Структурные схемы надежности

Надежность систем графически можно изобразить с помощью структурной схемы надежности. Отдельные блоки этой схемы соответствуют элементам системы, в которых может произойти отказ. Блоки последовательной системы соединяются последовательно (порядок соединения может быть выбран произвольно), блоки параллельной системы – параллельно.

На рис.1.4 представлена структурная схема надежности последовательной системы. Если на вход такой схемы подать сигнал и условно предположить, что исправные элементы пропускают его, а неисправные – нет, то на выход схемы входной сигнал пройдет только в случае безотказной работы всех элементов системы. Вероятность безотказной работы данной системы равна: Р=Р(А₁·А₂·...· А_n), где А₁, А₂,... А_n – события, заключающиеся в безотказной работе соответствующего элемента системы. Если безотказная работа одного элемента не влияет на вероятность безотказной работы другого элемента, то

Р=P₁·P₂ ·...·P_n,

где P₁, P₂, ...P_n – вероятности безотказной работы соответствующего элемента системы.

Рис. 1.4. Структурная схема надежности последовательной системы

Рис. 1.5. Структурная схема надежности параллельной системы

На рис.1.5 представлена структурная схема надежности параллельной системы. Вероятность безотказной работы данной системы равна: Р=1-(1- P₁)∙(1- P₂)∙...∙(1- P_n).

На рис. 1.6 представлена структурная схема надежности системы типа “2 из 5”. Эта система работоспособна, если из пяти её элементов работают любые два, три, четыре или все пять (на схеме пунктиром обведены функционально необходимые два элемента, причем выделение элементов 1 и 2 выполнено произвольно, в действительности все пять элементов равнозначны).

Рис. 1.6. Структурная схема надежности системы типа “2 из 5”

На рис.1.7 представлена структурная схема надежности мостиковой системы. Работоспособность этой системы будет утрачена при одновременном отказе элементов (1 и 2) или (4 и 5) или (2, 3 и 4) и т.д.. В то же время отказ элементов (1 и 5) или (2 и 4) или (1, 3 и 4) или (2, 3 и 5) к отказу системы не приводит.

Рис. 1.7. Структурная схема надежности мостиковой системы

На рис.1.8 представлена структурная схема надежности комбинированной системы. Вероятность безотказной работы данной системы равна:

Р=Р((А₁+А₂+А₃)·А₄)=(1–(1–Р(А₁))(1–Р(А₂))(1–Р(А₃))) Р(А₄).

Рис. 1.8. Структурная схема надежности комбинированной системы

Прогнозирование надежности

Прогнозирование надежности технического объекта – это научное направление, изучающее методы предсказания технического состояния объекта при воздействии на него заданных факторов.

Прогнозирование применяется для определения остаточного ресурса систем, их технического состояния, числа ремонтов и технических обслуживаний, расхода запасных частей и решения других задач в области надежности.

Прогнозирование показателей надежности может производиться по разнообразным параметрам (например, по усталостной прочности, динамике процесса изнашивания, по виброакустическим параметрам, содержанию элементов износа в масле, по стоимости и трудовым затратам и т.д.).

Современные методы прогнозирования подразделяют на три основные группы.

1. Методы экспертных оценок, сущность которых сводится к обобщению, статистической обработке и анализу мнений специалистов. Последние обосновывают свою точку зрения, используя информацию об аналогичных объектах и анализируя состояние конкретных объектов.

2. Методы моделирования, базирующиеся на основных положениях теории подобия. Эти методы заключаются в формировании модели объекта исследования, проведении экспериментальных исследований модели и в пересчете полученных значений с модели на натуральный объект. Например, путем проведения ускоренных испытаний сначала определяют долговечность изделия в форсированных (жестких) условиях эксплуатации, а затем с помощью соответствующих формул и графиков определяется долговечность в реальных условиях эксплуатации.

3. Статистические методы, из которых наибольшее применение находит метод экстраполяции. В его основе лежат закономерности изменения прогнозируемых параметров во времени. Для описания этих закономерностей подбирают по возможности простую аналитическую функцию с минимальным числом переменных.

Так, путем статистической обработки определяют параметр, который служит диагностическим признаком технического состояния двигателя, например, прорыв картерных газов или расход масла. По этому параметру прогнозируется остаточный ресурс. При этом следует учитывать, что действительный ресурс может колебаться вокруг полученной величины.

Основными причинами неточного прогнозирования являются недостаточная полнота, достоверность и однородность информации (однородной называется информация об одинаковых изделиях, эксплуатируемых в одинаковых условиях), низкая квалификация прогнозиста.

Эффективность прогнозирования устанавливают по изменению показателя надежности в результате внедрения рекомендованных средств ее повышения.