2.2. Анализ методов обеспечения надёжности систем при существующей элементной базе

В рамках второго направленияиспользуется целый ряд методов: резервирование; обоснование периодичности и объёмов плановых видов ТО и Р (предупредительные замены элементов, их регулировки); разработка номенклатуры, объёма и эшелонирования

ЗИПа и др.

Наиболее кардинальным из методов является оптимальное резервирование.

Что же представляет из себя резервирование?

2.2.а). Резервирование и его виды

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 под резервированием понимают способ обеспечения надежности за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций.

В машинах используются следующие виды резервирования:

1. Структурное(схемное, аппаратное) - предусматривает применение резервных элементов в структуре объекта;

2. Нагрузочное– предусматривает нормальное функционирование объекта (узла) при дополнительных нагрузках (источник резерва – запас мощности, прочности и т. п.);

3. Функциональное– предусматривает использование возможностей элементов выполнять некоторые дополнительные функции;

4.Временное– предусматривает выделение резерва рабочего времени, например, для обнаружения и устранения отказа без нарушения нормального функционирования объекта;.

5. Информационное– предусматривает использование дополнительной информации для повышения надежности. Используется в информационно-управляющих системах, когда подается одна и та же информация одновременно от нескольких систем.

Наиболее предпочтительным является совместное применение нескольких видов резервирования,чаще всего структурного и нагрузочного,которые могут обеспечить наибольший эффект в повышении надежности.

При выборе вида резервирования следует иметь ввиду, что для достижения заданной эффективности системы необходимо гарантировать требуемое значение вероятности безотказной работы (ВБР); для обеспечения долговечности – среднее время безотказной работы; для обеспечения готовности – коэффициент готовности и т. д.

В свою очередь для обеспечения ВБР наиболее эффективным методом является структурное резервирование; для обеспечения среднего времени безотказной работы системы длительного существования – нагрузочное резервирование.

Во многих практических случаях существует критическое время работы , после которого нагрузочное резервирование оказывается более целесообразным. Значениеможет быть определено из уравненияНапример, для подсистемы с постоянным структурным резервированиема для нагрузочного резервированияЗдесьm– число параллельно включённых элементов подсистемы;число, показывающее, во сколько раз уменьшается интенсивность отказаi– го элемента при наличии нагрузочного резервирования.

Отыскав решение этого уравнения в виде приходят к заключению, что прицелесообразно использовать нагрузочное резервирование.

Среди рассмотренных видов резервирования, особое место занимает структурное резервирование

- так как является одним из наиболее эффективных методов повышения Н;

- позволяет создать машины, надежность которых выше надежности входящих в нее элементов.

Вместе с тем, структурное резервирование усложняет конструкцию объекта, повышает его массу, габариты и стоимость.

Учитывая сказанное, приходится решить задачу оптимального структурного резервирования:

1) обеспечить максимальную надёжность при заданных ограничениях;

2) обеспечить требуемый уровень надёжности при минимизации ограничивающих факторов.

2.2.б) Классификация структурного резервирования

При классификации структурного резервирования используют несколько признаков:

1) По способу включения резервных элементов:

а) постоянное– в случае отказа любого элемента в резервированной группе выполнение объектом требуемых функций обеспечивается оставшимися элементами без переключений

б) замещением– при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента

2) По способу соединения резервного элемента:

а) общее– резервирование при котором объект резервируется в целом

б) раздельное– при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы

в) смешанное– сочетание различных видов резервирования в одном и том же объекте

3) По условиям работы резервных элементов:

а) нагруженный – элементы находятся в режиме основного элемента

б) ненагруженный – элементы находятся в ненагруженном резерве

в) облегченный – элементы находятся в менее нагруженном режиме, чем основной.

4) По кратности резервирования: (кратность резервирования это отношение числа резервных элементов к числу резервируемых ими элементов, выраженное несокращенной дробью)

а) однократное (дублирование);

б) многократное;

в) с дробной кратностью.

5) По условиям эксплуатации:

а) резервирование с восстановлением резервных элементов без нарушения рбтс объекта;

б) резервирование без восстановления.

2.2.в) Оптимальное резервирование

Что касается оптимизации конструкции машины с позиций надежности, то эта задача достаточно сложна и рассматривается в машиностроительных ВУЗах страны.

Мы же здесь ограничимся смысловой стороной этой задачи.

Зададимся вопросом – как будет изменяться суммарная стоимость машины (объекта) в зависимости от уровня надежности, если в качестве показателя надежности используется вероятность безопасной работы P(t)?

Ответ неочевиден.

Тогда упростим задачу – попробуем ответить на два, но более простых вопроса:

- как меняется стоимость производства С_прпри повышенииP(t)? (рис.1.1). Современное производство позволяет спроектировать и изготовить машинусколь угодно высокой надежности, но она будет иметь слишком большой вес, габариты и стоимость.

- как меняется стоимость эксплуатации С_эпри повышенииP(t)? (рис.1.1). Низкая надежностьприводит к частым отказам, а следовательно, к увеличению числа восстановительных и профилактических мероприятий,повышению эксплуатационных расходов, к снижению безопасности эксплуатации, является причиной травматизма и гибели обслуживающего персонала. Следовательно, для данного уровня развития науки и техники существует некая оптимальная надёжность (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Графическое решение задачи создания оптимальной конструкции машины по критерию ВБР