Основные термины

Надежность является одним из важнейших технических параметров устройства. В соответствии с общепринятой терминологией надежность технического устройства есть свойство, обусловленное его безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью и обеспечивающее нормальное выполнение заданных функций устройством. Отличительным признаком этого свойства является то, что оно характеризуется вероятностными процессами, протекающими во времени. Дело в том, что надежность определяется процессом изменения внутреннего состояния устройства во времени под воздействием внешних условий и внутренних физико-химических процессов, которые сами по себе имеют стохастическую природу.

Событие, состоящее в полной или частичной утрате работоспособности устройством, называется отказом. В этом определении обнаруживается некоторая противоречивость и неоднозначность определения отказа. Во-первых, как только мы говорим о частичной утрате работоспособности, сразу же возникает вопрос: где грань, которая разделяет допустимый уровень ухудшения характеристик от недопустимого. Во-вторых, может быть неясно, что такое полный отказ. Ведь, строго говоря, все процессы, связанные с отказами, являются непрерывными во времени, а потому объект, отказывая полностью, обязательно проходит все фазы частичного отказа. Отсюда сразу видно, как важен для анализа надежности технических систем четко сформулированный критерий отказа.

Скорость протекания процессов, сопутствующих возникновению и проявлению отказов, обусловливает деление их на внезапные и постепенные. Суть такого разделения отказов на два типа состоит в том, что мы не умеем наблюдать процесс постепенного изменения параметров, и поэтому многие постепенные отказы замечаем лишь тогда, когда они привели к весьма заметным последствиям. Естест венно , что, узнавая больше о характере физико-химических процессов, производя более частые и более точные контрольные замеры различных параметров, мы можем все с большей точностью предсказывать те или иные события.

В теории надежности принято рассматривать устройства двух уровней сложности. Некоторое простейшее (в пределах данного конкретного исследования) устройство удобно назвать элементом. Элемент это такой объект, отдельные части которого не представляют существенного интереса в пределах проводимого анализа.

Системой называется определенная совокупность элементов, взаимодействующих в процессе выполнения рассматриваемого круга задач и взаимосвязанных функционально.

Относительность понятий элемент и система понятна. Подразделение системы на элементы зависит от требуемой точности проводимого анализа, от уровня наших представлений о системе, наконец, от квалификации и даже технических и научных вкусов исследователя. Более того, объект, считавшийся системой в одном исследовании, может рассматриваться как элемент, если изучается какая-либо система большего масштаба.

В теории надежности весьма важную роль играет подразделение элементов и систем на восстанавливаемые и не-восстанавливаемые. Содержательный смысл этих понятий очевиден. Следует, может быть, остановиться на том, что часто встречаются устройства, которые в одни определенные периоды времени являются восстанавливаемыми, а в другие — невосстанавливаемыми. Так, устройство может быть восстанавливаемым в режиме дежурства или ожидания начала выполнения задачи, но в то же время является невосстанавливаемым при выполнении определенной задачи из-за невозможности каких-либо перерывов самого технологического процесса.

  счету периода отказа — в течение этого времени производится ремонт, если он в принципе возможен, т. е.

определяется состоянием отдельных ее элементов в этот момент.

то состояние системы можно записать как

  всегда есть состояние

отказа для системы).

Все множество состояний системы принято называть фазовым пространством состояний системы. В общем случае фазовое пространство не обязательно, конечно, является дискретным. Вне зависимости от того, рассматриваем ли мы дискретное или непрерывное фазовое пространство при исследовании надежности, всегда остается одна существенная сторона этого фазового пространства: множество всех состояний четко подразделяется на состояния двух типов — состояния исправности и состояния отказа.

Показатели надежности. Приводимые ниже показатели надежности имеют вероятностную трактовку в силу того, что с их помощью приходится количественно оценивать различные параметры, являющиеся случайными величинами. Основной такой случайной величиной, как уже отмечалось, является время работы до отказа (или между отказами). С этой величиной связаны все показатели, характеризующие собственно безотказность технических устройств.

Если нами рассматриваются восстанавливаемые устройства, то для них существенными являются также показатели ремонтопригодности. В этом случае важную роль начинает играть, помимо времени безотказной работы, время восстановления.

Заметим, что для восстанавливаемых устрой ств пр иходится в общем случае говорить уже о двух типах указанных показателей безотказности. Дело в том, что если по регламенту восстановления в результате ремонта рассматриваемое техническое устройство отличается по своим параметрам от нового (например, при отказе заменяется отказавший элемент на новый, а остальные при этом остаются с определенным образом выработанным ресурсом), то и его показатели надежности будут отличаться от показателей надежности нового устройства. В этом случае можно ожидать, что показатели надежности устройства с течением времени постепенно стабилизируются, когда произойдет несколько ремонтов и большинство входящих в данное устройство элементов будет характеризоваться некоторым случайным расходом ресурса.

- го восстановления (обычно имеет смысл говорить о случае, когда к стремится к бесконечности), а также о среднем времени работы до первого отказа и среднем времени работы между отказами.

Математику это должно быть понятно из того, что при решении иитегро-дифференциальных уравнений, описывающих процесс функционирования технической системы, существенную роль играют начальные условия (в данном случае наработки отдельных элементов к моменту начала очередного цикла работы после восстановления).

Кроме упомянутых показателей, для восстанавливаемых систем очень важными показателями являются среднее время восстановления

определяемый как вероятность того, что система в момент времени Сбудет находиться в с о- -стоянии исправности

И в этом случае показатель надежности для стационарного режима определяется как

(Вывод этой формулы прост, но выходит за рамки данной работы.)

В последнее время для оценки надежности различных специальных систем (например, вычислительных комплексов, информационных систем, автоматизированных систем управления технологическими процессами, не допускающими остановок, и т. п.) стали применять некоторые новые показатели, которые не нашли пока еще достаточного освещения в литературе. Опишем их вкратце, не давая строгих формальных определений.

Отказы собственно электронной вычислительной машины приводят к прекращению вычислительных работ, причем здесь могут иметь место последствия двух видов.

Можно было бы привести и ряд других интересных показателей надежности.