Общие положения

Избыточность

Другим источником повышения надёжности, особенно невосстанавливаемых сложных технических систем является структурная и функциональная избыточность, которая достигается резервированием, т.е. параллельным соединением однотипных элементов. Тогда система исправна, если исправен хотя бы один из элементов. Для обоснования запасов структурной и функциональной избыточности создаваемой системы может быть использован анализ стохастического подобия.

Контроль надёжности.

Контроль надёжности всегда связан с разрушением, поэтому он трудоёмок. Но главная сложность заключается в том, что достоверные значения могут быть получены только по данным эксплуатации, после того, как изделие полностью выработает свой ресурс, а на это уходит много времени. Поэтому при отработке изделия на стадии опытного производства обычно используются данные ускоренных испытаний на надёжность. Фактические же значения показателей, достигнутые в эксплуатации, используются для корректировки расчётных значений на стадиях доводки и серийной эксплуатации. Таким образом, контроль надёжности может быть только дополнением к тщательному планированию значений показателей надёжности.

Ускоренные испытания на надёжность.

Целью проведения ускоренных испытаний является сокращение периода естественного старения материала образца за счёт интенсивности режимов функционирования и/или негативных факторов воздействия окружающей среды. При ускоренных испытаниях к объекту контроля предъявляются более высокие требования, чем это ожидается в эксплуатации. Проблема ускоренных испытаний заключается в том, чтобы при назначении видов режимов нагружения сохранить ожидаемый вид отказа и его механизм. Иными словами, ускоренные испытания должны быть эквивалентными процессам реальной эксплуатации и естественного старения.

Использование сетки долговечности (вероятностной бумаги)

Вид функции распределения, например, при расчёте долговечности для данной единицы продукции может быть установлен графически с использованием сетки долговечности/вероятностной бумаги. Идея графического метода заключается в том, что подбирают такую непрерывную замену координат, при которой график функции распределения становится прямой линией. Для распределения Вейбулла построение вероятностной сетки сводится к двукратному логарифмированию уравнения функции распределения для получения неравномерной шкалы «у – ов» и однократному логарифмическому преобразованию временного параметра для получения неравномерной шкалы «х – ов». В полученной таким образом сетке координат (сетке долговечности) распределение Вейбулла будет всегда представлено прямой линией. Эта сетка используется для решения двух задач:

• проверки согласия эмпирического распределения с теоретическим;

• оценки параметров распределения по углу наклона прямой и по отрезкам, которые она отсекает на осях координат.

При этом не решается вопрос, является ли эмпирическое распределение отражением смешанного (циклического и постоянного) или несмешанного (только циклического или только постоянного) режимов нагружения.

Риск в вопросах надёжности

Проведение испытаний на надёжность и функциональную пригодность сложных технических систем осуществляется на базе контрольных выборок, так как не возможно ждать пока все контрольные объекты дадут отказ. При назначении количества испытаний в общем случае оптимизируется величина риска между внутренними затратами и вероятностью поставки ненадёжного изделия. Такой подход даёт определённые преимущества. Он позволяет путём последовательных испытаний и соответствующей доводки на стадии отработки единицы продукции достичь требуемой нормы надёжности (долговечности). Для проведения сложных расчётов, сопровождающих процесс доводки в нормативной документации приводится весь необходимый математический аппарат, в том числе и для определения областей доверия (доверительных интервалов) для полученных значений показателей. Вместе с тем здесь существуют вопросы, требующие обоснованного решения, например, задача распределения норм надёжности между элементами системы с учётом режимов нагружения. Хотя при отработке на надёжность используются выборки, состоящие из объектов, в отношении которых принято допущение, что они испытываются в несмешанном режиме нагружения и, что при этом вероятность безотказной работы подчиняется закону Вейбулла, было бы полезно сделать так, чтобы результаты испытаний выборки можно было бы привязать к смешанному нагружению. Цель такого анализа - получить информацию о количестве составляющих общего распределения, а также о значениях их параметров.

Техническая система никогда не может иметь интенсивность отказов, равной нулю. Это соответствует принципу, что в целом нет «нулевого риска» ни для заказчика, ни для поставщика. Задача менеджмента в вопросах риска заключается в том, чтобы в определённой ситуации найти соответствующий компромисс между трудоёмкостью (риск поставщика) и риском заказчика (получить ненадёжное изделие).Поэтому оба вида риска всегда нужно рассматривать вместе и количественно.

