Надежность технических систем и техногенный риск. Слайд 1 Приступаем к изучению дисциплины Надежность технических систем и техногенный риск. Слайды 24
 Скачать 1.23 Mb.
|
|
Тема «Состав и общие правила задания требований по надежности» Государственным стандартом 27.003-2016 определены требования по надежности технических систем. Согласно данному документу требования по надежности – это требова- ния, установленные в НД к количественным значениям показателей. Эти пока- затели характеризуют такие свойства объекта, как безотказность, ремонтопри- годность, долговечность, сохраняемость, которые определяют надежность объекта в целом. Их выполнение обеспечивает эксплуатацию изделий с задан- ными показателями эффективности, безопасности, экологичности, живучести, а также другими составляющими качества, зависящими от надежности изде- лия. Предусматривается также возможность применения одного изделия в ка- честве составной части другого изделия с заданным уровнем надежности. При задании требований по надежности их определяют или выбирают и согласовывают между заказчиком или потребителем и разработчиком или из- готовителем для серийно выпускаемой продукции или объекта: • типовую модель эксплуатации или несколько моделей, применительно к которым задают требования по надежности; • критерии возможных отказов по каждой модели эксплуатации, приме- нительно к которой задают требования по безотказности; • закон распределения отказов; • критерии предельных состояний объекта, применительно к которым установлены требования по долговечности и сохраняемости и так далее, согласно требованиям ГОСТа. Типовая модель эксплуатации объектов должна содержать: • заданные режимы, этапы, виды использования объектов; • уровни внешних воздействующих факторов и нагрузок для каждого ре- жима, этапа, вида эксплуатации; • характеристику принятой системы технического обслуживания и ремон- та. Система включает схему обеспечения запасными частями, инстру- ментом и расходными материалами, укомплектованность ремонтной оснасткой и оборудованием, обслуживающим и проводящим ремонт персоналом требуемой квалификации. Слайд 18 Номенклатуру задаваемых показателей надежности изделия, далее в тексте – ПН, выбирают в соответствии с положениями данного стандарта. За- тем согласовывают в установленном порядке между заказчиком и разработчи- ком. Показатели, как правило, должны выбираться из числа вышеуказанных. Количество задаваемых ПН – номенклатура ПН – для объекта должно быть оптимальным. С точки зрения затрат на проверку, подтверждение и оценку заданных ПН при изготовлении и в эксплуатации их число должно быть минимальным. В то же время число заданных ПН должно максимально характеризовать надежность объекта на всех этапах его производства и экс- плуатации. В целях оптимизации количества задаваемых ПН, особенно для сложных восстанавливаемых объектов, используют комплексные показатели надежности. Для изделий, подлежащих перед началом или в процессе эксплуатации хранению или транспортированию, задают также показатели сохранности. При этом должны быть определены и учтены условия и режимы, примени- тельно к которым задают указанные показатели. Для восстанавливаемых изделий, как правило, задают комплексный по- казатель надежности либо определяющий его набор единичных показателей безотказности и ремонтопригодности. Причем первый вариант задания требо- ваний является наиболее предпочтительным. По требованию заказчика в до- полнение к комплексному показателю может быть задан один из определяю- щих его показателей безотказности или ремонтопригодности. Не допускается одновременное задание комплексного и всех определяющих его единичных показателей. Для показателей ремонтопригодности должны быть определены и учтены условия и виды восстановления, ремонта и технического обслужива- ния, применительно к которым задают указанные показатели. При статистическом методе контроля анализируются исходные данные для выбора плана контроля соответствия объектов заданным требованиям по надежности. Применительно к каждому ПН могут устанавливать следующие исходные данные: приемочный R α [эр альфа] и браковочный R β [эр бэта] уров- ни, риски заказчика (потребителя) β [бэта] и поставщика (изготовителя) α [альфа] или доверительную вероятность γ [гамма] и значение отношения верхней R в [эр вэ] и нижней R н [эр эн] доверительных границ. Слайд 19 Требования к конструктивным способам обеспечения надежности могут содержать: • требования и ограничения по видам и кратности резервирования; • требования и ограничения по затратам в изготовлении и эксплуатации, массе, габаритам, объему объекта и его отдельных составных частей, оборудо- вания для технического обслуживания и ремонтов; • другие требования. Требования к технологическим способам обеспечения надежности могут содержать: • требования к точностным параметрам технологического оборудования и его аттестации; • требования к стабильности технологических процессов, свойствам сы- рья, материалов, комплектующим; • требования к необходимости, длительности и режимам технологическо- го прогона, обкатки, электро-, термотренировки и тому подобных объектов в процессе изготовления; • требования к способам и средствам контроля уровня надежности и де- фектности в ходе производства и другое; • требования к объему и форме представления информации о надежности, собираемой или регистрируемой в ходе производства. Требования к