Основы расчета надежности технических систем
По надежности их элементов
Целевое назначение и классификация методов расчета
Расчеты надежности — расчеты, предназначенные для определения количественных
показателей надежности. Они проводятся на различных этапах
разработки, создания и эксплуатации объектов.
На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования
(предсказания) ожидаемой надежности проектируемой системы.
Такое прогнозирование необходимо для обоснования предполагаемого
проекта, а также для решения организационно-технических вопросов:
— выбора оптимального варианта структуры;
— способа резервирования;
— глубины и методов контроля;
— количества запасных элементов;
— периодичности профилактики.
На этапе испытаний и эксплуатации расчеты надежности проводятся для
оценки количественных показателей надежности. Такие расчеты носят, как
правило, характер констатации. Результаты расчетов в этом случае показывают,
какой надежностью обладали объекты, прошедшие испытания или
используемые в некоторых условиях эксплуатации. На основании этих расчетов
разрабатываются меры по повышению надежности, определяются
слабые места объекта, даются оценки его надежности и влияния на нее отдельных
факторов.
Многочисленные цели расчетов привели к большому их разнообразию.
На рис. 4.5.1 изображены основные виды расчетов.
Элементный расчет — определение показателей надежности объекта,
обусловленных надежностью его комплектующих частей (элементов). В результате
такого расчета оценивается техническое состояние объекта (вероятность
того, что объект будет находиться в работоспособном состоянии,
|
|
средняя наработка на отказ и т. п.).
Расчет функциональной надежности — определение показателей надежности
выполнения заданных функций (например, вероятность того, что система
очистки газа будет работать заданное время, в заданных режимах эксплуатации,
с сохранением всех необходимых параметров по показателям
очистки). Поскольку такие показатели зависят от ряда действующих факторов,
то, как правило, расчет функциональной надежности более сложен,
чем элементный расчет.
Выбирая на рис 4.5.1 варианты перемещений по пути, указанному стрелками,
каждый раз получаем новый вид (случай) расчета.
Самый простой расчет — расчет, характеристики которого представлены
на рис. 4.5.1 слева: элементный расчет аппаратурной надежности простых
изделий, нерезервированных, без учета восстановлений работоспособности при условии, что время работы до отказа подчинено экспоненциальному
распределению.
Самый сложный расчет — расчет, характеристики которого представлены
на рис. 4.5.1 справа: функциональной надежности сложных резервированных
систем с учетом восстановления их работоспособности и различных
законов распределения времени работы и времени восстановления.
Выбор того или иного вида расчета надежности определяется заданием
на расчет надежности. На основании задания и последующего изучения работы
устройства (по его техническому описанию) составляется алгоритм
расчета надежности, т. е. последовательность этапов расчета и расчетные
формулы.
Последовательность расчета систем
|
|
Последовательность расчета системы представлена на рис. 4.5.2. Рассмотрим
основные ее этапы.
Прежде всего следует четко сформулировать задание на расчет надежности.
В нем должны быть указаны: 1) назначение системы ее состав и основные
сведения о функционировании; 2) показатели надежности и признаки
отказов, целевое назначение расчетов; 3) условия, в которых работает (или
будет работать) система; 4) требования к точности и достоверности расчетов,
к полноте учета действующих факторов.
На основании изучения задания делается вывод о характере предстоящих
расчетов. В случае расчета функциональной надежности осуществляется
переход к этапам 4-5-7, в случае расчета элементов (аппаратурной надежности)
— к этапам 3-6-7.
Под структурной схемой надежности понимается наглядное представление
(графическое или в виде логических выражений) условий, при которых
работает или не работает исследуемый объект (система, устройство,
технический комплекс и т. д.). Типовые структурные схемы представлены
на рис. 4.5.3.
Простейшей формой структурной
схемы надежности является параллельно-
последовательная структура.
На ней параллельно соединяются
элементы, совместный отказ
которых приводит к отказу объекта.
В последовательную цепочку соединяются
такие элементы, отказ
любого из которых приводит к отказу
объекта.
На рис. 4.5.3, а представлен вариант параллельно-последовательной
структуры. По этой структуре можно сделать следующее заключение. Объект
состоит из пяти частей. Отказ объекта наступает тогда, когда откажет
|
|
или элемент 5, или узел, состоящий из элементов 1—4. Узел может отказать
тогда, когда одновременно откажет цепочка, состоящая из элементов 3, 4
и узел, состоящий из элементов 1, 2. Цепь 3—4 отказывает, если откажет
хотя бы один из составляющих ее элементов, а узел 1, 2 — если откажут
оба элемента, т. е. элементы 1, 2. Расчет надежности при наличии таких
структур отличается наибольшей простотой и наглядностью. Однако не всегда
удается условие работоспособности представить в виде простой параллельно-
последовательной структуры. В таких случаях используют или логические
функции, или графы и ветвящиеся структуры, по которым оставляются
системы уравнений работоспособности.
На основе структурной схемы надежности составляется набор расчетных
формул. Для типовых случаев расчета используются формулы, приведенные
в справочниках по расчетам надежности, стандартах и методических указаниях.
Прежде чем применять эти формулы, необходимо предварительно
изучить их существо и область использования.
