Методы анализа надежности можно разделить на 2 основные группы:
- основные методы анализа надежности;
- общие технические методы, которые могут быть использованы как вспомогательные при проведении анализа надежности, а также при проектировании надежности.
Методы анализа надежности, используемые для решения общих задач анализа надежности, приведены в табл. 2.1, детальные характеристики методов приведены в табл. 2.2.
Общие технические методы обычно включают:
- исследование ремонтопригодности;
- анализ паразитных контуров схемы;
- анализ наихудшего случая;
- имитационное моделирование отклонений;
- разработку программного обеспечения по надежности;
- анализ конечных элементов;
- ограничение допустимых значений и выбор частей;
- анализ Парето;
- диаграмму причин и следствий;
- анализ отчета об отказах и систему корректирующих действий.
Следующие методы не выделены как самостоятельные, так как они являются модификацией упомянутых в табл. 2.1 методов анализа надежности:
- анализ причин/следствий - комбинация ЕТА и FTA;
- динамический FTA-расширение FTA, когда некоторые события представляются при помощи марковских моделей;
- функциональный анализ отказов - специальный вид FMEA;
- двоичные диаграммы решений, используемые главным образом для эффективного построения дерева неисправностей.
Методы анализа надежности классифицируют в соответствии с их главной целью по следующим категориям:
1) Методы для предотвращения отказов и неисправностей, например:
- ограничение допустимых значений и выбор частей;
- анализ прочности - напряжений.
2) Методы анализа архитектуры системы и распределения надежности.
2а) Восходящие методы, главным образом направленные на исследования последствий единичных неисправностей:
- анализ дерева событий (ЕТА);
- анализ видов и последствий отказов (FMEA),
- исследование опасности и удобства использования (HAZOP).
Начальным этапом любого восходящего метода является идентификация режимов отказов на соответствующем уровне. Для каждого режима отказа определяют его влияние на эффективность системы. Восходящий метод анализа надежности позволяет четко идентифицировать все режимы одиночных отказов, поскольку он опирается на списки частей системы или другие контрольные списки. На начальных этапах разработки анализ может быть качественным и иметь дело с функциональными отказами. Затем может применяться количественный анализ.
Таблица 2.1 – Использование методов для решения общих задач анализа надежности
| Метод | Распределение требований/целей надежности | Качественный анализ | Количественный анализ | Рекомендации |
| Прогнозирование интенсивности отказов | Применим для последовательных систем без резервирования | Возможно применение для анализа стратегии технического обслуживания | Вычисление интенсивностей отказов и MTTF* для электронных компонентов и оборудования | Поддержка |
| Анализ дерева неисправностей | Применим, если поведение системы зависит от времени или последовательности событий | Анализ комбинации неисправностей | Вычисление показателей безотказности работоспособности и относительного вклада подсистем в системы | Применим |
| Анализ дерева событий | Возможен | Анализ последовательности отказов | Вычисление интенсивностей отказов системы | Применим |
| Анализ структурной схемы надежности | Применим для систем, у которых можно выделить независимые блоки | Анализ путей работоспособности | Вычисление показателей безотказности и комплексных показателей надежности системы | Применим |
| Марковский анализ | Применим | Анализ последовательности отказов | Вычисление показателей безотказности и комплексных показателей надежности системы | Применим |
| Анализ сети Петри | Применим | Анализ последовательности отказов | Подготовка описания системы для марковского анализа | Применим |
| Анализ режимов и последствий (критичности) отказов FME(C)A | Применим для систем, у которых преобладают единичные отказы | Анализ воздействия отказов | Вычисление интенсивностей отказов (и критичности) системы | Применим |
| Исследование HAZOP | Поддержка | Анализ причин и последствий отклонений | Не применим | Поддержка |
| Анализ человеческого фактора | Поддержка | Анализ воздействия действий эффективности человека на работу системы | Вычисление вероятностей ошибок человека | Поддержка |
| Анализ прочности и напряжений | Не применим | Применим как средство для предотвращения неисправности | Вычисление показателей безотказности для электромеханических компонентов | Поддержка |
| Таблица истинности (анализ функциональной структуры) | Не применим | Возможен | Вычисление показателей безотказности и комплексных показателей надежности системы | Поддержка |
| Статистические методы надежности | Возможен | Анализ воздействия неисправностей | Определение количественных оценок показателей безотказности с неопределенностью | Поддержка |
* MTTF - средняя наработка до отказа.
Примечание: Слова-обозначения, принятые в таблице: «применим» - метод рекомендован для решения задачи; «возможен» - метод допускается использовать для решения задачи, учитывая, что он имеет некоторые недостатки по сравнению с другими методами; «поддержка» - метод применим для некоторой части задачи и может использоваться для решения всей задачи только в комбинации с другими методами; «не применим» - метод не допускается использовать для решения задачи.
