ЛЕКЦИЯ 3 Основные этапы развития работ по надежности систем

2. Задачи теории надежности и методы их решения.

в) Основные этапы развития работ по надежности систем.

Первые исследования в области надежности относятся к концу второй мировой войны. Созданная в годы войны сложная техника не обеспечивала необходимую эффективность из-за многочисленных отказов. Например, 50 % электронной техники выходило из строя во время хранения; 70 % электронных приборов военно-морского флота выходило из строя в начальный период эксплуатации.

В развитии работ в области надежности выделяют три этапа.

Первый этап (1943–58 гг). В этот период делалось статистико-вероятностное описание наработок до отказа, основанное на экспоненциальном законе их распределения. Моменты наступления отказа и их причины рассматривались как случайные события, обладающие фатальной неизбежностью как внутренним свойством элементов. Задачи по изучению связи названных явлений с причинами их вызвавшими не только не решалась, но и не ставилась.

Второй этап (1958–68 гг). Этап характеризуется широким развитием работ по экспериментальной оценке фактической надежности, проводимых на основе сбора и обработки обширной эксплуатационной информации. Важнейшим его результатом явля­ется пересмотр концепции о случайности причин отказов и их неизбежности. Многие случайные отказы нашли свое объяснение. Была установлена связь между конструкцией и технологией систем с одной стороны и причинами отказа – с другой. Информация о надежности изделий стала более полной и внесла значительную ясность в сущность отказов.

Третий этап (с 1968 г). Этап характеризуется как дальнейшим развитием математической теории надежности, так и сближением этой науки с техническими дисциплинами, приданием надежности практической инженерной направленности. Работы этого этапа характеризуются следующими принципами:

¾ отказом от концепции случайности причин отказов и необходимости установления их связи с конструктивно-технологическими факторами;

¾ переходом на контроль надежности в условиях изготовления.

Организации работ в области надежности в настоящее время придается заметная практическая направленность. Представление об этом дает состав конкретных мероприятий, проводимых лидирующими в промышленном мире фирмами:

1. Анализ причин отказов изделий-аналогов.

2. Использование стандартизованных элементов.

3. Упрощение конструкции системы.

4. Устранение ошибок при конструировании и изготовлении.

5. Постоянное изучение достигнутого уровня надежности.

6. Обеспечение требуемого уровня надежности комплектующих элементов.

7. Использование резервирования.

8. Обеспечение легкости осмотра и ТО.

9. Четкая регламентация в нормативно-технической документации режимов эксплуатации и функциональных ограничений.

10.Установление условий хранения и максимально допустимой длительности хранения.

11.Выбор необходимой упаковки, демпфирующей удары и вибрации при транспортировке.

12.Контроль за субподрядчиками; выбор субподрядчиков, поставляющих продукцию гарантированного качества.

13.Учет времени выполнения своих функций и регламентация допускаемого срока использования изделия.

14.Точное соблюдение регламента технических обслуживаний.

Высокий уровень надежности обеспечивается проведением соответствующих работ на всех этапах создания и эксплуатации системы, а именно:

- планирования (нормативный уровень надежности)

- проектирования (проектный уровень)

- технологической подготовки производства (технологический уровень)

- изготовления (производственный уровень)

- эксплуатации (эксплуатационный уровень)

- ремонта (послеремонтный уровень).

Таким образом, работы по обеспечению надежности охватывают исключительно широкий круг вопросов теории и практики создания и эксплуатации системы. В этом круге вопросов необходимо в связи со спецификой специальности выделить ограниченное число задач и рассмотреть их постановку и методы решения.

г) Задачи теории надежности и методы их решения.

Автомобиль достаточно сложная система, включающая в свой состав взаимодействующие элементы различной физической природы. Тем не менее в структуре автомобиля можно выделить две группы устройств.

Устройства первой группы реализованы в виде механических подсистем и непосредственно предназначены для получения, преобразования и передачи механического усилия, обеспечивающего движение автомобиля.

Устройства второй группы реализованы в виде электрической, гидравлической, пневматической и иной аппаратуры и предназначены для управления процессами, протекающими при функционировании автомобиля.

Устройства первой группы являются как правило обслуживаемыми и ремонтируемыми. При анализе их надежности основной является задача по обеспечению требуемых показателей долговечности, т.е. в конечном счете – ресурса.

