Определение надежности
НАДЁЖНОСТЬ
Авторы: Б. Г. Волик, М. М. Пимоненко
НАДЁЖНОСТЬ в технике, свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатац. показатели в установленных пределах при заданных режимах работы, условиях применения, технич. обслуживания, хранения и транспортирования. Н. присуща любому технич.
объекту (устройству, прибору, машине, аппарату, системе), в зависимости от назначения и условий эксплуатации обычно включает безотказность, долговечность, сохраняемость (живучесть) и ремонтопригодность.
Каждое из указанных свойств в отдельности или в определённом сочетании характеризует как Н. технич. изделия в целом, так и Н. составляющих его элементов (частей, узлов). Вместе с др.
параметрами и характеристиками (массой, габаритными размерами, нагрузочной способностью, быстродействием, экономичностью и т. п.) они составляют комплекс показателей качества изделия, которые могут изменяться с течением времени.
В общем случае Н. определяется тремя составляющими: конструктивной (обеспечивается на этапе проектирования выбором качественных конструкционных материалов, рациональных нагрузок и др.), технологической или производственной (требует строгого соблюдения технологич.
процесса при произ-ве изделия, проведения испытаний с целью контроля качества комплектующих деталей, узлов и материалов) и эксплуатационной (обязат. выполнение установленных правил и условий эксплуатации, проведение в заданные сроки технич. обслуживания и ремонта). Производств. Н.
нельзя отождествлять с эксплуатационной, т. к. критерии качества изделий при производств. испытаниях всегда более жёсткие, чем это необходимо для практич. применения, и, кроме того, производств. испытания обычно проводятся при предельных электрич.и тепловых нагрузках с жёсткими границами допустимого изменения параметров изделия.
Количественные показатели надёжности.
Изучением и разработкой методов обеспечения эффективной работы технич. объектов в процессе их эксплуатации занимается теория Н., в которой вводятся количественные показатели Н. технич.
изделия, разрабатываются способы их определения, а также рекомендации по обеспечению Н. изделий на этапах проектирования, произ-ва, хранения и эксплуатации. Теория Н. возникла на стыке таких науч.
дисциплин, как теория вероятностей и случайных процессов, математич. логика, термодинамика, технич. диагностика и др.
В качестве осн. понятия теории Н. используется понятие отказа, т. е. нарушения или утраты изделием способности нормально выполнять свои функции. Исследованию Н. обычно предшествует сбор статистич. данных о нарушениях работоспособности изделия и их анализ. Отказы конкретного технич.
устройства, выявляющиеся в процессе эксплуатации, зависят от Н. входящих в его состав узлов (деталей). Для количественной оценки Н. применяют следующие осн.
показатели: интенсивность отказов (условная плотность вероятности возникновения отказа, которая показывает количество отказов за 1 ч работы изделия при условии, что эти отказы распределены во времени равномерно); наработка до отказа (ср.
продолжительность функционирования ремонтируемого изделия между отказами); гамма-процентный ресурс (наработка до достижения изделием предельного состояния с заданной вероятностью $γ$, выраженной в процентах); вероятность безотказной работы (характеризует возможность сохранения изделием работоспособности в определённом интервале времени); готовности коэффициент; срок службы (период времени от начала эксплуатации изделия до достижения им предельного состояния, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно; для неремонтируемых изделий – до отказа); ср. время восстановления работоспособного состояния; гамма-процентный срок сохраняемости (продолжительность хранения и транспортировки изделия, в течение и после которой сохраняются значения показателей безотказности, долговечности, ремонтопригодности в заданных пределах, достигаемая изделием с вероятностью $γ$ ).
Способы определения и повышения надёжности
Показатели Н. определяются путём расчётов, на основе проведения испытаний и обработки результатов (статистич. данных) эксплуатации изделий, компьютерного моделирования, а также в результате анализа физико-химич. процессов, обусловливающих Н. изделия. Расчёты Н.
выполняют гл. обр. на этапе проектирования изделий с целью прогнозирования для данного изделия ожидаемой Н. Это позволяет выбрать наиболее подходящий вариант конструкции и методы обеспечения Н.
, выявить «слабые места», определить рабочие режимы, форму и порядок обслуживания изделия.
Испытания на Н. проводят на этапах разработки опытного образца и серийного произ-ва изделия. Различают испытания определительные, в результате которых определяют показатели Н.; контрольные, имеющие целью контроль качества технологич. процесса, обеспечивающего с некоторым риском Н.
