9.5. Принципы расчета надежности при проектировании

Стандартным подходом при проектировании технических систем является обеспечение соответствия их показателей надежности установленным проектным нормам. Проектные же нормы, как правило, устанавливаются с большими коэффициентами запаса прочности. В особенности, когда надежностью системы обеспечивается ее безопасность. В то же время, консервативный подход в обеспечении проектной надежности влечет за собой удорожание технического устройства, что не всегда оправдано. Поэтому проблема проектных расчетов надежности устройств и систем остается актуальной. Исследование надежности начинается уже со стадии НИР, когда в технических требованиях к характеристикам устройства формулируются и обосновываются требования по его надежности. На стадии разработки рабочей конструкторской или проектной документации должен быть проведен уточненный расчет надежности. В испытаниях макетов или опытных образцов показатели надежности определяются экспериментально и по ним вырабатываются меры по повышению (при необходимости) и обеспечению надежности, корректировке КД и др.

На стадии ТЗ должны быть определены требования, имеющие отношение к оценке и обеспечению надёжности устройства или системы. А именно:

• особенности эксплуатации или модель эксплуатации;

• критерии возможных отказов;

• критерии предельных состояний;

• критерии эффективности использования системы;

• номенклатура и значения показателей надежности;

• методы контроля показателей надежности;

• методы обеспечения надежности: конструктивные– резервирование, диагностика, стандартизация и унификация, комплектность ЗИП;производственные – точность и стабильность технологии, обкатка, контроль при производстве;эксплуатационные - техническое обслуживание, ремонт, диагностика и контроль состояния, квалификация персонала, регистрация информации о надёжности и др.

Обоснование норм надежности

При нормировании надежности могут устанавливаться или индивидуальные (для конкретного объекта), или групповые (для группы объектов) показатели. Индивидуальные показатели применяются в целях проверки соответствия изделий требованиям ТД и КД, разработки систем ТО и ремонта. Для этого обычно используются установленный ресурс или установленная наработка до отказа и др. Групповые показатели применяются для расчета номенклатуры и объема ЗИП, структуры и количества оборудования. В этом случае чаще используют такие показатели, как средний срок службы, интенсивность отказов и др. Общие правила задания требований по надёжности описаны в ГОСТ 27.003-90 «Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности».

В общем случае задача обоснования норм надежности сводится к определению уровня надежности объекта, максимально приближенного к оптимальному и удовлетворяющего всем наложенным ограничениям. Под оптимальным обычно понимают такой уровень надежности, при котором суммарные затраты на его обеспечение при разработке, изготовлении и эксплуатации покрываются доходами от применения объекта (его эффективность), а риск неблагоприятных воздействий от повреждения объекта и последствия этого для окружающей среды не превосходят установленных пределов. Оптимальный уровень надежности не является чисто экономическим показателем, так как помимо соображений экономичности и эффективности на объект могут распространяться конструктивные, технологические и другие ограничения.

В упрощенных методах прикидочного расчета надежности принимаются следующие допущения:

• рассматриваются только внезапные отказы;

• закон распределения показателей надежности экспоненциальный и интенсивность отказов величина постоянная;

• все элементы равнонадежны;

• структурная схема надежности эквивалентна последовательному соединению элементов (отказ любого элемента приводит к отказу системы).

Приблизительные расчеты надежности позволяют оценить возможность/невозможность построения системы заданной надежности без дополнительных мер ее повышения.