20.Задание требований по надежности

Предварительные замечания. При задании требований по надежности следует различать технические объекты трех уровней:

1) системы — технические объекты, выполняющие определенные самостоя­тельные функции и характеризуемые оперативно-техническими показателями на­дежности и эффективности функционирования;

2) подсистемы — технические объекты, входящие в состав системы, выпол­няющие частные функциональные задачи и характеризуемые в основном техни­ческими показателями надежности;

3) элементы — технические объекты, представляющие собой элементную базу подсистем.

Задание требований на систему.

1. Экспертное (директивное) задание требований основывается только на общей инженерной интуиции и практическом опыте, а поэтому не требует каких-либо особых комментариев.

2. Задание требований по прототипу основывается на анализе имеющейся статистической информации по надежности уже существующих технических объектов, близких к рассматриваемому по назначению, структуре или элемент­ной базе. Требования по надежности в этом случае задаются с учетом возмож­ного роста надежности элементной базы, масштаба рассматриваемой системы по сравнению с прототипом, условий функционирования и т. п. Такой прогноз в значительной степени также опирается на экспертные оценки, однако подтвер­ждается конкретными фактическими данными.

3. Задание оптимального уровня надежности возникает только в том слу­чае, когда:

выходной эффект от функционирования системы измерим в тех же (обычно-стоимостных) единицах, что и затраты на ее создание;

достоверно известны исходные данные о надежности элементной базы;

полностью определены принципы построения как структуры, так и процес­сов функционирования (возможность резервирования, использование различной элементной базы, режим использования, регламент технического обслуживания и т. п.).

В этом случае задание требований сводится к максимизации целевой функ­ции вида

,

где — показатель надежности системы, зависящий от выбранного -то вари­анта структуры системы и от надежности элементов -го типа , т. е.

,

где, в свою очередь, m — число рассматриваемых вариантов структуры, а n — число различных комплектующих элементов;

— выходной эффект от функ­ционирования k-то варианта системы в стоимостном выражении при уровне на­дежности R;

— затраты на обеспечение уровня надежности, равного R, для k-гo варианта системы.

Для всякого фиксированного k решение находится обычным способом из условия

,

после чего выбирается вариант, для которого достигается наибольшее абсо­лютное значение из оптимальных решений .

Если выходной эффект системы несоизмерим с затратами (объекты обороны, системы безопасности различных транспортных средств и т.п.), то задание тре­бований по надежности на систему возможно только двумя первыми способами.

Задание требований на подсистему. Предполагается, что требования на подсистему задаются при наличии уже каким-то образом заданных требований на систему в целом.

1. Метод равномерного распределения. Если система состоит из N пример­но близких по сложности (т. е. по структуре и числу входящих элементов) под­систем, то можно заданный показатель надежности (R) типа вероятности безот­казной работы, коэффициента оперативной готовности или коэффициента го­товности распределять по правилу

Задаваемая средняя наработка для i-й подсистемы в этом случаеприближенноравна , Е — заданная средняя наработка системы.

2. Метод пропорционального распределения. Если — число элементов в i-й подсистеме, то

Под в данном случае следует понимать число в некотором смысле «приве­денных» элементов.

3. Метод оптимального распределения. Если при задании требований по надежности на систему в целом (R) известны структура системы (S) и методы по­вышения надежности подсистем, т. е. функции , где — ресурс, за­трачиваемый на обеспечение надежности подсистемы, то можно найти оптималь­ное распределение требований по надежности для двух случаев:

а) максимум показателя надежности системы при ограничениях на суммар­ный ресурс ,

б) минимум затрат на систему при достижении заданного показателя надежности

Обе задачи решаются обычными способами дискретного программирова­ния, как задачи на условную оптимизацию.