Таблица 2.2 – Характеристики методов анализа надежности
| Метод | Подходит для сложных систем | Подходит для новых проектов | Количест- венный анализ | Подходит для комбинаций неисправ- ностей | Подходит для обработки с учетом последова- тельности и зависимости событий | Может использовать зависимые события | Восходящий или нисходящий | Подходит для распределения надежности | Квалифи- кация исполни- теля | Применимость и унифициро- ванность | Потребность в инстру- ментах поддержки | Проверка правдо- подобия результатов | Пригодность Инструмен- тальных средств | Обозна- чение стандарта |
| Прогнозирование интенсивности отказов | Нет | Да | Да | Нет | Нет | Нет | BU | Да | Н | В | С | Да | В | [5] |
| Анализ дерева неисправностей (FTA) | Да | Да | Да | Да | Нет | Нет | TD | Да | С | В | С | Да | В | ГОСТР 51901.13 |
| Анализ дерева событий (FTA) | NR | NR | Да | HR | Да | Да | BU | NR | В | С | С | Да | С | - |
| Анализ структурной схемы надежности (RBD) | NR | NR | Да | Да | Нет | Нет | TD | Да | Н | С | C | Да | С | ГОСТР 51901.14 |
| Марковский анализ | Да | Да | Да | Да | Да | Да | TD | Да | В | С | B | Нет | С | ГОСТР 51901.15 |
| Анализ сети Петри | Да | Да | Да | Да | Да | Да | TD | Да | B | Н | B | Нет | Н | - |
| Анализ видов и последствий отказов (FMEA) | NR | NR | Да | Нет | Нет | Нет | BU | NR | H | В | H | Да | В | ГОСТ 27.310 |
| Исследование HAZOP | Да | Да | Нет | Нет | Нет | Нет | BU | Нет | H | С | H | Да | С | ГОСТ Р 51901.11 |
| Анализ надежности человеческого фактора (HRA) | Да | Да | Да | Да | Да | Да | BU | Нет | B | В | C | Да | С | _ |
| Анализ нагрузок и напряжений | NA | NA | Да | Na | NA | Нет | NA | Нет | B | C | B | Да | С | - |
| Таблица истинности | Нет | Да | Да | Да | Нет | Нет | NA | Да | B | C | B | Нет | H | - |
| Статистические методы надежности | Да | Да | Да | Да | Да | Да | NA | NR | B | C | B | С | H | [6] |
Примечание - Обозначения, принятые в настоящей таблице:
NR - может использоваться для анализа простых систем. Не рекомендуется использовать как автономный метод (только совместно с другими методами);
TD - нисходящий метод анализа; BU - восходящий метод анализа; NA - критерий не применим для этого метода;
В - высокий; С - средний; Н - низкий.
2б) Нисходящие методы, исследующие последствия комбинаций неисправностей:
- анализ дерева неисправностей (FTA);
- Марковский анализ;
- анализ сети Петри;
- таблица истинности (анализ функциональной структуры);
- анализ структурной схемы надежности (RBD).
На начальном этапе нисходящего метода определяют одиночное неблагоприятное событие или событие, обеспечивающее функционирование (успех) системы на самом высоком уровне (вершина событий). Затем идентифицируют и анализируют причины этого события на всех уровнях. Нисходящий метод начинают с самого высокого уровня, то есть с анализа надежности в целом системы или подсистемы и последовательно спускаются на более низкий уровень. Затем анализ проводят на следующем более низком уровне системы, идентифицируют все отказы и соответствующие режимы последствий. Этот процесс продолжают до тех пор, пока не достигнут самого низкого уровня. Нисходящий метод используют для оценки многократных отказов, включая последовательные зависимые отказы, при наличии неисправностей общей причины, а также для сложных систем.
2в) Методы для оценки характеристик основных событий, например:
- прогнозирование интенсивности отказов;
- анализ надежности человеческого фактора (HRA);
- статистические методы надежности;
- программное обеспечение для проектирования надежности (SRE).
Эти методы анализа применимы как для оценки характеристик качества, так и для оценок количественных характеристик при прогнозировании поведения системы в эксплуатации. Достоверность результата зависит от точности и правильности данных об основных событиях.
Однако ни один метод анализа надежности не может быть использован для всестороннего анализа реально существующих систем (аппаратных средств и программного обеспечения, систем со сложной функциональной структурой, систем с различными технологиями ТО и ремонта и т.д.).
Эффективность ремонтируемой системы в большой степени зависит от ремонтопригодности системы, а также от стратегии и методов ТО и ремонта. При необходимости продолжительного функционирования системы эффективным мероприятием по обеспечению работоспособности системы является оценка влияния на надежность системы мероприятий по ее ТО и ремонту. Надежность является эффективным показателем функционирования в тех случаях, когда требуется обеспечение непрерывного функционирования системы.
Ремонт системы в процессе эксплуатации без прерывания ее функционирования обычно возможен только для системы с избыточной структурой. В этом случае возможность восстановления или замены увеличивает показатели безотказности системы. Обычно для оценки аспектов ТО и ремонта системы проводят специальный анализ.
Для проведения анализа надежности сложных или многофункциональных систем, как правило, необходимо применять несколько дополнительных методов анализа.
На практике использование комбинаций нисходящего и восходящего анализов является весьма эффективным и позволяет обеспечить полноту анализа.
