Надёжность инструментальных систем

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

“Гомельский государственный  технический университет

имени П.О.Сухого”

 

 

 

Кафедра “ МРСиИ ”

 

 

Реферат на тему: “Надёжность инструментальных систем”

 

 

 

Выполнил  студент гр.МР-41:

                                                                   Занкевич И.А.

                                                                                      Принял преподаватель:

                                                                      Михайлов М.И.

 

 

 

 

 

Гомель 2013

СОДЕРЖАНИЕ

1 Основные определения

2 Надёжность  как наука

3 Теория надежности

4 Программа обеспечения  надежности 

4.1 Нормирование  надежности

4.2 Прогнозирование  и повышение надежности

4.3 Параметры  системной надежности

4.4 Моделирование  надежности

5 Надежность  на этапе проектирования

6 Испытания на  надежность

7 Надежность  и безопасность

8 Отказоустойчивость

9 Оценка надежности  техники при эксплуатации

10 Организация  работ по надежности

11 Обучение инженеров по надежности

12 Литература

 

Надёжность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. [1]

Интуитивно  надёжность объектов связывают с  недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в  «узком» смысле — свойство объекта  сохранять работоспособное состояние  в течение некоторого времени  или некоторой наработки. Иначе  говоря, надёжность объекта заключается  в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами  процесса эксплуатации. Надёжность в  «широком» смысле — комплексное  свойство, которое в зависимости  от назначения объекта и условий  его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.

Для количественной оценки надёжности используют так называемые единичные показатели надёжности (характеризуют  только одно свойство надёжности) и  комплексные показатели надёжности (характеризуют несколько свойств  надёжности).

Основные определения

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять  работоспособное состояние в  течение некоторого времени или  наработки.[1]

Ремонтопригодность  — свойство объекта, заключающееся  в приспособленности к поддержанию  и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.[1]

Долговечность — свойство объекта непрерывно сохранять  работоспособность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния, то есть такого состояния, когда объект изымается из эксплуатации.

Сохраняемость — свойство объекта сохранять работоспособность в течение всего периода хранения и транспортировки.

Живучесть —  свойство объекта сохранять работоспособность  в экстремальных ситуациях.

Достоверность

Отказ —  событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Сбой —  самоустраняющийся отказ или  однократный отказ, устраняемый  незначительным вмешательством оператора.[2]

Наработка —  время или объём работы.[3]

Ресурс —  наработка от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

Срок службы — календарная продолжительность  от начала эксплуатации до наступления  предельного состояния.

Надёжность как наука

Надёжность  как наука развивается в трёх направлениях:

Математическая  теория надёжности занимается разработкой  методов оценки надёжности и изучением  закономерностей отказов.

Статистическая  теория надёжности занимается сбором, хранением и обработкой статистических данных об отказах.

Физическая  теория надёжности изучает физико-химические процессы, происходящие в объекте  при различных воздействиях.

Теория надежности

Теория надежности является основой инженерной практики в области надежности технических  изделий. Часто безотказность определяют как вероятность того, что изделие  будет выполнять свои функции  на определенном периоде времени  при заданных условиях.

где - функция  плотности времени наработки  до отказа, а t – продолжительность периода времени функционирования изделия, в предположении, что изделие начинает работать в момент времени t=0. Теория надежности предполагает следующие четыре 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» [4]. 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 милях или 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. Например, Марсоход создавался совершенно для других условий эксплуатации, чем семейный автомобиль.

Программа обеспечения надежности

 

Для достижения необходимой надежности могут быть использованы различные методы и  средства. Каждая система предполагает свой уровень допустимой надежности, так как последствия отказов  различных систем могут значительно  различаться. Так, надежность точилки  для карандашей может превышать  надежность пассажирского самолета, однако последствия и стоимость  их отказов сложно сравнить.

Программа обеспечения  надежности (ПОН) является документом, который определяет организационно-технические  требования и мероприятия (задачи, методы, средства анализа и испытаний), направленные на обеспечение заданных требований к надежности, а также уточняет требования заказчика по определению  и контролю надежности. Определение  надежности (reliability assessment) заключается в определении численных значений показателей надежности изделия. Контроль надежности (reliability verification) состоит в проверке соответствия изделия заданным требованиям по надежности [ГОСТ 27.002-89]. Различают расчетный, расчетно-экспериментальный и экспериментальный методы определения и контроля надежности.

В расчетном  методе определения надежности расчет надежности основан на использовании  показателей надежности по справочным данным о надежности элементов, по данным о надежности изделий-аналогов и  другой информации, имеющейся к моменту  оценки надежности. Расчетно-экспериментальный  метод определения надежности (Analytical-experimental reliability assessment) основан на процедуре определения показателей надежности элементов экспериментальным методом, а показателей надежности системы в целом – с использованием математической модели. Экспериментальный метод определения надежности (Experimental reliability assessment) основан на статистической обработке данных, получаемых при испытаниях или эксплуатации системы или ее составных частей и элементов.

