3.4 Сравнение различных методов повышения надёжности системы

Все методы повышения надёжности принципиально могут быть сведены к следующим методам: резервированию, уменьшению интенсивности отказов элементов системы, сокращению времени непрерывной работы системы, уменьшению времени восстановления, выбору рациональной периодичности и объёма диагностики систем. В процессе проектирования и конструирования используют схемные и конструктивные способы повышения надёжности. Основные схемные методы таковы: создание схем с минимальным количеством элементов, резервирование; создание схем, не допускающих опасных последствий отказов их элементов; предварительный расчёт надёжности проектируемой системы. Конструктивные методы включают в себя: применение элементов с малым значением интенсивности отказов, обеспечение благоприятного режима работы элементов, рациональный выбор допусков на изменение значений входных и выходных величин элементов и систем, защита элементов от вибрации и ударов, унификация элементов.

3.4.1 Краткое описание основных методов повышения надёжности

Один из критериев надёжности формулируется следующим образом: система считается надёжной, если отказ одного любого элемента не приводит к отказу всей системы. В практике реализация этого критерия осуществляется путём раздельного резервирования. Оценим эффективность различных способов резервирования, приняв в качестве критериев надёжности вероятность безотказной работы и среднюю наработку до отказа, при следующих упрощающих предположениях:

• все элементы являются равно надёжными;

• поток отказов элементов системы является пуассоновским;

• кратность резервирования всех элементов одинакова.

Отметим, что интенсивность отказов резервированной системы всегда в начальный момент времени равна нулю независимо от значения интенсивности отказов не резервированной системы. По мере увеличения времени эксплуатации интенсивность отказов резервированной системы асимптотически стремится к интенсивности отказов не резервированной системы.

Уменьшить интенсивность отказов системы можно следующими способами: упрощение системы, выбор наиболее надёжных элементов; облегчение электрических, механических, тепловых и других режимов работы элементов системы; тренировка элементов и систем, создание схем с ограниченным последействием отказов элементов, стандартизация и унификация элементов системы, совершенствование технологии производства, автоматизация производства, статистический контроль качества продукции; проведение профилактических мероприятий при эксплуатации аппаратуры, которые направлены на предупреждение отказов.

Уменьшить среднее время восстановления можно, повышая надёжность системы, и, тем самым, уменьшая число отказов; или сокращая время необходимое для отыскания и устранения отказов. Сократить время, которое необходимо для отыскания и устранения неисправностей, можно, применяя диагностику, автоматизацию проверок, повышение квалификации обслуживающего персонала, сбор и обобщение опыта эксплуатации.

Повысить надёжность системы возможно при сокращении времени непрерывной работы системы, если есть возможность выключить систему на определённое время, не нарушая процесса управления. Это часто возможно при управлении летательными аппаратами или при управлении системами, которые осуществляют коррекцию других, более сложных систем.

Наиболее эффективны вышеуказанные методы при конструировании систем, так как надёжность систем в основном закладывается при их проектировании и изготовлении. Во время эксплуатации заложенный ресурс надёжности «расходуется». Скорость «расхода» этого ресурса зависит от методов и условий эксплуатации, квалификации обслуживающего персонала. Задача инженера-эксплуатационника состоит не в повышении надёжности системы, а в том, чтобы как можно дольше сохранить надёжность, заложенную в процессе её проектирования и изготовления.

Уменьшение интенсивности отказов позволяет уменьшить суммарное число отказов системы в процессе её эксплуатации, а уменьшение среднего времени восстановления – улучшить восстанавливаемость системы. Изменение в одно и то же число раз интенсивности отказов и среднего времени восстановления даёт, в смысле надёжности, разный эффект, что необходимо учитывать при проектировании надёжных автоматических систем.

Проводить сравнение эффективности метода «уменьшения суммарного времени работы системы» с другими методами повышения надёжности не целесообразно, потому что уменьшение времени работы не является методом повышения надёжности - это лишь экономия «ресурса» надёжности.

В заключение необходимо отметить, что часто не удаётся сконструировать высоконадёжную систему, применяя один метод повышения надёжности, необходимо использовать все или большинство рассмотренных методов. Для иллюстрации этого положения и лучшего понимания проблемы повышения надёжности рассмотрим примеры.