Методы расчета надежности

Требования по надёжности проектируемого изделия задаются на разных стадиях выполнения НИОКР и включаются в техническое задание на соответствующий этап работы. Задание этих требований производится в соответствие с правилами, изложенными в ГОСТ 27.003-90 "Надёжность в технике. Состав и общие правила задания требований по надёжности".

При проектировании приборов и систем разработчик выполняет расчёт надёжности. Методические основы этого расчёта изложены в ГОСТ 27.301-95 "Надёжность в технике. Расчёт надёжности. Основные положения". Необходимо отметить, что для обеспечения необходимого уровня надёжности при проектировании изделия, разрабатывается специальная программа обеспечения надёжности. По результатам выполнения этой программы становитсмя очевидной целесообразность резервирования отдельных элементов и измерительных цепей, кроме того прорабатываются отдельные технические решения с целью повышения надёжности изделия. Расчёт показателей надёжности производится в рамках этой программы. Методы расчёта надёжности подразделяют по составу рассчитываемых показателей надёжности и по основным принципам расчёта. По составу рассчитываемых показателей различают методы расчёта: безотказности; ремонтопригодности; долговечности; сохраняемости; комплексных показателей надёжности.

По основным принципам расчёта свойств, составляющих надёжность, или комплексных показателей надёжности объектов различают: методы прогнозирования; структурные методы расчёта; физические методы расчёта.

Методы прогнозирования, в соответствии с ГОСТ 27.301-95, основаны на использовании для оценки ожидаемого уровня надёжности объекта данных о достигнутых значениях и выявленных тенденциях изменения параметров надёжности объектов, аналогичных или близких к рассматриваемому по назначению, принципам действия, схемно-конструктивному построению и технологии изготовления, элементной базе и применяемым материалам, условиям и режимам эксплуатации, принципам и методам управления надёжностью.

Методы прогнозирования применяют для ориентировочной оценки ожидаемого уровня надёжности объектов при разработке тех. заданий и на ранних стадиях проектирования.

Структурные методы расчёта основаны на представлении объекта в виде логической (структурно-функциональной) схемы, описывающей зависимость состояний и переходов объекта от состояний и переходов его элементов с учётом их взаимодействия и выполняемых ими функций в объекте с последующей разработкой математической модели адекватной построенной структурной модели и вычислением показателей надёжности объекта по известным характеристикам надёжности его элементов.

Структурные методы являются основными методами расчёта показателей безотказности, ремонтопригодности и комплексных показателей надёжности в процессе проектирования изделий. В качестве структурных схем надёжности могут применяться:

- структурные блок-схемы надёжности, представляющие объект в виде совокупности определённым образом соединённых (в смысле надёжности) элементов (стандарт МЭК 1078);

- деревья отказов объекта, представляющие графическое отображение причинно-следственных связей, обуславливающих определённые виды его отказов (стандарт МЭК 1025);

- графы (диаграммы) состояний и переходов, описывающих возможные состояния объекта и его переходы из одного состояния в другое в виде совокупности состояний и переходов его элементов.

Физические методы расчёта основаны на применении математических моделей, описывающих физические, химические и иные процессы, приводящие к отказам объектов и вычислении показателей надёжности по известным параметрам нагруженности объекта, характеристикам применённых в объекте веществ и материалов с учётом особенностей его конструкции и технологии изготовления. Таким образом, физические методы применяют для расчёта показателей надёжности изделий тогда, когда известны механизмы деградации их составных частей, под влиянием внешних и внутренних факторов. Методы основаны на описании соответствующих процессов деградации с помощью адекватных математических моделей, позволяющих вычислять показатели надёжности с учётом конструкции, технологии изготовления, режимов и условий работы объектов по справочным или экспериментальным данным о физических свойствах материалов, используемых в изделии.

При выполнении конкретных расчётов, имеющих целью дать количественную оценку перечисленных выше показателей надёжности, необходимо иметь в виду, что неисправности приборов и датчиков могут быть весьма многообразными, начиная от частичного ухудшения качественных показателей и кончая полным нарушением работоспособности. Одни виды неисправностей приборов и датчиков являются несущественными для системы, в которой используется прибор или датчик, другие виды могут приводить к нарушению работоспособности системы в целом.

Другими словами, следует различать неисправности, вызывающие отказы, и неисправности, не приводящие к отказам. Поэтому в каждом отдельном случае необходимо в начале расчета строго сформулировать критерий отказа рассматриваемого прибора или датчика. Рассмотрим этот вопрос детальнее.