Методы обеспечения надежности задачи обеспечения надежности

Вид материала

Документы

Содержание Выбор состава показателей Формулировка требований 1. Показатели надежности функций. Описание безотказности и ремонтопригодности по H-функциям. 1. Проектная оценка надежности. На начальных стадиях КТС и персонала 2. Экспериментальная оценка надежности 3.2. Резервирование и контроль как средства Функциональное резервирование Временное резервирование Раздельное резервирование Резервирование замещением Скользящее резервирование 1. Классификация видов контроля. Программный контроль Аппаратурный контроль 3.3. Организация технического обслуживания КТС. 1. Профилактическое обслуживание технических средств. 1.1. Контролируемые параметры при регламентном обслуживании. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Повышение надежности программного обеспечения ядерных радиационно-опасных объектов, 223.97kb.
• Учебная программа по дисциплине надежность информационных систем краснобаев, 44.62kb.
• Изложение основных понятий, терминов и определений, используемых при оценке показателей, 19.72kb.
• Метрология и качество программного обеспечения, 39.54kb.
• Финансовая газета. Региональный выпуск. Март. №10, 2007, стр. 15. Кодирование информации, 149.43kb.
• Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «Теория надежности», 8-й семестр, 2011, 20.46kb.
• Итоги работ по диагностике электрооборудования схемы выдачи мощности аэс, рекомендации, 7.77kb.
• Всероссийская научно-практическая конференция «Повышение надежности и эффективности, 30kb.
• Интервальный метод оценки надежности подстанций, 115.06kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины разработка и стандартизация программных средств, 362.73kb.

3. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

3.1. Задачи обеспечения надежности

3.1.1. Особенности ЧМС, влияющие на обеспечение надежности

Обеспечение необходимого уровня надежности системы требует решения специального комплекса задач на этапах разработки системы, изготовления КТС, профотбора, подготовки персонала и эксплуатации системы. При решении задач, связанных с обеспечением заданного уровня надежности ЧМС необходимо учитывать следующие особенности:

1) каждая система является многофункциональной, функции имеют различную значимость и, соответственно, характеризуются разным уровнем требований к надежности их выполнения;

2) во многих системах возможно возникновение исключительных (аварийных), критических ситуаций, представляющих сочетание отказов и ошибок функционирования системы и способных привести к значительным нарушениям функционирования объекта управления или авариям;

3) в функционировании системы принимают участие различные виды ее обеспечения и персонал, которые также влияют на ее надежность;

4) в состав каждой системы входит большое количество разнородных элементов: технических, программных, информационных, эргатических (человеко-машинных) и др., при этом в выполнении одной функции системы обычно участвуют несколько различных элементов, а один и тот же элемент может участвовать в выполнении нескольких функций системы.

3.1.2. Факторы, влияющие на уровень надежности системы

Уровень надежности системы зависит от надежности и других свойств КТС (технического обеспечения), программного обеспечения (ПО) и персонала системы. Факторами, влияющими на уровень надежности системы, являются:

- состав и уровень надежности КТС, взаимосвязи между элементами комплекса в его надежностной структуре;

- состав и уровень надежности используемого ПО, его содержание (возможности) и взаимосвязи;

- уровень квалификации персонала, организации его трудовой деятельности и уровня надежности (безошибочности, быстродействия и ритмичности) выполнения единиц деятельности;

- рациональность распределения функций управления, выполняемых системой, между КТС, программным обеспечением и персоналом, т.е. уровень автоматизации обработки информации и управления;

- режимы, параметры и организационные формы эксплуатации КТС;

- степень использования различных видов резервирования;

- степень использования методов и средств технической диагностики;

- реальные условия (среда), в которых функционирует система.

Свойства информационного, математического, лингвистического, методического и др. обеспечений влияют на надежность системы косвенно, через функционирование КТС и ПО, а также через деятельность персонала.

3.1.3. Общие положения обеспечения надежности

1. Поскольку с позиций обеспечения надежности наиболее критичными являются аварийные ситуации, то перечень аварийных ситуаций, по которым задаются требования к надежности должен составлять заказчик (пользователь) системы по согласованию с разработчиками. Этот перечень вносится в техническое задание (ТЗ) на систему с указанием, при каких условиях эксплуатации рассматривают возникновение каждой из выделенных аварийных ситуаций. Аварийные ситуации в системе могут возникать в условиях нормального ее функционирования, а также вследствие воздействия на систему внешних факторов: отключение питания, вибрации, нагрев, радиация и т.д.

