2. Структурно - Логічний аналіз технічних систем

Кінцевою метою розрахунку надійності технічних пристроїв є оптімізація конструктивних рішень і параметрів, режимів експлуатації, організація технічного обслуговування і ремонтів. Тому вже на ранніх стадіях проектування важливо оцінити надійність об'єкта, виявити найбільш ненадійні вузли і деталі, визначити найбільш ефективні заходи щодо підвищення показників надійності. Вирішення цих задач можливе після попереднього структурно - логічного аналізу системи.

Більшість технічних об'єктів, в тому числі РЕЗ, є складними системами, що складаються з окремих вузлів, деталей, агрегатів, пристроїв контролю, управління і т.д. Технічна система (ТС) - сукупність технічних пристроїв (елементів), призначених для виконання певної функції або функцій. Відповідно, елемент - складова частина системи.

Розчленування ТС на елементи досить умовне і залежить від постановки задачі розрахунку надійності. Наприклад, при аналізі працездатності технологічнї лінії її елементами можуть вважатися окремі установки і верстати, транспортні і завантажувальні пристрої і т.д. У свою чергу верстати та устаткування також можуть вважатися технічними системами і при оцінці їх надійності повинні бути розділені на елементи - вузли, блоки, які, у свою чергу - на деталі, тощо.

При визначенні структури ТС у першу чергу необхідно оцінити вплива кожного елемента і його працездатності на працездатність системи в цілому. З цієї точки зору доцільно розділити всі елементи на чотири групи:

1. Елементи, відмова яких практично не впливає на працездатність системи (наприклад, деформація кожуха, зміна забарвлення поверхні тощо).

2. Елементи, працездатність яких за час експлуатації практично не змінюється і ймовірність безвідмовної роботи близька до одиниці (корпусні деталі, малонавантажені елементи з великим запасом міцності).

3. Елементи, ремонт або регулювання яких можливі при роботі виробу або під час планового технічного обслуговування (налагодження або заміна технологічного інструмента обладнання, настроювання частоти селективних ланцюгів РЕЗ і т.д.).

4. Елементи, відмова яких сам по собі або в поєднанні з відмовами інших елементів приводить до відмови системи.

Очевидно, при аналізі надійності ТС має сенс включати до розгляду тільки елементи останньої групи.

Для розрахунків параметрів надійності зручно використовувати структурно - логічні схеми надійності ТС, які графічно відображають взаємозв'язок елементів і їх вплив на працездатність системи в цілому. Структурно - логічна схема представлляє собою сукупність раніше виділених елементів, з'єднаних один з одним послідовно або паралельно. Критерієм для визначення виду з'єднання елементів (послідовного або паралельного) при побудові схеми є вплив їх відмови на працездатність ТС.

Послідовним (з точки зору надійності) вважається з'єднання, при якому відмова будь-якого елемента приводить до відмови всієї системи (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Послідовне з'єднання елементів

Паралельним (з точки зору надійності) вважається з'єднання, при якому відмова будь-якого елемента не призводить до відмови системи, поки не відмовлять все з'єднані елементи (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Паралельне з'єднання елементів

Певна аналогія тут простежується з ланцюгом, складеним з провідних елементів (справний елемент пропускає струм, відмовивший не пропускає): працездатному стану ТС відповідає можливість протікання струму від входу до виходу ланцюга.

Прикладом послідовного з'єднання елементів структурно - логічної схеми може бути технологічна лінія, в якій відбувається переробка сировини в готовий продукт, або РЕЗ, в якому послідовно здійснюється перетворення вхідного сигналу. Якщо ж на деяких ділянках лінії, або шляху сигналу, передбачена одночасна обробка на декількох одиницях обладнання, то такі елементи (одиниці устаткування) можуть вважатися з'єднаними паралельно.

Проте не завжди структурна схема надійності аналогічна конструктивній або електричній схемі розташування елементів. Наприклад, підшипники на валу редуктора працюють конструктивно паралельно один з одним, проте вихід з ладу будь-якого з них призводить до відмови системи. Аналогічна дія індуктивності і ємності паралельного коливального контуру в селективних каскадах РЕЗ. Зазначені елементи з точки зору надійності утворюють послідовне з'єд-ня.

Крім того, на структуру схеми надійності може впливати і вид виникаючих відмов. Наприклад, в електричних системах для підвищення надійність у ряді випадків застосовують паралельне або послідовне з'єднання комутуючих елементів (рис. 2.3). Відмова таких виробів може відбуватися з двох причин: обриву (тобто неможливості замикання ланцюга) і замкання (тобто неможливості розриву з'єднання). У разі відмови типу "обрив" схема надійності відповідає електричній схемі системи (при "обриві" будь-якого комутатора при послідовному їх з'єднанні виникає відмова, при паралельному - усі функції управління буде виконувати справний комутатор). У разі відмови типу "замикання" схема надійності протилежна електричній (при паралельному увімкненні втратиться можливість відключення струму, а при послідовному загальної відмови не відбувається).

Електрична схема	Структурна схема надійності при відмові типу
	обрив	замикання

Рис. 2.3. Електричні та структурні схеми з'єднання комутаційних елементів при різних видах відмов

У цілому аналіз структурної надійності ТС, як правило, включає наступні операції:

1. Аналізуються пристрої та виконувані системою та її складовими частинами функції, а також взаємозв'язок складових частин.

2. Формується зміст поняття "безвідмовної роботи" для даної конкретної системи.

3. Визначаються можливі відмови складових частин і системи, їх причини та можливі наслідки.

4. Оцінюється вплив відмов складових частин системи на її працездатність.

5. Система поділяється на елементи, показники надійності яких відомі.

6. Складається структурно - логічна схема надійності технічної системи, яка є моделлю її безвідмовної роботи.

7. Складаються розрахункові залежності для визначення показників надійність ТС з використанням даних по надійності її елементів та з урахуванням структурної схеми.

Залежно від поставленої задачі на підставі результатів розрахунку характеристик надійності ТС робляться висновки і приймаються рішення про необхідність зміни або доопрацювання елементної бази, резервування окремих елементів або вузлів, про встановлення певного режиму профілактичного обслуговування, про номенклатуру і кількість запасних елементів для ремонту, тощо.