Программа обеспечения надёжности технических систем

Для обеспечения надёжности сложных технических сис­тем (ТС) используется программно-целевой метод управления про­цессом их создания и применения. На основе этого метода со­ставляется единый сквозной план разработки системы, кото­рый координирует затраты, сроки и трудоёмкость всех основных работ. Так как существенную часть затрат средств и времени определяют работы, связанные с обеспечением надёж­ности, то для каждой конкретно создаваемой системы предус­мотрена разработка программы обеспечения надежности (ПОН).

Основными задачами ПОН являются

определение работ и мероприятий, проводимых на всех этапах создания и экс­плуатации системы,

обоснование возможности создания систе­мы с требуемой надёжностью,

разработка документов по над­ёжности,

планирование и руководство всеми работами в облас­ти надёжности, обеспечение контроля за выполнением работ и оценка их результатов.

Этим задачам должна способствовать единая типовая структура ПОН, форма изложения, требования к обоснованию, порядку разработки и реализации.

Программа осуществляется подрядчиком и контролирует­ся заказчиком. Контроль особенно важен для успешного руко­водства программой. Поскольку меры по обеспечению надёж­ности требуется всё время приспосабливать к непредвиденным изменениям в программе разработки, необходимы постоянное наблюдение и оценка произведенных работ для гарантии того, что указанные меры соответствуют программе разработки.

Задача руководства программой обеспечения надёжнос­ти — следить за тем, чтобы программа полностью удовлетворя­ла требованиям проекта и выполнялась как его составная часть.

Рассмотрим основные показатели проекта, определяю­щие состав ПОН.

Степень важности задачи, выполняемой проектируе­мой системой. Самым характерным показателем важности выполняемой системой задачи является стоимость отка­за (деньги, человеческая жизнь, политический престиж). Для проектов с высокой степенью важности ПОН должна осуществляться с большей основательностью, при наличии более твёрдой дисциплины, причём в документации долж­на соблюдаться большая формальность.

Степень сложности системы. Более сложные системы требуют разработки расширенных ПОН.

Характер задачи, выполняемой космической техни­кой. Это важный фактор для определения содержания про­граммы надёжности. Для классификации полёта имеет значение:

пилотируемый или непилотируемый полет;

срок выполнения задачи;

воздействие окружающей среды;

ремонтоспособность оборудования во время выполнения задачи;

трудность получения данных и выполнения условий слежения;

степень необходимости установления связи с Землёй или осуществления управления с Земли.

Для любого проекта можно выделить путём последователь­ного рассмотрения каждого из факторов те места программы, которые имеют первостепенное значение

Сравнение с уровнем современной техники. Использо­вание апробированной техники обеспечивает высокую на­дёжность системы, однако проекты космических систем, выполненные с помощью самой современной техники, должны предусматривать реализацию задачи в условиях неопределённости. В этом случае в программе особое вни­мание уделяется вопросам испытания новых или модерни­зированных подсистем.

Число изготовляемых систем. Более крупные проекты предусматривают выверенную фазу производства и воз­можность использования большого числа испытанных компонентов. Проект, предусматривающий изготовление только нескольких изделий, должен обеспечить высокую надёжность при малом числе испытанных компонентов.

Перечень оборудования, изготовляемого подрядчика­ми. Эффективные действия подрядчиков по обеспечению надёжности имеют очень большое значение для успешного выполнения всей задачи, однако этого трудно добиться. Поэтому руководство ПОН должно проследить, чтобы под­рядчики использовали те же методы обеспечения надёж­ности, что и главный подрядчик, и чтобы была взаимо­связь отдельных мероприятий.

Использование существующего оборудования. Часто при проектировании системы предполагается использовать подсистемы, разработанные по предыдущему проекту. В таких случаях ПОН должна проанализировать как пре­имущества, так и недостатки ранее разработанных ком­понентов и определить возможность их использования в новых условиях. Программа для модернизированного оборудования должна основываться на анализе ранее дей­ствующих ПОН с целью установления их пригодности для усовершенствованного варианта.

Состояние проекта на начальной стадии выполнения программы надёжности. В случае если контракт расширя­ется, когда разработка проекта ещё не завершена, сущест­вующая ПОН может оказаться недостаточной. Поэтому од­ним из требований расширенного контракта может быть включение более эффективной программы.

Перечисленные выше факторы определяют примерную форму ПОН. Более детальная её структура может быть состав­лена руководством проекта, исходя из анализа рисков, кото­рые оно готово допустить, и средств, ассигнуемых на решение задачи обеспечения надёжности.

Как только проект хотя бы приблизительно классифициро­ван, необходимо выяснить следующие обстоятельства:

на какое место программы следует сделать упор;

имеется ли полный перечень всех задач по обеспечению надёжности;