В каждой аварийной ситуации система должна выполнять возложенные на нее функции, поэтому количественное описание, оценка, анализ и выбор мер обеспечения надежности должны проводиться по каждой функции, которые делятся на простые и составные. Перечень функций системы и видов их отказов в нормальных и аварийных ситуациях, по которым задаются требования к надежности конкретной системы, а также критерии этих отказов устанавливает заказчик по согласованию с разработчиком и вносит их в ТЗ на систему. Для установления критериев отказов необходимо определить перечень признаков (качественных и количественных), по которым может быть обнаружен факт возникновения каждого отказа. Если для некоторой функции системы определено несколько видов отказов, существенно различающихся по причинам возникновения или по вызываемым ими последствиям, то показатели надежности (безотказности и ремонтопригодности) задаются по этой функции отдельно по каждому виду отказов.

2. Совокупность технических, программных и эргатических элементов, выделяемая из системы по признаку выполнения некоторой i-ой функции, образует i-ую функциональную подсистему. Анализ надежности целесообразно проводить по каждой функциональной подсистеме в отдельности с учетом надежности и других свойств, входящих в нее технических, программных и эргатических элементов.

При анализе надежности ЧМС необходимо учитывать, что эргатические элементы, входящие в функциональную подсистему в процессе выполнения функции, взаимодействуют между собой с целью взаимной компенсации некоторых нарушений нормальной работы, предотвращая переход этих нарушений в отказы, либо сводя к минимуму их неблагоприятные последствия.

3. При анализе надежности следует решать четыре основные задачи:

1). Выбор состава показателей надежности системы на основе установленных ТЗ перечня функций, перечня видов их отказов и перечня аварийных ситуаций, по которым регламентируются требования к надежности.

2). Формулировка требований к надежности системы путем установления численных значений выбранных показателей надежности на основе определенных критериев и анализа влияния отказов системы на эффективность её функционирования, а также затрат, связанных с обеспечением надежности.

3). Оценка надежности системы по функциям и по аварийным ситуациям с использованием аналитических методов, методов вероятностного моделирования, экспертных и экспериментальных методов.

4). Обеспечение надежности разрабатываемой (модернизируемой) системы, реализуемое в виде "Программы обеспечения надежности" (ПОН).

3.1.4. Выбор состава показателей надежности

Выбор состава показателей надежности системы производится для того чтобы характеризовать: как надежность реализации функций системы, так и опасность возникновения в системе аварийных ситуаций.


1. Показатели надежности функций.

Все функции, выполняемые системой, могут быть подразделены на непрерывно-выполняемые (H-функции) и дискретно-выполняемые (D-функции).

Описание надежности по функциям может осуществляться как с помощью единичных показателей, так и с помощью комплексных показателей.

Описание безотказности и ремонтопригодности по H-функциям.

1). Основные единичные показатели безотказности:

- средняя наработка системы на отказ в выполнении i-й функции (средняя наработка на отказ i-й функциональной подсистемы) - ;

- вероятность безотказного выполнения системой i-й функции (вероятность безотказной работы i-й подсистемы) в течение времени  - P_i().

2). Основные единичные показатели ремонтопригодности:

- среднее время восстановления способности системы к выполнению i-й функции после отказа - ;

- вероятность восстановления в течение заданного времени t способности системы к выполнению i-й функции после отказа - F_вi().

3). Комплексные показатели безотказности и ремонтопригодности:

- коэффициент готовности системы к выполнению i-й функции – K_Гi;

- коэффициент технического использования по i-й функции - K_ТИi;

- коэффициент сохранения эффективности по i-й функции - K_ЭФi .

Описание безотказности и ремонтопригодности по D-функциям.

Основной комплексный показатель безотказности и ремонтопригодности системы используют вероятность успешного выполнения i-й D-функции - Li.

2. Показатели надежности по аварийным ситуациям

1) средняя наработка системы до возникновения в ней j-й аварийной ситуации при нормальных условиях функционирования - ;

2) вероятность возникновения в системе j-й аварийной ситуации в течение заданного времени t при нормальных условиях функционирования - Q_j();

3) вероятность возникновения в системе j-й аварийной ситуации в результате воздействия S-го экстремального фактора Ф_s - Q_j(Ф_s).

3. Показатели долговечности.

Основными единичными показателями долговечности являются:

1) средний ресурс i-й подсистемы (системы в целом) - ;

2) средний срок службы i-й подсистемы (системы в целом) - .

