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.

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.

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.

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.

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:

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.

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.

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.

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.

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/