не ниже заданной; ускоренные, в ходе которых используют факторы, ускоряющие процесс возникновения отказов; неразрушающие, основанные на применении методов дефектоскопии и интроскопии, а также на изучении шумов, тепловых излучений и др. факторов, сопутствующих возникновению отказов.Компьютерное моделирование – наиболее эффективное средство анализа Н. сложных систем. Широко распространены два алгоритма моделирования: первый, основанный на моделировании физич.
процессов, происходящих в исследуемом объекте (оценка Н.
при этом определяется по числу выходов параметров объекта за пределы допуска); второй, основанный на решении систем уравнений, описывающих состояния исследуемого объекта.
Анализ физико-химич. процессов также позволяет получить оценку Н. исследуемого изделия, т. к. часто удаётся установить зависимость Н.
от состояния и характера протекающих процессов (соотношение показателей прочности и нагрузки, износостойкость, наличие примесей в материалах, изменение электрич. и магнитных характеристик, шумовые эффекты и т. д.).
Такой анализ применяется, напр., при оценке Н. элементов радиоэлектронной аппаратуры.
Значения показателей Н., наблюдаемые в процессе эксплуатации, как правило, оказываются выше тех, что были получены при испытаниях изделия в заводских условиях. Лишь в отд. случаях (напр.
, при эксплуатации в экстремальных условиях) показатели эксплуатац. Н. могут уступать показателям производств. Н. Показатели Н.
применяются для оценки как текущего, так и будущего состояния изделия; в последнем случае значения показателей Н. являются прогнозируемыми. С 1970-х гг. при определении показателей Н.
наряду с натурными испытаниями широкое распространение получили имитационное и математич. моделирование, а также сочетание натурных испытаний с моделированием.Жёсткие требования, предъявляемые к Н. большинства технич. объектов (в электронике, автоматике, энергетике, на транспорте, в металлургии и т. д.), обусловлены гл. обр. высокой экономич., технич.
и иной ценой отказа, возрастающей сложностью систем, экстремальностью и интенсивностью условий работы. Обеспечение и повышение Н. реализуется путём совершенствования технологии произ-ва, создания и улучшения систем защиты и правил технич.
эксплуатации, резервирования, проведения испытаний и контроля состояния изделия, технич. обслуживания, ремонта и др. Повышение Н. связано с увеличением стоимости изделия и/или стоимости его эксплуатации, поэтому проблема повышения Н.
решается на базе технико-экономич. расчётов.
Большое значение для повышения качества технич. изделий имеет прогнозирование Н., т. е. предсказание наиболее вероятных значений показателей Н. изделий в заданных условиях и режимах эксплуатации с некоторой, обоснованной теоретически или оценённой на практике достоверностью.
Прогнозирование Н. основывается на изучении физико-химич. процессов старения материалов и самих изделий при заданных условиях эксплуатации, схемных и конструктивно-технологич. особенностей устройства, технич. характеристик комплектующих элементов и составных частей, параметров производств.
процесса, результатов испытаний или эксплуатации изделия и т. д.; используется при выборе схемы, конструкции и технологии устройств, разработке мероприятий по повышению Н. при изготовлении изделий, выборе режимов работы и условий их применения, отборе изделий с повышенной Н. для спец.
применений и т. п.
Источник: http://bre.mkrf.ru/chemistry/text/2244315
Теория надёжности
Теория надёжности – наука, изучающаязакономерности распределения отказовтехнических устройств, причины и моделиих возникновения.
Теория надёжности изучает методыобеспечения стабильности работы объектов(изделий, устройств, систем и т. п.) впроцессе проектирования, производства,приёмки, эксплуатации и хранения.Устанавливает и изучает количественныепоказатели надёжности. Исследует связьмежду показателями эффективности инадёжности.
Базой математического аппарата теориинадёжности являются:
- теория вероятностей;
- математическая статистика;
- математическая логика;
- теория случайных процессов;
- теория массового обслуживания;
- теория графов;
- теория оптимизации.
Теория надёжности в технике вызвала кжизни такие новые научные направления,как:
- физика отказов;
- статистическая теория прочности;
- техническая диагностика;
- инженерная психология;
- исследование операций;
- планирование эксперимента и др.
Основные понятия и определения теориинадёжности технических устройствсформулированы в ГОСТ 27.002–89 «Надёжностьв технике. Основные понятия. Термины иопределения».
