Основные этапы развития надежности

Анализируя указанные выше факторы, специалисты выделили четыре этапа развития направления надежности:

50-е годы – становление направления;

60-е годы – этап классической теории надежности;

70-е годы – «третье поколение в надежности»;

80-е годы – настоящее время – «автоматизация оценки надежности и оптимизация резервирования».

Первый шаг в решении проблемы надежности был направлен на выяснение причин отказов оборудования. В декабре 1950 г. Военно-воздушные силы США организовали группу по надежности радиоэлектронного оборудования для изучения проблемы и выработки мер по повышению надежности и сокращению эксплуатационных затрат.

В конце 1952 г. Министерство обороны США образовало консультативную группу по надежности, цель которой состояла в том, чтобы «давать советы, стимулировать интерес к вопросам надежности и рекомендовать меры, которые привели бы к повышению надежности электронного оборудования». В 1957 г. эта группа, составленная из представителей правительственных организаций и промышленности, опубликовала доклад со своими рекомендациями. Позднее эти рекомендации появились в военных стандартах на электронное оборудование и системы. Основной причиной ненадежности радиоэлектронной аппаратуры была низкая надежность комплектующих элементов. Поэтому перед разработчиками и исследователями встали следующие вопросы:

§ каковы основные причины ненадежности элементов и путиихустранения;

§ существуют ли возможности создания надежных систем из элементов ограниченной надежности;

§ можно ли прогнозировать надежность создаваемой системы на этапах проектирования.

Повышение надежности элементов было достигнуто благодаря изучению влияния на отказы таких факторов, как температура окружающей среды, вибрации, электрическая нагрузка, и в большей мере благодаря совершенствованию процесса разработки, технологии изготовления и контроля готовых систем. Был собран хороший статистический материал для получения оценок характеристик надежности радиоэлементов в виде l-характеристик, а также для оценки зависимости l-характеристик от электрических, механических и тепловых нагрузок.

На второй вопрос был также найден положительный ответ: резервирование ненадежных элементов и схем. Использование схем с резервированием привело к развитию методов анализа надежности, а также теоретических методов синтеза надежных схем из ненадежных элементов.

Использование вероятностных моделей, основанных на гипотезе об экспоненциальном законе распределения времени до отказа электронного оборудования, дало положительные результаты, поскольку появились возможности прогнозирования надежности создаваемых систем.

Одновременно с повышением надежности электронного оборудования происходило перераспределение значимости источников ненадежности. Центр тяжести перемещался на механическое и электромеханическое оборудование, на конструкцию приборов и агрегатов, на стыки систем, на обеспечение работы оборудования в недостаточно хорошо известных условиях.

Переход ко второму этапу начался в 1958 г., когда появились первые контракты, требовавшие экспериментального подтверждения надежности аппаратуры.

Возрастающее количество испытаний на надежность и четкий анализ причин отказов показали зависимость между конструкцией «приборов», технологией производства, испытаниями, эксплуатационными условиями, с одной стороны, и отказами элементов – с другой. Было осознано, что отказы имеют причины, которые нужно обнаружить и устранить. Наиболее наглядно воплощение требований американских стандартов этого времени проиллюстрировано программой «Аполлон», реализация которой по времени совпадает со вторым этапом. Обширная программа обеспечения надежности в процессе производства и наземной отработки на уникальной экспериментальной базе позволила выявить многочисленные конструктивные и технологические дефекты, которые привели бы к отказам оборудования в полете со 100 % вероятностью. Одновременно предусматриваются возможности гибкого использования структурного и функционального резервирования оборудования в полете.

В процессе работы на втором этапе была отмечена недостаточная эффективность прямых статистических испытаний на надежность в сочетании с последующим выборочным производственным контролем работоспособности элементов и систем, не исключающим отказов систем при эксплуатации.

Появились новые вопросы: как определить на самых ранних стадиях создания системы пути и возможности обеспечения надежности?

как соразмерить программу обеспечения надежности со степенью ответственности решаемых задач и ожидаемым от решения этих задач эффектом?

