- •Министерство образования и науки
- •Введение
- •Часть 1. Основы теории надежности организационно-технических систем и входящих в их состав объектов
- •Раздел 1. Описание свойств организационно-технических систем и входящих в их состав объектов
- •1.1 Системный подход к исследованию надежности сложных технических комплексов
- •1.2Техническое состояние объектов в составе организационно-технических систем
- •1.3. Основные термины и определения в области надежности технических объектов.
- •1.4. Организационно-техническая система и ее свойства
- •1.5. Учет человеческого фактора в организационно-технических системах
- •1.6. Качество организационно-технических систем
- •1.7. Краткая характеристика жизненного цикла сложных технических объектов в составе организационно – технических систем
- •Раздел 2. Модели отказов технических объектов
- •2.1. Модель отказов при мгновенных повреждениях.
- •2.2. Модель отказов, обусловленных накапливающимися повреждениями.
- •2.3 Модель “Нагрузка – сопротивляемость объекта”.
- •2.4 Модели параметрических отказов.
- •2.4.1. Модель параметрического отказа при одном параметре, характеризующем работоспособность объекта.
- •2.4.2.Модель параметрической надежности объекта при нескольких параметрах, характеризующих работоспособность его систем и элементов.
- •2.5. Физические основы процессов разрушения твердых тел
- •Раздел 3. Показатели надежности организационно-технических систем и их элементов
- •3.1. Особенности показателей надежности организационно-технических систем и их элементов
- •3.2. Показатели безотказности невосстанавливаемых объектов
- •3.3. Показатели безотказности объектов с мгновенным восстановлением.
- •3.4. Комплексные показатели надежности организационно-технических систем
- •3.4.1. Функция готовности объектов с конечным временем восстановления
- •3.4.2 Показатель нахождения объекта в дежурном режиме
- •3.4.3 Показатель (коэффициент) готовности объектов, неконтролируемых в промежутках между проведением технических обслуживаний
- •3.4.4 Выбор оптимального значения периодичности технического обслуживания
- •3.4.5. Комплексные показатели готовности организационно технических систем
- •3.5. Особенности оценки надежности программного обеспечения
- •Раздел 4. Показатели долговечности
- •4.1 Основные формулы и определения
- •4.2 Основные показатели долговечности.
- •4.3 Задание требований к гамма-процентному сроку службы
- •4.4 Задание гамма-процентных ресурсов.
- •Относительно r1, r2, при заданных значениях , b1, b2, c1, c2, t.
- •4.5 Экспертно-факторный подход к оценке и прогнозированию долговечности организационно-технических систем и их элементов.
- •Метод определения оптимальных сроков службы отс с учетом характера их применения
- •4.7 Оценка сроков службы объектов с учетом физического и морального износа
- •Раздел 5. Ремонтопригодность
- •5.1 Показатели ремонтопригодности
- •5.2Организацияпоиска и устранения дефектов, неисправностей и отказов
- •6. Сохраняемость
- •6.1 Анализ факторов, влияющих на сохраняемость объектов
- •6.2 Консервация объектов
- •6.3 Периодичность проверок объектов при хранении
- •6.4 Контроль и поддержание температурно-влажностного режима в хранилищах
- •6.5. Особенности хранения крупногабаритных элементов комплексов летательных аппаратов.
- •6.6. Предотвращение смятия баков ракет-носителей внешним избыточным давлением.
- •6.7. Особенности сохраняемости крупногабаритных элементов ракетно-космической техники при перевозках железнодорожным транспортом.
- •6.8 Определение показателей безотказности объектов в переменном режиме. Физический принцип надежности н.М. Седякина.
- •Раздел 7. Определение показателей надежности элементов организационно-технических систем на основе методов теории стохастической индикации.
- •7.1 Основы теории стохастической индикации
- •7.2 Физическая природа стохастических индикаторов.
- •7.3 Методы определения показателей надежности на основе методов стохастической индикации.
- •7.4 Графический метод построения функций распределения ,стохастических индикаторов.
- •7.5. Построение функций распределения и стохастических индикаторов.