эксплуатационным способам обеспечения надежности мо- гут содержать: • требования к системе технического обслуживания и ремонтов; • требования к алгоритму технического диагностирования и контроля технического состояния; • требования к численности, квалификации, длительности обучения и подготовки обслуживающего и ремонтного персонала; • требования к способам устранения отказов и повреждений, порядку ис- пользования ЗИП, правилам регулировок и тому подобное; • требования к объему и форме представления информации о надежности, собираемой или регистрируемой в ходе эксплуатации, и другое. Слайд 20 Требования по надежности включают: • в тактико-технические задания, технические задания на разработку или модернизацию изделий; • в технические условия на изготовление опытной и серийной продукции; • в стандарты общих технических требований, общих технических усло- вий и технических условий; • в эксплуатационную документацию (ЭД). В паспортах, формулярах, инструкциях и другой эксплуатационной до- кументации требования по надежности указывают по согласованию между за- казчиком и разработчиком в качестве справочных. Требования по надежности могут включаться в договоры на разработку и поставку изделий. Рассмотрим порядок задания требований по надежности на различных стадиях жизненного цикла изделий. Требования по надежности, включаемые в технические задания, перво- начально определяют на стадии исследования и обоснования разработки. Для этого предусмотрено выполнение следующих работ: • анализа требований заказчика или потребителя, назначения и условий эксплуатации объекта или его аналогов, ограничений по всем видам затрат, в том числе по конструктивному исполнению, технологии изготовления и стои- мости эксплуатации; • определения и согласования с заказчиком или потребителем перечня и основных признаков возможных отказов и предельных состояний; • выбора рациональной номенклатуры задаваемых ПН; • установления значений или норм ПН объекта и его составных частей. В технические условия на серийные изделия включают те показатели надежности, которые предполагается контролировать на этапе изготовления продукции. На стадиях серийного производства и эксплуатации допускается кор- рекция значения отдельных показателей надежности по результатам испыта- ний или подконтрольной эксплуатации. Слайд 21 Для сложных изделий при их отработке, опытном и серийном производ- стве допускается поэтапное задание значений показателей надежности при условии повышения требований к ней и параметрам контроля. Выбор номенклатуры ПН осуществляют на основе классификации объ- ектов по признакам, характеризующим их назначение, последствия отказов и достижения предельного состояния, особенности режимов применения и др. Определение классификационных признаков изделий осуществляют пу- тем инженерного анализа и согласования его результатов между заказчиком и разработчиком. Основным источником информации для такого анализа явля- ются технические задания на разработку изделия в соответствии с характери- стиками его назначения, условиями эксплуатации, а также с данными о надежности изделий-аналогов. Основными признаками, по которым подразделяют объекты при задании требований по надежности, являются; • определенность назначения объекта; • число возможных или учитываемых состояний объектов по работоспо- собности в процессе эксплуатации; • режим применения и функционирования; • возможные последствия отказов и достижения предельного состояния при применении и последствия отказов при хранении и транспортировании; Кроме того, к признакам, по которым классифицируют изделия, отно- сят: • характер основных процессов, определяющих переход изделия в пре- дельное состояние; • возможность и способ восстановления технического ресурса; • возможность и необходимость технического обслуживания; • возможность и необходимость контроля перед применением; • наличие в составе изделий средств вычислительной техники. Слайд 22 По определенности назначения изделия подразделяют: • на изделия конкретного назначения, имеющие один основной вариант применения по назначению; • на изделия общего назначения, имеющие несколько вариантов примене- ния. По числу возможных состояний работоспособности изделия подразде- ляют на: • изделия вида I, которые в процессе эксплуатации могут находиться в двух состояниях – работоспособном или неработоспособном; • изделия вида II, которые кроме указанных двух состояний могут нахо- диться в частично неработоспособных состояниях, в которые они переходят в результате частичного отказа. Для упрощения процедуры задания и последующего контроля допуска- ется изделия вида II приводить к изделиям вида I. Это осуществляется услов- ным разделением множества частично неработоспособных состояний на два подмножества состояний. Одно из состояний относят к работоспособному, а другое – к неработоспособному состоянию. Для подразделения множества со- стояний на два подмножества рекомендуется общее правило. Если в частично неработоспособном состоянии целесообразно продолжать применять изделия по назначению, то это состояние относят к работоспособному. В противном случае – к неработоспособному. Допускается также разукрупнение изделия вида II на составные части вида I и установление требований по надежности к изделию в целом в виде набора показателей надежности его составных частей. Для изделий, имеющих канальный принцип построения, требования по