ПОН разрабатывается  на ранних стадиях проектирования и  реализуется на всех этапах жизненного цикла изделия. В техническом  плане основным объектом ПОН является оценивание и достижение готовности и стоимости эксплуатации (затраты  на запасные части, техническое обслуживание и ремонт, транспортные услуги и  т.п.). Зачастую требуется нахождение компромисса между высокой готовностью  и затратами, или, например, поиск  максимального отношения «готовность/стоимость». В ПОН рассматриваются порядок  и условия проведения испытаний  на надежность, критерии их завершения и принятия решений по результатам  испытаний.

Нормирование надежности

Для любой  системы одной из первых инженерных задач надежности является адекватное нормирование показателей надежности, например, в терминах требуемой готовности. Нормирование надежности - это установление в проектной или иной документации количественных и качественных требований к надежности. Требования по надежности относятся как к самой системе  и ее составным частям, так и  к планам испытаний, к точности и  достоверности исходных данных, формулированию критериев отказов, повреждений  и предельных состояний, к методам  контроля надежности на всех этапах жизненного цикла изделия. Например, требования по ремонтопригодности могут включать в себя показатели стоимости и  времени восстановления. Оценивание эффективности процессов технического обслуживания и ремонта является частью процесса FRACAS (failure reporting, analysis and corrective action system – система отчетов об отказах, анализа и коррекции действий).

Прогнозирование и повышение надежности

 

Прогнозирование надежности (reliability prediction) включает в себя разработку соответствующих расчетных моделей для каждого показателя надежности системы и оценивание входных параметров этой модели в виде параметров надежности компонентов этой систем для решения конечной задачи – оценки выходных параметров надежности системы. Разработка расчетных моделей является частью общего процесса идентификации объекта, который включает в себя получение и анализ информации о критериях качества функционирования, отказов и предельных состояниях, структуре объекта, составе и взаимодействии элементов. Параметры модели надежности компонентов учитывают их уровни нагруженности, возможные режимы эксплуатации.

Прогнозирование надежности является одной из наиболее общепринятых форм анализа надежности (reliability analysis). Прогнозирование надежности используется для оценивания проектных возможностей системы, сравнения альтернативных проектных решений, определения областей потенциальных отказов и контроля процессов повышения надежности.

Прогнозирование надежности играет большую роль в  инженерной практике, в том числе  и при планировании мероприятий  по повышению показателей надежности. Повышение надежности может быть осуществлено как при проектировании, так и при производстве объекта, а также непосредственно при  его эксплуатации. Основными методами повышения надежности являются резервирование, уменьшение интенсивности отказов  элементов, уменьшение среднего времени  восстановления, мероприятия по совершенствованию  системы технического обслуживания и ремонта.

Прогнозирование надежности позволяет также обосновать объем и номенклатуру запасных элементов.

Существуют  справочники и стандарты (например, MIL-HDBK-217, Bellcore/Telcordia для электронных изделий, NSWC для механических устройств), которые позволяют сформировать данные об интенсивности отказов или средней наработки между отказами (MTBF), которые используются в качестве входных параметров математической модели надежности системы. Для создания математической модели надежности технических систем наиболее часто используются программные средства, реализующие такие технологии, как анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО), структурные схемы надежности (ССН) или деревья неисправностей. Прогнозирование надежности позволяет также обосновать объем и номенклатуру запасных элементов.

Параметры системной надежности

При анализе  параметров системной надежности учитывается  структура системы, состав и взаимодействие входящих в нее элементов, возможность  перестройки структуры и алгоритмов ее функционирования при отказах  отдельных элементов.

Наиболее  часто в инженерной практике рассматривают  последовательное, параллельное, смешанной (последовательно- параллельное и параллельно-последовательное) соединение элементов, а также схемы  типа «K из N», мостиковые соединения.

По возможности  восстановления и обслуживания системы  подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые, обслуживаемые и необслуживаемые. По режиму применения (функционирования) – на системы непрерывного, многократного (циклического) и однократного применения.

В основном, в качестве параметра надежности используется среднее время до отказа (MTTF), которое может быть определено через интенсивность отказов  или через число отказов на заданном отрезке времени. Интенсивность  отказов математически определяется как условная плотность вероятности  возникновения отказа изделия при  условии, что до рассматриваемого момента  времени отказ не произошел. При  увеличении интенсивности отказов  среднее время до отказа уменьшается, надежность изделия падает. Обычно среднее время до отказа измеряется в часах, но также может выражаться в таких единицах, как циклы  и мили.