- •Часть 2. Пути и методы повышения надежности организационно-технических систем и их элементов
- •Раздел 8. Техническое обслуживание объектов
- •8.1 Назначение и содержание технического обслуживания.
- •8.2 Системы то и принципы их выбора.
- •Раздел 9. Надежность систем и объектов с резервированием
- •9.1 Виды резервирования
- •9.2. Показатели надежности устройств с постоянным нагруженным резервом
- •Раздел 10. Расчет надежности организационно-технических систем и их элементов……….……….……….……….……….…………………... 9
- •Раздел 10. Расчет надежности ремонтируемых организационно-технических систем 246
- •9.3. Показатели надежности при резервировании с ненагруженным резервом
- •9.4. Сопоставление общего и раздельного резервирования
- •9.5. Скользящее резервирование
- •9.6. Резервирование с применением мажоритарного элемента
- •9.7. Резервирование элементов, отказывающих по причине обрыва или короткого замыкания
- •9.8. Метод свертки
- •9.9. Логико-вероятностный метод
- •9.10. Оценка надёжности мостиковых структур методом перебора.
- •Раздел 10. Расчет надежности ремонтируемых организационно-технических систем
- •10.1. Расчет надежности ремонтируемых организационно-технических систем
- •Вычисление функций готовности и простоя нерезервированных систем
- •10.2 Особенности расчёта надёжности резервированных восстанавливаемых систем.
- •10.3. Примеры расчётов надёжности восстанавливаемых систем.
- •10.4 Определение надежности с учетом восстанавливаемости и числа запасных элементов
- •Раздел 11. Определение необходимого числа запасных элементов
- •11.1. Оптимальное соотношение между надежностью и стоимостью
- •11.2. Определение гарантированного числа запасных элементов
- •11.3. Оптимальное резервирование
- •11.4. Алгоритмы оптимального резервирования
- •11.5. Применение резервирования в системах наведения и управления летательных аппаратов
- •Раздел 12. Испытания организационно-технических систем и их элементов
- •12.1. Планы испытаний
- •12.2 Оценка показателей надежности по результатам испытаний.
- •12.2.1 Испытания на надежность элементов объектов в составе организационно-технических систем
- •12.2.2.Общие методы оценки показателей надёжности по результатам испытаний
- •Эмпирическая функция распределения и гистограмма результатов испытаний
- •Метод проверки гипотез о законах распределения.
- •Графические методы.
- •Метод максимального правдоподобия.
- •Метод квантилей.
- •12.2.3 Интервальные оценки показателей надёжности.
- •Определение доверительного интервала для средней наработки на отказ
- •12.2.4 Контрольные испытания.
- •Контроль по методу однократной выборки.
- •12.3 Обеспечение надежности объектов ркт в процессе опытной отработки.
- •12.3.1. Логико-вероятностная модель процесса отработки.
- •12.3.2 Определение числа доработок для обеспечения требуемого значения показателя надежности.
- •12.4 Оптимизация программы испытаний сложных объектов по стоимости
- •12.5 Краткая характеристика жизненного цикла сложных технических объектов.
- •12.6.Изменение надёжности летательного аппарата при его отработке в составе организационно-технической системы
- •Раздел 13. Общие вопросы технической диагностики
- •13.1 Основные понятия и определения
- •13.2Поиск и устранение неисправностей (отказов)
- •13.3. Методы поиска неисправностей (отказов) и обуславливающих их дефектов.
- •13.3.1 Условия работоспособности объектов. Контроль работоспособности.
- •13.3.2. Методы обнаружения дефектов
- •13.4 Критерии оптимальности процесса поиска неисправностей
- •Алгоритм поиска дефектов
- •13.5. Методы построения алгоритмов поиска дефектов
- •13.6 Поиск неисправных элементов методом групповых проверок
- •13.7. Поиск отказавших элементов на основе чисел Фибаначи и золотой пропорции.
