Ключевым свойством, определяющим надежность невосстанавливаемых объектов, является их безотказность. Для ее количественной оценки используются несколько взаимосвязанных показателей: вероятность безотказной работы, вероятность отказа, интенсивность отказов и средняя наработка до первого отказа.
Основное соединение и базовый принцип расчета
Многие системы, включая судовое радиоэлектронное оборудование (РЭО) и системы автоматики (СА), построены по принципу основного (последовательного) соединения элементов. При таком построении отказ любого отдельного элемента приводит к отказу всей системы в целом. Для расчетов обычно принимается, что отказы элементов происходят случайно и независимо друг от друга, что справедливо, если режимы работы элементов остаются неизменными вплоть до момента отказа.
Вероятность безотказной работы (ВБР) всей системы при основном соединении n элементов рассчитывается как произведение вероятностей безотказной работы каждого из этих элементов за один и тот же промежуток времени. Это отражает логику, что для работы системы должны одновременно работать все ее компоненты.
Ограничения и сложности точного расчета
Несмотря на кажущуюся простоту, описанный метод имеет существенные ограничения, которые важно учитывать на практике.
Во-первых, реальные условия эксплуатации элементов внутри системы могут сильно различаться. На них влияют такие факторы, как коэффициент электрической нагрузки, температура, влажность, вибрации и другие внешние воздействия. Для точного расчета необходимо знать, как показатели надежности каждого элемента (например, интенсивность отказов λ) зависят от этих условий, то есть функцию λ(x), где x — вектор эксплуатационных факторов. К сожалению, для большинства компонентов сложных систем подобные зависимости до сих пор не установлены.
Во-вторых, на ранних этапах проектирования, когда проводится предварительная оценка надежности, часто неизвестны точные режимы работы будущих элементов. Поэтому базовый метод наиболее применим на заключительных стадиях проектирования, когда уже созданы опытные образцы и можно экспериментально определить реальные условия работы каждого компонента.
Метод ориентировочного расчета надежности
Для предварительных, или ориентировочных, расчетов, которые позволяют сравнивать разные схемные решения и вовремя вносить коррективы в конструкцию для повышения надежности, используются упрощенные допущения. Такой подход дает возможность получить оценку, достаточную для принятия ключевых проектных решений.
Основные допущения ориентировочного расчета включают:
- Известны среднестатистические интенсивности отказов для каждого типа элементов.
- Известно количество элементов каждого типа в системе.
- Все однотипные элементы считаются равнонадежными (имеют одинаковую λ).
- Все элементы работают в номинальном, или паспортном, режиме.
При этих условиях для оценки надежности системы любой сложности достаточно знать ее структурную схему (состав и количество элементов) и справочные данные по интенсивностям отказов. Эти данные получают в результате специальных испытаний на надежность или путем анализа статистики отказов аналогичных элементов в уже эксплуатируемых системах.
Важно отметить, что значение λ для одних и тех же элементов может различаться в зависимости от конкретной системы и условий ее применения. Поэтому для повышения точности расчетов целесообразно использовать данные, максимально близкие к проектируемым условиям.
