функции и деление системы на элементы должно быть удобным для последу-
ющего использования.
Различают два состояния объектов: работоспособное и неработоспо-
собное. Работоспособным называется состояние объекта, при котором зна-
чения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные
функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или)
конструкторской документации. Состояние объекта, при котором значение
хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять за-
данные функции, не соответствуют требованиям нормативно-технической и
(или) конструкторской документации, называют неработоспособным.
Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного сос-
тояния объекта, т.е. в переходе в неработоспособное состояние. Обычно
неработоспособным называют состояние объекта, при котором нельзя его
применять. Однако возможны задачи, в которых неработоспособным считают
состояние объекта, при котором он не может продолжать выполнять свое
назначение. Поэтому при оценке надежности необходимо заранее огово-
рить, какое состояние объекта считается неработоспособным, поскольку
это зависит от назначения данного объекта. Например, если погрешность
измерительного прибора больше, чем требуется для применения в данном
технологическом процессе, то его считают неработоспособным, однако его
можно применять в другом процессе с более низкими требованиями.
Когда объект предназначен для выполнения нескольких функций, час-
то находят значения показателей надежности по каждой функции. Возможен
и другой путь: оценивают свойство объекта выполнять все требуемые от
него функции. Отказом считается невыполнение хотя бы одной из функций
независимо от того, возникла ли ситуация, в которой требуется выполне-
ние этой функции.
Отказы можно различать по нескольким признакам.
1. По характеру устранения - окончательные (устойчивые) и переме-
жающиеся (то возникающие, то исчезающие) отказы. Окончательные отказы
являются следствием необратимых процессов в деталях и материалах. При
окончательных отказах для восстановления работоспособности объекта не-
обходимо производить его ремонт (регулировку). Перемежающиеся отказы в
большинстве случаев являются следствием обратимых случайных изменений
режимов работы и параметров объектов. При возвращении режима работы в
допустимые пределы объект сам, обычно без вмешательства человека,
возвращается в работоспособное состояние. Таким образом, перемежающие-
ся отказы существенно отличаются от окончательных причиной возникнове-
ния, внешними проявлениями и последствиями появления. Поэтому иногда
целесообразно различать два показателя надежности: для окончательных
отказов и для перемежающихся.
2. По связи с другими отказами - первичные, т.е. возникшие по лю-
бым причинам, кроме действия отказа, и вторичные, т.е. возникшие в ре-
зультате другого отказа. Например, из-за пробоя конденсатора может
сгореть резистор. При вычислении показателей надежности обычно учиты-
ваются лишь первичные отказы. Отказы являются случайными событиями,
которые могут быть независимыми или зависимыми. Отказы являются зави-
симыми, если при появлении одного из них изменяется вероятность появ-
- 67 -
ления второго отказа. Для независимых отказов вероятность появления
одного из них не зависит от того, произошли другие отказы или нет.
3. По легкости обнаружения отказы могут быть очевидными (явными)
или скрытыми (неявными).
4. Для каждого определенного типа объектов отказы можно различать
по внешним проявлениям. Например, различные отказы конденсаторов можно
разбить на две группы: типа "обрыв" или типа "замыкание".
5. По характеру возникновения можно различать отказы внезапные,
состоящие в резком, практически мгновенном изменении характеристик
объектов, и отказы постепенные, происходящие из-за медленного, посте-
пенного ухудшения качества объектов. Рассмотрим более подробно харак-
тер возникновения отказов. Внезапные отказы обычно проявляются в виде
механических повреждений элементов (поломок, трещин, обрывов, пробоя
изоляции и т.п.), из-за чего эти отказы часто называют грубыми. Вне-
запные отказы получили свое название из-за того, что обычно отсутству-
ют видимые признаки их приближения, т.е. перед отказом обычно не уда-
ется обнаружить количественные изменения характеристик объекта. Посте-
пенные отказы (параметрические, плавные) связаны с износом деталей,
старением материалов и разрегулированием устройств. Параметры объекта
могут достигнуть критических значений, при которых его состояние счи-
тается неработоспособным. Внезапный отказ объекта также является
следствием накопления необратимых изменений материалов. Внезапным от-
каз кажется потому, что не контролируется изменяющийся параметр, при
критическом значении которого наступает отказ объекта, обычно связан-
ный с его механическим повреждением.
