Тема 2. Стандартизация в области надёжности и виды нарушения надёжного функционирования технического объекта (лк – 2ч )

2.1. Система стандартов «Надёжность в технике» (ССНТ). Развитие системы в РБ после 2005 года

2.1.1. Краткое описание ССНТ. В состав ССНТ [25] входят только основополагающие стандарты по надежности, распространяющиеся на все или большинство видов технических объектов и устанавливающие общие положения, принципы, правила и методы управления их надежностью на всех или отдельных стадиях жизненного цикла объектов. На основе и в развитие стандартов ССНТ или в дополнение к ним могут разрабатываться основополагающие стандарты (комплексы стандартов) по надежности видов техники, групп (видов) технических объектов, отражающие специфику управления их надежностью. Указанные стандарты (комплексы стандартов) не входят в состав ССНТ. Стандарты ССНТ служат основой для включения требований надежности и методов контроля надежности в стандарты, устанавливающие технические требования и методы контроля для групп однородных технических объектов, в технические условия, технические задания, контракты, договоры и другие виды документации. Стандарты ССНТ должны быть гармонизированы с международными стандартами МЭК по надежности, разрабатываемыми МЭК/ТК 56 "Надежность" [25].

2.1.2. Назначение ССНТ. ССНТ предназначена [25] для осуществления средствами стандартизации единой технической политики в области управления надежностью объектов. Стандарты ССНТ служат нормативной базой для регулирования взаимодействия заинтересованных сторон (разработчиков, изготовителей, поставщиков, заказчиков, потребителей) при обеспечении надежности на всех стадиях жизненного цикла объектов. Стандарты ССНТ устанавливают организационные, технические, технологические, экономические и др. положения, направленные на обеспечение рационального уровня надежности объектов. Стандарты ССНТ регламентируют методы решения типовых задач обеспечения надежности в качестве основы для разработки соответствующих правил и методик, применяемых на стадиях жизненного цикла конкретных объектов [25].

2.1.3. Структура и состав объектов стандартизации ССНТ. В ССНТ выделяют [25] следующие основные группы объектов стандартизации, приведенные в столбце 1 табл. 2.1. Состав объектов стандартизации в каждой группе приведен в столбце 2 табл. 2.1.

Таблица 2.1

Структура и состав объектов стандартизации ССНТ

Шифр и наименование группы стандартов ССНТ	Объект стандартизации
	Общие вопросы	0.1	Основные принципы стандартизации в области надежности
0.2	Основные понятия, термины и определения
0.3	Общие правила и методы установления требований по надежности
0.4	Классификация отказов и предельных состояний
	Организация работ по обеспечению надежности	1.1	Общий порядок обеспечения надежности на стадиях жизненного цикла, организационные структуры
1.2	Программы обеспечения надежности, планирование работ
1.3	Управление применением комплектующих изделий (надежностные аспекты)
1.4	Информационное обеспечение надежности
1.5	Экспертиза проектов
	Способы обеспечения	2.1	Общие требования и рекомендации по конструктивным и технологическим способам обеспечения надежности
2.2	Экспериментальная отработка на надежность, моделирование роста надежности
2.3	Ориентированные на обеспечение надежности способы контроля качества и отбраковка потенциально ненадежных объектов
2.4	Назначение и продление срока службы, срока хранения и ресурса
2.5	Обеспечение (поддержание) надежности в эксплуатации
	Анализ и расчет надежности	3.1	Порядок и общие требования к методам анализа и расчета надежности
3.2	Методы расчета показателей надежности
3.3	Методы расчета надежности с учетом качества программных средств (надежности программного обеспечения)
3.4	Методы расчета надежности с учетом "человеческого фактора"
3.5	Анализ возможных видов, последствий и критичности отказов
	Испытания, контроль, оценка надежности	4.1	Порядок оценки и контроля надежности
4.2	Правила проведения и общие требования к методам испытаний
4.3	Выбор условий и режимов испытаний
4.4	Предварительная обработка статистических данных о надежности (проверка однородности, сравнение, выявление тренда, проверка вида распределения)
4.5	Оценка показателей надежности по экспериментальным данным
4.6	Планы контрольных испытаний на надежность
4.7	Оценка показателей надежности объектов по данным о надежности их составных частей

Приведенные в табл. 2.1 объекты стандартизации не следует рассматривать в качестве наименований действующих или планируемых к разработке стандартов. Состав объектов стандартизации уточняют в процессе разработки ССНТ.

2.1.4. Обозначения и наименования стандартов ССНТ. Межгосударственные стандарты, входящие в ССНТ, обозначают по единой схеме, имеющей вид:

ГОСТ	27.	Х	ХХ	-	ХХ
					последние две цифры года утверждения
				порядковый номер стандарта в группе
			шифр группы стандартов (0, 1, 2, 3 или 4)
		номер системы стандартов "Надежность в технике"

Наименование стандартов ССНТ в общем случае включает:

групповой заголовок "Надежность в технике";

заголовок, соответствующий объекту стандартизации из числа установленных настоящим стандартом;

подзаголовок, определяющий содержание стандарта.

