Введение в надежность

Используемые в быту, технике и технологиях всевозможные объекты (предметы, устройства, программы, …) создаются для выполнения заранее установленных функций (действий, задач, обязанностей, ...) в определенных или “нормальных” условиях эксплуатации.

Объект считается работоспособным (исправным), если он выполняет все свои функции в данный момент времени при нормальных условиях эксплуатации.

Объект неработоспособен (неисправен), если не выполняется хотя бы одна из установленных функций.

Переход из работоспособного состояния в неисправное означает отказ (выход из строя) объекта.

Отказы бывают случайными и не случайными. Далее будут изучаться только случайные отказы, наблюдаемые в случайные моменты времени t, 0£ t< ¥.

Переход объекта из неработоспособного состояния в исправное осуществляется посредством его восстановления или ремонта.

Отрезок времени от включения в работу исправного объекта до его отказа есть время безотказной работы или наработка до отказа. Наработка до отказа - случайная величина Т, принимающая в каждом конкретном "опыте" (т. е. включении объекта в работу) случайные значения t, 0£ t< ¥. Величина Т имеет физическую размерность: час, сутки, месяц, число срабатываний дискретного объекта, число циклов работы периодического объекта и т.д.

Длительность восстановления (ремонта) отказавшего объекта есть случайная величина Т^В, принимающая в конкретных обстоятельствах случайные значения t^В, 0£ t^В< ¥. Длительность восстановления имеет физическую размерность - чаще всего минуты, часы, сутки и т.д.

Качество проектирования, изготовления и эксплуатации объекта характеризуется его надежностью (наряду с точностью и оптимальностью).

Надежность в узком смысле понимается как свойство объекта оставаться работоспособным на заданном интервале времени, т.е. выполнять установленные функции при определенных условиях эксплуатации.

Свойство надежности объекта косвенно характеризуется поведением случайной величины - наработки до отказа Т. Чем меньшие значения наработок до отказа t имеет объект, тем ниже его надежность и наоборот, чем большие значения наработок до отказа, тем более надежен объект. В общем случае поведение случайной величины Т характеризуется неслучайными функциональными (законами распределения) и числовыми показателями надежности, а также их статистическими аналогами.

Надежность в широком смысле трактуется как комплексное (векторное) свойство объекта, включающее компоненты:

безотказность,
ремонтопригодность,
долговечность,
сохраняемость.

Безотказность - свойство объекта непрерывно (без вынужденных перерывов) сохранять работоспособность на заданном интервале времени при “нормальных” условиях эксплуатации. Безотказность эквивалентна надежности в узком смысле и является основной компонентой надежности в широком смысле.

Отображается это свойство в поведении случайной величины Т - наработки до отказа объекта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к обнаружению и устранению отказов, т.е. к восстановлению работоспособности.

Свойство ремонтопригодности косвенно характеризуется поведением случайной величины Т^В - длительности восстановления. В каждом конкретном ремонте величина Т^В принимает случайные значения t^В, 0£ t^В< ¥.

Чем большие значения t^В характерны для объекта, тем ниже его ремонтопригодность. Если все t^В близки к нулю, то объект характеризуется "мгновенным" восстановлением, при t^В à ¥ - объект не восстанавливаемый.

Долговечность - способность объекта сохранять работоспособность до наступления предельного (критического) состояния при соблюдении установленных планово-предупредительных (профилактических) ремонтов (ППР).

Состояние восстанавливаемого объекта считается предельным, если ремонт и последующая эксплуатация объекта невозможны из-за его физического износа (старения).

Программно-технические средства автоматизации обладают хорошей ремонтопригодностью, достаточно длительным сроком эксплуатации и относительно быстрым моральным старением. Поэтому технические средства автоматизации (ТСА) и, особенно, ПСА – программные средства автоматизации - не достигают, как правило, предельного состояния, а свойство и показатели долговечности оказываются не актуальными для средств автоматизации и далее не рассматриваются.

Сохраняемость - свойство объекта оставаться работоспособным и ремонтопригодным при его транспортировке и хранении.

Технические, программные и программно-технические средства автоматизации относятся к классу малогабаритных и дефицитных объектов, т.е. допускают удобную и безопасную транспортировку и не хранятся длительное время на складах. Поэтому свойство сохраняемости и соответствующие показатели сохраняемости не актуальны для технических и, особенно, программных средств автоматизации и ниже не рассматриваются.

Таким образом, в предлагаемом курсе излагаются теоретические аспекты надежности – безотказности и ремонтопригодности, базирующиеся на теории вероятностей и математической статистике.