 |
Основные термины и определения теории надежности в соответствии с ГОСТ «Надежность в технике»
|
|
|
|
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Санкт-Петербург
История возникновения и развития теории надежности
Приступая к изучению этой темы, следует подчеркнуть приоритет российских ученых, наряду с учеными США, в разработке теории надежности. Конечно, назвать конкретных корифеев-творцов теории надежности в отличие, скажем, от творцов классической механики, теории относительности или кибернетики (Ньютон, Эйнштейн, Винер) не представляется возможным, поскольку этим занимались большие коллективы ученых в основном в СССР и США. Теория надежности – это плод коллективного творчества. Основы теории были разработаны в период с 1945 по 1960 годы. Вторая Мировая война предоставила богатый материал применения различных технических систем и, конечно, систем вооружения. Нередко из-за низкой надежности не выполнялись боевые задачи. Известно, что даже при проведении знаменитой «атаки века» Александром Маринеско, одна из четырех торпед из-за отказа не вышла из торпедного аппарата. Можно привести и множество других примеров, когда надежность техники влияла на результат боевых действий. Но, конечно, проблема надежности имела отношение не только к военным системам, она имела отношение к любой технике. Возникла острая необходимость количественной оценки надежности технических систем, необходимость разработки теории надежности.
Советские и американские ученые на совместных конференциях и симпозиумах разработали понятийный аппарат теории надежности, систему количественных показателей различных свойств надежности. Впоследствии это нашло отражение в ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения». И не случайно, что в этом документе все термины даны на двух языках – русском и английском. Следует также отметить заслугу российских ученых, разработавших справочник «Надежность и эффективность в технике» в 10-ти томах, который можно назвать своеобразной монографией в области надежности. В соответствующих томах этого справочника можно найти абсолютно всё, что касается надежности, включая методы расчета надежности. Справочник не случайно называется «Надежность и эффективность …». Дело в том, что чем сложнее система, тем в меньшей степени мы говорим о её надежности и в большей степени говорим о её эффективности при решении свойственных задач. Так, например, крейсер «Петр Великий», имеющий 12 автономных пусковых модулей зенитных ракет, при отказе одного из них совершенно не теряет эффективности в противовоздушном бою, если корабль атакуют всего несколько средств воздушного нападения (СВН). То есть, при оценке эффективности нужно учитывать структуру технической системы.
|
|
|
ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике», принятый еще в СССР в 1989 году, по сути является международным. Термины и определения, введенные этим ГОСТом, вряд ли будут изменены. На международных конференциях используют именно эти термины и определения. На основе этого ГОСТа в современной России введен Национальный стандарт Российской федерации «Надежность в технике» - ГОСТ Р 53480-2009. При этом введена поправка в название, а именно: ГОСТ Р 27002-2009, то есть оставлены те же цифры, что и в советском ГОСТе. Существенных изменений в термины и определения не внесено. В качестве дополнения к основному ГОСТу введены: ГОСТ 27.310-95 «Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов» и ГОСТ 27.301-95 «Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения». Проблема надежности является ключевой в рамках решения задач обеспечения высокой эффективности военно-технических систем и безопасности их эксплуатации. С развитием и усложнением техники обострилась и проблема надежности. Для ее решения потребовалась разработка нового научного направления - теории надежности. Предмет ее исследований - изучение причин, вызывающих отказы объектов, определение закономерностей, которым они подчиняются, разработка способов количественного измерения надежности, методов проведения испытаний, разработка путей и средств повышения надежности. Теория надежности развивается в тесном взаимодействии с другими науками: теорией вероятностей, математической статистикой, математической логикой, теорией графов, исследованием операций, теорией информации, технической диагностикой, теорией моделирования, теорией проектирования технических систем. В процессе развития теории надежности в ней выделилось несколько относительно самостоятельных направлений: математическая теория надежности, статистическая теория надежности, физическая теория надежности. Кроме того, в конкретных областях техники разрабатываются прикладные вопросы обеспечения надежности конкретных технических систем (вычислительной техники, транспортных машин, комплексов оружия и т.д.).
|
|
|
Проблема надежности технических объектов относится к так называемым «вечным» проблемам. Абсолютно надежной техники не существует. Будут появляться новые технические решения, будет появляться новая элементная база, а проблема надежности останется, она всегда будет актуальной.
Основные термины и определения теории надежности в соответствии с ГОСТ «Надежность в технике»
Рассмотрим основные термины и определения теории надежности в соответствии с ГОСТ «Надежность в технике».
«Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования».
