Введение

Проблема надежности является ключевой проблемой в разви­тии техники на протяжении многих лет. Особенно возросла роль надежности в последние годы в связи с созданием сложных техни­ческих систем. Появление и развитие АСУ требует тщательной проработки вопросов надежности, начиная от проектирования и производства систем и кончая их испытаниями и эксплуатацией.

Решение ряда важных вопросов проектирования, производства и эксплуатации АСУ (выбор структуры и рационального резервиро­вания; организация системы контроля и профилактики; решение вопросов технологии производства и производственного контроля; проектирование системы снабжения запасными изделиями; органи­зация испытаний системы) невозможно или крайне затруднено без использования рекомендаций теории надежности.

Существующие традиционные методы анализа и оценки надеж­ности изделий, ориентированные на простые изделия, не могут в полной мере удовлетворять потребности анализа надежности больших систем. Необходимо развитие методов оценки, анализа и обеспечения надежности АСУ с учетом их специфики (возможность перестроения структуры, сохранение работоспособности при частич­ных отказах за счет структурной избыточности и т. д.). Поэтому становятся актуальными вопросы подготовки специалистов, обла­дающих знаниями и навыками работы в области анализа и обеспе­чения надежности АСУ.

Данное учебное пособие написано в соответствии с учебной программой курса, читаемого авторами на протяжении ряда лет в Ростовском военном институте ракетных войск, и, несомненно, будет содействовать повышению качества подготовки курсантов обучающихся по специальности “ Управление и информатика в технических системах ”. Оно содержит материал, отражающий современный уровень развития теории и практики надежности.

1. Количественные показатели надежности автоматизированных систем

1.1. Проблема надежности в технике

Под надежностью в широком смысле понимают приспособленность системы (естественной, искусственной) к выполнению в течение заданного времени функций в соответствии с ее предназначением в определенных условиях окружающей среды. Так, предназначением биологических систем является выживание, и их надежность характеризуется способностью существовать во времени в естественных условиях обитания. Для искусственных, в частности, технических систем предназначение определяется, а условия окружающей среды выбираются и регулируются по замыслу людей и представляют собой условия функционирования, хранения и обслуживания, т.е. эксплуатации. С учетом этого надежность технических систем представляет их приспособленность к выполнению всех функций в соответствии с целевым назначением. Она характеризует стабильность, сохраняемость во времени всех существенных с точки зрения применения свойств системы.

Обеспечение надежности является одной из основных инженерных проблем, без разрешения которой немыслим технический прогресс. Низкая надежность систем и средств управления (ССУ) резко уменьшает эффективность их использования и увеличивает стоимость. Это иллюстрируется рис.1.1, где:

Рис.1.1

P(t) – вероятность безотказной работы; WЭ – затраты на эксплуатацию; WИ – затраты на изготовление

Очевидно, что затраты на изготовление и затраты на эксплуатацию находятся в противоречии. Для малонадежных систем стоимость изготовления не высока, однако требуются значительные затраты на обслуживание, восстановление и ремонт в процессе эксплуатации, и наоборот, при существенных затратах на изготовление высоконадежных систем стоимость их эксплуатации резко уменьшается. В частном случае (см. рис.1.1), оптимальное соотношение затрат на изготовление и эксплуатацию достигается при обеспечении надежности Р_опт(t).

Особое значение проблема обеспечения высокой надежности ССУ приобрела для систем военного назначения. Это связано с необходимостью поддержания объектов в высокой степени готовности к боевому применению, причем критерий готовности является доминирующим по отношению к стоимости изготовления и эксплуатации и находится в прямой зависимости от надежности системы. Для таких систем вводят интегральный показатель качества – эффективность, являющийся мерой полезности системы в целом.