- •Раздел 14. Обеспечение надежности систем «человек-машина» в организационно-технических системах
- •14.1 Виды совместимости среды и системы «человек-машина»
- •14.2 Методология исследования систем «человек – машина»
- •14.3 Организация рабочих мест
- •14.4 Выбор положения работающего
- •14.5 Пространственная компоновка рабочего места
- •14.6 Размерные характеристики рабочего места (боевого поста)
- •14.7 Взаимное расположение рабочих мест
- •14.8 Размещение технологической и организационной оснастки
- •14.9 Обзор и наблюдение за технологическим процессом
- •Раздел 15. Управление надежностью
- •Раздел 16. Информационное обеспечение программ обеспечения надежности
- •Заключение
- •Библиографический список.
12.3 Обеспечение надежности объектов ркт в процессе опытной отработки.
12.3.1. Логико-вероятностная модель процесса отработки.
В настоящее время при создании новых образцов техники различают периоды разработки, производства и эксплуатации (см. рис. 1.1). Первые два периода объединяются понятием "создание системы объекта" (например, создание системы летательного аппарата). Процесс разработки состоит из ряда этапов: формирование тактико-технического задания (ТТЗ), эскизного проектирования, наземной и летательной отработки. Часто первые два этапа называют периодом проектирования объекта, а последние два – опытной отработкой [1-5].
Отработкой называется процесс внесения доработок.
Доработкой называется внесение изменений в конструкцию объекта или технологию его производства, при любых отклонениях объекта от требований конструкторской при эксплуатационной документации при испытаниях после наступления отказа с целью ликвидации причин их возникновения.
Отработка объектов происходит и осуществляется в процессе испытаний.
Испытания– экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при его функционировании, при моделировании объекта и (или) воздействий [10]. Составной частью испытания является технический контроль.
Технический контроль(контроль)– проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям [9].
Испытания на надежность– испытания, проводимые для определения показателей надежности в заданных условиях.
Таким образом, по смыслу причина отказа или любого отклонения от требований нормативно-технической или конструкторской документации устраняется проведением доработки конструкции, электрической схемы объекта, технологии производства и ремонта, эксплуатационной документации и программно-математического обеспечения. Поэтому после успешного проведения доработки устраняемый ею отказ или указание выше отклонения уже не возникает, что особенно характерно для программных продуктов.
Процесс внесения доработок (процесс отработки), обеспечивающий рост показателя надежности (безотказности) сложных объектов является аналогом различных моделей обучения. В частности, хорошо известна модель обучения мыши в Т-образном лабиринте (так называемая мышь Шеннона) [12-15]. При этой модели возникает задача количественной оценки закрепления какой-либо реакции мыши при многократном повторении опытов, в ходе которых желаемое поведение стимулируется. В этом случае мышь пускают по Т-образному лабиринту, в котором мышь может пойти налево или направо. Если, например, в левой части лабиринта мышь получает корм, то постепенно от опыта к опыту вероятность выбора мышью левого направления будет возрастать. При этом возникает задача отыскания аналитической зависимости, характеризующей обучаемость, например, вероятность поворота мыши налево.
В формализованном виде такой процесс обучения напоминает ход испытаний объекта, который за счет доработок как бы "учится" высокой надежности. При этом предполагается, что рост надежности (безотказности) объекта при испытаниях есть бесконечный процесс, в ходе которого показатель безотказности объекта стремится к единице , гдеi– номер испытания.
Пусть P(i)есть вероятность успешного проведения доработки или вероятность правильного ответа при единичномi-м испытании. Тогда вероятность того, что при проведенииq i-го испытания доработка не будет успешной или вероятность неправильного ответа (при обучении) составитq(i)=1-P(i). В общем случае каждая доработка увеличивает, уменьшает или оставляет неизменно надежность, так как причина отказов и меры их устранения в силу воздействия большого числа опытных факторов устанавливаются недостоверно. В общем случае предполагается деление результата доработки на две части: эффективную и негативную. Поэтому после испытания могут быть два исхода: проведение или отсутствие доработки. Соответственно приращения надежности за счет доработок после успешного испытания или после отказа будут неодинаковы. Все это обусловливает ветвящуюся структуру процесса отработки.
Если доработки объекта проводятся в конце каждого испытания и закон этой доработки известен, то
(12.37)
где x– показатель или параметр характеризующей работоспособность объекта. При этом испытания нумеруются числами 0, 1, 2, ….