3.1.5. Формулировка требований к надежности

Исходные данные для обоснования требований к надежности системы:

- виды и критерии отказов по всем рассматриваемым функциям;

- уровень эффективности по всем функциям и величины ущербов по всем видам отказов;

- состав элементов, участвующих в выполнении каждой функции;

- пути повышения надежности и связанные с ними затраты;

- величины ущербов, связанных с возникновением аварийных ситуаций;

- возможные пути снижения опасности возникновения аварийных ситуаций и связанные с ними затраты.

Требования к надежности системы определяются путем сопоставления потерь, связанных с отказами в выполнении функций и возникновением аварийных ситуаций, и затрат, связанных с повышением надежности системы.

Требования формируются путем установления числовых значений выбранным показателям надежности на основе критериев. Введение показателей безотказности и ремонтопригодности обязательно, а показатели долговечности вводятся в случаях, если по условиям функционирования системы ремонт или замена некоторых технических средств невозможна без капитального или среднего ремонта или без реконструкции системы.

3.1.6. Оценка надежности системы

Оценка надежности, т.е. сравнение требуемых значений показателей с достигнутыми, должна проводиться как на стадиях создания системы, так и при ее эксплуатации. Поэтому при разработке системы проводится проектная оценка, а при опытной и промышленной эксплуатации - экспериментальная. Обязательно проводится оценка надежности КТС, а при необходимости оценивают надежность ПО и деятельности персонала, что устанавливается ТЗ.

1. Проектная оценка надежности.

Проектная оценка надежности в зависимости от особенностей и стадии создания системы проводится с учетом свойств: - только КТС; - КТС и ПО; - КТС и персонала; - КТС, ПО и персонала.

На начальных стадиях разработки проводится ориентировочная оценка надежности с целью выбора состава и структуры КТС системы.

Проектная ориентировочная оценка надежности системы с учетом КТС и персонала проводится с целью определения целесообразного уровня автоматизации управления на каждом АРМ путем распределения функций между персоналом и автоматическими устройствами управления КТС в выполнении каждой функции системы. Проектная оценка надежности системы с учетом КТС и ПО производится на стадии разработки технического проекта для уточнения состава и структуры КТС и выбора способов повышения надежности функционирования КТС и ПО. Проектная оценка надежности системы с учетом КТС, ПО и персонала выполняется на стадии рабочего проектирования для окончательного выбора состава и структуры КТС, состава и структуры программного обеспечения, состава и структуры задач персонала, а также для окончательного определения взаимодействия КТС, ПО и персонала в реализации функций системы.

2. Экспериментальная оценка надежности

Экспериментальная оценка надежности системы проводится: - путем организации и проведения специальных испытаний; - путем сбора и обработки статистических данных о надежности в условиях опытной и промышленной эксплуатации; - расчетно-экспериментальными методами.

3.2. Резервирование и контроль как средства

обеспечения заданного уровня надежности

3.2.1. Основные понятия и определения резервирования

Одним из основных факторов, влияющих на надежность КТС, является резервирование - метод повышения надежности за счет введения избыточности.

Избыточность - дополнительные средства и возможности сверх минимально необходимых для выполнения системой заданной функции.

Резервирование - использование резервных средств вместо отказавших основных. Оно является одним из самых действенных и широко распространенных способов обеспечения надежности системы.

Резервными средствами могут быть:

1). Резервные элементы, включаемые в структуру технических средств.

2). Резервные возможности в выполнении элементом ряда дополнительных функций, а также резервные возможности в выполнении заданных функций, т.е. заданная функция может выполняться с помощью различных средств.

3). Резерв времени, выделяемый для выполнения заданной функции.

4). Резерв информации, применяемый для восстановления используемых данных в случае их искажения или потери.

Резервирование по виду используемых средств может быть структурным, функциональным, временным и информационным.

Структурное резервирование - применяются резервные элементов.

Функциональное резервирование - резервирование, при котором используется способность элементов выполнять дополнительные функции, а также способность выполнять заданную функцию дополнительными средствами.

Временное резервирование - резервирование, при котором используется резервное время для выполнения заданной функции .

Информационное резервирование - резервирование, при котором в качестве резерва используется избыточная резервная информация .

3.2.2. Структурное резервирование

Структурное резервирования является наиболее распространенным, т.к. его физический смысл наиболее понятен разработчику и оно доступнее других.

В состав объекта включается резервный элемент, предназначенный для замены, при необходимости, отказавшего основного. Организация структурного резервирования требует решения достаточно сложных инженерных задач.