Надежность технического объекта зависит от конструктивного совершенства и качества технологии производства. Эти факторы для созданного объекта определяют внутренние свойства последнего. Однако, надежность техники зависит и от условий функционирования. Для корабельного оружия ими являются волнение моря, скорость ветра, углы и скорости качек корабля, параметры микроклимата в шахтах и контейнерах, уровень радиоизлучений и др. Особое место среди задаваемых условий занимает качество эксплуатации. Как правило, надежность сложных технических систем обеспечивается только при условии проведения определенного технического обслуживания.
|
|
|
Рассмотрим характерные особенности понятия «надежность». Надежность является важнейшей характеристикой качества объекта, определяющей пригодность использования его по назначению. Надежность – характеристика, зависящая от времени. Она характеризует зависимость качества объекта от наработки. Под наработкой понимается продолжительность или объем работы объекта. Наработка может быть непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т.п.) и целочисленной величиной (число рабочих циклов, выстрелов, запусков и т.п.).
Надежность является комплексным свойством, которое включает в себя более простые свойства (стороны надежности): безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Образно говоря, надежным техническим объектом следует считать тот, который отказывает редко, служит долго, ремонтируется быстро и сохраняет свои свойства при длительном хранении и (или) транспортировании. Естественно, что все эти простые свойства оцениваются количественно, в соответствии с показателями, определенными ГОСТ «Надежность в технике». Каждое из этих свойств может доминировать в зависимости от этапа и условий эксплуатации. Так, для неремонтируемых, длительное время работающих объектов, основным свойством может являться безотказность. Говоря наиболее просто, безотказность – это способность объекта функционировать по прямому назначению. При этом безотказность является, безусловно, главным из всех составляющих надежность свойств. Не было бы отказов, не появилась бы и теория надежности. Нередко на практике, говоря о надежности, имеют в виду именно безотказность.
|
|
|
Понятие «надежность» нельзя безгранично распространять на все более сложные системы, так как для сложных технических систем, таких, например, как многоканальные РК, трудно, а нередко и невозможно определить понятие отказа. Действительно, отказ одного из каналов может не повлиять на результат боевого применения оружия. В этом случае принято оценивать эффективность системы. Однако очевидно, что эффективность системы во многом зависит от надежности элементов, составляющих эту систему. Поэтому понятие надежности является первичным, фундаментальным.
Понятия «системы» и «элементы», используемые в теории надежности, достаточно условны и зависят от уровня рассмотрения. Элемент системы высшего уровня сам может являться системой для элемента низшего уровня в рассматриваемой иерархической структуре технического объекта.
Понятие «надежность технического объекта» нужно рассматривать только для заранее установленных режимов и условий эксплуатации.
Свойство надежности может быть приписано различным компонентам объекта. При исследовании надежности часто ставится задача определить причины, приводящие к формированию той или другой стороны надежности для определения путей повышения надежности. Это приводит к делению надежности на разные виды:
Физическая надежность – обусловливается физическими и химическими свойствами, условиями работы, нагружением и т.д.
Схемная надежность – обусловливается уровнем физической надежности отдельных элементов и схемой их взаимосвязи. Схемная надежность может быть повышена за счет резервирования.
Аппаратная надежность – обусловливается состоянием аппаратуры.
Программная надежность – обусловливается состоянием и качеством программного обеспечения.
Функциональная надежность – надежность выполнения отдельных функций, возлагаемых на объект.
Надежность, как было ранее отмечено, является комплексным свойством и включает в себя такие четыре свойства, как:
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта.
Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции в течение хранения и (или) транспортирования.
|
|
|
Отметим еще некоторые важные определения в соответствии с ГОСТ «Надежность в технике».
Наработка – понятие, характеризующее продолжительность или объем работы объекта (в часах, циклах, километрах пробега и др.).
Невосстанавливаемое изделие – изделие, которое не может быть восстановлено потребителем в данной ситуации и подлежит замене.
Восстанавливаемое изделие – изделие, которое может быть восстановлено потребителем в данной ситуации.
Ремонтируемый объект – объект, ремонт которого возможен и предусмотрен нормативно-технической, ремонтной и (или) конструкторской (проектной) документацией.
Неремонтируемый объект – объект, ремонт которого невозможен или не предусмотрен нормативно-технической, ремонтной и (или) конструкторской (проектной) документацией.
В каждом конкретном случае оценки или задания надежности изделия следует пользоваться теми сторонами и видами надежности, которые необходимы для характеристик надежности объекта с учетом его целевого назначения.
В прикладной теории надежности в понятие надежности могут включаться дополнительные свойства. Так, для характеристики надежности объектов, являющихся потенциальным источником опасности, используются свойства безопасности и живучести.
Безопасность – свойство объекта в случае нарушения работоспособного состояния не создавать угрозу для жизни и здоровья людей, а также для окружающей среды.
Живучесть – свойство объекта сохранять работоспособность (полностью или частично) в условиях неблагоприятных воздействий, не предусмотренных нормальными условиями эксплуатации.
Исправное состояние – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он не удовлетворяет хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра характеризующего его способность выполнять заданные функции, не соответствует нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.
Неисправное изделие может быть работоспособным, однако неработоспособное изделие, естественно, является всегда неисправным.
|
|
|
