- •Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский военный институт ракетных войск Министерства обороны Российской Федерации»
- •Надежность систем и средств управления
- •Введение
- •1. Количественные показатели надежности автоматизированных систем
- •1.1. Проблема надежности в технике
- •1.2. Основные понятия и определения теории надежности
- •1.3. Показатели надежности невосстанавливаемых систем
- •1.3.1. Вероятность безотказной работы Вероятностное определение
- •Статистическое определение
- •1.3.2. Плотность распределения отказов
- •Статистическое определение
- •1.3.4. Средняя наработка до отказа Вероятностное определение
- •Статистическое определение
- •1.4. Законы распределения наработки технического объекта до отказа и между отказами
- •Вопросы для самоконтроля
- •2. Надежность невосстанавливаемых систем
- •2.1. Задание требований по надёжности
- •2.2. Виды расчетов надежности невосстанавливаемых нерезервированных систем
- •2.2.1. Прикидочный расчет надежности
- •2.2.2. Расчет надёжности при подборе типов элементов
- •2.2.3. Расчет надёжности при уточнении режимов работы элементов
- •2.3. Структурные схемы надёжности технических объектов. Резервирование, его виды и способы
- •2.4. Расчет надёжности при различных способах структурного резервирования
- •2.4.1. Определение показателей надежности при постоянном общем резервировании
- •2.4.2. Определение показателей надежности при постоянном раздельном резервировании
- •2.4.3. Сравнительная оценка раздельного и общего постоянного резервирования
- •Тобщ £ max (t1,t/1) .
- •Тобщ £ max (t2,t/2) .
- •2.4.4. Определение показателей надежности при резервировании замещением
- •Вопросы для самоконтроля
- •3. Надежность восстанавливаемых систем
- •3.1 Потоки отказов и восстановлений
- •3.2 Количественные показатели надежности восстанавливаемых систем
- •3.2.1 Показатели безотказности
- •3.2.2 Показатели ремонтопригодности
- •3.2.3 Комплексные показатели
- •3.3. Расчет надежности восстанавливаемых нерезервированных систем
- •3.4. Расчет надежности восстанавливаемых резервированных систем
- •3.5. Способы поддержания заданного уровня надёжности
- •3.5.1. Факторы, влияющие на надежность
- •3.5.2.Способы повышения надёжности систем на этапе проектирования и их сравнительный анализ
- •3.5.3. Способы поддержания заданного уровня надёжности и готовности систем
- •Вопросы для самоконтроля
- •4. Оценка надежности дискретных устройств с восстанавливающими органами
- •4.1. Особенности отказов в дискретных устройствах ссу
- •4.2. Восстанавливающие органы дискретных устройств
- •4.2.1. Основные определения
- •4.2.2. Коррекция ошибок (отказов) типа ложный "0".
- •4.2.3. Коррекция ошибок (отказов) типа ложная "1"
- •4.2.4. Структурные схемы восстанавливающих органов
- •Восстанавливающий орган
- •Восстанавливающий орган
- •Восстанавливающий орган
- •4.3. Оценка надёжности дискретных устройств с во
- •4.3.1. Определение вероятности возникновения на выходе во отказа по "0"
- •4.3.2. Определение вероятности возникновения на выходе во отказа по "1"
- •4.3.3. Определение вероятности безотказной работы
- •Вопросы для самоконтроля
- •5. Применение метода статистических испытаний для анализа надёжности сложных систем
- •5.1. Определение статистических значений показателей надежности систем по данным испытаний на надёжность и по статистическим данным о надёжности
- •5.2. Применение метода статистических испытаний для анализа надёжности сложных систем
- •5.2.1. Метод статистических испытаний
- •5.2.2. Сущность мси и реализации на эвм случайного эксперимента
- •5.2.3. Разыгрывание дискретной случайной величины
- •5.2.4. Разыгрывание непрерывной случайной величин
- •5.2.5. Определение необходимого числа реализации в имитационном эксперименте
- •5.3. Типовые моделирующие алгоритмы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Надежность систем и средств управления
1.2. Основные понятия и определения теории надежности
Для дальнейшего изложения основ теории надежности необходимо ввести ряд понятий. Большинство из них определены ГОСТ 27.002-89. “Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения”, остальные являются общепринятыми. Они приведены, например, в [1].
Объект – техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.
Объектами могут быть различные системы и их элементы.
Система – объект, представляющий собой совокупность элементов, взаимосвязанных функционально и взаимодействующих в процессе выполнения определенного круга задач.
Элемент системы – объект, представляющий собой простейшую часть системы, который на данном уровне рассмотрения самостоятельно не применяется и не расчленяется на части.
Разумеется, что понятия системы и элемента являются относительными и в одном исследовании объект является системой, а в другом может рассматриваться как элемент более сложной системы.
