Системный подход к анализу возможных отказов: понятие, назначение, цели и этапы, порядок, границы исследования

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Системный анализ - методология исследования любых объектов посредством представления их в качестве отдельных элементов и анализа этих элементов.

Системный анализ применяется для: выявления и четкого формулирования проблемы в условиях неопределенности; выбора стратегии исследования и разработок; точного определения систем (границ, входов, выходов, связей), выявления целей развития и функционирования системы; выявление функций и состава вновь создаваемой системы.

Анализом возможных отказов системы или ее элементов называют оценку влияния возможных отказов элементов следующего уровня структуры на выходные характеристики исследуемого объекта и определение перечня возможных отказов. Возможным отказом системы называется состояние, в которое может перейти система за время эксплуатации при возникновении отказов входящих в него элементов следующего уровня структуры. Совокупность возможных отказов называют перечнем возможных отказов.

Анализ возможных отказов предусматривает следующие этапы:

- анализ процесса эксплуатации системы и составление перечня периодов эксплуатации;

- задание границ рассмотрения системы;

- рассмотрение взаимодействия и взаимовлияния составных частей (элементов) системы;

- назначение контролируемых параметров и систем контроля;

- определение характерных признаков отказов и их симптомов;

- составление перечня возможных отказов для каждого периода эксплуатации;

- оценка вероятностных и временных характеристик каждого вида отказов из перечня возможных отказов;

- анализ критичности отказов и ранжирование отказов по важности;

- определение возможных последствий отказов, возможности их обнаружения и устранения (или уменьшения степени опасности).

Анализ должен удовлетворять следующим требованиям, выполнение которых в значительной мере повышает качество проводимых исследований:

- проводиться с достаточной степенью полноты и детализации;

- учитывать физическую природу процессов, протекающих в системе;

- учитывать влияние взаимных отказов, различные режимы работы элементов системы, возможные отказы между элементами (отказы межсистемных связей и соединений);

- обеспечивать согласованность параметров элементов системы.

Анализ процесса эксплуатации системы позволяет получить необходимые сведения для выявления возможных отказов. Его проводят в следующем порядке:

- определяют назначение системы, особенности условий и режимов эксплуатации и перечень выполняемых задач;

- выделяют основные, обеспечивающие и вспомогательные функции;

- для каждой выявленной функции определяют взаимно однозначные группы статистически независимых выходных параметров, номинальные и предельно допустимые значения каждого параметра;

- определяют виды элементов системы, их функциональные особенности и характер взаимодействия при эксплуатации, наличие резервных элементов, выявляют элементы, не имеющие аналогов;

- определяют условия эксплуатации (основные и резервные режимы работы, возможности работы с измененными выходными параметрами и др.);

- определяют продолжительность каждого периода эксплуатации.

Общее число возможных отказов в перечне складывается из общего числа всех выделенных условно независимых параметров по каждой функции системы с учетом возможного числа нарушений предельно допустимых значений по каждому параметру, анализируют также ограничения на условия применения изделия, нарушения которых рассматривают как возможные отказы. Далее уточняют перечень при проведении анализа причин, оценке вероятностей возникновения, возможностей обнаружения отказов и их последствий. Перечни возможных отказов и их причин оформляются в виде отчетов. По мере продвижения исследовательской работы (экспертизы) можно включать все более редкие или менее вероятные события или предпочесть не принимать их в расчет.

В принципе окружающие условия - это весь мир, в котором находится данная система. Таким образом, необходимо установить разумные пределы влияния окружающей среды при проведении исследования с помощью дерева событий или отказов. При определении границ системы требуется тщательно установить начальные состояния элементов.

Обычно система изображается в виде блок-схемы, показывающей все функциональные (или причинные) взаимосвязи и элементы. При ее построении исключительно важную роль приобретает правильное задание граничных условий, предъявляемых к граничным условиям, является задание завершающего (головного) нежелательного события, установление которого требует особой тщательности, поскольку именно для него, как для основного отказа, выполняется анализ.

Система состоит из таких элементов, как единицы оборудования, материалы, персонала предприятия (необязательно, чтобы эти элементы были самыми мелкими элементами в системе; они могут быть блоками или целыми подсистемами), которые находятся в определенной окружающей среде и подвержены внешнему воздействию.

Опасные состояния вызываются одним или несколькими элементами, приводящими к отказам в системе. Окружающая среда, персонал, старение могут влиять на систему только через ее элементы (Рисунок 1).

Каждый элемент системы связан с другими элементами специфическим образом, а идентичные элементы могут иметь различные характеристики в различных системах. Поэтому необходимо уточнять взаимосвязи и топографию системы. Эти связи наилучшим образом можно представить в виде различных схем системы; технических описаний системы, карт технологических потоков и др., которые оказываются полезными в данной работе.

Рисунок 1 - Воздействия и взаимосвязи элементов

Например, гидравлический удар, который вызывается быстрым закрытием клапана и который, в свою очередь, приводит к потере герметичности фланцевого соединения, выявляют при изучении схемы трубопроводов. Взаимовлияние двух расположенных емкостей возможно в случае пожара. Возможные изменения состояния элементов системы, возникающие в результате других причин, следует также включать в технические описания или в карты логических переходов.

Работа в подготовительный период. Объем подготовительной работы определяется сложностью системы.

Работа состоит из четырех основных этапов:

- получение данных;

- обработка данных;

- планирование последовательности проведения исследований;

- организация обсуждений.