безотказности и ремонтопригодности допустимо задавать в расчете на один канал. Либо на каждый канал при неравноценных по эффективности каналах. Слайд 23 По режимам применения изделия подразделяют: • на изделия непрерывного длительного применения; • на изделия многократного циклического применения; • на изделия однократного применения с предшествующим периодом ожидания применения и хранения. По последствиям отказов или достижения предельного состояния при применении или последствиям отказов при хранении и транспортировании из- делия подразделяют: • на изделия, отказы или переход которых в предельное состояние приво- дит к последствиям катастрофического характера; • на изделия, отказы или переход которых в предельное состояние не при- водит к последствиям катастрофического характера. По возможности восстановления работоспособного состояния изделия после отказа в процессе эксплуатации подразделяют: • на восстанавливаемые; • на невосстанавливаемые. По характеру основных процессов, определяющих переход в предельное состояние, изделия подразделяют: • на стареющие; • на изнашиваемые; • на стареющие и изнашиваемые одновременно. По возможности и способу восстановления технического ресурса путем проведения плановых ремонтов изделия подразделяют: • на неремонтируемые; • на ремонтируемые обезличенным способом; • на ремонтируемые необезличенным способом. По возможности технического обслуживания в процессе эксплуатации изделия подразделяют: • на обслуживаемые; • на необслуживаемые. Слайд 24 По возможности проведения контроля перед применением изделия под- разделяют: • на контролируемые перед применением; • на не контролируемые перед применением. При наличии в составе изделий электронно-вычислительных машин и других устройств вычислительной техники их относят к изделиям с отказами сбойного характера. При отсутствии таковых – к изделиям без отказов сбойно- го характера. Обобщенная схема выбора номенклатуры показателей надежности при- ведена в ГОСТе. Значения показателей надежности изделий устанавливают в техниче- ских заданиях или технических условиях. При этом учитывают назначение из- делий, достигнутый уровень и выявленные тенденции повышения их надеж- ности и другие данные с учетом требований ГОСТа. При применении планов контроля изделий с заданными приемочным R α [эр’ альфа] и браковочным R β [эр’ бета] уровнями проектирование на стадии разработки осуществляют следующим образом. На стадии производства дол- жен обеспечиваться фактический уровень показателей надежности, соответ- ствующий уровню R α [эр’ альфа]. Значение уровня R β [эр’ альфа] представляет на стадии разработки расчетную норму показателя надежности. Расчетные значения показателей надежности изделия и его составных частей, полученные после завершения очередного этапа работ, принимают в качестве норм надежности. Эти нормы действуют на последующем этапе, по- сле завершения которого эти нормы уточняют. Для обоснования значений показателей надежности используют расчет- ные, экспериментальные или расчетно-экспериментальные методы. Расчетные методы используют для изделий, по которым отсутствуют статистические данные, полученные в ходе испытаний аналогов. Слайд 25 Экспериментальные методы применяют для изделий, по которым в про- цессе испытаний возможно получение статистических данных, либо возможна оценка их показателей. В том числе и тенденций изменения показателей надежности при сравнении аналогов друг с другом. Полученные оценки пока- зателей надежности используют вместо расчетных значений показателей из- делия и его составных частей. Расчетно-экспериментальные методы представляют комбинацию рас- четных и экспериментальных методов. Их применяют в тех случаях, когда по отдельным составным частям изделия имеются статистические данные о надежности, а по другим – результаты расчетов. Или в том случае, когда пред- варительные результаты испытаний изделий, полученные в ходе разработки, позволяют уточнить расчетные значения показателей надежности. Для поэтапного задания требований по надежности применяют расчет- но-экспериментальные методы, основанные на моделях роста надежности в процессе отработки изделий и освоения их в производстве. Модели роста определяют по статистическим данным, полученным при создании и эксплуа- тации изделий-аналогов. Категории отказов и предельных состояний устанавливают с целью од- нозначного понимания технического состояния изделий при задании требова- ний по надежности, испытаниях и эксплуатации. Определения критериев отказов и предельных состояний должны быть четкими, конкретными, не допускающими неоднозначного толкования. Кри- терии предельных состояний должны содержать указания на обнаруженные следствия. Критерии отказов и предельных состояний должны обеспечивать про- стоту обнаружения факта отказа или перехода в предельное состояние визу- альным путем или с помощью предусмотренных средств технического диа- гностирования. Слайд 26 Критерии отказов и предельных состояний должны устанавливаться в той же документации, в которой приведены значения показателей надежности. Типичными критериями отказов могут быть: • прекращение выполнения изделием заданных функций; выход показате- лей функционирования за пределы допустимого уровня; • искажения информации или неправильные решения на выходе объектов, имеющих в своем составе устройства дискретной техники, из-за отказов сбой- ного характера; • внешние