation of the time for searching and eliminating failures of railway automation and telemechanics systems using Petri nets // Automation in transport. – 2019. – Vol. 5, No. 4. – pp. 478-492.

Мелехин, А. А. Методика оценки проектной готовности изделий военного назначения на основе риск-ориентированного подхода в контракте жизненного цикла / А. А. Мелехин // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. – 2026. – № 1-2(211-212). – С. 63-72.

Melekhin, A. A. Methodology for assessing the design readiness of military products based on a risk-based approach in a life cycle contract / A. A. Melekhin // Issues of defense technology. Series 16: Technical means of countering terrorism. – 2026. – № 1-2(211-212). – Pp. 63-72.

Мелехин, А. А. Методика расчета прибыли изготовителя с учетом достигнутого значения коэффициента готовности в условиях контракта жизненного цикла системы ответственного назначения / А. А. Мелехин, П. Н. Булавина // Технико-технологические проблемы сервиса. – 2026. – № 2(76). – С. 47-52.

Melekhin, A. A. Methodology for calculating the manufacturer's profit, taking into account the achieved value of the availability coefficient under the contract of the life cycle of a responsible purpose system / A. A. Melekhin, P. N. Bulavina // Technical and technological problems of service. – 2026. – № 2(76). – Pp. 47-52.

Эффективность систем технической диагностики и мониторинга состояния устройств железнодорожной автоматики и телемеханики / В. В. Сапожников, А. А. Лыков, Д. В. Ефанов, Н. А. Богданов // Транспорт Российской Федерации. – 2010. – № 4(29). – С. 47-49.

The effectiveness of technical diagnostics and monitoring systems for railway automation and telemechanics devices / V. V. Sapozhnikov, A.A. Lykov, D.V. Efanov, N. A. Bogdanov // Transport of the Russian Federation. – 2010. – № 4(29). – Pp. 47-49.

10.

Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: учебное пособия для специалистов / В. В. Сапожников, В. В. Сапожников, Д. В. Ефанов, В. И. Шаманов. – Москва: учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2017. – 318 с.

Reliability of railway automation, telemechanics and communications systems: a textbook for specialists / V. V. Sapozhnikov, V. V. Sapozhnikov, D. V. Efanov, V. I. Shamanov. Moscow: Educational and Methodological Center for Education in Railway Transport, 2017. 318 p.

11.

Перникис, Борис Данилович. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ // Б. Д. Перникис, Р. Ш. Ягудин. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва: Транспорт, 1994. – 253, [1] с.

Pernikis, Boris Danilovich. Prevention and troubleshooting of SSB devices // B. D. Pernikis, R. S. Yagudin. – 2nd ed., reprint. and additional – Moscow: Transport, 1994. – 253, [1] p.

12.

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2026660203 Российская Федерация. Программный комплекс оценки времени восстановления изделий ответственного назначения на основе временных сетей Петри: заявл. 03.04.2026: опубл. 09.04.2026 / А. А. Мелехин, Д. А. Усов; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова.

Certificate of state registration of the computer program No. 2026660203 Russian Federation. A software package for assessing the recovery time of responsible products based on temporary Petri nets: application 04/03/2026: published 04/09/2026 / A. A. Melekhin, D. A. Usov; applicant Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Baltic State Technical University "VOENMEH" named after D.F. Ustinov.

13.

Brito, C., Araújo, G., Fé, I. et al. Sensitivity-centered preventive maintenance strategies for enhanced urban surveillance: a stochastic petri net analysis. Computing 107, 208 (2025). https://doi.org/10.1007/s00607-025-01561-5

14.

Kulkarni, A.J. (2025). Optimization Methods in Production Planning and Scheduling. In: Kulkarni, A.J. (eds) Optimization Methods in Manufacturing Processes. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-96-5257-0_4

15.

Legendre, A., Donat, R. (2022). Practical Application of Model-Based Safety Analysis to the Design of Global Operating System of New Rolling Stock on Automatic Metro Lines. In: Seguin, C., Zeller, M., Prosvirnova, T. (eds) Model-Based Safety and Assessment. IMBSA 2022. Lecture Notes in Computer Science, vol 13525. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-15842-1_6

16.

Rosen, K.M., Pattipati, K.R. (2023). Operating Digital Twins Within an Enterprise Process. In: Crespi, N., Drobot, A.T., Minerva, R. (eds) The Digital Twin. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-21343-4_22