Раздел 3.2.2. Основы теории надежности эс

Более подробно материал содержится в [1] и [9]. В разделе рассматриваются четыре основные темы: 1) основные термины и определения; 2) показатели надежности неремонтируемых и ремонтируемых изделий; 3) структурные модели надежности 4) обеспечение надежности ЭС.

По разделу (третьей теме) предусмотрены практические занятия (кроме заочной формы). По материалам раздела (тема 2 и 3) выполняется курсовая работа.

После изучения теоретического материала следует ответить на вопросы для самопроверки, приведенные в конце раздела. Затем следует пройти тренировочный тест №2.

3.2.1.1. Основные термины и определения

ЭС – это сложные системы, включающие в свой состав технические средства, программное обеспечение и часто эргатические (человеко-машинные) звенья. Говоря о надежности ЭС, необходимо учитывать три ее составляющие: надежность технических средств, надежность программного обеспечения и надежность человека-оператора.

Материал по эффективности технических систем приведен в разделе 3.2.4.2. В технике проблема эффективности тесно связана с проблемой надежности технических средств. Возрастание сложности технических систем приводит к снижению их надежности, а, следовательно, к уменьшению их эффективности. Ненадежная система не может быть эффективным средством достижения поставленной цели. Анализ эффективности операции позволяет подойти к определению требований к параметрам надежности технических систем, используемых в качестве активных средств в операции. Это один из важных аспектов связи проблем надежности и эффективности в технике. Другим аспектом связи этих проблем является определение рациональных способов использования имеющихся средств для повышения надежности технических систем.

Недостаточная надежность проектируемой или существующей системы может явиться проблемой, для решения которой выдвигаются альтернативные цели (например, отказ от производства системы или замена ее новой, усовершенствованной; повышение надежности существующей системы до требуемого уровня; улучшение условий эксплуатации существующей системы и т.д.). Далее осуществляется выбор одной из этих целей и организуется операция для достижения выбранной цели. Эффективность этой операции может быть оценена, например, вероятностью безотказной работы системы в течение заданного времени, если в качестве цели операции выбрано повышение надежности системы. В таком случае показатель надежности системы выступает в качестве показателя эффективности операции по повышению надежности существующей или проектируемой технической системы.

Предмет исследований теории надежности – это изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка способов количественного измерения надежности, методов расчета и испытаний, разработка путей и средств повышения надежности.

Наука о надежности развивается в тесном взаимодействии с другими науками. Базой для ее развития служит диалектика, ориентирующая исследователей на принципиальную познаваемость сложных явлений. Математическая логика позволяет на языке математики представить сложные логические зависимости между состояниями системы и ее комплектующих частей. Теория вероятностей, математическая статистика и теория вероятностных процессов дают возможность учитывать случайный характер возникающих в системе событий и процессов, формулировать математические основы теории надежности. Теория графов, исследования операций, теория информации, техническая диагностика, теория моделирования, основы проектирования систем и технологических процессов – также позволяют обоснованно решать задачи надежности.

Основные направления развития теории надежности. Развитие математических основ теории надежности. Обобщение статистических материалов об отказах и разработка рекомендаций по повышению надежности объектов вызвали необходимость определять математические закономерности, которым подчиняются отказы, а также разрабатывать методы количественного измерения надежности и инженерные расчеты ее показателей. В результате сформировалась математическая теория надежности. Ее возникновение – исходный пункт создания науки о надежности.

Развитие методов сбора и обработки статистических данных о надежности. Обработка статистических материалов в области надежности потребовала развития существующих статистических методов и привела к накоплению большой статистической информации о надежности. Возникли статистические характеристики на-дежности и закономерности отказов. Работы в этом направлении послужили основой формирования статистической теории надежности.

Надежность [9, 11 – 14] – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность изделия выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

В этом определении на первый план ставится сохранение параметров, обеспечивающих выполнение заданных функций, что более точно выражает существо понятия «надежность». Следует подчеркнуть, что надежность – характеристика временная. Надежность ЭС может быть ориентирована либо на прошедшее время (изделие до данного момента проработало такое-то количество часов, поэтому оно обладало таким-то показателем надежности), либо в будущее время (данное изделие, если оно будет использоваться в предписанных условиях, будет обладать такой-то надежностью).

Надежность нельзя смешивать с другими характеристиками качества и противопоставлять им, так как в результате противопоставления возникают нелепые формулировки типа: «изделия высокого качества, но низкой надежности». Вывод о качестве объекта может быть сделан только тогда, когда учитываются и «точечные» характеристики качества и сохранение их в течение заданного интервала времени, или заданной наработки.

Надежность – сложное свойство. Оно включает в себя более простые свойства (частные). Эти частные свойства называют также сторонами надежности. К ним относятся: безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость. Определения сторон надежности приведено в [2, 13]

При полной потере изделием работоспособности возникает полный отказ, при частичной потере – частичный. Более подробно об отказах – см. [2, 13].

Общие принципы обеспечения надежности. Абсолютной надежности технических устройств добиться прин­ципиально невозможно, а максимально повысить показатели их надежности реально, и это является важнейшей научной и технической задачей. Повышение уровня надежности ЭС можно достичь, прежде всего, устранением причин, вызывающих в них отказы, т.е. сведением к минимуму (или полной ликвидации, если это возможно) конструк­торских, технологических и эксплуатационных ошибок. Влияние на показатели надежности ЭС указанных видов ошибок неравно­значно, и для их снижения имеются неравные возможности. В учебном пособии [1] подробно рассмотрены методы обеспечения надежности на разных этапах проектирования изделия.

Законы распределения отказов и их основные характеристики. В теории надежности наибольшее распространение получили следующие законы распределения случайных величин: биномиаль­ный закон и распределение Пуассона – для дискретных случай­ных величин, экспоненциальный закон, закон Вейбулла, нормаль­ный и логарифмически нормальный законы – для непрерывных случайных величин. Эти законы и соответствующие им формульные зависимости рассмотрены в учебном пособии [1].