6

Глава 9 основы надежности рэс

9.1. Основные понятия надежности

Создание сложных автоматизированных систем (АЭС, ракет и др.), нарушение функционирования которых связано с возможными катастрофическими последствиями, потребовало разработки методов и средств предупреждения таких аварийных ситуаций и их прогнозирования.

Степень невозможности возникновения аварийных ситуаций при функционировании изделия является показателем его надежности. Созданная к настоящему времени теория надежности изучает теоретические и прикладные аспекты обеспечения надежности изделий любого вида. Для обеспечения заданного уровня надежности конкретного изделия, и в частности РЭС, разрабатывают комплекс мероприятий в виде Программы обеспечения надежности (ПОН), охватывающей все этапы жизненного цикла РЭС — от разработки технического задания до эксплуатации. Содержание ПОН определяют стандарты по надежности технических средств, регламентирующие все аспекты, связанные с решением проблемы ее обеспечения.

Надежность — это свойство изделия сохранять во времени значения всех своих параметров в установленных пределах при выполнении им требуемых функций в заданных режимах и условиях применения, а также после технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования (это свойство может проявиться и на момент первого включения изделия).

Надежность — сложное свойство, включающее в себя качественные составляющие — безотказность, восстанавливаемость, долговечность и сохраняемость, для описания каждой из которых : введены количественные параметры. Для конкретных изделий и условий их эксплуатации эти параметры могут иметь различные значения.

В отличие от функциональных параметров РЭС, таких как мощность, чувствительность, масса, габаритные размеры, значения которых могут быть измерены в любой момент времени с заданной точностью, значения параметров надежности являются прогностическими, т. е. могут быть предсказаны с определенной вероятностью и зафиксированы по прошествии изначально точно не определенного времени. Другими словами, параметры надежности имеют вероятностную меру и могут быть описаны лишь в терминах теории вероятностей и математической статистики.

Стандартом определены 10 групп понятий в области надежности технических средств: общие, состояния изделия, отказа изделия и его критерия, ресурса, восстановления, показателя надежности, резервирования, нормирования показателя надежности, контроля, испытания на надежность.

Различают исправное, неисправное, работоспособное, неработоспособное и предельное состояния изделия.

Исправное изделие соответствует всем требованиям, установленным его нормативно-технической документацией.

Работоспособное изделие способно выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров, установленных его нормативно-технической документацией; при этом оно может быть

неисправным, например из-за несоответствия требованиям внешнего вида.

Использование изделия в предельном состоянии технически невозможно, небезопасно или нецелесообразно вследствие неустранимого снижения его эффективности.

Любое нарушение работоспособности изделия является отказом. Различают отказы внезапные, постепенные, сбои.

При внезапном отказе (обрыве, коротком замыкании) происходит скачкообразное изменение одного или нескольких основных параметров изделия.

При постепенном отказе происходит постепенное изменение значения основного параметра (деградация состояния), например снижение эмиссии катода, накопление усталости в материале.

Самоустраняющийся отказ — сбой — приводит к кратковременной утрате работоспособности изделия с последующим ее самовосстановлением.

Причины и критерии отказа могут быть разными. И если причину отказа предвидеть практически невозможно, то о его критериях необходимо договориться до момента начала эксплуатации изделия.

Одним из методов повышения надежности сложных систем является введение функциональной, информационной, программной, физической и эксплуатационной избыточности, что и позволяет расширить область их работоспособности за счет обеспечения устойчивости к одиночным или двойным отказам различного вида.

Функционально надежное изделие способно к реконфигурации своей структуры для выполнения различных функций; критерием отказа может быть снижение числа выполняемых функций ниже допустимого минимума.

Информационно надежное изделие способно восстанавливать частично утраченную информацию за счет использования корреляционных связей между отсчетами, например при анализе речевых сигналов; критерием отказа может быть необратимая потеря информации свыше допустимой.

О программной надежности изделий, имеющих программные средства управления, говорят в смысле корректности программы, невозможности ее зацикливания и способности к самоконтролю; критерием отказа является останов программы, ее зацикливание или выход на участок, содержащий ошибки. В эксплуатационно-надежном изделии маловероятно возникновение аварийных ситуаций при любых сочетаниях входных сигналов и положений органов управления (наличие защиты от дурака); критерием отказа является возникновение аварийной ситуации.

Однако чаще всего, говоря о надежности изделия, имеют в виду физическую надежность, зависящую от физического состояния его компонент (износа, старения, нарушения целости в результате воздействия неблагоприятных факторов условий эксплуатации); критерием отказа является выход значений основных параметров изделия за пределы установленных норм и нарушение работоспособности.

В ходе выполнения эскизного и технического проектов изделия выбор основных технических решений (структурных, функциональных и принципиальных схем, алгоритмов, программ, компонент) обеспечивает заданные уровни функциональной, информационной, программной, эксплуатационной и частично физической надежности.

В ходе выполнения рабочего проекта выбор базовых несущих конструкций и технологий изготовления изделия обеспечивает заданный уровень физической надежности. Это связано с тем; что внезапные отказы возникают вследствие развития в реальных условиях эксплуатации скрытых дефектов конструкции и нарушений технологии изготовления изделия. Поэтому в дальнейшем основное внимание будет уделено вопросам обеспечения физической надежности РЭС.