Пример обозначения и наименования стандарта.

ГОСТ 27.301-95	-	обозначение.
Надежность в технике	-	групповой заголовок.
Расчет надежности	-	заголовок.
Основные положения	-	подзаголовок.

2.1.5. Развитие системы в РБ после 2005 года. Получив от СССР стройную систему стандартов ССНТ, независимые государства СНГ после распада СССР попытались её усовершенствовать. Для координации работ по надёжности между странами СНГ был созданмеждународный технический комитет (МТК) 119 «Надёжность в технике», куда вошли почти все страны СНГ. В рамках этого комитета украинской ассоциацией «Надёжность машин и сооружений» были разработаны проекты двух стандартов – [2] и [51]. Проекты были разработаны, во-первых, с ошибками, а во-вторых, стандартизировали только один из возможных вариантов оценки программного обеспечения, не оставляя другим вариантам права на существование. Видимо, поэтому проекты не были внедрены в крупнейшей державе СНГ – России. Однако вслед за разработкой проектов последовало внедрение одноимённых ГОСТов на Украине, в Средней Азии и Закавказье. ГОСТы просуществовали внедрёнными в перечисленных странах 8 лет, после чего в 2005 году были приняты в РБ в качестве государственных стандартов. При этом принятие было осуществлено в нарушение стандарта РБ «Порядок разработки и внедрения стандартов». Нарушение состояло в нежелании внедряющей организации (БелГИСС, Белорусского государственного института стандартизации и сертификации) отправить проекты стандартов на отзыв научной общественности республики и составить затем сводку отзывов.

Отсутствие в течение 10 лет замечаний по содержанию ГОСТов в странах СНГ говорит о слабом использовании этих документов в названных республиках. Однако первая же попытка использовать ГОСТы в учебном процессе привела к обнаружению существенных ошибок в ГОСТах. Поэтому группа студентов БГУИР под руководством их лектора отправила в БелГИСС письмо с перечислением указанных ошибок. Через 8 месяцев после получения студенческого письма БелГИСС направил студентам благодарственное письмо за работу по обнаружению ошибок в ГОСТах на имя ректора БГУИР, признал правомерность «некоторых (студенческих) замечаний» (хотя правомерными были не некоторые, а все замечания студентов, что стало ясным из дальнейшей переписки) и проинформировал, что работу по корректировке ГОСТов поручил разработчику – украинской ассоциации «Надёжность машин и сооружений», сообщив ей об ошибках. Не дождавшись в течение ещё 8 месяцев ответа от украинцев, БелГИСС самостоятельно внёс предложения о внесении изменений в ГОСТы, исправляющих ошибки. На этот раз проекты изменений были отправлены на отзыв научной общественности республики. Отзывов, кроме отзыва БГУИР, не поступило. Таким образом, изменения в ГОСТ были внесены и работа по корректировке ГОСТов завершена.

2.2. Виды нарушения надёжного функционирования СВТ. Схема основных состояний и событий

Анализируя определения безотказности, ремонтопригодности, сохраняемости и долговечности, несложно заметить, что все они базируются на понятии работоспособного состояния. Существует 5 состояний объекта работоспособное, неработоспособное, исправное, неисправное, предельное. Они показаны на схеме основных состояний и событий (рис. 2.2). Все термины и определения даны по ГОСТ [1].

Работоспособное состояние – это состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации (далее – НТКПД). Противоположное состояние называется неработоспособным. Неработоспособное состояние – это состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям НТКПД. Для сложных объектов, какими являются ЛВС, возможно деление их неработоспособных состояний. При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично неработоспособные состояния, при которых объект способен частично выполнять требуемые функции.

Более жёстким, чем работоспособное, является исправное состояние. Исправное состояние – это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям НТКПД. Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований НТКПД, называется неисправным. Состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно, называется предельным.

Рис. 2.2. Схема основных состояний и событий для восстанавливаемого объекта

Каждое из перечисленных состояний характеризуется совокупностью значений параметров, описывающих состояние объекта, а также качественных признаков, для которых не применяют количественные оценки. Номенклатуру этих параметров и признаков, а также пределы допустимых их изменений устанавливают в НТКПД.

Работоспособный объект в отличие от исправного должен удовлетворять лишь тем требованиям НТКПД, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. Работоспособный объект может быть неисправным, например, если он не удовлетворяет эстетическим требованиям (облупилась краска), причем ухудшение внешнего вида объекта не препятствует его применению по назначению.

