143

А. Н. Алаев

Надежность технических устройств

Конспект лекций

2009 г.

Глава 1 Основные понятия и определения теории надежности

1.1 Понятие надежности. Термины и определения

Функциональные качества технических устройств (ТУ), в том числе и информационных систем, в значительной степени зависит от их надежно­сти.

Информационная система (ИС) - это сложная программно-аппаратная система, включающая в свой состав эргатические (человеко-машинные) звенья, технические или аппаратные средства и программное обеспечение. Говоря о надежности ИС, необходимо учитывать две ее составляющие: на­дежность аппаратных средств и надежность программного обеспечения. Если методы исследования и обеспечение надежности технической (аппа­ратной) составляющей ИС аналогичны соответствующим мероприятиям других ТУ, то программное обеспечение отличается от подобной методо­логии. Так, при исследовании этих структур имеется в виду достоверность информации, ее корректность, правильность ее интерпретации. Отметим, что в дальнейшем, говоря о ТУ, будем иметь в виду, в том числе, и аппа­ратные составляющие ИС (компьютеры, периферийное оборудование, коммутационное оборудование, кабельное оборудование и др.).

Названные категории не исключают, а взаимно дополнят друг друга, поскольку в такой сложной системе, как ИС обеспечить необходимый уровень надежности можно, только учитывая особенности ее составляю­щих.

Самые совершенные начальные технические характеристики ТУ яв­ляются необходимыми, но недостаточными условиями высоких эксплуа­тационных качеств этих устройств. Начальные характеристики ТУ показы­вают его потенциальные технические возможности. Важным является способность ТУ сохранять эти характеристики в течение всего жизненного цикла или в процессе эксплуатации.

Способность ТУ сохранять свои первоначальные технические каче­ства в процессе эксплуатации называется надежностью.

Эта способность зависит как от свойств, которые были заложены в ТУ в процессе проектирования и изготовления, так и от интенсивности экс­плуатации, правильности и своевременности технического обслуживания. Поэтому физический смысл надежности состоит в способности сохранять эти свойства, сопротивляться агрессивным эксплуатационным факторам. Надежность может выступать как в качестве самостоятельной эксплуата­ционной характеристики, так и служить составляющей других эксплуата­ционных характеристик.

Одной из основных задач, решаемых в процессе эксплуатации и тех­нического обслуживания ТУ, является обеспечение их надежной работы. Важность этой проблемы обусловлена как сложностью современных ТУ, так и высокими значениями эксплуатационных нагрузок (температура, давление, влажность и т.д.).

Поэтому есть определение надежности в соответствии с ГОСТ 27.002-83, которое отражает эксплуатационную сущность этого показателя.

Под надежностью понимается свойство ТУ выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные характеристики в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой на­работки в определенных условиях эксплуатации.

Надежность аппаратуры и ее элементов является комплексным свойством и обычно связывается со свойствами безотказности, ремонтопригодности, долговечности и со­храняемости, задаваемыми раздельно или в определенном сочетании указанных свойств. Определение этих свойств опирается на по­нятие работоспособности.

Под работоспособностью пони­мается состояние РЭА, при котором она способна выполнять возложенные функции с параметрами, установленными требования­ми нормативно-технической документации.

Свойство РЭА сохранять работоспособ­ность в течение некоторого времени (нара­ботки) без вынужденных простоев называет­ся безотказностью.

Говоря о некотором ТУ, нужно иметь в виду, что его надежность P _ту

в общем случае оказывает влияние на эффективность работы Э более сложной системы, частью которой он является. Это влияние осуществляет­ся через технико-экономическую эффективность ТЭ, представляющую собой характеристику уровня выполнения системой своих функций с учетом финансовых, трудовых и материальных затрат. Формально это можно записать следующим образом:

Э = f (ТЭ,Ф₁,…,Ф_n);

ТЭ= f (P_ту,Ф₁,…,Ф_n);

P_ту = (К_н,У_и ).

Здесь К_н- начальный уровень надежности ТУ;

У_и - фактор, учитывающий условия эксплуатации и технического

обслуживания этой системы; Ф₁,…,Ф_n - прочие факторы. В качестве критерия оценки технико-экономической эффективности ТЭ технического устройства может быть использовано соотношение

,

где Q – полезный эффект;

∑E - суммарные затраты.

Зависимость между характеристиками надежности и технико-экономической эффективностью может быть представлена в виде

.

В этом выражении P_i - количественные показатели надежности, такие как безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность; a_i (t) – коэффициенты, показывающие степень влияния соответствующих

показателей надежности; a_o(t) - коэффициент, учитывающий влияние

прочих эксплуатационных факторов.

В заданных условиях эксплуатации необходимо стремиться к тому, чтобы поддерживать такое значение P _ту, которое позволит эксплуатировать ТУ без ограничений при минимальных трудовых, материальных и финансовых затратах.