Способы реализации структурного резервирования:

1). Общее резервирование - резервируется объект в целом




2). Раздельное резервирование - резервируются отдельные элементы




3). Постоянное резервирование - резервные элементы участвуют в функционировании объекта наравне с остальными




4). Динамическое резервирование - резервирование с перестроением структуры объекта при возникновении отказа его элемента




5). Резервирование замещением - функции основного элемента передаются (после отказа) резервному. Он становится основным и сам имеет резерв.




6). Скользящее резервирование - резервирование, при котором группа основных элементов резервируется одним или несколькими резервными, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент.





Резервный элемент может иметь различную степень нагруженности;

1). Нагруженное резервирование - резервный элемент находится в том же режиме, что и основной.

2). Облегченное резервирование - резервный элемент находится в менее нагруженном режиме, чем основной.

3). Ненагруженное резервирование - резерв не несет нагрузки.

Структурное резервирование применяется не только для того, чтобы повысить безотказность средств ЧМС, но также и для повышения достоверности результатов решения задач обработки данных. Например, две ЭВМ вычислительного комплекса с целью повышения достоверности результатов обработки данных могут одновременно решать одну и ту же задачу. Результат считается верным, если совпадают (с определенной точностью) результаты решения задачи каждой машиной. Такое резервирование называется дублированием. Соединение работающих средств ЧМС может быть и более сложным, чем при дублировании, что позволяет повысить достоверность результатов.

Например, число ЭВМ в системе может быть 3. Результат считается верным, если он совпадает с результатами одновременного решения обработки данных не менее чем 2-х ЭВМ из 3-х. Такое резервирование называют мажоритарным или резервированием по принципу голосования. В данном конкретном случае оно называется мажоритарным резервированием по принципу “2 из 3”.

Таким образом, для повышения безотказности объекта необходимо увеличивать число параллельно работающих элементов, а для увеличения достоверности результатов следует увеличивать число элементов, результаты работы которых должны совпадать. Кроме мажоритарного резервирования по принципу “2 из 3”, могут применяться варианты “3 из 5”, “5 из 7” и т. д.


3.2.3. Другие виды резервирования.

1). При использовании функционального резервирования эффективность работы объекта (системы) в основном и резервном режимах существенно отличается. Поэтому усредненные оценки безотказности недостаточно пригодны. В этом случае целесообразно использовать набор показателей надежности Р(t), Т_О, К_Г для каждого из возможных работоспособных состояний объекта.

2). При временном резервировании на выполнение некоторой единицы функционирования объекта (системы) отводится время t+t_p, где t_р- резервное время. Это время может быть использовано либо для повторения единицы функционирования, либо для диагностики и устранения отказов, что повышает достоверность, но снижает производительность работы системы.

3). Примером информационного резервирования является введение избыточных информационных символов при передаче, обработке и отображении информации на средствах отображения информации индивидуального и коллективного пользования.

3.2.4. Основные понятия и определение контроля

Процесс определения технического состояния объекта (модуля, средства, системы) называют техническим диагностированием. Система может нормально функционировать только при постоянном контроле состояния КТС. Осуществить контроль с помощью некоторого универсального метода невозможно из-за большого разнообразия конструкции элементов системы и их функционального назначения. Создание всегда сопровождается поиском наилучших методов контроля (диагностирования) технического состояния КТС системы и отдельных частей .

1. Классификация видов контроля.

По целевому назначению различают:

1). Контроль работоспособности - контроль с целью определения состояния объекта: работоспособное или неработоспособное.

2). Диагностический контроль - контроль для определения состояния объекта (работоспособен или неработоспособен) и причин неработоспособности.

3). Прогнозирующий контроль - контроль для определения состояния объекта и выявления какие отказы возможны в ближайшее время.

По степени автоматизации различают;

1). Автоматический контроль - контроль, осуществляемый специальными устройствами и программами без вмешательства персонала.

2).Автоматизированный контроль реализуется с помощью персонала.

3). Ручной контроль - контроль, выполняемый персоналом.

По времени различают контроль: периодический или непрерывный.

По полноте выполнения операций - полный и частичный.

По последовательности контрольных операций различают последовательный и параллельный контроли, когда устройства (элементы) объекта контролируются либо последовательно одно за другим, либо одновременно.

По используемым методам контроль бывает прямым и косвенным.

В свою очередь прямой контроль делится на:

1). Программный контроль, основанный на использовании спецпрограмм.

2). Аппаратурный контроль, осуществляемый с помощью специальной контрольной аппаратуры, введенной в структуру объекта.

