Проблема надёжности измерений. Показатели надёжности невосстанавливаемых систем. Экономическое обоснование надёжности

Проблема надёжности измерений.

Основные характеристики сложной измерительной системы:

1.  Варианты структуры.

2.  Алгоритмы функционирования.

3.  Элементная база.

4.  Режимы работы.

5.  Количество элементов в системе.

6.  Наличие контроля:

6.1.  Аппаратный.

6.2.  Программный.

6.3.  Комбинированный.

7.  Коэффициент использования.

, где

 - весовой коэффициент;

 - вероятность безотказной работы технических средств;

 - программное обеспечение или методическое;

 - оператор.

Основные задачи теории надёжности измерений.

1.  Установление видов количественных показателей надёжности.

2.  Разработка методов аналитической и экспериментальной оценки надёжности.

3.  Оптимизация показателей надёжности на стадии жизненного цикла (маркетинг, технические предложения, эскизный проект, рабочее проектирование, производство).

Основные термины и определения.

Система – множество элементов, взаимодействующих между собой в процессе выполнения заданных функций и образующих определённую ценность.

Элемент системы – функционально законченная неделимая часть системы.

Состояние системы – может быть работоспособным и неработоспособным.

Работоспособное состояние – такое состояние системы, когда значение параметров при выполнении системой заданных функций находится в пределах норм.

Неработоспособное состояние – состояние системы, когда значение хотя бы одного из параметров системы не соответствует требованием ТЗ, ТУ.

Событие – переход системы или её элемента из одного состояния в другое.

Надёжность – свойство системы выполнять заданные функции, сохраняя параметры соответствующие ТЗ (ТУ) в течении требуемого промежутка времени.

Отказ – событие, заключающееся в полном или частичном нарушении системы или её элементов.

Наработка на отказ – продолжительность работы системы до отказа.

Безотказность – свойство системы сохранять работоспособность в течении некоторой наработки без вынужденных перерывов.

Долговечность – свойство системы сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания.

Ремонтопригодность – свойство системы, заключающееся в её приспособленности к предупреждению, обнаружению отказов и неисправностей путём проведения технического обслуживания и ремонтов.

         Ресурс – суммарная наработка системы до предельного состояния работоспособности, оговорённого в ТУ.

         Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации системы до момента возврата предельного состояния, оговорённого в ТЗ (ТУ).

         Среднее время восстановления – среднее время вынужденного нерегламентируемого простоя, вызванного определением и устранением одного отказа.

         Резервирование – метод повышения надёжности системы путём введения избыточности (по отношению минимуму состава функциональных частей), достаточной для выполнения задач по техническому заданию.

         Система контроля – совокупность организационных, аппаратных, программных и других средств, предназначенных для обнаружения, поиска и исправления ошибок и сбоев, а также неисправностей.

         Живучесть – свойство системы сохранять определённую работоспособность при частичных отказах.

         Сохраняемость – свойство системы сохранять значение безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течении и после хранения и транспортировки.

Показатели надёжности невосстанавливаемых систем.

1.  Основные требования к показателям надёжности:

1.1.  Должны полно описывать надёжностные свойства прибора.

1.2.  Должны быть удобными для аналитического расчёта и экспериментальной поверки по результатам испытаний.

1.3.  Иметь разумный физический смысл.

1.4.  Иметь возможность перехода к другим показателям.

2.  Основные показатели.

2.1.  Функция распределения наработки до отказа .

      - интенсивность отказов

a)  Непрерывный

b)  Дискретный

         Рис. 1

Если , то  ;  если , то  ;

Статическое определение

      

- общее количество испытуемых приборов (100, 500, 1000);

 - количество отказавших приборов за определённое время.

2.2.   Вероятность безотказной работы (функция надёжности)

 при

 при

2.3.  Плотность распределения наработки на отказ

,

2.4.  Интенсивность отказов

 при

 при      

Статистическое определение : 

График  для ТС и ПО.

2.5.  Средняя наработка на отказ

          

  характеризуется дисперсией (D) и СКО:

                                               

Показатели

Экономическое обоснование надёжности.

Маркетинг. ТЗ (техническое предложение).

3 класса измерительных систем.

1.  Информационно-справочные системы, не дающие ни прибыли, ни ущерба при возникновении отказа (в режиме нереального времени) – учебные, бухгалтерские и т. д. . Проектируются с учётом минимума затрат. Система не резервирована.

2.  Локальные системы, работающие в масштабе реального времени, дающий хороший экономический эффект при безотказной работе. При наличии отказа ущерб небольшой. Например, ЧПУ, гальванические линии, прессование пластмасс .

3.  Интегрируемые многоуровневые системы, работающие в масштабе реального времени и при наличии отказа дают больший экономический ущерб. Например, СУЛА, космическими кораблями, химически вредными продуктами . На атомных электростанциях используется семь и более контуров защиты. На летательных аппаратах применяют схемы 2 из 3 и 3 из 5.

Обобщенная методика определения надежности по

экономическим показателям

         Условные обозначения показателей:

К – единовременные затраты на проектирование, изготовление и        внедрение;

С – текущие годовые затраты на эксплуатацию (профилактика и    ремонт);

З – приведенные затраты

     Ен – нормированный коэффициент эффективности ;

     П – прибыль от реализации продукции годового объема;

     Э – годовой экономический эффект

,

     где ,  - показатели прототипа.

Расчет ведется с учетом ожидаемого числа отказов :

     и затрат на устранение одного дефекта (отказа):

.

     Ущерб:

.

     Прибыль:

.

     ч

      - вероятность безотказной работы

  - реальное время работы прибора, .

График безотказной работы .

Системы, не дающие ни прибыли, ни ущерба (В-1)

(информационно – справочные системы)

     Оптимальный уровень надежности определяется из условия минимально приведенных затрат на проектирование, изготовления, эксплуатацию.

                                 

       

        - затраты на ремонт

       - оптимальная вероятность  безотказной работы.

Пример 1:

Имеются следующие данные прототипа:

, , , ,

1) ;

2) ;