проявления, свидетельствующие о наступлении или предпо- сылках наступления неработоспособного состояния. Типичными критериями предельных состояний изделий могут быть: • отказ одной или нескольких составных частей, восстановление или за- мена которых на месте эксплуатации не предусмотрены эксплуатационной до- кументацией; • механический износ ответственных деталей и узлов или снижение физи- ческих, химических, электрических свойств материалов до предельно допу- стимого уровня; • снижение наработки на отказ и повышение интенсивности отказов объ- ектов ниже или выше допустимого уровня; • превышение установленного уровня текущих или суммарных затрат на техническое обслуживание и ремонты или другие признаки, определяющие экономическую нецелесообразность дальнейшей эксплуатации. Правила расчета надежности технических объектов, требования к мето- дикам и порядок представления результатов расчета устанавливаются госу- дарственным стандартом «Надежность в технике. Расчет надежности. Основ- ные положения». Слайд 27 Тема «Расчет надежности» Рассмотрим основные понятия, связанные с процедурой определения значений показателей надежности объекта, иными словами, с расчетом надежности. Расчет производится с использованием методов, основанных на вычислении по справочным данным надежности элементов объекта, надежно- сти объектов-аналогов. Также он производится с использованием вычислений надежности по данным о свойствах материалов и другой информации, имею- щейся к моменту расчета. ГОСТ 27.301-95 определяет порядок расчета надежности. Прогнозирование надежности – частный случай расчета надежности объекта на основе статистических моделей, отражающих тенденции измене- ния надежности объектов-аналогов и экспертных оценок. Элемент – это составная часть объекта, рассматриваемая при расчете надежности как единое целое, не подлежащее дальнейшему разукрупнению. Надежность объекта рассчитывают на стадиях жизненного цикла и соот- ветствующих этим стадиям этапах видов работ, установленных программой обеспечения надежности объекта или документами, ее заменяющими. Программа обеспечения надежности должна устанавливать: • цели расчета на каждом этапе видов работ; • применяемые при расчете нормативные документы и методики; • сроки выполнения расчета и исполнителей; • порядок оформления документации, представления и контроля за ре- зультатами расчета; Расчет надежности объекта на определенном этапе видов работ, соот- ветствующем некоторой стадии его жизненного цикла, может иметь своими целями: • обоснование количественных требований по надежности к объекту или его составным частям; • проверку выполнимости установленных требований и оценку вероятно- сти достижения требуемого уровня надежности объекта; • сравнительный анализ надежности вариантов схемно-конструктивного построения объекта и обоснование выбора рационального варианта; • определение достигнутого уровня надежности объекта и его составных частей; • обоснование и проверку эффективности предлагаемых мер по доработ- кам конструкции, технологии изготовления, системы технического обслужи- вания и ремонта объекта, направленных на повышение его надежности. Слайд 28 Целями расчета надежности могут являться: • решение различных оптимизационных задач, в которых показатели надежности выступают в роли целевых функций, управляемых параметров или граничных условий; • проверка соответствия ожидаемого уровня надежности объекта установ- ленным требованиям, если прямое экспериментальное подтверждение их уровня надежности невозможно технически или нецелесообразно экономиче- ски. Расчет надежности объектов в общем случае представляет собой проце- дуру последовательного поэтапного уточнения оценок показателей надежно- сти. Расчет надежности на любом этапе видов работ, предусмотренном пла- ном программы обеспечения надежности, включает: • идентификацию объекта, подлежащего расчету; • определение целей и задач расчета на данном этапе, номенклатуры и требуемых значений рассчитываемых показателей надежности; • выбор методов расчета, адекватных особенностям объекта, целям расче- та, наличию необходимой информации об объекте и исходных данных для расчета; • составление расчетных моделей для каждого показателя надежности; • получение и предварительную обработку исходных данных для расчета, вычисление значений показателей надежности объекта и при необходимости их сопоставление с требуемыми; • оформление, представление и защиту результатов расчета. Слайд 29 Рассмотрим подробнее этап идентификации. Идентификация объекта для расчета его надежности включает получе- ние и анализ следующей информации об объекте, условиях его эксплуатации и таких факторах, как: • назначение, области применения и функции объекта; • критерии качества функционирования, отказов и предельных состояний, возможные последствия отказов объекта; • структура объекта, состав, взаимодействие и уровни нагруженности входящих в него элементов, возможность перестройки структуры и алгорит- мов функционирования объекта при отказах отдельных его элементов; • наличие, виды и способы резервирования, используемые в объекте; • типовая модель эксплуатации объекта, устанавливающая перечень воз- можных режимов эксплуатации и выполняемых при этом функций. А также правила и частоту чередования режимов, продолжительность пребывания объ- екта в каждом режиме. Соответствующие наработки, номенклатуру и пара- метры нагрузок и внешних