Программный контроль в свою очередь подразделяется на:

1). Программно - логический контроль - контроль за правильностью функционирования объекта и его частей, реализуемый путем: - повторения операций переработки информации; - повторение пересылки информации; - сравнение получаемых результатов переработки информации с эталонными.

2). Тестовый контроль - контроль для проверки состояние аппаратуры КТС и программ с помощью специально разрабатываемых тестовых программ.

Наиболее распространенные методы аппаратурного контроля:

- числовой контроль по модулю; - кодовый контроль по модулю; - контроль с использованием корректирующих кодов; - аппаратурно - микропрограммный контроль;- мажоритарный контроль;- контроль с использованием шлейфовых каналов; - контроль с использованием контрольных сумм; - контроль, основанный на проверке запрещенных выходных слов и переходов.

Перечисленные методы аппаратурного контроля используются для контроля правильности вычислений, реализуемых ЭВМ.

Выбор вида прямого контроля зависит от их достоинств и недостатков.

Программный контроль:

Достоинства - не требует значительных затрат;- не усложняет состава объекта; - обладает широкими возможностями.

Недостаток - на время контроля прекращается полностью или частично выполнение основных.

Аппаратурный контроль:

Достоинства - реализуется одновременно с выполнением основных функций; - обеспечивает достоверный непрерывный контроль работоспособности, диагностирование и прогнозирование; - результаты контроля позволяют легко устранять неисправности (отказы).

Недостаток - требует значительных затрат на изготовление встроенных средств контроля, увеличивает габариты и массу объекта, усложняет его состав.

Частичный ручной периодический контроль - самый простой и дешевый.

3.2.5. Рекомендации по контролю надежности.

1). Основой разработки системы контроля надежности является системный подход, при котором учитывается многостороннее влияние контроля на характеристики надежности. Контрольные функции реализуются с помощью системы контроля, использующей различные виды, методы и средства.

2). Система контроля должна иметь многоуровневый характер:

- первый уровень - контроль состояния отдельных технических средств;

- второй уровень - контроль выполнения функциональных задач, выполняемых отдельными подсистемами;

- третий уровень - общий контроль КТС с целью получения информации о состоянии КТС и его функционировании, а также управления КТС системы путем перестроения его структуры, подключения резервных средств, вывода отдельных технических средств на профилактику и т. д.


3.3. Организация технического обслуживания КТС.

Организация процесса эксплуатации КТС существенно влияет на его надежность. Основными эксплуатационными факторами, влияющими на надежность КТС системы являются: периодичность и глубина профилактического обслуживания; - достаточность и качество запасных элементов (ЗИП), материалов и инструмента; - полнота и качество инструкций; - достаточность и квалификация обслуживающего персонала, а также качество выполнения им всех требований по эксплуатации; - организация обслуживания.

3.3.1. Профилактическое обслуживание.

Профилактика имеет две основные цели: - предупредить возникновение отказов; - обнаружить такие отказы элементов системы, которые не были обнаружены средствами контроля в процессе эксплуатации.

При организации профилактики необходимо решать вопросы: как часто следует проводить профилактики и что проверять при профилактике.

1. Профилактическое обслуживание технических средств.

Существует три организационных вида обслуживания:

Регламентное - проводится по достижению параметрами обслуживаемого технического средства некоторых значений регламентированных показателей. Этот вид обслуживания применяется в случае известной связи работоспособности и значений некоторых технических параметров средства.

Календарное - проводится в том случае, если главный параметр, определяющий работоспособность это время, в течение которого КТС эксплуатируется или хранится. Профилактические работы проводятся в строго определенные календарные сроки.

Комбинированное - проводится, если работоспособность одновременно связана со значениями параметров средства и с временем использования.

1.1. Контролируемые параметры при регламентном обслуживании.

Выбор контролируемых параметров необходимо начинать с анализа функций, выполняемых техническими средствами. Каждая из функций может контролироваться по набору параметров {P_i}, каждый из которых зависит от состояния одного или нескольких элементов технического средства, т.е., если параметр в пределах нормы, то группа элементов в рабочем состоянии. В технической диагностике разработан комплекс процедур, минимизирующих число контролируемых параметров, отражающих состояния всех контролируемых элементов.

После того как выбрано минимально необходимое число контролируемых параметров с целью обеспечения работоспособности технического средства, необходимо определить время измерения параметров.

1.2. Выбор времени календарного обслуживания.

