СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение в надежность……………………………………………………

2. Надежность технических элементов……………………………………..

2.1. Основные понятия и определения…………………………………

Технический элемент и система…………………………………..

Модель элемента…………………………………………………...

Работоспособность и отказ элемента……………………………..

Классификация отказов элементов……………………………….

Режимы функционирования элементов…………………………..

2.2. Функциональные показатели надежности………………………..

Функция ненадежности элемента…………………………………

Функция надежности элемента……………………………………

Плотность вероятности элемента…………………………………

Функция интенсивности отказов элемента………………………

2.3. Числовые показатели надежности…………………………………

Средняя наработка до отказа элемента…………………………...

Дисперсия наработки для отказа………………………………….

Гамма-ресурс надежности…………………………………………

Вероятность безотказной работы в заданные моменты времени.

2.4. Основные законы распределения………………………………….

Распределение Вейбуллла………………………………………….

Экспоненциальное распределение………………………………..

Распределение Релея……………………………………………….

Нормальное распределение……………………………………….

Усеченное нормальное распределение…………………………...

Суперпозиция экспоненциальных распределений………………

2.5. Ремонтопригодность технических элементов……………………

Основные понятия…………………………………………………

Функциональные показатели ремонтопригодности……………..

Числовые показатели ремонтопригодности……………………...

Экспоненциальное распределение вероятности восстановления.

Комплексные показатели надежности……………………………

2.6. Определение показателей надежности по результатам испытаний.

Определительные испытания……………………………………..

Контрольные испытания………………………………………….

Лабораторные испытания элементов……………………………..

Эксплутационные испытания элементов…………………………

3. Надежность технических систем…………………………………………

3.1. Надежность простых технических систем………………………..

Основные понятия и классификация………………………………

Примеры систем…………………………………………………….

Структурные надежностные схемы систем……………………….

Надежность нерезервированных систем………………………….

Классификация резервированных систем…………………………

Сравнительный анализ систем с разным резервом………………

Надежность систем с нагруженным резервом……………………

3.2. Расчет надежности локальных технических систем……………..

Расчет надежности системы с двумя нагруженными элементами

Расчет надежности системы с тремя нагруженными элементами

Расчет надежности системы с групповым нагруженным резервом

Расчет надежности системы с индивидуальным нагруженным резервом

Анализ эффективности группового и индивидуального резервирования

Расчет надежности мостиковой схемы……………………………

Анализ эффективности резервирования систем с отказами разного типа

Расчет надежности мажоритарных систем………………………..

Чувствительность локальных технических систем………………

3.3. Надежностный синтез технических систем………………………

Анализ задачи надежностного синтеза……………………………

Постановка задач надежностного синтеза………………………...

Алгоритм надежностного синтеза локальной системы…………..

3.4. Надежность сложной системы…………………………………….

Модель сложной системы………………………………………….

Эффективность функционирования сложной системы…………..

Определение вероятностей состояний системы………………….

Анализ задачи оценивания технической эффективности………..

Анализ размерности задачи оценивания эффективности………..

Понижение размерности задачи оценивания эффективности…..

4. Надежность программного обеспечения…………………………………

4.1. Общие сведения о программном обеспечении…………………...

Жизненный цикл программного обеспечения……………………

Показатели надежности программы и программного обеспечения

4.2. Понятие работоспособности и отказа программы……………….

Понятие ошибки программы………………………………………

Классификация программных ошибок……………………………

Модель ошибки сертифицированного ПО……………………….

Модели поведения ошибок функционирующего ПО……………

Функциональные и числовые характеристики надежности ПО..

4.3. Повышение надежности программного обеспечения……………

Повышение надежности программ……………………………….

Повышение надежности ПО путем резервирования…………….

5. Литература………………………………………………………………….139

1. Введение в надежность

Используемые в быту, технике и технологиях всевозможные объекты (предметы, устройства, программы, …) создаются для выполнения заранее установленных функций (действий, задач, обязанностей, ...)  в определенных или “нормальных” условиях эксплуатации.

Объект считается работоспособным (исправным), если он выполняет все свои функции в данный момент времени при нормальных условиях эксплуатации.