Таким образом, рост показателя надёжности при проведении доработок определяется наличием у испытателей и разработчиков информации о виде зависимости (12.37).
Пусть есть вероятность успеха испытания (правильного ответа при испытании). В этом случае при реализации процесса (12.37) вероятностьнепрерывно возрастает. Тогда вероятностьq(i)=1-P(i) есть вероятность отказа при испытании с номеромi.Эта вероятность непрерывно убывает.
Процесс отработки (12.37) является рекуррентным, поэтому из произвольного события этого процесса можно выделить исход (успех или отказ) и следствие (проведение или отсутствие доработки). Такое деление можно рассматривать как логическую основу этого процесса. Поэтому после любого испытания могут быть два несовместимых следствия: проведение или отсутствие доработки. Соответственно и приращения надёжности за счёт доработок после успеха или после отказа в общем случае неодинаковы и образуют ветвящийся процесс.
Для того, чтобы построить зависимости изменения надежности (безотказности) объекта от доработок необходимо создать модель роста надежности. В настоящее время получили распространение линейные модели роста надежности, поскольку они достаточно просты и имеют ясное логическое обоснование [1-5].
В линейных моделях предполагается, что с каждым новым испытанием вероятности убывают, причем коэффициент убывания остается постоянным для всех испытаний. Это означает существование такой константы, что зависимость (12.37) принимает вид
(12.38)
Постоянная E называется первым параметром модели и характеризует скорость снижения ненадежности и роста надежности. Согласно прогнозу из модели (12.2) следует
(12.39)
откуда при i=0 q(0)=q0.Величинаq0является вторым параметром модели.
Параметры E иq0 характеризуют случайный процесс изменения (роста) надежности при доработках, то есть процесс отработки объекта.
Линейные модели (12.37), (12.38) учитывают как возможность повышения, так и снижения достигнутой надежности, а также тот факт, что с ростом надежности ее повышение становится более трудным. Эти модели просты и дают ясное логическое обоснование. Линейные зависимости (12.37), (12.38) приводят к нелинейному изменению функции P(i), поскольку с увеличениемP(i)ее приращениясущественно уменьшаются.
При отработке объектов высших уровней (см. рис.1.1) в каждом испытании при отработке участвует, как правило, один образец. Это приводит к тому, что изменение надежности объекта в ходе отработки отражается одной реализацией случайного ветвящегося процесса. Если отработка проведена и нужно оценить ее ход, то используется модель, отражающая реализацию процесса P(i), а если необходимо прогнозировать ход процесса отработки, то удобнее всего использовать модель его математического ожиданияM[P(i)].
Математически рассмотренная линейная модель может быть описана следующим образом. Так, из рекуррентного соотношения (12.37) следует
(12.40)
Выражение (12.4) есть линейное неоднородное уравнение первого порядка в конечных разностях. Оно характеризует динамику отработки объекта в процессе испытаний. Непрерывным аналогом этого уравнения является дифференциальное уравнение:
(12.41)
Знак «минус» в правой части выражения (12.41) свидетельствует о снижении надежности объекта в ходе отработки.
Интегрирование выражения (12.41) приводит к следующему результату:
(12.42)
откуда
(12.43)
Использование выражений позволяет перейти от уравнения снижения ненадежности (вероятности отказа) к уравнению роста надежности объекта при отработке. Тогда из уравнения (12.43) следует
. (12.44)
Полученное уравнение (12.44) является уравнением отработки объекта с учетом того, что доработки проводятся при каждом испытании, а в ходе отработки происходит устранение одной причины отказа. Однако доработки проводятся не после каждого испытания и определенным образом располагаются по числовой оси i.
Пусть при проведении n испытаний было равномерно выполненоотработок. В этом случае номер доработкиi связан с номером испытанияj формулой:
(12.45)
Подобная линейная зависимость i(j) позволяет свести модель (12.44) к выражению
(12.46)
Использование формулы (12.46) означает, что частота устранения причин отказов доработками определяется отношением и является аналогом вероятностиE, характеризующей вероятностьEуспешного проведения доработки. Тогда выражение (12.46) может быть записано в виде
(12.47)