Надёжность
Надёжность – свойство объекта сохранятьво времени в установленных пределахзначения всех параметров, характеризующихспособность выполнять требуемые функциив заданных режимах и условиях применения,технического обслуживания, хранения итранспортирования.
Интуитивно надёжность объектов связываютс недопустимостью отказов в работе. Этоесть понимание надёжности в «узком»смысле – свойство объекта сохранятьработоспособное состояние в течениенекоторого времени или некоторойнаработки.
Иначе говоря, надёжностьобъекта заключается в отсутствиинепредвиденных недопустимых измененийего качества в процессе эксплуатациии хранения. Надёжность тесно связана сразличными сторонами процессаэксплуатации.
Надёжность в «широком»смысле – комплексное свойство, котороев зависимости от назначения объекта иусловий его эксплуатации может включатьв себя свойства безотказности,долговечности, ремонтопригодности исохраняемости, а также определённоесочетание этих свойств.
Для количественной оценки надежностииспользуют так называемые единичныепоказатели надежности (характеризуюттолько одно свойство надежности) икомплексные показатели надежности(характеризуют несколько свойствнадежности).
Надёжность как наука
Надёжность как наука развивается в трёхнаправлениях:
1. Математическая теория надёжностизанимается разработкой методов оценкинадёжности и изучением закономерностейотказов.
2. Статистическая теория надёжностизанимается сбором, хранением и обработкойстатистических данных об отказах.
3. Физическая теория надёжностиизучает физико-химические процессы,происходящие в объекте при различныхвоздействиях.
Теория надежности является основойинженерной практики в области надежноститехнических изделий. Часто безотказностьопределяют как вероятность того, чтоизделие будет выполнять свои функциина определенном периоде времени призаданных условиях.
Теория надежности предполагает следующиечетыре основных допущения:
- отказ рассматривается как случайное событие. Причины отказов, соотношения между отказами (за исключением того, что вероятность отказа есть функция времени) задаются функцией распределения. Инженерный подход к надежности рассматривает вероятность безотказной работы как оценку на определенном статистическом доверительном уровне.
- надежность системы тесно связана с понятием «заданная функция системы». В основном рассматривается режим работы без отказов. Однако, если в отдельных частях системы нет отказов, но система в целом не выполняет заданных функций, то это относится к техническим требованиям к системе, а не к показателям надежности.
- надежность системы может рассматриваться на определенном отрезке времени. На практике это означает, что система имеет шанс (вероятность) функционировать это время без отказов. Характеристики (показатели) надежности гарантируют, что компоненты и материалы будут соответствовать требованиям на заданном отрезке времени. Поэтому иногда надежность в широком смысле слова означает свойство «гарантоспособности». В общем случае надежность относится к понятию «наработка», которое в зависимости от назначения системы и условий ее применения, определяет продолжительность или объем работы. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега в километрах и т. п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков, выстрелов оружия и т. п.).
- согласно определению, надежность рассматривается относительно заданных режимов и условий применения. Это ограничение необходимо, иначе невозможно создать систему, которая способна работать в любых условиях. Внешние условия функционирования системы должны быть известны на этапе проектирования.
Источник: https://StudFiles.net/preview/6304922/
Основные понятия и определения теории надежности
Система – некоторый технический продуктпроизводства (существующий или разрабатываемый) который удовлетворяет (будетудовлетворять) определенные потребности человека.
Система можетфункционировать во взаимодействии с другими системами или входить в составболее общей системы.
В этом случае считается, что система состоитиз отдельных подсистем. (ПРИМЕР)
Это позволяет при исследованииконкретной ситуации
обобщение и объединение систем,их глобализация;
детализация структуры системы.
Любая система состоит изэлементов.
Элемент – часть системы, которая выполняетопределенные функции и является неделимой в данной (рассматриваемой)модели системы. (ПРИМЕР) Понятие элемента ограничиваетстепень детализации модели описывающей некоторую систему.
Сложная система – состоит либо из достаточнобольшого числа элементов, либо может находиться в достаточно большомчисле состояний. Такое определение требует уточнения понятия достаточнобольшого числа. (Пример «куча апельсинов» – изменение определенногосвойства).
Будем считать систему сложной, если в модели учитывается ееструктура и система не рассматривается как единое целое, как один элемент.