Объект неработоспособен (неисправен), если не выполняется хотя бы одна из установленных функций.

Переход из работоспособного состояния в неисправное означает отказ (выход из строя) объекта.

Отказы бывают случайными и не случайными. Далее будут изучаться только случайные отказы, наблюдаемые в случайные моменты времени t, 0 t.

Переход объекта из неработоспособного состояния в исправное осуществляется посредством его восстановления или ремонта.

Отрезок времени от включения в работу исправного объекта до его отказа есть время безотказной работы или наработка до отказа. Наработка до отказа - случайная величина Т, принимающая в каждом конкретном "опыте" (т. е. включении объекта в работу) случайные значения  t, 0 t. Величина Т имеет физическую размерность: час, сутки, месяц, число срабатываний дискретного объекта, число циклов работы периодического объекта и т.д.

Длительность восстановления (ремонта) отказавшего объекта есть случайная величина Т^В, принимающая в конкретных обстоятельствах случайные значения t^В, 0 t^В. Длительность восстановления имеет физическую размерность - чаще всего минуты, часы,  сутки и т.д.

Качество проектирования, изготовления и эксплуатации объекта характеризуется его надежностью (наряду с точностью и оптимальностью).

Надежность в узком смысле понимается как свойство объекта оставаться работоспособным на заданном интервале времени, т.е. выполнять установленные функции при определенных условиях эксплуатации.

Свойство надежности объекта косвенно характеризуется поведением случайной величины - наработки до отказа Т. Чем меньшие значения наработок до отказа t имеет объект, тем ниже его надежность и наоборот, чем большие значения наработок до отказа, тем более надежен объект. В общем случае поведение случайной величины Т характеризуется  неслучайными функциональными (законами распределения) и числовыми показателями надежности, а также их статистическими аналогами.

Надежность в широком смысле трактуется как комплексное (векторное) свойство объекта, включающее компоненты:

• безотказность,

• ремонтопригодность,

• долговечность,

• сохраняемость.

Безотказность - свойство объекта непрерывно (без вынужденных перерывов) сохранять работоспособность на заданном интервале времени при “нормальных” условиях эксплуатации. Безотказность эквивалентна надежности в узком смысле и является основной компонентой надежности в широком смысле.

Отображается это свойство в поведении случайной величины Т - наработки до отказа объекта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к обнаружению и устранению отказов, т.е. к восстановлению работоспособности.

Свойство ремонтопригодности косвенно характеризуется поведением случайной величины Т^В - длительности восстановления. В каждом конкретном ремонте величина Т^В принимает случайные значения  t^В, 0 t^В.

Чем большие значения t^В характерны для объекта, тем ниже его ремонтопригодность. Если все t^В близки к нулю, то объект характеризуется "мгновенным" восстановлением, при t^В   - объект не восстанавливаемый.

Долговечность - способность объекта сохранять работоспособность до наступления предельного (критического) состояния при соблюдении установленных планово-предупредительных (профилактических) ремонтов (ППР).

Состояние восстанавливаемого объекта считается предельным, если ремонт и последующая эксплуатация объекта невозможны из-за его физического износа (старения).

Программно-технические средства автоматизации обладают хорошей ремонтопригодностью, достаточно длительным сроком эксплуатации и относительно быстрым моральным старением. Поэтому технические средства автоматизации (ТСА) и, особенно, ПСА – программные средства автоматизации - не достигают, как правило, предельного состояния, а свойство и показатели долговечности оказываются не актуальными для средств автоматизации и далее не рассматриваются.

Сохраняемость - свойство объекта оставаться работоспособным и ремонтопригодным при его транспортировке и хранении.

Технические, программные и программно-технические средства автоматизации относятся к классу малогабаритных и дефицитных объектов, т.е. допускают удобную и безопасную транспортировку и не хранятся длительное время на складах. Поэтому свойство сохраняемости и соответствующие показатели сохраняемости не актуальны для технических и, особенно, программных средств автоматизации и ниже не рассматриваются.

Таким образом, в предлагаемом курсе излагаются теоретические аспекты надежности – безотказности и ремонтопригодности, базирующиеся на теории вероятностей и математической статистике.