воздействий на объект в каждом режиме. Согласно требованиям рассматриваемого стандарта необходимо также провести анализ следующих данных объекта: • планируемая система технического обслуживания и ремонта объекта; • распределение функций между операторами и средствами автоматиче- ского диагностирования и управления объектом. Виды и характеристики че- ловеко-машинных интерфейсов, определяющих параметры работоспособно- сти и надежности работы операторов; • уровень квалификации персонала; • качество программных средств, применяемых в объекте; • планируемые технология и организация производства при изготовлении объекта. Полнота идентификации объекта на рассматриваемом этапе расчета его надежности определяет выбор соответствующего метода расчета. Источниками информации для идентификации объекта служат различ- ные виды документации на объект. Слайд 30 Методы расчета надежности классифицируют по составу рассчитывае- мых показателей надежности и по основным принципам расчета. По составу рассчитываемых показателей различают методы расчета: • безотказности; • ремонтопригодности; • долговечности; • сохраняемости; • комплексных показателей надежности: методы расчета коэффициентов готовности, технического использования, сохранения эффективности и дру- гие. По основным принципам расчета свойств, составляющих надежность, или комплексных показателей надежности объектов различают: • методы прогнозирования; • структурные методы расчета; • физические методы расчета. Методы прогнозирования основаны на использовании для оценки ожи- даемого уровня надежности объекта данных о достигнутых значениях и выяв- ленных тенденциях изменения показателей объектов-аналогов. Под объекта- ми-аналогами понимаются объекты аналогичные или близкие к рассматривае- мому по назначению, принципам действия, схемно-конструктивному построе- нию и технологии изготовления. А также по базе элементов и применяемым материалам, условиям и режимам эксплуатации, принципам и методам управ- ления надежностью. Структурные методы расчета основаны на представлении объекта в виде логической схемы, описывающей зависимость состояний и переходов объекта от состояний и смены его элементов с учетом их взаимодействия и выполняе- мых ими функций в объекте. А также с последующими описаниями построен- ной структурной модели адекватной математической модели и вычислением показателей объекта по известным характеристикам надежности его элемен- тов. Слайд 31 Физические методы расчета основаны на применении математических моделей, описывающих физические, химические и иные процессы, приводя- щие к отказам объектов. А также на вычислении показателей по известным параметрам нагруженности объекта, характеристикам примененных в объекте веществ и материалов с учетом особенностей его конструкции и технологии изготовления. Метод расчета надежности конкретного объекта выбирают в зависимо- сти: • от целей расчета и требований к точности определения показателей надежности объекта; • от наличия и возможности получения исходной информации, необходи- мой для применения определенного метода расчета; • от уровня отработанности конструкции и технологии изготовления объ- екта; • от системы его техобслуживания и ремонта, позволяющего применять соответствующие расчетные модели надежности. При расчете надежности конкретных объектов возможно одновременное применение различных методов. Исходными данными для расчета надежности объекта могут быть: • априорные данные о надежности объектов-аналогов, составных частей и комплектующих изделий рассматриваемого объекта по опыту их применения в аналогичных или близких к эксплуатационным условиям; • оценки показателей надежности составных частей объекта и параметров, используемых в объекте материалов, полученных экспериментальным путем или расчетным способом непосредственно в процессе разработки объекта и его составных частей; • расчетные и экспериментальные оценки параметров нагруженности примененных в объекте составных частей и элементов конструкции. Слайд 32 Источниками исходных данных для расчета надежности объекта могут быть: • стандарты и технические условия на составные части объекта, применя- емые в нем комплектующие элементы межотраслевого применения, вещества и материалы; • справочники по надежности элементов, свойствам веществ и материа- лов, нормативам продолжительности типовых операций техобслуживания и ремонта и другие информационные материалы; • статистические данные о надежности объектов-аналогов, входящих в их состав элементов, свойствах применяемых в них веществ и материалов; • результаты прочностных, электрических, тепловых и иных расчетов объекта и его составных частей, включая расчеты показателей надежности со- ставных частей объекта. При наличии нескольких источников исходных данных приоритеты в их использовании или методы объединения данных из разных источников долж- ны быть установлены в методике расчета. В расчете надежности предпочтение должно отдаваться исходным данным из стандартов и технических условий на составные части, элементы и материалы. Адекватность выбранного метода расчета и построенных расчетных мо- делей целям и задачам расчета надежности объекта характеризуют: • полнота использования в расчете всей доступной информации об объек- те, условиях его эксплуатации, системе техобслуживания и ремонта, характе- ристиках надежности составных частей и так далее; • обоснованность принятых при