В период с 1968 г. отмечается переход к 3-му этапу. К этому времени был накоплен большой объем экспериментальных данных и богатый опыт изготовления высоконадежных систем. Вместе с тем не всегда обоснованное применение моделей и оценок надежности, основанных только на экспоненциальном законе, стало тормозом в обеспечении надежности. В связи с этим НАСА был опубликован новый вариант требований по надежности:

§ четкое планирование и эффективное руководство всеми работами в области надежности;

§ определение специальных задач в области надежности и их роли и места в процессе проектирования и разработки;

§ оценка надежности оборудования (с учетом взаимного влияния документального и математического обеспечения) путем использования инженерного анализа, испытаний, экспертных оценок и прогнозирования;

§ регулярная и своевременная информация о состоянии дел в области надежности разрабатываемой системы.

Рассмотрев этапы научно-технического направления «надежность», можно выделить наиболее показательные для них характеристики.

Первый этап:

§ постановка задач, стимулирование внимания к вопросам надежности;

§ систематическое изучение и обеспечение надежности элементов;

§ задание требований к количественным показателям надежности изделий и проверка выполнения требований путем расчетного определения надежности при проектировании.

Второй этап:

§ изучение надежности систем на всех стадиях их создания, усиление внимания к экспериментальной отработке техники;

§ задание требований к количественным показателям надежности и достоверности их определения, указание в техническом задании (ТЗ) на необходимость экспериментального подтверждения выполнения требований по надежности.

Третий этап:

§ использование всех практически целесообразных средств для достижения высокой надежности изделия на возможно более ранней стадии проектирования;

§ установление требований, анализ полученных и уточнение ожидаемых результатов по основным мероприятиям, обеспечение контроля надежности в рамках «Программ обеспечения надежности» на всех стадиях создания и применения систем.

Четвертый этап:

§ автоматизация расчетов и прогноза надежности систем;

§ переход от оценки надежности к оценке живучести систем;

§ оптимизация резервирования.

Количественные показатели надежности вводят в теорию надежности на основе построения математических моделей рассматриваемых объектов. В теории надежности используются разнообразные математические методы, особое место занимают методы теории вероятности и математической статистики. Это связано с тем, что события, описывающие показатели надежности (моменты появления отказов, длительность ремонта и т.д.), часто являются случайными. Для расчета вероятности безотказной работы объекта в течение некоторого времени используются аналитические методы теории случайных процессов. Расчет количественных показателей надежности объектов с учетом возможности восстановления отказавших устройств во многом аналогичен расчету систем теории массового обслуживания. Аналитические методы расчета надежности сочетаются с методами моделирования на ЭВМ.

Контрольные вопросы

1. Что происходило на первых этапах развития теории надежности и почему?

2. Что такое запас прочности?

3. Укажите основные причины возрастания остроты проблемы надежности.

4. Назовите конкретные примеры технических и экономических потерь из-за отказов элементов систем.

5. Какие факторы определяли структуру научно-технического направления «надежность» в 50-е годы?

6. Назовите основные этапы развития научно-технического направления «надежность».

7. Назовите основные характеристики первого этапа.

8. Что являлось содержанием второго этапа?

9. Какие основные вопросы решались на третьем этапе?

10. Чем характеризуется четвертый этап?

глава 1. основные понятия надёжности АСОИУ

Проявление нарушений имеют место во всех сферах реальной действительности. При этом неизбежность нарушений заложена в природе вещей.

Поэтому под надежностью понимают свойство систем, проявляющееся в способности эффективно функционировать, сохраняя при этом устойчивость определенных параметров в некоторый промежуток времени.

Философы считают, что надежность есть сторона предметов, явлений, процессов и систем, характеризующих степень эффективности и устойчивости их становления, функционирования и развития, имеющая количественное выражение и ту особенность, что, достигнув определенного предела, она может перейти в противоположность (нарушения) изменив тем самым качество состояния предмета, явления, предмета или системы.

Дата добавления: 2014-01-07