Устройства второй группы могут быть как обслуживаемыми, так и необслуживаемыми; как ремонтируемыми, так и неремонтируемыми. В число этих устройств обязательно входит аппаратура, которая должна работать безотказно (например, электронные блоки управления). Причем по мере совершенствования конструкции автомобиля таких узлов в нем становится все больше. Для устройств второй группы на первый план выдвигаются показатели надежности, характеризующие безотказность.

Для оценки долговечности механических устройств можно использовать теоретико-вероятностный подход, определяя ресурс как случайную величину, и не рассматривая причин имеющих при этом место отказов. Но в настоящее время появилась и развивается теория надежности механических систем. В механических системах определяющим фактором является силовое и кинематическое взаимодействие их элементов. Для предсказания поведения деталей машин и элементов конструкций необходимо рассматривать процессы деформирования, изнашивания, накопления повреждений и разрушения при переменных нагрузках, температурах и других внешних воздействиях. Современное состояние механики материалов и конструкций (теории упругости и пластичности, строительной механики, механики разрушения и др.), а также прикладных методов расчета машин и конструкций позволяет с большой степенью достоверности предсказывать поведение механических систем, если известны свойства материалов и заданы внешние воздействия. Но свойства материалов и воздействия не могут быть определены совершенно однозначно. Они рассматриваются как случайные, а поэтому и поведение системы носит случайный характер. Таким образом, теория надежности механических систем объединяет методы механики материалов и конструкций (с ее помощью строится модель) с теорией случайных процессов (с ее помощью анализируется влияние на показатели работы системы свойств материалов и внешних воздействий).

Задачу по определению показателей безотказности для устройств второй группы решают используя или системную, или параметрическую, или характеристическую теорию надежности.

Системная теория надежности разрабатывалась применительно к устройствам, элементы которых представляют стандартные изделия массовых производств и взаимодействуют между собой по определенным логическим схемам. Такими устройствами являются электронные, блоки, показатели надежности которых определяются по, соответствующим показателям, входящих в них элементов и схем их соединения.

Параметрическая теория надежности опирается на модель, отражающую связь свойств и условий функционирования системы с изменением ее рабочих характеристик. По сути эта теория надежности совпадает с теорией надежности механических систем, будучи отличной лишь в физической природе изучаемых объектов.

Характеристическая теория надежности в настоящее время находится в стадии становления. Область ее применения – системы повышенной надежности, при функционировании которых в заданном временном интервале отказы недопустимы. В этом случае непосредственное использование статистических данных об отказе невозможно в связи с их отсутствием. Поэтому оценка. надежности системы базируется на комплексном подходе, включающем выявление общих критериев, называемых характеристическими, с помощью которых можно оценить с позиции надежности качество работ проводимых на всех этапах создания системы и указать пути устранения выявленных при этом недостатков. Характеристические критерии надежности различны для устройств различного типа и назначения. В этом трудность их формирования и трудность сопоставления надежности устройств различного типа и назначения по характеристическим критериям. В ряде случаев эти критерии трудно сформулировать так, чтобы на их основе можно было дать численную оценку надежности. Вместе с тем, можно указать ряд типовых характеристических критериев, дать общую для систем одного класса, основу, по которой можно строить, характеристические критерии. Как правило, характеристические критерии можно, разделить на четыре следующих .группы.

1 группа. Критерии, оценивающие правильность формулировки технического задания, целесообразность выдвинутых в нем требований с точки зрения обеспечения надежного выполнения функций системы. Эти критерии устанавливают необходимость дополнительной проработки ТЗ, а также указывают как обеспечивается выбранной структурой системы ее надежное функционирование.

2 группа. Критерии, оценивающие надежность и качество элементов, из которых строится система, а также характеризующие режимы использования этих элементов.

3 группа. Критерии оценивающие эффективность и достаточность мер, принятых при разработке конструкции системы для обеспечения ее надежной работы на всех необходимых режимах.

4 группа. Критерии, оценивающие эксплуатационные характеристики системы и влияние этих характеристик на надежность системы.

Характеристические критерии не являются исчерпывающими оценками надежности. Они и не предназначены для этого. Как. всякая система оценки надежности эти критерии служат для. определения направлений работ по обеспечению .надежности. Оценку характеристических критериев можно производить как в результате расчетного анализа схем и конструкций, так и с помощью физического и математического моделирования, а также по результатам лабораторных и натурных испытаний.