построении моделей допущений и пред- положений, их влияние на точность и достоверность оценок показателей надежности; • степень соответствия уровня сложности и точности расчетных моделей надежности объекта точности исходных данных для расчета. Слайд 33 Степень адекватности моделей и методов расчета надежности оценива- ют путем: • сопоставления результатов расчета и экспериментальной оценки показа- телей надежности объектов-аналогов, для которых применялись аналогичные модели и методы расчета; • исследования чувствительности моделей к возможным нарушениям, принятым при их построении, допущениям и предположениям, а также к по- грешностям исходных данных для расчета; • экспертизы и апробации применяемых моделей и методов, проводимых в установленном порядке. Для расчета надежности объектов применяют: • типовые методики расчета, разрабатываемые для группы однородных по назначению и принципам обеспечения надежности объектов, оформляемые в виде соответствующих нормативных документов; • методики расчета, разрабатываемые для конкретных объектов, особен- ности конструкции и условия применения которых не допускают применения типовых методик расчета надежности. Указанные методики, как правило, включают непосредственно в отчет- ные документы по расчету надежности. Либо оформляют в виде отдельных документов, включаемых в комплект документации соответствующего этапа разработки объекта. Типовая методика расчета надежности должна содержать: • характеристику объекта, на который распространяется методика в соот- ветствии с установленными настоящим стандартом правилами его идентифи- кации; • перечень рассчитываемых показателей надежности объекта в целом и его составных частей, методы, применяемые для расчета каждого показателя; • типовые модели для расчета показателей надежности и правила их адап- тации для расчета надежности конкретных объектов, соответствующие этим моделям алгоритмы расчета и при условии наличия программных средств. Слайд 34 Типовая методика, согласно стандарту, также включает: • методы и соответствующие методики оценки параметров нагруженности составных частей объектов, учитываемых в расчетах надежности; • требования к исходным данным для расчета надежности или непосред- ственно сами исходные данные: методы объединения разнородных исходных данных для расчета надежности, получаемые из разных источников; • решающие правила для сопоставления расчетных значений показателей надежности с требуемыми, если результаты расчета применяют для контроля надежности объектов; • методы оценки погрешностей расчета показателей надежности, вноси- мые принятыми для используемых моделей и методов расчета допущениями и предположениями; • методы оценки чувствительности результатов расчета к нарушениям принятых допущений и к потребностям исходных данных; • требования к форме представления результатов расчета показателей надежности и правила защиты результатов расчета. Методика расчета надежности конкретного объекта должна содержать: • информацию об объекте, обеспечивающую его идентификацию для рас- чета надежности в соответствии с требованиями настоящего стандарта; • номенклатуру рассчитываемых показателей надежности и их требуемые значения; • модели для расчета каждого из показателей надежности, принятые при их построении допущения и предположения, соответствующие алгоритмы вы- числения показателей надежности и применяемые программные средства; • исходные данные для расчета и источники их получения; • методики оценки параметров нагруженности объекта или непосред- ственно оценки указанных параметров со ссылками на соответствующие ре- зультаты и методики прочностных, тепловых, электрических и иных расчетов объекта. Слайд 35 Результаты расчета надежности объекта оформляют в виде пояснитель- ной записки к соответствующему проекту или в виде самостоятельного доку- мента в соответствии с ГОСТом, содержащего: • цели и методику расчета; • расчетные значения всех показателей надежности и заключения об их соответствии установленным требованиям надежности объекта; • выявленные недостатки конструкции объекта и рекомендации по их устранению с оценками эффективности предлагаемых мер с точки зрения их влияния на уровень надежности; • перечень составных частей и элементов, лимитирующих надежность объекта или по которым отсутствуют необходимые данные для расчета; • предложения по включению дополнительных мероприятий по повыше- нию надежности; • заключение о возможности перехода к следующему этапу отработки объекта при достигнутом расчетном уровне его надежности. Содержание отчетного документа по расчету надежности должно допус- кать возможность независимой проверки при экспертизе проекта. Методы прогнозирования надежности применяют: • для обоснования требуемого уровня надежности объектов при разработ- ке технических заданий и оценки вероятности достижения заданных показате- лей при проработке технических предложений и анализе требований техниче- ского задания; • для ориентировочной оценки ожидаемого уровня надежности объектов на ранних стадиях их проектирования в том случае, если отсутствует необхо- димая информация для применения иных методов расчета надежности; • для расчета интенсивности отказов серийно выпускаемых и новых элек- тронных и электротехнических элементов различных типов; • для расчета параметров типовых задач и операций технического обслу- живания, для ремонта объектов с учетом их конструктивных