4. Основи розрахунку надійності технічних систем
4.1. Загальні правила розрахунку надійності технічних об'єктів
Загальні правила розрахунку надійності технічних об'єктів (виробів) визначено ГОСТ 27.301 – 95. Відповідно до цього стандартурозрахунокнадійності- це процедура визначення значень показників надійності об'єкта з використанням методів, що ґрунтуються на їх обчисленні за довідковими даними про надійність елементів об'єкта, за даними про надійність об'єктів-аналогів, дані про властивості матеріалів та іншої інформації, що є на момент розрахунку.
Надійність об'єкта розраховують на стадіях життєвого нікла та відповідних цим стадіям етапах видів робіт, встановлених програмою забезпечення надійності об'єкта або документами, що її замінюють. Ця програма повинна встановлювати цілі розрахунку на кожному етапі видів робіт, що застосовуються при розрахунку нормативні документи та методики, терміни виконання розрахунку та виконавців, порядок оформлення, подання та контролю результатів розрахунку.
Так на етапі проектування розрахунок надійності проводиться з метою прогнозування (передбачення) очікуваної надійності проектованої системи.
Таке прогнозування є необхідним для обґрунтування передбачуваного проекту, а також для вирішення організаційно-технічних питань:
- Вибору оптимального варіанту структури;
— глибини та методів контролю;
- Кількість запасних елементів;
На етапівипробувань та експлуатаціїрозрахунки надійності проводяться для оцінки кількісних показників надійності. Такі розрахунки мають, зазвичай, характер констатації. Результати розрахунків у цьому випадку показують, якою надійністю володіли об'єкти, що пройшли випробування або використовуються в деяких умовах експлуатації. На підставі цих розрахунків розробляються заходи щодо підвищеннянадійності, визначаються слабкі місця об'єкта, даються оцінки його надійності та впливу на неї окремих факторів.
Розрахунок надійності об'єктів в загальному випадку є процедурою послідовного поетапного уточнення оцінок показників надійності у міру відпрацювання конструкцні та технології виготовлення об'єкта, алгоритмів його функціонування, правил експлуатації, системи технічного обслуговування та ремонту, критеріїв відмов та граничних станів, накопичення більш повної та достовірної інформації про всіх факторах, що визначають надійність, і застосування більш адекватних і точних методів розрахунку та розрахункових моделей.
Розрахунок надійності на будь-якому етапі видів робіт, передбаченому планом програми забезпечення надійності, включає:
- Ідентифікацію об'єкта, що підлягає розрахунку;
- визначення цілей і завдань розрахунку на даному етапі, номенклатури та необхідних значень показників надійності, що розраховуються;
- вибір мотода(ів) розрахунку, адекватного(их) особливостям об'єкта, цілям розрахунку, наявності необхідної інформації про об'єкт та вихідних даних для розрахунку;
- Складання розрахункових моделей для кожного показника надійності;
- отримання та попередню обробку вихідних даних для розрахунку, обчислення значень показників надійності об'єкта та, за необхідності, їх зіставлення з необхідними;
- оформлення, подання та захист результатів розрахунку.
Ідентифікація об'єктадля розрахунку його надійності включає отримання та аналіз наступної інформації про об'єкт, умови його експлуатації та інші фактори, що визначають його надійність:
- призначення, сфери застосування та функції об'єкта;
- критерії якості функціонування, відмов та граничних станів, можливі наслідки відмов(досягнення об'єктом граничного стану) об'єкта;
- структура об'єкта, склад, взаємодія та рівні навантаженості елементів, що входять до нього, можливість перебудови структури та/або алгоритмів функціонування об'єкта при відмовах окремих його елементів;
- наявність, види та способи резервування, що використовуються в об'єкті;
- типова модель експлуатації об'єкта, що встановлює перелік можливих режимів експлуатації н виконуваних при цьому функцій, правила та частоту чергування режимів, тривалість перебування об'єкта в кожному режимі та відповідні напрацювання, номенклатуру та параметри навантажень та зовнішніх впливів на об'єкт у кожному режимі;
- планована система технічного обслуговування (ТО) та ремонту об'єкта, що характеризується видами, періодичністю, організаційними рівнями, способами виловлення, технічним оснащенням та матеріально-технічним забезпеченням робіт з його ТО та ремонту;
- розподіл функцій між операторами та засобами автоматичного діагностування (контролю) та управління об'єктом, види та характеристики людино-машинних інтерфейсів, що визначають параметри працездатності та надійності роботи операторів;
- Рівень кваліфікації персоналу;
- якість програмних засобів, що застосовуються в об'єкті;
- планована технологія та організація виробництва під час виготовлення об'єкта.