Переход из одного состояния в другое происходит вследствие событий – повреждения (событие № 1 на рис. 2.2), отказа (событие № 2 на рис. 2.2), перехода в предельное состояние (событие № 3 на рис. 2.2), восстановления (событие № 4 на рис. 2.2) или ремонта (событие № 5 на рис. 2.2). Повреждения и отказы вместе представляют собой дефекты (событие № 6 на рис. 2.2) и характеризуются переходом из исправного состояния в неисправное (работоспособное или неработоспособное). Переход из предельного состояния в утилизацию называется списанием объекта (событие № 7 на рис. 2.2).

Повреждение – это событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохраненииработоспособного состояния. Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Причина отказа – это явления, процессы, события и состояния, вызвавшие возникновение отказа объекта. Дефект по ГОСТ 15467-79 [6] – это каждое отдельное несоответствие продукции (или изделия) установленным (в НТКПД) требованиям.

Восстановление – это процесс перевода объекта в работоспособное состояние из неработоспособного состояния. Из данного определения следуют понятия восстанавливаемый и невосстанавливаемый объект. Восстанавливаемый объект – это объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в НТКПД. Невосстанавливаемый объект – это объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановленияработоспособного состояния не предусмотрено в НТКПД.

Примеры восстанавливаемых объектов – СВТ. Примеры невосстанавливаемых объектов – микросхема, таксофонная карточка, картонная карточка с магнитной полосой для предоплаты услуг ксерокса, парковки и т.д.

2.3. Критерии отказов и предельных состояний. Классификация отказов.

Критерий отказа – признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в НТКПД.

Критерий предельного состояния – признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные в НТКПД. (Примеры – самостоятельно)

Критерии отказов и предельных состояний записываются в эксплуатационную документацию (техническое описание, инструкцию по эксплуатации).

Примеры записи критерия отказа: напряжение логической единицы на выходе триггера должно быть равно от 4,7 до 5,2 В (КР).

Отказы классифицируются по различным классификационным признакам (критериям).

– по признаку зависимости – независимый отказ (не обусловленный другими отказами) и зависимый отказ (обусловленный другими отказами),

– по признаку времени своего проявления в процессе эксплуатации – ранние отказы (отказы, проявляющиеся на начальной стадии жизни объекта), отказы в период нормальной эксплуатации и ресурсные (в результате которых объект достигает предельного состояния), практически синонимом ресурсного отказаявляется деградационный отказ (отказ, обусловленный естественными процессами старения, износа, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации),

– по признаку обнаруживаемости – явный отказ (обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению), скрытый отказ (не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики),

– по признаку характера изменения во времени значений параметров объекта – внезапный отказ (характеризующийся скачкообразнымизменением значений одного или нескольких параметров объекта), постепенный отказ (возникающий в результате постепенногоизменения значений одного или нескольких параметров объекта), (возможно, что внезапные отказы являются следствие постепенных, значения параметров приближения к отказам которых не контролировались /пример – самоускоряющийся процесс/),

– по признаку стадии жизни объекта, на который были привнесены причины возникновения отказа – конструктивный отказ (возникшийпо причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования и конструирования), производственный отказ (возникшийпо причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта), эксплуатационный отказ (возникшийпо причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации).

по признаку устойчивости неработоспособности (имеется в виду, что состояние отказа, в которое перешел объект, может быть устойчивым или неустойчивым (работоспособность к объекту может вернуться)),– сбои (самоустраняющиеся отказы или однократные отказы, устраняющиеся незначительным вмешательством оператора), перемежающиеся отказы (многократно возникающие самоустраняющиеся отказы одного и того же характера), устойчивые отказы (после возникновения которых работоспособность больше не восстанавливается).

Можно классифицировать отказы по причинам их возникновения (например, электромиграция в ТПС, слом кристалла ИМС) или по внешним проявлениям отказа (отсутствие выходного напряжения и т. д.).

2.4. Временные понятия надёжности

Эти понятия существуют отдельно для каждого из свойств, составляющих надёжность. Первым временным понятием для безотказности является наработка – продолжительность или объём работы объекта. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т.п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков и т.п.). Следующее понятие – наработка до отказа, под которой понимается наработка объекта от начала эксплуатации до первого отказа. Наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа называется наработкой между отказами или наработкой на отказ.

Временное понятие для ремонтопригодности – это время восстановления (продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта). Временные понятия для сохраняемости – срок сохраняемости, для долговечности – ресурс, срок службы и др. Так как нарушение работоспособного состояния СВТ (т.е. отказ) – это случайное событие, то и характеризующие отказ временные понятия надёжности (наработка до отказа, наработка между отказами, время восстановления, а равно ресурс, срок службы,срок сохраняемости – это все случайные величины, характеризующиеся своими законами распределения.