характеристик, определяющих ремонтопригодность. Слайд 36 Для прогнозирования надежности объектов применяют: • методы эвристического прогнозирования или экспертной оценки; • методы прогнозирования по статистическим моделям; • комбинированные методы. Методы эвристического прогнозирования основаны на статистической обработке независимых оценок значений ожидаемых показателей надежности разрабатываемого объекта. Оценки даются группой квалифицированных спе- циалистов на основе предоставленной им информации об объекте, условиях его эксплуатации, планируемой технологии изготовления и других данных. Опрос экспертов и статистическую обработку индивидуальных прогнозов по- казателей проводят общепринятыми при экспертной оценке методами. Методы прогнозирования по статистическим моделям основаны на экстра- или интерполяции зависимостей, описывающих выявленные тенден- ции изменения показателей надежности объектов-аналогов. При этом учиты- ваются их конструктивно-технологические особенности и другие факторы, информация о которых для разрабатываемого объекта известна или может быть получена в момент проведения оценки. Модели для прогнозирования строят по показателям надежности и параметрам объектов-аналогов с исполь- зованием известных статистических методов. Например, с применением мно- гофакторного регрессионного или факторного анализа, а также методов стати- стической классификации и распознавания образов. Комбинированные методы основаны на совместном применении мето- дов прогнозирования по статистическим моделям и эвристических методов с последующим сравнением результатов. При этом эвристические методы ис- пользуют для оценки возможности экстраполяции используемых статистиче- ских моделей и уточнения прогноза по ним показателей надежности. Приме- нение же комбинированных методов целесообразно в тех случаях, когда есть основания ожидать качественных изменений уровня надежности объектов, не отражаемых соответствующими статистическими моделями. Также может быть недостаточно данных по объектам-аналогам, полученных статистиче- скими методами. Слайд 37 Структурные методы являются основными методами расчета в процессе проектирования объектов, поддающихся разукрупнению. Характеристики надежности составляющих их элементов в момент проведения расчетов из- вестны или могут быть определены другими методами. Эти методы применя- ют также для расчета долговечности и сохраняемости объектов, критерии пре- дельного состояния которых определяются параметрами долговечности их элементов. Расчет показателей надежности структурными методами в общем случае включает: • представление объекта в виде структурной схемы, описывающей логи- ческие соотношения между состояниями элементов и объекта в целом с уче- том структурно-функциональных связей и взаимодействия элементов; • описание построенной структурной схемы надежности объекта адекват- ной математической моделью, позволяющей вычислить показатели надежно- сти объекта по данным о надежности его элементов. В качестве структурных схем надежности могут применяться: • структурные блок-схемы, представляющие объект в виде совокупности определенным образом соединенных элементов; • «деревья отказов» объекта, представляющие графическое отображение причинно-следственных связей, обуславливающих определенные виды его от- казов; • графы состояний и переходов, описывающе возможные состояния объ- екта и его переходы из одного состояния в другое в виде совокупности состо- яний и переходов его элементов. Слайд 38 Математические модели, применяемые для описания надежности, опре- деляются видами и сложностью структур, принятыми допущениями, точно- стью и достоверностью исходных данных для расчета и другими факторами. Рассмотрим наиболее употребительные математические методы расчета показателей надежности, что не исключает возможности разработки и приме- нения других методов, более адекватных структуре и другим особенностям объекта. Методы расчета безотказности невосстанавливаемых объектов вида I. Как правило, для описания безотказности таких объектов применяют блок-схемы безотказности. Правила их составления и математического описа- ния установлены Стандартом международной энергетической комиссии 1078 – 91 «Метод анализа надежности. Метод расчета безотказности с использова- нием блок-схем». В частности, указанным стандартом установлены: • методы прямого расчета вероятности безотказной работы объекта по со- ответствующим параметрам безотказности элементов для простейших парал- лельно-последовательных структур; • методы расчета вероятности безотказной работы для более сложных структур, относящихся к классу монотонных: метод прямого перебора состоя- ний, метод минимальных путей и сечений, метод разложения относительно любого элемента. Для расчета показателей типа средней наработки объекта до отказа в указанных методах используют метод прямого или численного интегрирова- ния распределения наработки до отказа объекта. Он представляет собой ком- позицию соответствующих распределений наработок до отказа элементов. Ес- ли информация о распределении наработок до отказа элементов недостаточно полная или достоверная, то применяют различные граничные оценки показа- телей надежности объекта, известные из теории надежности. Слайд 39 В частном случае невосстанавливаемой системы с различными способа- ми резервирования и при экспоненциальном распределении наработок до от- каза элементов