Кроме к сложным отнесем системы которые характеризуются избыточностью(наличие резервных элементов, контрольно – переключаемых устройств), неполнотойконтроля (управления), техническимобслуживанием.
Совокупность элементов можетобразовывать подсистему или устройство.
Подсистема – часть системы,которая функционирует самостоятельно. (генератор)
Устройство – часть системы, которая выполняетопределенное (относительно небольшое)число специфических функций.
Объект – обобщающее понятие и может включать всебя понятия от элемента до сложной системы.
Изделие – любой предмет или набор предметовпроизводства. (Электроэнергия)
Основные три этапа жизненногоцикла любого технического объекта:
1 – разработка и конструирование;
2 – производство;
3 – эксплуатация, использование.
Виды основных работ на каждом ихэтапов жизненного цикла технического объекта, которые оказывают влияние на егонадежность:
Этап 1.
– Осознаниеновой задачи, изучение и прогнозирование соответствующих проблем;
– Формулированиетактико-технических требований к объекту;
– Непосредственнаяразработка, прогнозирование, для важных объектов проведениенаучно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Этап 2.
– Подготовкаи разработка производственного процесса;
– Материально-техническоеснабжение;
– Непосредственноепроизводство объекта;
– Контрольтехнологических процессов;
– Проведениеиспытаний объекта;
– Консервация,хранение объекта.
Этап 3.
– Реализацияобъекта;
– Непосредственнаяэксплуатация объекта;
– Техническоеобслуживание объекта.
1.1.2 Основные факторы, влияющие на надежность объекта
В течение всего жизненного циклаобъекта существуют основные факторы, влияющие на его надежность и которыедолжны быть учтены разработчиком, изготовителем и эксплуатационником.
Перечислим эти факторы.
1. Факторы действующие приразработке:
Надежность комплектующихизделий (элементов).
Электрические, механическиережимы использования и внешние (температура, влажность, давление, вибрация ит.п.) условия работы комплектующих изделий.
Схемное решение отдельныхчастей и объекта в целом.
Сложность объекта.
Конструкция объекта.
Применение схем внутреннегоконтроля (для сложных объектов).
Тщательность разработкиобъекта.
2. Факторы действующие припроизводстве:
Использование качественныхматериалов и комплектующих изделий.
Применение современногооборудования и прогрессивной технологии.
Контроль производственныхопераций, технологических процессов и монтажа.
Проведение испытаний(климатически, механических, электрических, на надежность).
Условия производства (чистотаоборудования, рабочего места, воздуха и т.п.).
3. Факторы действующие приэксплуатации:
Применение объекта всоответствии с техническими условиями.
Тщательное, регулярное ихорошо организованное проведение профилактических (регламентных) работ.
Квалификация эксплуатирующегои обслуживающего персонала.К перечисленным факторам можнодобавить множество других факторов экономического, хозяйственного иорганизационного характера, которые влияют на надежность объекта на всех этапахего жизни.
1.1.3 Определение надежности и ее составных частей
В ГОСТ 27.002-89. (Надежность в технике. Термины иопределения.) установлены
следующие термины и определения:
Определение | ||
1. | свойство объекта выполнять во времени заданные функции. Это не простое, а сложное свойство, которое может обуславливаться такими относительно более простыми свойствами как безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость. | |
2. | Безотказность – | свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение времени или наработки. |
3. | Работоспособное состояние – | состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Работоспособное состояние как событие является противоположным неработоспособному состоянию. |
4. | Неработоспособное состояние – | состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. |
5. | Наработка – | продолжительность или объем работы объекта. |
6. | Отказ – | событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния. (основополагающее понятие теории надежности) |
В теории надежности рассматриваются не любые события, приводящие к нарушению работоспособности объекта, а только те, которые имеют внутренний по отношению объекта или системы характер. Общее определение отказа для каждого объекта конкретизируется, причем в технической документации на объект должны указываться критерии отказа. | ||
7. | признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, указанных в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. | |
8. | состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. | |
9. | состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. | |
Неисправности, не влияющие на работоспособность объекта, рассматриваются отдельно и при расчете надежности (в моделях) не учитываются.Безотказность объекта в первую очередь зависит от схемы построения объекта (от его структуры) и от безотказности примененных комплектующих изделий. | ||
10. | свойство объекта характеризующее его приспособленность к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта. Определяется в первую очередь конструкцией объекта, наличием систем контроля, тестирования и сигнализации. | |
11. | свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта имея в виду либо ресурс, либо срок службы. | |
12. | состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. | |
Природа предельного состояния объекта различна и обуславливается, например, физическим износом, недопустимым снижением эффективности работы, требованиями безопасности эксплуатации, моральным старением. | ||
13. | суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. | |
14. | календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние и равен ресурсу плюс время простоев объекта. | |
15. | свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и (или) транспортирования. |
Источник: https://vunivere.ru/work10553
Расчет показателей надежности объектов системы | Защита информации
Многие факторы которые влияют на оборудование систем, классифицируют по области их действия, это показано на рис.1. В зависимости от типа оборудования на которых влияют факторы влияющие на надежность, могут изменяться.
