Расчёт надёжности — это процедура определения значений показателей надежности объекта с использованием методов, основанных на их вычислении по справочным данным о надежности элементов объекта, по данным о надежности объектов-аналогов, данным о свойствах материалов и другой информации, имеющейся к моменту расчета.
В результате расчета определяются количественные значения показателей надёжности.
Содержание |
Необходимость расчёта надёжности технических устройств и систем существовала с момента использования их человеком. Например, в начале 1900-х годов существовала задача оценки среднего времени горения газовых фонарей, а в середине 1930-х, благодаря работам шведского ученого В. Вейбулла (Waloddi Weibull), получила известность задача описания среднего времени наработки электронной лампы до её выхода из строя (распределение Вейбулла).
Ярким примером поиска методов расчёта надежности является история создания ракетных комплексов Фау-1 и Фау-2 Вернером фон Брауном[1]. В лаборатории Брауна работал немецкий математик Эрик Пьеружка (Eric Pieruschka), который доказал, что надёжность ракеты равна произведению надёжности всех компонент, а не надёжности самого ненадёжного элемента, как считал Браун. Позднее вместе в Брауном в середине 50-х годов в США работал талантливый немецкий инженер Роберт Луссер (Robert Lusser), который сформулировал основные теоретические положения будущей теории надёжности. Его формула для расчета надёжности системы с последовательным соединением элементов стала известна как «Закон Луссера» (Lusser's law).
К первым работам по расчёту надежности в Советском Союзе можно отнести статью инженера Якуба Б.М. «Показатели и методы расчета надёжности в энергетическом хозяйстве», опубликованную в журнале «Электричество», №18, 1934г., и статью профессора Сифорова В.И. «О методах расчёта надёжности работы систем, содержащих большое число элементов» (Известия Академии наук СССР. Отделение технических наук. №6, 1954г.) Независимо от закрытых работ немецких ученых, в указанных статьях надёжность систем с последовательным соединением рассчитывалась как произведение надёжности элементов.
Решение вопросов надежности и безопасности современных структурно-сложных технических систем и объектов осуществляется на всех стадиях жизненного цикла, от проектирования и создания, производства, до эксплуатации, использования и утилизации. При этом могут преследоваться следующие цели: [2]
На этапе проектирования расчёт надёжности проводится с целью прогнозирования надёжности работы проектируемой системы.
На этапе испытаний и эксплуатации расчёт надёжности проводится для оценки количественных показателей надёжности спроектированной системы.
Структурные методы являются основными методами расчета показателей надежности в процессе проектирования объектов, поддающихся разукрупнению на элементы, характеристики надежности которых в момент проведения расчетов известны или могут быть определены другими методами. Расчет показателей надежности структурными методами в общем случае включает:
В качестве структурных схем надежности могут применяться:
В логико-вероятностных методах (ЛВМ) исходная постановка задачи и построение модели функционирования исследуемого системного объекта или процесса осуществляется структурными и аналитическими средствами математической логики, а расчет показателей свойств надежности, живучести и безопасности выполняется средствами теории вероятностей.
ЛВМ являются методологией анализа структурно-сложных систем, решения системных задач организованной сложности, оценки и анализа надежности, безопасности и риска технических систем. ЛВМ удобны для исходной формализованной постановки задач в форме структурного описания исследуемых свойств функционирования сложных и высокоразмерных систем. В ЛВМ разработаны процедуры преобразования исходных структурных моделей в искомые расчетные математические модели, что позволяет выполнить их алгоритмизацию и реализацию на ЭВМ.
Основоположником научно-технического аппарата ЛВМ и прикладных аспектов их применения, а также создателем и руководителем научной школы является профессор Рябинин И.А..
Необходимость распространения ЛВМ на немонотонные процессы привела к созданию общего логико-вероятностного метода (ОЛВМ). В ОЛВМ расчета надежности, аппарат математической логики используется для первичного графического и аналитического описания условий реализации функций отдельными и группами элементов в проектируемой системе, а методы теории вероятностей и комбинаторики применяются для количественной оценки безотказности и/или опасности функционирования проектируемой системы в целом. Для использования ОЛВМ должны задаваться специальные структурные схемы функциональной целостности исследуемых систем, логические критерии их функционирования, вероятностные и другие параметры элементов.
В основе постановки и решения всех задач моделирования и расчета надежности систем с помощью ОЛВМ лежит так называемый событийно-логический подход. Этот подход предусматривает последовательное выполнение следующих четырех основных этапов ОЛВМ:
В системе с последовательной структурой отказ любого компонента приводит к отказу системы в целом.
Система логических для приведенной выше последовательной системы:
Логическая функция работоспособности (решение системы логических уравнений):
Вероятность безотказной работы:
В общем случае вероятность безотказной работы системы равна:
В системе с параллельной структурой отказ системы в целом происходит только при отказе всех элементов.
Система логических для приведенной последовательной системы:
Логическая функция работоспособности (решение системы логических уравнений):
Вероятность безотказной работы:
В общем случае вероятность безотказной работы системы равна:
Вероятность того, что в системе состоящей из одинаковых (равнонадежных) элементов, безотказно работают ровно элементов, может быть вычислена по формуле [3]:
Вероятность того, что в системе состоящей из одинаковых (равнонадежных) элементов, безотказно работают не менее элементов, может быть вычислена по формуле[3]:
Вероятность того, что что в системе состоящей из одинаковых (равнонадежных) элементов, безотказно работают не менее элементов, может быть выражена через вероятности безотказной работы аналогичной системы меньшей размерности[3]:
Программные средства, предназначенные для анализа и расчета надежности, готовности и ремонтопригодности (в алфавитном порядке): [4] [5] [6] [7]
Это заготовка статьи о безопасности. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
Расчёт надёжности.