Прогнозирование надежности на стадии проектирования

Определение показателей надежности на стадии проектирования является наиболее важной задачей в теории надежности, способствующей наибольшей эффективности использования объекта. Прогноз надежности на стадии проектирования обходится значительно дешевле (~ 1000 раз), чем на стадии изготовления и эксплуатации, потому что не привлекаются зна­чительный станочный парк и дорогая рабочая сила.

Существуют три группы методов прогноза надежности.

1-я группа — теоретические расчетно-аналитические мето­ды, или методы математического моделирования. Матема­тическое моделирование — это процесс создания мате­матической модели, т. е. это описание математическими знаками и символами изучаемого сложного процесса. Неопре­деленные явления можно описать по-разному, т. е. составить несколько математических моделей.

Вероятностно-аналитические методы — это прило­жение теоретических положений теории вероятности к инже­нерным задачам. Эти методы имеют для реальной практики значительный недостаток: некоторые из них могут быть ис­пользованы, только если имеются аналитические выражения для распределений случайных величин. Вывести и получить аналитические выражения для распределений случайных ве­личин обычно очень сложно, поэтому на стадии проектирова­ния, когда дается прикидочная оценка показателей надежнос­ти, эти методы годятся не всегда. Хотя вычисление вероятнос­ти нахождения случайной величины в заданных пределах ее значений, обеспечивающих нормальное безотказное функцио­нирование используемого объекта, в математическом отноше­нии весьма простая операция, если имеется закон распределе­ния этой случайной величины.

Тогда имеем:

(24.1)

где R — надежность, т. е. вероятность нахождения случайной величины X в допустимых пределах Х_{min доп}, Х_{max доп} — мини­мально допустимом и максимально допустимом.

Значит, задача подсчета надежности сводится к нахожде­нию теоретической непрерывной и дискретной плотности ве­роятности состояния одной X или нескольких , Х₁, Х2, ..., Х_пслучайных величин. Знание распределения φ(Х) — необходи­мое условие для расчетчика. Перечислим наиболее распрост­раненные теоретические расчетно-аналитические методы:

1. На основе известных законов распределений для показателей надежности системы в целом.

2. На основе известных законов распределений для показателей надежности отдельных элементов системы.

3. Упрощенный метод на основе принятия нормальных за­конов распределения для показателей надежности отдельных элементов системы.

4. Метод статистического моделирования, или метод Мон­те-Карло, на основе любых законов распределения параметров системы.

5. Комбинаторно-матричный метод с любыми распределениями вероятности параметров системы.

Перечисленные методы представляют основную часть из большого количества расчетно-аналитических методов.

2-я группа — экспериментальные и экспериментально-ана­литические методы — физическое моделирование.

Здесь отметим следующие методы:

1. На основе сбора и обработки ретроспективной и текущей информации о надежности объекта.

2. На основе специальных испытаний на надежность в нор­мальных условиях эксплуатации и ускоренных или форсиро­ванных испытаний.

3. На основе испытаний моделей объекта в нормальных условиях эксплуатации и ускоренных испытаний.

3-я группа — эвристические методы, или методы эвристи­ческого моделирования.

Эвристика— наука, занимающаяся изучением природы мыслительных операций человека в ходе решения различных задач.

Здесь отметим следующие методы:

1. Метод экспертных или балльных оценок. Выбирается комиссия, состоящая из опытных высокопрофессиональных в данном вопросе экспертов, которые путем выставления баллов оценивают рассматриваемый показатель надежности. Затем
проводится математическая обработка результатов оценки (коэффициент конкордации и др.). Это хорошо известный ме­тод при оценке спортивных соревнований (гимнастика, фигурное катание, бокс и др.).

2. Мажоритарный метод, или метод голосования, основанный на использовании мажоритарной функции. Мажоритарная функция принимает два значения «да» или «нет» - «1» или «О», причем значение «1» принимает тогда, когда число переменных, входящих в нее и принимающих значение «1», больше числа переменных, принимающих значение «О». В противоположном случае функция принимает значение «О».

Все перечисленные методы являются недетерминирован­ными, или основанными на статистике, или субъективными, т. е. ответ является неопределенным. Но несмотря на это, эти методы позволяют сравнивать по надежности различные ва­рианты системы, выбрать оптимальную систему, найти сла­бые места и выработать рекомендации по оптимизации надеж­ности и эффективности функционирования объекта.

Если невозможно испытать систему, можно прогнозиро­вать надежность, комбинируя испытания отдельных элемен­тов системы с аналитическими методами. Прогноз на надеж­ность позволяет провести расчеты по обеспечению запасными частями, организовать техническое обслуживание и ремонт, а значит, обеспечить рациональную эксплуатацию объекта.

Чем сложнее система, тем больший эффект дают расчетные методы на всех этапах разработки и эксплуатации.

Открытие новых технических решений влечет за собой ана­лиз их уровня и конкурентоспособности тех объектов техни­ки, в которых эти решения использованы. С этой целью про­водятся патентные исследования, основной задачей которых является оценка патентной чистоты и патентоспособности ис­пользованных технических решений.

В соответствии с ГОСТом Р 15.011-96 патентные исследова­ния относятся к прикладным научно-исследовательским рабо­там и являются неотъемлемой составной частью обоснования принимаемых решений хозяйствующими субъектами, связан­ными с созданием, производством, реализацией, совершенст­вованием, ремонтом и снятием с производства объектов хо­зяйственной деятельности. При этом к участникам хозяйст­венной деятельности относят предприятия, организации, концерны, акционерные общества и другие объединения неза­висимо от форм собственности и подчинения, государственно­го заказчика, а также лиц, занимающихся индивидуальной трудовой деятельностью.