Полпота ідентифікації об'єкта на етапі розрахунку його надійності визначає вибір відповідного методу розрахунку, що забезпечує прийнятну на даному етапі точність за відсутності або неможливості отримання частини інформації.
Джерелами інформації для ідентифікації об'єкта служить конструкторська, технологічна, експлуатаційна та ремонтна документація на об'єктзагалом, його складові та комплектуючі вироби про склад та комплекти, що відповідають даному етапу розрахунку надійності.
Методи розрахунку надійностіподіляють:
- за складом розрахункових показників надійності,
- за основними принципами розрахунку.
За складом розрахункових показниківрозрізняють методи розрахунку:
- Комплексних показників надійності (методи розрахунку коефіцієнтів готовності, технічного використання, збереження ефективності та ін.).
За основними принципами розрахункувластивостей, що становлять надійність, або комплексних показників надійності об'єктів розрізняють:
- структурні методи розрахунку,
- фізичні методи розрахунку,
Вихідними данимидля розрахунку надійності об'єкта можуть бути:
- апріорні дані про надійність об'єктів-аналогів, складових частин та комплектуючих виробів об'єкта, що розглядається, з досвіду їх застосування в аналогічних або близьких умовах;
- оцінки показників надійності (параметри законів розподілу характеристик надійності) складових частин об'єкта та параметрів застосованих в об'єкті матеріалів, отримані експериментальним або розрахунковим слособом безпосередньо в процесі розробки (виготовлення, експлуатації) об'єкта, що розглядається, і його складових частин;
- розрахункові та/або експериментальні оцінки параметрів навантаженості застосованих в об'єкті складових частин та елементів конструкції.
Джерелами вихідних даних для розрахунку надійності об'єкта можуть бути:
- стандарти та технічні умови на складові об'єкта, що застосовуються в ньому комплектуючі елементи міжгалузевого застосування, речовини та матеріали;
- довідники з надійності елементів, властивостей речовин та матеріалів, нормативівтривалості (трудомісткості, вартості) типових операцій ТО та ремонту та інші інформаційні матеріали;
- статистичні дані (банки даних) про надійність об'єктів-аналогів, що входять до їх складу елементів, властивості застосовуваних у них речовин і матеріалів, про параметри операцій ТО та ремонту, зібрані в процесі їх розробки, виготовлення, випробувань та експлуатації;
- результати міцнісних, електричних, теплових та інших розрахунків об'єкта та його складових частин, включаючи розрахунки показників надійності складових частин об'єкта.
За наявності кількох джерел вихідних даних для розрахунку надійності об'єкта пріоритети у їх використанні або методи об'єднання даних із різних джерел мають бути встановлені у методиці розрахунку. У розрахунку надійності., що включається в комплект робочої документації на об'єкт, кращим повинно бути застосування вихідних даних зі стандартів і технічних умов на складові частини, елементи і матеріали.
Адекватність обраного методу розрахункута побудованих розрахункових моделей цілям та завданням розрахунку надійності об'єкта характеризують:
- Повнотою використання в розрахунку всієї доступної інформації про об'єкт, умови його експлуатації, систему ТО і ремонту, характеристики надійності складових частин, властивості застосовуваних в об'єкті речовин і матеріалів;
- обґрунтованістю прийнятих при побудові моделей припущень та припущень, їх впливом на точність та достовірність оцінок показників надійності;
- ступенем відповідності рівня складності та точності розрахункових моделей надійності об'єкта доступної точності вихідних даних для розрахунку. Ступінь адекватності моделей та методів розрахунку надійності оцінюють шляхом:
- зіставлення результатів розрахунку та експериментальної оцінкипоказників надійності об'єктів-аналогів, для яких застосовувалися аналогічні моделі та методи розрахунку;
- дослідження чутливості моделей до можливих порушень прийнятих при їх побудові припущень та припущень, а також похибок вихідних даних для розрахунку;
- експертизи та апробації моделей і методів, що застосовуються в установленому порядку.