Время календарного обслуживания выбирается на основе изучения закономерностей отказов. Пусть на основе анализа закономерностей отказов конкретного типа технических средств установлено, что интенсивность отказов ₀ изменяется во времени по следующему закону

Отказы на участке 0 - t₁ носят характер отказов периода приработки, на участке t₁ - t₂ преобладают внезапные отказы (закон распределения времени до отказа - экспоненциальный), на участке от t₂ и далее преобладают отказы износового характера (закон распределения времени до отказа - нормальный). Профилактические работы начнутся после этапа приработки (с момента t₁).

На участке t₁ - t₂, для которого характерно ₀ = const, время профилактики выбирается с учетом того, чтобы вероятность появления отказов q не превышала допустимой q_доп. Для экспоненциального распределения время до отказа определяется соотношением . Отсюда . Поэтому время профилактики (принцип календарного обслуживания) равно

На участке t  t₂, имеет место процесс накопления дефектов. Для выбора времени календарного обслуживания в этом случае, т.е. для варианта, ориентированного на замену технического средства, выработавшего ресурс, предварительно определяется среднее время работы до износового отказа T₀ и его среднеквадратичное отклонение (t). На основе этих величин определяется время календарного обслуживания по формуле t_пр = T₀- n(t), где n - коэффициент, соответствующий заданному q_доп (значение n приводится в таблицах).

2. Правила профилактического обслуживания КТС.

Универсальных рекомендаций по организации планирования профилактики сложных систем нет. В принципе возможны два подхода:

1. остановка на профилактику всей системы в целом.
   

1. остановка на профилактику отдельных технических средств (система может функционировать).
   

Проведение общей профилактики, с одной стороны, снижает обобщенный показатель надежности (коэффициент технического использования) системы, а с другой стороны, повышает надежность, так как восстанавливается работоспособность отказавших изделий, их элементов, а возникновение некоторых отказов предупреждается.

Влияние профилактики на функциональную надежность системы определяется формулой R(t) = K_ти(t) P(t), где R(t) - вероятность выполнения системой заданной функции на интервале времени t; K_ти(t) - коэффициент технического использования системы с учетом проведения профилактики на интервале времени t; P(t) - вероятность выполнения системой заданной функции на интервале t использования системы по назначению, т.е.

t = t_пр+t и K_ти(t) = t/t. Чем меньше t и больше t_пр, тем меньше K_ти(t) и тем больше P(t). Определение значения K_ти(t) не представляет затруднений, т.к. t и t задаются при планировании профилактики. В первом приближении можно принять, что P(t) = exp(-₀ t).

Трудность определения P(t) заключается в том, что ₀ под влиянием профилактики может уменьшаться неоднозначно.

Проведение раздельной профилактики, обеспечивающей непрерывность работы системы в целом, требует создания системы непрерывно-действующего контроля состояния отдельных технических средств, чтобы обеспечить возможность быстрого восстановления работоспособности и сокращение времени профилактики.


3.3.2. Расчет числа запасного имущества и принадлежностей

Для обеспечения нормального функционирования системы необходимо на весь период эксплуатации снабжать их запасным инструментом, принадлежностями, сменными комплектующими изделиями.

Термином ЗИП принято называть запас сменных изделий, материалов, инструментов и принадлежностей для обслуживания технических средств. Аббревиатура ЗИП - запас инструментов и принадлежностей.

Количество запасных частей зависит от ₀, времени пополнения ЗИП - t_п, требуемой его достаточности (допустимой достаточности) - P_д, организации снабжения и восстановления отказов. Очевидно, что чем больше ₀ и P_д, тем больше элементов в ЗИП потребуется при эксплуатации системы.

Степень недостаточности ЗИП измеряется вероятностью того, что число отказавших элементов будет больше числа запасенных элементов, находящихся в ЗИП для замены отказавших. Если в ЗИП имеется, например, два элемента некоторого типа, а вероятность того, что за время t произойдет не больше двух отказов равна 0,1, то это значит, что достаточность ЗИП P_д=0,9, а следовательно, недостаточность равна 0,1. Обычно коэффициент достаточности ЗИП задается равным 0,9 - 0,99.

1. Расчет числа запасных элементов для невосстанавливаемых изделий.

Исходные данные для расчета:

1. интенсивность отказов заменяемых элементов - ₀,
   
2. число заменяемых элементов - N,
   
3. время пополнения ЗИП - t_п,
   
4. вероятность достаточности ЗИП - P_д.
   

Последовательность расчета:

1. Определение суммарной интенсивности отказов .

2. Определение вероятностей того, что за время t_п произойдет i отказов



3. Расчет вероятности того, что число отказов за t_п будет не более m, т.е.