Рисунок — 1
Конструктивные факторы:
- определение составных элементов и материалов;
- выбор функциональной и структурной схем, варианты контроля резервирования;
- выбор условий и режимов работы элементов в системе;
- выбор защит и установок на технологические параметры элементов;
- принятие во внимание психофизиологических характеристик сотрудников;
- Создание документации.
К производственным факторам относятся:
- контроль качества элементов и метериалов которые приходят от поставщиков;
- контроль качества элементов на всех этапах процесса создания (точность, прочность, характеристика объектов и тд.);
- организация процесса создание или настройки оборудования;
- квалификация изготовителей;
- условие работы на предприятии;
- контроль наладки и монатажа оборудования систем.
Эксплуатационные факторы, это факторы которые находятся вне зоны производства и проектирования объектов. Они могут быть объективные и субъективные. Объективные факторы оказывают влияние на надежность объектов. Они бывают внутренние и внешние.
Внешние факторы обусловленны условиями применения и внешней средой.
К таким можно отнести климатические факторы (разные температуры, радиация, влажность), электромагнитные излучения, механические воздействия (вибрации, удары).
Внутренние факторы же обусловленны с изменением характеристик самых объъектов и их несущих материалов, это износ, старение, коррозия. Эти изменения реализуются в течении времени. Климатические условия показаны на рис.2.
Рисунок — 2
Субъективные факторы подразумевают:
- обучееность сотрудников;
- квалификация сотрудников;
- способы и средства организации объектов;
- анализ и организация сбора о надежности объектов;
Классификация методов расчета систем на надежность
Рассчитать систему на надежность — это определить одну или пару параметров надежности. Такие расчеты используют на разных этапах разработки, эксплуатации и создания объектов. Основные факторы при выборе метода расчета:
- особенности отказов элементов в системе;
- этап создание системы;
- вариант подключение элементов в системе;
- тип закона распределений времени безотказной работы;
- восстанавливаемость объекта;
- режим работы системы и элементов;
- средства анализа объекта.
На этапе эксплуатации и создания расчеты проводят по результатам эксплуатации и испытаний. По принципу отказов элементов различают разные методы расчета, при постепенных, внезапных и перемежающихся.
В зависимости от метода осмотра объекта есть два класса расчета надежности: функциональные и структурные. При структурной схеме расчитывают показатели надежности объекта, элементов и связей между ними.
Функциональная схема — определяется надежность заданных функций между элементами.
Расчет надежности при основном соединении элементов в системе
Основным соединением элементов в системе характеризует такое соединение, при котором отказ любого элемента системы призводит к отказу всей системы. Схема показана на рис.3.
Рисунок — 3
Порядок расчета надежности.
- Создание понятие отказа объекта.
- Создание схемы расчета надежности. В схеме нужно указывать время работы каждого блока.
- Нада составить таблицу, которая показана на рис.4.
- Расчет параметров надежности.
- Рекомендации направленные на улучшения надежности объекта.
При расчете надежности нужно перемножать вероятности безотказной работы отдельных элементов. Считается по формулам, которые показаны на рис.5.
Рисунок — 4
Рисунок — 5
Показатели надежности объектов
Надежность — это характеристика объекта сохранять со временем в назначенных рамках значений всех характеристик, которые обозначают способность реализовывать нужные функции в нужных условиях и режимах.
Можно подчеркнуть следующие особенности.
Во-первых, выполнение объектом заданных функций должна быть непрерывной на протяжении некоторого времени. Нет смысла говорить о надежности объекта, при таких работах как ремонт, замена, другие одиночные мероприятия. Во-вторых, в понятие надежность подразумевается также определенные пределы.