Для розрахунку надійності об'єктів застосовують методики, яких пред'являються певні вимоги:
- типові методики розрахунку, що розробляються для групи (виду, типу) однорідних за призначенням та принципами забезпечення надійності об'єктів, які оформлюються у вигляді відповідних нормативних документів (державних стандартів, стандартів підприємства та ін.);
- методики розрахунку, що розробляються для конкретних об'єктів, особливості конструкції та/або умов застосування яких не допускають застосування типових методик розрахунку надійності. Зазначені методики, як правило, включають безпосередньо до звітних документів з розрахунку надійності або оформляють у вигляді окремих документів, що включаються до комплекту документації відповідного етапу розробки об'єкта.
Типова методика розрахунку надійності повинна містити:
- характеристику об'єктів, на які поширюється методика, відповідно до встановлених цим стандартом правил їх ідентифікації;
- перелік показників надійності об'єкта, що розраховуються, в цілому та його складових частин, методи, що застосовуються для розрахунку кожного показника;
- типові моделі для розрахунку показників надійності та правила їх адаптації для розрахунку надійності конкретних об'єктів, що відповідають цим моделям алгоритми розрахунку та, за наявності, програмні засоби;
- методи та відповідні методики оцінкипараметрів навантаження складових частин об'єктів, що враховуються в розрахунках надійності;
- вимоги до вихідних даних для розрахунку надійності (джерела, склад, точність, достовірність, форма подання) та безпосередньо самі вихідні дані, методи об'єднання різнорідних вихідних даних для розрахунку надійності, що одержуються з різних джерел;
- вирішальні правила зіставлення розрахункових значень показників надійності з необхідними, якщо результати розрахунку застосовують контролю надійності об'єктів;
- методи оцінки похибок розрахунку показників надійності, що вносяться прийнятими для використовуваних моделей та методів розрахунку припущеннями та припущеннями;
- методи оцінки чутливості результатів розрахунку до порушень прийнятих припущень та/або похибок вихідних даних;
- вимоги до форми подання результатів розрахунку показників надійності та правила захисту результатів розрахунку у відповідних контрольних точках показників надійності та при експертизах проектів об'єктів.
Методика розрахунку надійності конкретного об'єктаповинна містити:
- інформацію про об'єкт, що забезпечує його ідентифікацію для розрахунку надійності відповідно до вимог цього стандарту;
- номенклатуру показників надійності, що розраховуються, та їх необхідні значення;
- моделі для розрахунку кожного показника надійності, прийняті при їх побудові припущення та припущення, відповідні алгоритми обчислення показника надійності, програмні засоби, що застосовуються, оцінки похибок та чутливості обраних (побудованих) моделей;
- вихідні дані для розрахунку та джерела їх отримання;
Результати розрахунку надійності об'єкта оформлюютьу вигляді розділу пояснювальної записки довідповідного проекту (ескізного, технічного) або у вигляді самостійного документа у вигляді звіту та ін., що містить:
- цілі та методику (посилання на відповідну типову методику) розрахунку;
- розрахунок значення для всіх показників надійності та висновку про їх відповідність встановленим вимогам надійності об'єкта:
- виявлені недоліки конструкції об'єкта та рекомендації щодо їх усунення з оцінками ефективності запропонованих заходів з точки зору їх впливу на рівень надійності:
- перелік складових частин та елементів, що лімітують надійність об'єкта, або за якими відсутні необхідні дані для розрахунку показників надійності, пропозиції щодо включення до програми забезпечення надійності додаткових заходів щодо підвищення (поглибленого дослідження) їх надійності або щодо їх заміни на більш надійні (відпрацьовані та перевірені) );
- Висновок про можливість переходу до наступного етапу відпрацювання об'єкта при досягнутому розрахунковому рівні його надійності.
Зміст звітного документа з розрахунку надійності має допускати можливість незалежної перевірки результатів розрахунку під час експертизи проекту та контролю за реалізацією програми забезпечення надійності.
Розрахункові оцінки показників надійності, висновки про їх відповідність встановленим вимогам та можливості переходу до наступного етапу видів робіт з розробки (постановки на виробництво) об'єкта, рекомендації з доопрацювань з метою підвищення його надійності включають до акту приймальних випробувань, прийнято рішення про контроль надійності об'єкта розрахунковим методом.