Введение

Успешное решение задач, связанных с повышением эффективности производства, достигается, в первую очередь за счет повышения надежности эксплуатируемой аппаратуры.

Вопросы обеспечения высокой надежности при конструировании и эксплуатирование аппаратуры всегда уделяется значительное внимание.

Однако эти вопросы не вводятся в самостоятельную область исследования.

Появление в 50-х гг. сложных систем управления привело к тому, что надежности аппаратуры стало определяющим фактором обеспечения эффективного использования этих систем.

Первые работы по вопросу теории надежности в нашей стране были выполнены в 50-е гг. академиками: Бергом А.М. и Брувечем Н.Г.

Выделение надежности в отдельную область знаний вызвано, в первую очередь усложнением и широким развёртыванием радиоэлектрической аппаратуры, аппаратуры связи, визуальное наблюдение за которым невозможно.

Увеличение числа элементов аппаратуре приводило к тому, что при достижении определённого придела аппаратура становилась практически неработоспособной.

Тенденцию роста числа элементов можно проследить на прямом развитии технологий интегральных схем (10-выпускаемое, 10⁶-проектируемое, 10 прогнозируемое)

Какими бы лидо ценными качествами не обладала техника, ели она не надежна, то она не будет иметь существенной эффективности при её эксплуатации. Низкая надёжность не только снижает эффективность, но и приводит к большим экономическим потерям.

Надежность влияет на годовую величину эксплуатированных расходов.

Эксплуатация дороже чем стоимость аппаратуры, так как элементы аппаратуры непременно совершенствуются, а собранный из них системы часто не надежны. Это объясняется тем, что темпы роста сложности аппаратуры значительно опережают темпы роста сложности надёжности её элементов, следовательно, надёжная аппаратура проще и дешевле в эксплуатации и обслуживании.

Исследователями было установлено влияние отдельных факторов на причину отказа. Так 40-45℅ отказов ошибки допущены при проектировании.

20℅ отказов – ошибки, допущенные при производстве

30℅ отказов – ошибки, допущены при эксплуатировании

5-7℅отказов – естественный износ и старение

Как следует из этих данных проектирование, и эксплуатирование является определяющим в вопросе повышения надёжности работы аппаратуры.

Задачи дисциплины.

1.Изучить основные понятия и математические методы теории надежности Элементов и систем.

Проблемы безопасности движения поездов и пути её расширения.

2.Уметь выполнять расчеты надёжности для системы ж.д. автоматов, телемеханики и связи.

3.Иметь представление о проблемах надежности возникших в связи с современными тенденциями развитой микроэлектронной и микропроизводной техники в области ж.д. автоматов, телемеханики и связи.

1.Основные понятия и определения теории надежности

1.1.Основные понятия и определения

Надежность, в общем случае, комплексное свойство, зависящие как от свойств самого изделия так и от разнообразных факторов.

Так как при анализе надежности часто необходимо исследовать различные стороны последней то используются следующее понятие.

Аппаратная надежность - зависит о технического состоянии аппаратуры

Функциональная надёжность – свойство выполнения некоторых функций либо комплекса функций ( прим. Тогда когда изделие выполняет несколько функций)

Надёжность математического обеспечения – это надёжность зависящая от качества алгоритмов и программ

Надежность системы «человек – техника» - это надёжность зависящая о качества обслуживания объекта человеком – оператором

Живучесть системы – это надежность в условиях разрушающих воздействий

Теория надёжности – научная дисциплина, изучающая законности возникновения отказов и восстановления аппаратуры и исследующую эффективность различных мероприятий по повешению надёжности технических средств.

Теория надежности изучает критерий количественные характеристика надёжности, методы анализа надёжности элементов и систем, методы синтеза элементов и систем с заданной надёжностью, методы повышения надёжности аппаратуры на этапах проектирования и эксплуатации, методы испытания аппаратуры на надежность.

Основные понятия теории надёжности являются понятие системы.

Системы – совокупность совместно действующих объектов, полностью обеспечения выполнение определённых функций.

Элемент – часть системы, немеющая самостоятельного эксплутационного назначения и выполняющая в ней определённую частную функцию.

Всё системы, рассмотренные в теории надежности могут быть разделены на восстановительные, в которых после появления отказа происходит замена отказавшего элемента и невосстанавливаемые, в которых замена отказавшего элементы не производится. Большинство систем ж.д.автоматов, телемеханики и связи являются восстанавливающими.

