Обеспечение надежности при проектировании приборов и систем

Термины

Основные понятия, термины и определения в части надёжности определяются ГОСТ 27.002-89. Таковых терминов включая показатели ремонтопригодности, резервирования, безотказности, долговечности, сохраняемости и других предложено в ГОСТе порядка 120 наименований. Наиболее важными из них являются следующие: Само понятие надёжности этот ГОСТ трактует как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путём технического обслуживания и ремонта.

Наработка до отказа - наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа.

Ресурс - суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или её возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.

Гамма-процентная наработка до отказа - наработка, в течение которой отказ объекта не возникает с вероятностью g, выраженной в процентах.

Средняя наработка до отказа - математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.

Средняя наработка на отказ - отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Интенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.

Неисправное состояние - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической или конструкторской документации.

Внезапный отказ - отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта.

Ещё один термин, с которым обязательно придётся встретиться это ЗИП. ГОСТ 18322-78 "Системы технического обслуживания и ремонта техники" определяет комплект ЗИП как запасные части, инструмент, принадлежности и материалы, необходимые для технического обслуживания и ремонта изделий и скомплектованные в зависимости от назначения и особенностей использования.

Методы расчета надежности

Требования по надёжности проектируемого изделия задаются на разных стадиях выполнения НИОКР и включаются в техническое задание на соответствующий этап работы. Задание этих требований производится в соответствие с правилами, изложенными в ГОСТ 27.003-90 "Надёжность в технике. Состав и общие правила задания требований по надёжности".

При проектировании приборов и систем разработчик выполняет расчёт надёжности. Методические основы этого расчёта изложены в ГОСТ 27.301-95 "Надёжность в технике. Расчёт надёжности. Основные положения". Необходимо отметить, что для обеспечения необходимого уровня надёжности при проектировании изделия, разрабатывается специальная программа обеспечения надёжности. По результатам выполнения этой программы становитсмя очевидной целесообразность резервирования отдельных элементов и измерительных цепей, кроме того прорабатываются отдельные технические решения с целью повышения надёжности изделия. Расчёт показателей надёжности производится в рамках этой программы. Методы расчёта надёжности подразделяют по составу рассчитываемых показателей надёжности и по основным принципам расчёта. По составу рассчитываемых показателей различают методы расчёта: безотказности; ремонтопригодности; долговечности; сохраняемости; комплексных показателей надёжности.

По основным принципам расчёта свойств, составляющих надёжность, или комплексных показателей надёжности объектов различают: методы прогнозирования; структурные методы расчёта; физические методы расчёта.

Методы прогнозирования, в соответствии с ГОСТ 27.301-95, основаны на использовании для оценки ожидаемого уровня надёжности объекта данных о достигнутых значениях и выявленных тенденциях изменения параметров надёжности объектов, аналогичных или близких к рассматриваемому по назначению, принципам действия, схемно-конструктивному построению и технологии изготовления, элементной базе и применяемым материалам, условиям и режимам эксплуатации, принципам и методам управления надёжностью.

Методы прогнозирования применяют для ориентировочной оценки ожидаемого уровня надёжности объектов при разработке тех. заданий и на ранних стадиях проектирования.

Структурные методы расчёта основаны на представлении объекта в виде логической (структурно-функциональной) схемы, описывающей зависимость состояний и переходов объекта от состояний и переходов его элементов с учётом их взаимодействия и выполняемых ими функций в объекте с последующей разработкой математической модели адекватной построенной структурной модели и вычислением показателей надёжности объекта по известным характеристикам надёжности его элементов.

Структурные методы являются основными методами расчёта показателей безотказности, ремонтопригодности и комплексных показателей надёжности в процессе проектирования изделий. В качестве структурных схем надёжности могут применяться:

- структурные блок-схемы надёжности, представляющие объект в виде совокупности определённым образом соединённых (в смысле надёжности) элементов (стандарт МЭК 1078);

- деревья отказов объекта, представляющие графическое отображение причинно-следственных связей, обуславливающих определённые виды его отказов (стандарт МЭК 1025);

- графы (диаграммы) состояний и переходов, описывающих возможные состояния объекта и его переходы из одного состояния в другое в виде совокупности состояний и переходов его элементов.

Физические методы расчёта основаны на применении математических моделей, описывающих физические, химические и иные процессы, приводящие к отказам объектов и вычислении показателей надёжности по известным параметрам нагруженности объекта, характеристикам применённых в объекте веществ и материалов с учётом особенностей его конструкции и технологии изготовления. Таким образом, физические методы применяют для расчёта показателей надёжности изделий тогда, когда известны механизмы деградации их составных частей, под влиянием внешних и внутренних факторов. Методы основаны на описании соответствующих процессов деградации с помощью адекватных математических моделей, позволяющих вычислять показатели надёжности с учётом конструкции, технологии изготовления, режимов и условий работы объектов по справочным или экспериментальным данным о физических свойствах материалов, используемых в изделии.

При выполнении конкретных расчётов, имеющих целью дать количественную оценку перечисленных выше показателей надёжности, необходимо иметь в виду, что неисправности приборов и датчиков могут быть весьма многообразными, начиная от частичного ухудшения качественных показателей и кончая полным нарушением работоспособности. Одни виды неисправностей приборов и датчиков являются несущественными для системы, в которой используется прибор или датчик, другие виды могут приводить к нарушению работоспособности системы в целом.

Другими словами, следует различать неисправности, вызывающие отказы, и неисправности, не приводящие к отказам. Поэтому в каждом отдельном случае необходимо в начале расчета строго сформулировать критерий отказа рассматриваемого прибора или датчика. Рассмотрим этот вопрос детальнее.