При отказе некоторых элементов системы, система работает но с меньшой мощностью в заданных пределах. Также один и тот же элемент может выполнять в разное время разные функции. Его надежность в разных случаях будет разной. Элемент — в некой степени ограниченных объект, которые является частью другого объекта.
Понятие элемент и системы, относительны, ибо каждый объект в разных ситуациях может быть или тем или другим.
Надежность как сложный параметр зависит от условий и назначений объекта. Также зависит от — ремонтопригодности, безотказности, сохраняемости и долговечности. Безотказность — это один из самых важных параметров надежности систем и элементов.
Это параметр характеризующий объектов сохранять работоспособность на промежутке времени. Безотказность описывается техническим состоянием объекта, это работоспособность, исправность, дефекты, повреждения и отказ.
Исправное состояние — это такое состояние объекта, при котором соблюдены все требование конструкторской и нормативно-технической документации. При работоспособном состоянии объекта характеристики которые определяют способность делать заданные функции, тоже соответствуют документации.
Границы между неисправным и исправным, между неработоспособными и работоспособными состояниями традиционно условные, и подразумевают набор параметров которым должны соответстовать элементы или система.
Переход объектов из разных состояний обычно происходит после отказа или повреждения. Схема событий и состояний показана на рис.6. Работоспособный объект в отличии от исправного должен отвечать только лиш требованием документации.
Термин дефект, применяется в основном на этапах ремонта или изготовления. Неисправность же, применяется при эксплуатации объектов.
Ремонтопригодность — это характеристика объекта, которая реализуется к предупреждению и обнаружению причин отказов.
Рисунок — 6
Для множества объектов характеристика восстонавливаемости нужно рассматривать на всем этапе существования. При решении задач обеспечения, оценивая и прогнозирования надежности существенное решение имеет ответ на вопрос отказа объекта — восстанавливать его или нет.
При ответе на вопрос ведется череда событий по поводу показателей надежности. Долговечность — это характеристика объекта держать работоспособное состояние до подхода предельного состояния при установленной системе технического ремонта или обслуживания.
смена состояния объекта в предельное, влечет за собой временное или окончательное прекращение его эксплуатации.наработка — продолжительность работы объекта. Измеряется в единицах времени или единицах объема сделанной работы. Наработка до отказа — это наработка объекта от начала до возникновения первого отказа при эксплуатации. Наработка до отказа описывает безотказность как для ремонтируемых и не ремонтируемых объектов.
Физический смысл ресурса — область возможной наработки объекта. Для неремонтируемых частей он одинаковый с запасом нахождения в работоспособном состоянии при эксплуатации. Как любая случайная величина, ресурс характеризуется распределением вероятностей.
Сохраняемость — это характеристика объекта сохранять значения показателей безотказности, ремонтопригодности и долговечности в течении эксплуатации.
Источник: http://infoprotect.net/varia/raschet_pokazateley_nadeghnosti_ob-yektov_sistemyi
Проблемы определения надежности устройств
О
Надежность можно определить как вероятность того, что устройство будет корректно функционировать в течение указанного промежутка времени.
задача заключается в расчете срока службы, поскольку он должен быть указан в документации до того, как устройство перейдет в пользование.
Определение срока службы экспериментальным путем затруднено, а иногда невозможно ввиду больших временных затрат. Как правило, срок службы устройства или системы составляет несколько лет.
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени.
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих его способность выполнять требуемые функции во время хранения, а также при транспортировке и после нее.
Перечисленные важнейшие свойства надежности характеризуют определенные технические состояния объекта. Различают пять основных видов технического состояния объектов.
Исправное состояние – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и проектной документации.
Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и проектной документации.
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и проектной документации.
Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и проектной документации.
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.Согласно ГОСТ 27.002-89, для оценки надежности используется термин «наработка на отказ» – наработка с момента восстановления работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа.
Это определение применимо к ремонтопригодной продукции, при эксплуатации которой допускаются многократно повторяющиеся отказы.
В английской литературе данный параметр обозначается аббревиатурой MTBF (mean time between failures) – среднее время между отказами.
В случае не подлежащей ремонту продукции используется термин «наработка до отказа» – наработка от начала эксплуатации до возникновения первого отказа. Эквивалент в английской литературе – MTTF (mean time to failures). Наработка на отказ – это важный параметр для определения срока службы системы или устройства.