Все элементы используемы в этих системах можно разделить на первичные типы радиоэлементов и элементов состоящих их первичных ( электронные усилители, электромагниты усилители и так далее)

Как правело, характеристики надежности первичных элементов определяют либо путём анализа физико-химических процессов, либо из испытаний, либо из опыта эксплуатаций.

Для основных элементов, в том числе и для систем, характеристика надёжности определяется с учётом характеристики надёжности первичных элементов различными расчётными методами.

Элементы и системы могут находится в 2-х состояниях: работоспособны и неработоспособны.

Работоспособность – это такое состояние системы или элементы, при котором они способны выполнять заданные функции, сохраняя значения параметров в приделах, установленных нармотивно – технической документации.(НТД)

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности, называется отказ

По характеру возникновению отказа можно классифицировать следующим образом:

Сбой – событие, заключающиеся в том, что в результате изменения параметров элементов под воздействием внутренних или внешних причин, система или элемент в течении некоторого времени прекращают выполнять свои функции.

Правильная работа аппаратуры в этом случае восстанавливается самовоспроизвольно, без вмешательства из вне.

Безотказность, сохраняемость, ремонтопригодность, восстанавливаемость, долговечность

Надёжность – это свойство системы или элемента выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплутационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям испытания, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировка в течении требуемого промежутка времени.

Элементы относительной надёжности в системе могут соединятся последовательно, параллельно и смешанно.

Последовательное соединение элементов – при котором отказ одного элемента приводит к отказу всей системы.

Параллельное соединение элементов – при котором отказ системы наступает при отказе всех элементов

Смешанное соединение – сочетание первых двух.

Эти понятия не совпадаю с электрическими понятиями.

Параллельное соединение – это соединение основных и резервных элементов

Резервирование – это метод повышения надёжности путем введении избыточности

1.2.Количественные характеристики надежности.

Качественное определение не надёжности является недостаточным, так как не позволяет

1) Задать требования надёжности к проектируемой аппаратуре.

2) Сравнивать различные виды систем между собой.

3) Расчитать необходимый комплекс ЗиПа, определить сроки службы и так далее

В связи с этим возникает потребность введения количественной характеристики надёжности.

Поскольку отказ и сбой элементов является случайным событием, то теория вероятности. И математическая статистика является основным аппаратом, который используется при исследовании надёжности, а сами характеристики надёжности выбраны из числа показателей, принятых в теории вероятности.

Критерий надёжности – это мерка, по средствам которой производится количественная оценка уровня надежности.

Для оценки и сравнения надёжности аппаратуры были выбраны следующие критерии.

1группа критерии безопасности

- вероятность без отказной работы

- чистота отказа

- интенсивность отказа

- среднее время безотказной работы

- наработка на отказ (среднее время работы между отказами)

данный критерий имеет смысл только для восстанавливающихся систем

2группа критерий восстанавливаемости

- вероятность обслуживания

- интенсивность восстановления

3группа критерий технического обслуживания

- вероятность обслуживания

- среднее время обслуживания

4 группа эксплутационные коэффициенты надёжности

- коэффициент использования

- коэффициент готовности

- коэффициент простоя

- коэффициент стоимость обслуживания

1.2.1 Вероятность безопасной работы.

p (t) - для элемента

P (t) – для системы

Вероятность безопасной работы – это вероятность того, что в заданном интервале времени t в системе или элементе не возникает отказ.

Если взять группу из Νο элементов и поставить их на испытание

Графический процесс испытания:

Так как отказ случайная величина, поэтому нельзя заранее сказать, чему будет равно время работы i–го элемента Ti. Однако можно определить вероятность того, что он не откажет в течении заданного интервала времени t. Это может быть определено по данным испытаний, тогда вероятность безотказной работоспособности можно представить как вероятность того, что время исправной работы Т будет больше заданного времени t.

P(t) = P {T >t}

(1.1),

где,

t – время, в течении которого определяется вероятность безотказной работы

Т – время работы элемента до отказа от начало его включения

Практически для определения вылечены P(t) используется следующая статистическая оценка.

p*(t) = No-n(t)/No

(1.2),

где,

No – число элементов, поставленных на испытание

n(t) – число элементов, отказавших в течении испытания

Точность оценки будет тем выше, чем больше число No и в пределе оно сходиться с вероятность безопасной работы.

p (t) = lim No – n(t)/No No → ∞