Для объектов разного назначения и устройства применяются различ-
ные показатели надежности. В настоящее время можно выделить четыре
группы технических объектов, различающиеся показателями и методами
оценки надежности:
1. невосстанавливаемые объекты, применяемые до первого отказа
(резистор, конденсатор);
2. восстанавливаемые вне процесса применения объекты (автопилот);
3. восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых
недопустимы перерывы в работе (резервированная линия связи);
4. восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых
допустимы кратковременные перерывы в работе (робот, станок).
2.9.1. Показатели надежности невосстанавливаемых объектов.
Для оценки надежности невосстанавливаемых объектов используют ве-
роятностные характеристики случайной величины - наработки Т объекта от
начала его эксплуатации до первого отказа. Под наработкой понимают
продолжительность или объем работы объекта, измеряемые в часах, циклах
или других единицах. Когда наработку на отказ выражают в единицах вре-
мени, иногда используют термин "время безотказной работы", или, что то
же самое, "время до появления отказа".
Полной характеристикой любой случайной величины является ее закон
распределения, т.е. соотношение между возможными значениями случайной
величины и соответствующими этим значениям вероятностям. Распределение
наработки до отказа может быть описано с помощью различных показателей
надежности невосстанавливаемых объектов: функция надежности p(t),
плотность распределения наработки до отказа f(t), интенсивность отка-
зов l(t).
Функцией надежности называют функцию, выражающую вероятность то-
го, что Т - случайная наработка до отказа - будет не менее заданной
наработки (0,t), отсчитываемой от начала эксплуатации, т.е.
p(t)=P{T 7. 0t}. Перечислим некоторые очевидные свойства p(t):
1. p(0)=1, т.е. можно рассматривать безотказную работу лишь тех
- 68 -
объектов, которые были работоспособны в момент начала работы;
2. p(t) является монотонно убывающей функцией заданной наработки
t;
3. p(t) 76 00 t 76 0+ 7$ 0, т.е. любой объект со временем откажет. Наряду с
p(t) используется и функция ненадежности q(t)=1-p(t)=P{T<t}. Она ха-
рактеризует вероятность отказа объекта на интервале (0,t).
2.9.2. Показатели надежности объектов, восстанавливаемых
вне процесса применения.
Такие объекты могут быть восстановлены лишь после выполнения за-
дания (оборудование самолетов и т.д.). Показатели надежности этих объ-
ектов вычисляются по наработке. Суммарная наработка до возникновения
n-го отказа T 4sn 0=T 41 0+T 42 0+...+T 4n 0, где T 4i 0 - наработка между (i-1) -м и i-м
отказами.
Возможны два пути оценки надежности объектов, восстанавливаемых
вне процесса применения:
1. вычисление условных характеристик потока отказов;
2. вычисление условных распределений наработки между отказами.
Первый путь в настоящее время является общепринятым. Рассматрива-
ются потоки случайных событий, каждое из которых состоит в появлении
отказа объекта. Поток отказов состоит в появлении отказа объекта. По-
ток отказов можно охарактеризовать "ведущей функцией" потока Q(t) -
математическим ожиданием числа отказов на интервале (0,t). Однако, ча-
ще всего в качестве показателя надежности используют параметр потока
отказов w(t),который характеризует среднее число отказов, ожидаемых в
малом интервале наработки, определяемое для рассматриваемого момента t
суммарной наработкой и описываемое выражением:
P 41 0(t,t+dt)
w(t) = a(t) = lim ────────── +o(dt) (68)
dt 76 0o dt
Здесь P 41 0(t,t+dt) - вероятность появления одного отказа на интер-
вале (t,t+dt); o(dt) - бесконечно малая величина более высокого поряд-
ка малости, чем dt (вероятность появления двух и более отказов на ин-
тервале (t,t+dt)).
2.9.3. Показатели надежности объектов, восстанавливаемых
в процессе применения.
Показатели надежности объектов, восстанавливаемых в процессе при-
менения, вычисляются лишь в календарном времени. Такие объекты можно
разделить на две группы. К первой группе относятся объекты, для кото-
рых в течение заданного времени работы допускаются отказы и вызванные
ими кратковременные перерывы в работе. Для объектов этой группы боль-
шое значение имеет свойство готовности - способности находиться в про-
цессе эксплуатации значительную долю времени в работоспособном состоя-
нии. Ко второй группе относятся объекты, отказы которых в течение за-
данного времени недопустимы. Если в этих объектах (системах) имеются
избыточные элементы, то при отказах некоторых из них объект остается