Зачастую производитель указывает гарантийный срок (lifetime warranty), в течение которого параметры изделия соответствуют тем, что значатся в документации. Средняя наработка на отказ определяется как отношение суммарной наработки восстанавливаемого устройства к количеству отказов, происшедших за суммарную наработку:
где ti – наработка между i-1 и i-м отказами, ч; n(t) – суммарное количество отказов за время t.
Первые методики прогнозирования надежности появились в 50-х гг. Они закреплены в стандарте MIL-HDBK-217, который с тех пор обновлялся всего шесть раз (последняя редакция датируется 1995 г.). Недавние исследования показали, что имеющиеся методики не обеспечивают точного результата в силу нескольких причин, среди которых:
- справочные данные, на основе которых проводится расчет, быстро устаревают;
- приняты во внимание не все типы отказов;
- не учтены конструктивные особенности устройств.
В результате прогнозирования надежности получают коэффициент, описывающий сложную систему через степень интенсивности отказов. Прогнозирование целесообразно использовать для предварительной оценки надежности и эксплуатационных расходов, однако достоверных результатов оно не обеспечивает.
Табличные значения MILHDBK-217 не обновлялись с 1995 г. К тому же обновления, которые были произведены, не затронули разъемы. Таким образом, в стандарте предусмотрены только модели соединителей, которые были разработаны 35 лет назад. Кроме того, справочные данные были собраны из разных источников, в разные периоды и при разных условиях, о которых нет информации в этих справочниках.
Ввиду перечисленных причин справочные данные отстают от технологических. Таким образом, зарождающиеся технологии не будут учтены даже после обновления данных.
Кривая отказов
При оценке надежности в MIL-HDBK-217 предполагается, что интенсивность отказов постоянна. Однако в реальности это не так, и она зависит от большого количества факторов, в частности от условий эксплуатации и оставшемуся сроку службы компонента.
На рисунке 1 представлен пример кривой интенсивности отказов для электронного устройства. По вертикальной оси отложена вероятность выхода устройства из строя. По горизонтальной оси – время без соблюдения масштаба.
Левая кривая перед красной границей соответствует времени, в течение которого большая часть устройств выходит из строя при наличии брака. На этом этапе производится отсев бракованных устройств на заводе.
Как правило, время выявления брака не превышает 50 ч, количество испытуемых устройств невелико.
Рис. 1. Интенсивность отказовEarly life period – начальный период работы; constant life period – период стабильного функционирования; wear out life period – период износа; burn in – нормализация параметров; hours – часы; years – годы; time – время
На втором горизонтальном участке вероятность отказа примерно постоянна. Длительность этого участка и есть наработка на отказ. Как правило, половина этого времени используется производителем в качестве ориентира для определения гарантийного срока. Далее кривая демонстрирует увеличение вероятности отказов.
Имеются ввиду не только поломки, но и отклонение параметров работы изделия от заявленных. Это увеличение обусловлено тем, что ряд элементов в устройстве достигает жизненного предела из-за технологии изготовления, т.е. наступает технологический износ элементной базы.
Таким образом, время наработки на отказ статистически определяет время работоспособной жизни устройства при заданных условиях эксплуатации.
Расчет надежности
Наиболее простым способом расчета надежности является вычисление отношения общего времени работы к общему количеству отказов. Этот способ применим для оценки массовых продуктов, а также для оценки надежности устройства на основе оценки работы аналогичных устройств предыдущего поколения. Чаще всего надежность определяется на первых стадиях спецификации.
Альтернативным способом определения надежности является вычисление отношения общего времени работы к общему количеству устройств. Отметим, что оба способа не обеспечивают абсолютной точности.
Производитель, как правило, определяет наработку на отказ на основании заявленной надежности используемых компонентов, результатов кратковременных интенсивных испытаний партии изделий и расчетов, учитывающих множество меняющихся во времени причин, влияющих на надежность изделия. При расчетах используются методики, применяемые для устройств военного назначения. Стандартом предусматривается, чтобы время наработки на отказ было приведено в часах, а не в годах.
Рассмотрим пример. В течение года тестировалось 1000 изделий. За время испытаний 10 изделий вышло из строя. Отсюда наработка на отказ составляет 1 год × (1000 шт/10 шт) = 100 лет = 876580 ч. Производитель округлит этот показатель до 900 тыс. ч, потому что продавец все равно предоставит гарантию 2–3 года.
Итак, 900 тыс. ч – это срок, по истечении которого существует высокая вероятность того, что изделие конкретной серии выйдет из строя. В то же время опираться на одну величину, характеризующую надежность, не следует.