4. Определение вероятности того, что число отказов за t_п будет более m:

Р_m(t_п)= 1 - Р_m(t_п)

5
Пример

Для _  t_п = 3.
. Ранжирование значений вероятностей Р_m(t_п) в порядке их убывания.

6. Выбор необходимого числа запасных элементов, исходя из значения P_нд = 1-P_д и требования Р_m(t_п)P_нд.

2. Расчет числа запасных элементов для восстанавливаемых изделий.

В данном случае t_п=t_рем, т.е. отказавший элемент ремонтируется и поступает на пополнение ЗИП, из которого изъят запасной элемент для замены отказавшего. При этом порядок расчета совпадает с приведенным в п. II.1 и можно пользоваться аналогичной таблицей для получения значения P_>m(t_п=t_рем) по величине _t_п.

3. Проектирование ЗИП сложной системы.

Основной задачей проектирования ЗИП является выбор его структуры. Выбор структуры ЗИП определяется структурой КТС самой системы.

Возможны два подхода к решению задачи выбора ЗИП.

Во-первых создается объединенный ЗИП для некоторых групп технических средств системы, во-вторых, для каждого технического средства создается свой индивидуальный ЗИП.

Первый вариант экономичен, но при его практическом использовании возникают организационные трудности, т.к. приборы и аппаратура поставляются без ЗИП, а поставка ЗИП осуществляется для групп технических средств. Второй вариант упрощает решение организационных вопросов, но приводит к излишкам ЗИП.

Как правило, рациональная структура ЗИП занимает промежуточное положение между названными вариантами.

При этом создаются:

1) объектовый ЗИП для обслуживания всей системы в целом;

2) групповые ЗИП для групп однотипных технических средств;

3) индивидуальные ЗИП для отдельных технических средств.

3.4. Организация обеспечения надежности.

Проблема обеспечения заданного уровня надежности ЧМС зависит не только от того насколько глубоко разработана теория надежности и инженерные методы, но и от того, насколько удачно решены вопросы организации работ по обеспечению надежности.

Чтобы система была надежной, необходимо провести в определенной последовательности комплекс мероприятий на всех этапах ее разработки, изготовления и эксплуатации, с учетом специфики конкретной системы.

Типовая структура процесса обеспечения надежности ЧМС, как правило, должна включать следующие основные этапы:

1. Планирование последовательных исследований, при котором:

1) анализируются требования к системе;

2) изучается объем и характер информации и формы представления;

3) выбирается структура и состав ТС системы;

4) изучаются характеристики надежности технических средств, программного обеспечения и персонала, входящих в систему;

5) в случае необходимости планируются специальные испытания комплектующих с целью проверки характеристик влияющих на надежность.

2. Техническое проектирование системы, включающее:

1) обоснование выбора структуры системы и видов обеспечения;

2) выбор методов контроля за работой и состоянием КТС;

3) обеспечение рабочих режимов элементов в заданных пределах;

4) защита технических средств от воздействий внешних факторов;

5) выбор способов резервирования.

3. Производство и эксплуатация системы, включающие:

1) выбор технологии и программ производственных испытаний;

2) разработка и реализация организации обслуживания системы;

3) обеспечение ЗИП;

4) разработка и реализация организации ремонта;

5) организация сбора информации о надежности в процессе эксплуатации.

Все указанные мероприятия реализуются на основе разрабатываемой ПОН, выполнение которой осуществляется объединенными усилиями многих исполнителей в различные сроки. Для реализации ПОН создаются специальные службы надежности, в основные обязанности которых входят координация действий подразделений, обеспечивающих надежность и методическое и организационное обеспечение выполнения всех работ, предусмотренных ПОН.

Центральное подразделение службы надежности является самостоятельным подразделением, решающим следующие задачи:

1) координация работ всех подразделений по вопросам обеспечения надежности разрабатываемых (НИИ) или выпускаемых (предприятие) изделий, для чего разрабатываются методические материалы, инструкции, планы и руководящие документы, обеспечивающие единство подхода и целенаправленность действий различных подразделений;

2) проведение НИР, связанных с обеспечением надежности и анализом отечественных и зарубежных материалов по вопросам надежности;

3) разработка рекомендаций по повышению надежности разрабатываемых (НИИ) или выпускаемых (предприятие) изделий;

4) организация сбора, обработки и хранения информации;

5) проведение расчетов и моделирования для оценки надежности различных вариантов изделия с целью обоснованного выбора оптимального варианта;

6) разработка методов испытаний на надежность и проведение таких испытаний на стадии отработки опытного образца;

7) контроль за обеспечением надежности и контроль технической документации в части обеспечения надежности.