применяют ее структурное отображение в виде графа перехо- дов. При использовании для структурного описания безотказности «деревьев отказов» вероятности соответствующих отказов рассчитывают с использова- нием булева представления «дерева отказов» и метода минимальных сечений. Рассмотрим методы расчета безотказности и комплексных показателей надежности восстанавливаемых объектов вида I. Универсальным методом расчета для объектов любой структуры служит метод статистического моделирования, включающий: • синтез формальной модели формирования последовательности случай- ных событий, происходящих в процессе работы объекта; • разработку программного обеспечения; • проведение имитационного эксперимента путем многократной реализа- ции формальной модели, обеспечивающей требуемую точность и достовер- ность расчета показателей надежности. Метод статистического моделирования для расчета надежности приме- няют при отсутствии адекватных аналитических моделей из числа рассматри- ваемых далее. Для резервированных последовательных структур с восстановлением и произвольными способами резервирования элементов применяют ма́рковские модели для описания соответствующих графов состояний. Другой эффективный метод расчета показателей надежности объектов с резервом основан на представлении их наработок между отказами в виде сум- мы случайного числа случайных слагаемых. Также он основан на непосред- ственном вычислении показателей надежности объектов без привлечения ме- тодов теории случайных процессов. Слайд 40 Методы расчета показателей ремонтопригодности. Методы расчета показателей ремонтопригодности в общем случае осно- ваны на представлении процесса техобслуживания или ремонта определенно- го вида как совокупности отдельных задач. Вероятности и цели их выполне- ния определяются показателями безотказности объектов и принятой стратеги- ей техобслуживания и ремонта. Продолжительность выполнения каждой зада- чи зависит от конструктивной приспособленности объекта к ремонту данного вида. Общая схема расчета включает: • составление перечня возможных отказов объекта и оценку их вероятно- стей; • отбор из составленного перечня методом расслоений случайной выбор- ки некоторого достаточно представительного числа задач и расчет параметров распределений их продолжительности. В качестве таких распределений обыч- но используют усеченное нормальное или альфа-распределение; • построение эмпирического распределения затрат на текущий ремонт объекта путем сложения с учетом вероятностей отказов распределений затрат на отдельные задачи и его сглаживание; • вычисление показателей ремонтопригодности объекта по параметрам выбранного закона распределения. Рассмотрим методы расчета показателей надежности объектов вида II. Для объектов данного вида применяют показатели типа «коэффициент сохранения эффективности», при расчете которого сохраняются общие прин- ципы расчета надежности объектов вида I. Каждому состоянию объекта, опре- деляемому совокупностью состояний его элементов, должно быть присвоено определенное значение доли сохраняемой номинальной эффективности от 0 до 1. Слайд 41 Существует два основных метода расчета коэффициента сохранения эффективности: • метод усреднения по состояниям, применяемый для объектов кратко- временного действия. То есть продолжительность выполняемых задач такова, что вероятностью изменения состояния объекта в процессе выполнения задачи можно пренебречь и учитывать только его начальное состояние; • метод усреднения по траекториям, применяемый для объектов длитель- ного действия. Продолжительность выполнения задач такова, что нельзя пре- небречь вероятностью смены состояний объекта при их выполнении за счет отказов и восстановлений элементов. При этом процесс функционирования объекта описывается реализацией одной из возможных траекторий в про- странстве состояний. Наиболее принципиальным моментом в расчетах данного коэффициента является оценка эффективностей системы в различных состояниях или при ре- ализации различных траекторий в пространстве состояний. Оценка проводит- ся либо аналитически, либо методом моделирования, либо эксперименталь- ным путем непосредственно на самом объекте или его натурных моделях. Рассмотрим физические методы расчета надежности. Физические мето- ды применяют для объектов, у которых известны механизмы их деградации под влиянием различных внешних и внутренних факторов, приводящих к от- казам в процессе эксплуатации. Методы основаны на описании соответствующих процессов деградации с помощью адекватных математических моделей. Данные модели позволяют вычислять показатели надежности с учетом конструкции, технологии изготов- ления, режимов и условий работы объекта. Расчет проводится по справочным или экспериментально определенным физическим и иным свойствам веществ и материалов, используемых в объекте. В общем случае указанные модели при одном ведущем процессе дегра- дации могут быть представлены моделью выбросов некоторого случайного процесса за пределы границ допустимой области его существования. Причем границы этой области могут быть также случайными и коррелированными с указанным процессом. Возможны несколько независимых процессов деградации, каждый из которых порождает свое распределение ресурса. При этом итоговое распреде- ление ресурса находят с использованием модели «слабейшего звена», то есть по распределению минимума независимых случайных величин. Слайд 42 |