Ниже рассмотрен пример, в котором надежность устройства зависит от условий установки и эксплуатации.
Одним из факторов, который не учитывается при расчете надежности, является виброперемещение печатной платы. Хотя компоненты на платах на рисунке 2 расположены одинаково, надежность у этих устройств очень разная. Причина очевидна: на одной плате имеются четыре винта, на другой – шесть.
Рис. 2. Сравнение профилей вибрации. (Слева плата закреплена 4 винтами, справа – шестью. Плата справа характеризуется более высокой надежностью)На рисунке 3 рассматривается расположение резистора, установленного методом поверхностного монтажа. На первой плате резистор расположен в области, которая сильно вибрирует, а на второй плате резистор расположен на краю, и его срок службы увеличивается. Эти два примера позволяют обнаружить слабости методики MIL-HDBK-217.
Аппаратные отказы делятся на механические и электронные. Прогнозирование должно быть проведено не только относительно электронных компонентов, но и относительно моделей, технологического процесса, износа, программной части и внешних факторов (обслуживающий персонал и т.д.).
Рис. 3. Варианты размещения резистора на плате. (Плата справа характеризуется более высокой надежностью)
Итак, при расчете надежности не учитываются такие факторы как способ установки устройства, собственная частота колебаний платы, расположение прогибов платы по отношению к компонентам, температурное распределение, влажность, вибрации, механические и температурные воздействия на компоненты в течение жизненного цикла устройства и т.д.
Кроме того, предполагается, что рабочая температура и напряжение не меняются, хотя в некоторых проектах компоненты работают в нестандартных для них режимах. Это может приводить к непредвиденным отказам. Например, для силовых модулей и биполярных транзисторов с изолированным затвором двумя основными причинами отказов являются обрыв провода и отслоение кристалла.
Эти процессы можно рассчитать аналитически и точно определить интенсивность и срок отказа.
Альтернатива
Для получения достоверной информации о надежности устройства необходимо обязать поставщика провести оценку надежности, которая будет состоять из двух этапов: анализ модели надежности (SRM – System Reliability Model) и An assessment of the contractor’s planned reliability Activities.
SRM – это графическое представление системы и анализ ее надежности (Reliability Block Diagram (блок-схема надежности), Fault Tree (дерево отказов), Event Tree (дерево событий)). Анализ позволит определить слабости проектируемой системы, которые могут привести к потере функциональности, безопасности и т.д., или обнаружить компоненты, отказ которых приводит к увеличению расходов.
Модель SRM описывает устройство в мельчайших деталях. Устройство разбивается на атомарные функциональные элементы и взаимосвязи между ними. Рассматривается как аппаратная, так и неаппаратные компоненты устройства, в т.ч. приобретенные готовые стандартные компоненты, арендованное оборудование, программное обеспечение, человеческие ресурсы, производственный процесс.
Когда спецификация системы закончена, приступают к предварительной оценке по стандартным критериям (интенсивность отказов, наработка на отказ и т.д.). Все допущения, источники данных и обоснования применяемых методов должны быть документально закреплены.
Далее проводят оценку рисков и разрабатывают план действий, направленных на снижение риска элементов и повышение надежности системы. При проведении оценки рекомендуется использовать программный инструмент AMSAA Reliability Scorecard.
Он представляет результаты анализа в наглядной форме, что позволяет быстро оценить наиболее уязвимые элементы и разработать стратегию повышения надежности устройства.
Заключение
Сложность определения надежности связана с необходимостью учета большого количества факторов, а также с невозможностью получить экспериментальные результаты. Время наработки на отказ не учитывает условий эксплуатации, поэтому к полученному значению следует относиться с осторожностью.
На основе анализа случаев возврата изделий производитель может определить доминирующие механизмы отказа, идентифицировать соответствующие модели и использовать их для оценки срока службы компонентов, которые будут применяться в конкретном приложении при известных условиях. С практической точки зрения целесообразно исследовать лишь один, наиболее уязвимый компонент системы, поскольку его выход из строя быстрее всего приведет к отказу.
Слабые места системы определяются при анализе дерева отказов или аналогичного исследования. Элементы дерева ошибок оцениваются по известным критериям, а потом выясняется, требуется ли дополнительное тестирование или доработка.
Литература
Источник: http://www.russianelectronics.ru/review/doc/71000/