Общие положения
Рассчитать систему на надежность - значит определить одну или несколько характеристик надежности.
Расчет надежности может быть сведен к решению следующих типовых задач:
1. Определение надежности существующего оборудования с целью нахождения количественных показателей надежности.
2. Определение надежности разрабатываемого оборудования с целью выявления оптимальной структуры и количественных показателей надежности элементов, обеспечивающих требования к надежности оборудования.
3. Выбор режима восстановления многоканальной системы в зависимости от параметров интенсивности отказов и восстановленения.
Решение первых двух задач расчета надежности ведется по структурной схеме с использованием аналитических зависимостей между исходными данными и конечным результатом.
Для решения третьей задачи строятся графы состояний системы и расчитываются потери информации (производительности) при остановке линий передачи информации или отключении общего питания насоса, компрессора и т.п. для восстановления системы.
Порядок расчета надежности
1. Формулируется понятие отказа, при этом учитываются только те элементы, выход из строя которых приводит к отказу данного оборудования.
2. Составляется схема расчета таким образом, чтобы элементами расчета были конструктивно оформленные блоки.
3. Выбирается метод расчета надежности. При этом исходят из того, что степень достоверности расчета зависит от принимаемых допущений при выборе величины интенсивности отказов и от полноты учета факторов, влияющих на надежность оборудования.
4. Составляется таблица интенсивностей отказов оборудования. Для этого используют специальные таблицы, в которые записываются сведения об элементах и данные их надежности.
5. Производится расчет вероятности безотказной работы оборудования в зависимости от времени работы и по полученным данным строятся соответствующие графики.
6. Вычисляется средняя наработка до отказа.
7. Рассчитываются остальные количественные показатели надежности, необходимые для характеристики оборудования.
Для расчета надежности оборудование разделяют на элементы, которые при соединении образуют различные структуры. Соединение элементов может быть основным, резервным и смешанным.
Основным (рис. 6.1, а) называется соединение элементов, при котором отказ одного элемента приводит к отказу всего соединения. Так, в структурной схеме системы с обратной связью отказ элемента, как в прямой цепи, так и в цепи обратной связи, будет приводить к отказу системы. Следует заметить, что такое соединение элементов может соответствовать параллельному соединению элементов в структурной схеме. Если при параллельном соединении элементов в структурной схеме выходной сигнал является функцией выходных сигналов всех элементов, то отказ соединения будет иметь место при отказе любого элемента. В этом случае параллельное соединение элементов при расчете надежности также будет соответствовать основному соединению. В общем случае основное соединение элементов имеет место тогда, когда в оборудовании отсутствуют резервные элементы. Если в него будут включены резервные элементы, то данное соединение будет резервным.
Резервирование может быть общим (рис. 6.1, б) и раздельным (рис. 6.1, в).
При общем резервировании отказ одного или нескольких резервных элементов не приводит к отказу объекта. При раздельном резервировании и прочих равных условиях обеспечивается больший выигрыш в надежности, чем при общем резервировании. Такое резервирование особенно выгодно при большом числе элементов и увеличении кратности резервирования. Для того чтобы отказал объект при раздельном резервировании, необходим отказ всех резервных и одного основного элемента.
Число резервных элементов, приходящихся на один основной элемент, определяется кратностью резервирования, которое может быть целым и дробным. При целой кратности резервирования за основным элементом закреплен один или несколько резервных элементов. Если за основными элементами резервные не закреплены, имеет место дробное резервирование. Примером дробного резервирования может быть система, обеспечивающая питанием потребителей от пяти параллельно работающих источников питания, каждый из которых может выдерживать перегрузку в 25% достаточно длительное время. В этом случае при отказе одного источника четыре оставшихся обеспечат потребителей электроэнергией, работая с перегрузкой.
Резервирование, при котором резервные элементы присоединены к основным элементам в течение всего времени работы и функционируют одновременно, называется постоянным.
Резервирование, при котором резервные элементы замещают основные после их отказа, называется резервирование замещением. При функционировании вместе с основными элементами резервные при таком резервировании могут быть нагруженными и ненагруженны-ми. Иногда среди резервных элементов выделяют такие, для которых внешние условия, воздействующие на них, являются облегченными; их называют облегченным резервом.
Расчет надежности восстанавливаемого и невосстанавливаемого оборудования при различном соединении элементов можно выполнять с использованием математического аппарата теории вероятностей. Ниже приводятся типовые случаи расчета надежности, которые часто встречаются в инженерной практике.