Патентные исследования проводятся на всех стадиях жиз­ненного цикла объектов техники: при разработке научно-тех­нических прогнозов и планов развития науки и техники, при создании объектов, техники, аттестации промышленной про­дукции, определении целесообразности ее экспорта, продажи и приобретения лицензий, при защите государственных инте­ресов в области охраны промышленной собственности.

Этим документом установлен порядок работ по патентным исследованиям: разработка задания на проведение патент­ных исследований; разработка регламента поиска информа­ции; поиск и отбор патентной, другой научно-технической, втом числе конъюнктурно-экономической информации; обоб­щение результатов и составление отчета о патентных иссле­дованиях.

В качестве задания на проведение патентных исследова­ний предоставляется технический документ, оформленный в установленном порядке, или другие документы: рабочая про­грамма, график проведения патентных исследований и т. д.; последние должны содержать все сведения, предусмотрен­ные ГОСТом, и быть оформлены надлежащим образом. Все виды работ по патентным исследованиям проводятся под на­учно-методическим руководством патентного подразделения. Для проведения поиска по фондам патентной и другой науч­но-технической, в том числе конъюнктурно-экономической, информации составляется регламент поиска (программа). Для определения области поиска требуется сформулировать предмет поиска, выбрать источники информации, опреде­лить ретроспективу поиска, страны, по которым следует про­водить поиск, и классификационные рубрики (МКИ, НКИ, УДК).

Содержание патентных исследований может составлять следующее:

· исследование технического уровня объектов хозяйственной деятельности, выявление тенденций, обоснование прогноза их развития;

• исследование состояния рынков данной продукции, сло­жившейся патентной ситуации, характера национального производства в странах исследования;

· исследование требований потребителей к продукции и услугам;

· исследование направлений научно-исследовательской и производственной деятельности организаций и фирм, которые действуют или могут действовать на рынке исследуемой продукции;

· анализ коммерческой деятельности, включая лицензионную деятельность разработчиков (организаций и фирм), производителей (поставщиков) продукции и фирм, предо­ставляющих услуги, и патентной политики для выявления конкурентов, потенциальных контрагентов, лицензиаров и лицензиатов, партнеров по сотрудничеству;

· выявление торговых марок (товарных знаков), используе­мых фирмой-конкурентом;

• анализ деятельности хозяйствующего субъекта; выбор оп­тимальных направлений развития его научно-технической, производственной и коммерческой деятельности, патент­ной и технической политики и обоснование мероприятий по их реализации;
• обоснование конкретных требований по совершенствова­нию существующей и созданию новой продукции и техно­логии, а также организации выполнения услуг; обосно­вание конкретных требований по обеспечению эффектив­ности применения и конкурбнтоспособности продукции и услуг; обоснование проведения необходимых для этого ра­бот и требований к их результатам;
• технико-экономический анализ и обоснование выбора тех­нических, художественно-конструкторских решений (из числа известных объектов промышленной собственности), отвечающих требованиям создания новых и совершенство­вания существующих объектов техники и услуг;
• обоснование предложений о целесообразности разработки новых объектов промышленной собственности для исполь­зования на объектах техники, обеспечивающей достиже­ние технических показателей, предусмотренных в техниче­ском задании;
• выявление технических, художественно-конструкторских, программных и других решений, созданных в процессе вы­полнения НИР и ОКР с целью отнесения их к охраноспо­собным объектам интеллектуальной собственности, в том числе промышленной;
• обоснование целесообразности правовой охраны объектов интеллектуальной собственности (в том числе промышлен­ной) в стране и за рубежом, выбор стран патентования; ре­гистрации;
• исследование патентной чистоты объектов техники (экс­пертизы объектов техники на патентную чистоту, обосно­вание мер по обеспечению их патентной чистоты и беспре­пятственному производству и реализации объектов техники в стране и за рубежом);

· анализ конкурентоспособности объектов хозяйственной дея­тельности, эффективности их использования по назначению, соответствия тенденциям и прогнозам развития; выявление и отбор объектов лицензий и услуг, например инжиниринг;

· исследование условий реализации объектов хозяйственной деятельности, обоснование мер их оптимизации;

· обоснование целесообразности и форм проведения в стране и за рубежом коммерческих мероприятий по реализации объектов хозяйственной деятельности, по закупке и продаже лицензий, оборудования, сырья, комплектующих изделий и т. д.

· разработка рекомендаций по использованию товарных зна­ков при осуществлении коммерческой деятельности;

· проведение других работ, отвечающих интересам хозяйст­вующих субъектов.

В соответствии с поставленными задачами в итоговый отчет по патентным исследованиям включаются следующие матери­алы: по анализу и обобщению информации в соответствии с по­ставленными перед патентными исследованиями задачами; обоснованию оптимальных путей достижения конечного ре­зультата работы; по оценке соответствия завершенных патент­ных исследований заданию на их проведение, достоверности их результатов, степени решения поставленных перед патентны­ми исследованиями задач, обоснование необходимости прове­дения дополнительных патентных исследований.

Основная (аналитическая) часть отчета о патентных иссле­дованиях содержит информацию: о техническом уровне и тен­денциях развития объекта хозяйственной деятельности; об использовании объектов промышленной (интеллектуальной) собственности и их правовой охране; об исследовании патент­ной чистоты объекта техники.