МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ"

А.Н. Гайдар

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

«Введение в теорию надёжности»

по курсу «Диагностика и надёжность автоматизированных систем»

(для студентов специальности 220301)

Москва 2009

О Г Л А В Л Е Н И Е

стр. Введение .......................................................................................................... 5

1 Основные определения и количественные показатели надёжности... 6

1.1 Надёжность объектов как комплексное свойство .......................... 6

1.2 Классификация отказов и предельное состояние объекта……...... 11

1.3 Единичные и комплексные показатели надёжности...................... 12

1.4 Общий порядок обеспечения надёжности на стадиях «жизненного»

цикла объекта................................................................................................... 21

1.4.1 Состав и общие правила задания требований на надёжность…….. 21

1.4.2 Порядок задания требований на надёжность на различных стадиях жизненного цикла изделий…………………………………………..………. 23

1.5 Аналитические зависимости между показателями надёжности…… 24

2 Расчёт показателей надёжности.............................................................. 27

2.1 Расчёт характеристик надёжности невосстанавливаемых элементов

при основном соединении................................................................................. 27

2.1.1 Прикидочный расчёт надёжности.................................................... 28

2.1.2 Ориентировочный расчёт надёжности........................................... 28

2.1.3 Окончательный (коэффициентный) расчёт надёжности….......... 29

2.1.4 Методика оценки безотказности технических средств................. 31

2.2 Расчёт структурной надёжности резервированных систем……...... 34

2.2.1 Классификация методов резервирования....................................... 34

2.2.2 Расчёт надёжности при общем и раздельном резервировании…. 36

2.2.3 Расчёт надёжности при резервировании с дробной кратностью и

нагруженным резервом ………………..………………………………….42

2.2.4 Логико-вероятностные методы расчёта резервированных

систем……………………………………………………………………………44

2.2.5 Расчёт надёжности систем при скользящем резервировании….. 54

2.2.6 Расчёт надёжности при учете последействия отказов………....... 57

2.2.7 Расчёт надёжности по схеме «гибели-размножения»…….…..….. 59

2.3 Расчёт надёжности программных средств......................................... 61

2.3.1 Основные определения теории надёжности программного обеспечения………………………………………………….……………....... 62

2.3.2 Методика оценки числа оставшихся ошибок в программе........... 70

2.3.3 Методика расчёта интенсивности обнаружения ошибок в зависимости от времени эксплуатации программы....................................... 74

2.3.4 Статистическая оценка вероятности безотказной работы программного обеспечения............................................................................... 75

2.3.5 Рекомендации по повышению надёжности программного обеспечения......................................................................................................... 79

3 Расчёт показателей надёжности при проектировании ........................ 81

3.1 Расчёт функциональной надёжности системы................................... 81

3.1.1 Определение термина «функциональная надёжность» системы... 81

3.1.2 Определение вероятности выполнения заданной функции для системы «комплекс технических средств - программное обеспечение - оператор»……………………………………………………………………….. 82

3.2 Анализ качества структурной схемы ................................................. 83

3.2.1 Показатели качества структурной схемы………............................ 83

3.2.2 Распределение требований к надёжности элементов схемы.......... 84

3.3 Распределение требований к надёжности элементов системы на основе Марковской модели ......................................................................... 92

3.4. Сравнение различных методов повышения надёжности системы... 96

3.4.1. Краткое описание основных методов повышения надёжности … 97

3.4.2. Примеры, иллюстрирующие сложность проблемы повышения надёжности …………………………………………………………………… 99

Список литературы............................................................................... 105

Введение

Техническое развитие цивилизации привело к росту сложности машин и систем, что особенно характерно для современной авиации и космонавтики, нефтехимических и металлургических комплексов, энергетических установок, информационных систем. Проблема обеспечения их надёжности стала ключевой проблемой техники.

Человеческие жертвы, химическое и радиоактивное заражение местности, огромные экономические потери – это характерные результаты аварий сложных систем. Нужно учитывать психологические и политические аспекты недостаточной надёжности сложных технических систем.

Теория надёжности, как научная дисциплина, изучает закономерности возникновения отказов объектов, характеристики надёжности, методы анализа надёжности, методы проектирования сложных систем с заданными показателями надёжности, способы повышения надёжности систем, вопросы обеспечения надёжности объектов в процессе эксплуатации, методы испытания объектов на надёжность. Теория надёжности систем управления является прикладной технической дисциплиной, положения которой следует учитывать при проектировании, изготовлении, испытании и эксплуатации технических систем для достижения их наибольшей эффективности и обеспечения безопасности при ведении технологических процессов.

Математическим аппаратом теории надёжности являются теория вероятностей, её раздел теория случайных процессов, теория инженерного эксперимента. При изучении учебной дисциплины «Диагностика и надёжность автоматизированных систем» математический аппарат теории надёжности необходимо дополнить теорией автоматического управления.