Система сбора информации о надежности.

Исходными данными для выполнения расчетов и моделирования надежности являются данные о надежности изделий, собранные в процессе испытаний и эксплуатации. Достоверность результатов расчетов и моделирования проверяется испытаниями и эксплуатацией. Информация о надежности, полученная в результате их испытаний и эксплуатации, является обратной связью в системе анализа надежности, т.е. на основании этой информации проводятся доработка изделий и корректируются оценки надежности.

Сбор информации о надежности производится следующим образом:

а) при проведении испытаний заполняют карточки учета неисправностей на каждую неисправность. В карточке фиксируют:

- наименование изделия;

- форму проявления неисправности;

- продолжительность работы до возникновения неисправности (отказа) и условия работы;

- классификацию неисправности (отказа);

- причины неисправности (отказа);

- способ и продолжительность устранения неисправности (отказа);

- дополнительные сведения и предложения.

б) карточки обрабатываются с целью определения наработки на отказ, среднего времени восстановления, причин, приводящих к отказам и т.п.

в) полученные данные используются для совершенствования разрабатываемых изделий, определения объема и состава ЗИП, планирования профилактик, внесения корректив в прогнозные оценки надежности.

Данные о надежности из отдельных организаций (предприятий) отправляются в отраслевые (ведомственные) информационные центры, где анализируются и обобщаются, на основе чего разрабатываются мероприятия по повышению надежности в масштабе отрасли.

Экономические вопросы надежности .

Экономические вопросы имеют важное значение при создании и эксплуатации систем. Например, увеличение времени безотказной работы снижает потери от их простоя, что прямо сказывается на увеличении производительности труда. Чем более ответственные функции выполняет ЧМС, тем большее значение приобретает ее надежность, т.к. потеря работоспособности может привести к авариям и катастрофам, последствия которых и являются определяющими.

При оценке влияния надежности на экономические показатели используют общепринятые показатели экономической эффективности ТС:

1) коэффициент экономической эффективности капвложений;

2) срок окупаемости капитальных вложений;

3) стоимость годового выпуска продукции с учетом надежности;

4) годовая прибыль с учетом надежности.

Наиболее часто решают следующие задачи, непосредственно связанные с влиянием надежности на экономические показатели.

- определение абсолютной экономии от повышения безотказности технических средств;

- определение относительной экономии от использования более надежных технических средств;

- определение экономии от повышения долговечности.

Гарантийные обязательства поставщиков.

Гарантийное обязательство - обязательство поставщика гарантировать в течение установленного срока и наработки соответствие качества поставляемых технических средств стандартам, техническим условиям, образцам и условиям договора и безвозмездно устранять дефекты или заменять дефектную продукцию при соблюдении потребителем (пользователем системы) условий эксплуатации.

Если число отказов будет превышать норму, то поставщик не только безвозмездно восстанавливает работоспособность, но и уплачивает штраф по рекламации - заявлению пользователя поставщику об обнаружении в период гарантийного срока несоответствия качества и (или) комплектности системы установленным требованиям.

Степень ответственности поставщика за поставленную продукцию определяется характером обнаруженных дефектов, которые бывают:

1) производственными - дефекты изготовления;

2) конструктивными - дефекты проектирования.

Существуют гарантийная наработка и гарантийный срок - наработка и срок, в течение которых поставщик берет на себя определенные обязательства по устранению выявленных дефектов и сохранению технических характеристик, в том числе и показателей надежности.


Заключение

Проведен детальный анализ различных подходов к оценке и обеспечению надежности комплекса технических средств. Исследован комплекс разнородных факторов, влияющих на надежность ЧМС с учетом ее специфики.

Рассмотрена специфика и трудности решения ряда основных задач оценки надежности КТС в зависимости от стадии создания или на этапе эксплуатации. Приведен ряд способов, моделей и методов априорной оценки надежности на различных этапах создания КТС. Рассмотрены методы оценки надежности по результатам испытаний как контрольных, так и определительных. Описана специфика оценки методами моделирования.

Подробно изложены основные принципы и особенности обеспечения надежности КТС, непосредственно связанные со спецификой ЧМС. Проведен детальный анализ задач обеспечения надежности.

Освещены вопросы и основные проблемы технической диагностики и контроля. Рассмотрены всевозможные способы резервирования. Проведен детальный анализ вопросов, связанных с организацией технического обслуживания КТС. Приведены основные способы определения численности запасных инструментов и принадлежностей. Описаны принципы формирования требований к надежности и показана необходимость разработки программ обеспечения надежности.