Надежность – свойство объекта сохранять во времени и установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
Следует отметить, что надежность является сложным свойством, включающим безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
Сохраняемость – свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Понятие надежности тесно связано с понятием о его качестве, при этом качество определяется как совокупность свойств объекта, характеризующих возможность и целесообразность применения его по назначению. Для ССУ такими свойствами могут быть быстродействие, достоверность информации, степень автоматизации процесса и т.п. Надежность является одним из свойств качества, но оно не является самостоятельным, а характеризует сохраняемость основных свойств объекта во времени.
В зависимости от значений характеристик основных свойств объекта различают следующие технические состояния.
Исправное состояние – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение всех его параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.
В процессе эксплуатации объект может переходить из одного состояния в другое под воздействием событий: повреждения, отказа, восстановления, ремонта. (см. рис. 1.2).
Дефект – каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям.
Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.
Рис. 1.2
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Различают [1, 2, 3, 4] следующие виды отказов (табл.1.1).
Внезапный отказ – отказ, характеризующийся скачкообразным изменением одного или нескольких основных параметров системы.
Постепенный отказ – отказ, характеризующийся постепенным изменением одного или нескольких основных параметров.
Независимый отказ – отказ элемента системы, не обусловленный повреждениями или отказами других элементов системы.
Устойчивый отказ – отказ, который сохраняется до его устранения в процессе ремонта (восстановления).
Перемежающийся отказ – отказ, который проявляется периодически и самоустраняется; длительность периода носит случайный характер. Устойчивый отказ – отказ, который сохраняется до его устранения в процессе ремонта (восстановления).
Таблица 1.1
Классификация отказов
№ п/п |
Классификационный признак |
Вид отказа |
|
Влияние на работоспособность |
полный, частичный |
|
Характер проявления |
внезапный, постепенный |
|
Связь между отказами |
независимый, зависимый |
|
Причина появления |
конструкционный, производственный, эксплуатационный |
|
Время существования |
устойчивый, перемежающийся |
|
Внешнее проявление |
явный, маскируемый |
|
Частота появления |
типичный, случайный |
|
Внешнее определяющее воздействие |
механическое, тепловое, электрических нагрузок, агрессивных сред, радиоактивного излучения |
|
Эффект внешнего воздействия |
обратимый, необратимый |
|
Природа происхождения |
естественный, искусственный |
|
Механизм проявления |
короткое замыкание, обрыв, изменение параметров |
Маскируемый отказ – отказ, который после возникновения не устраняется сам по себе, но появляется лишь в определенных режимах работы системы.
Конструкционный отказ – отказ, возникающий вследствие ошибок конструктора.
Производственный отказ – отказ, возникающий вследствие нарушения или несовершенства технологического процесса изготовления объекта или комплектующего изделия.
Эксплуатационный отказ – отказ, возникающий вследствие нарушения установленных правил эксплуатации или вследствие влияния непредусмотренных внешних воздействий.
Типичный отказ – отказ, типичный для данной конструкции или технологии изготовления при определенных условиях эксплуатации.
Случайный отказ – отказ, являющийся следствием единичных проявлений каких-либо ошибок или дефектов.
Обратимый отказ – устойчивый отказ, который самоустраняется после окончания внешнего воздействия (теплового, механического и т.п.).
Необратимый отказ – отказ, который самопроизвольно не устраняется после окончания внешнего воздействия.
Для устранения повреждений и отказов предназначены процессы восстановления и ремонта.
Восстановление – процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) с целью восстановления его работоспособного (исправного) состояния.
Ремонт – комплекс операций по восстановлению исправного или работоспособного состояния объекта и восстановлению ресурса объекта или его элементов.
Наработка до отказа – наработка объекта от начала его эксплуатации до возникновения первого отказа.
Восстанавливаемый объект – объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Невосстанавливаемый объект – объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния не предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Следует подчеркнуть, что каждый технический объект в течение жизненного цикла проходит множество этапов, основными из которых являются:
1. Исследование и обоснование разработки [5] включают проработку, научно-исследовательские работы, разработку технического предложения.
2. Разработка. Предполагает опытно-конструкторские работы, начиная от эскизного проектирования до изготовления рабочей документации на опытные образцы, опытную отработку и разработку документации для серийного производства.
3. Эксплуатация объекта. Включает в себя следующие основные процессы: приведение в готовность к применению по назначению, поддержание в этой готовности, применение по назначению, хранение, транспортирование, техническое обслуживание, восстановление исправного, работоспособного состояния, ремонт. В процессе эксплуатации могут проводиться доработки и модернизация. Заканчивается жизненный цикл снятием с эксплуатации по достижении предельного состояния либо вследствие замены объекта на более совершенный.