Факторы, влияющие на надежность систем

Все множество факторов, действующих на систему и тем самым определяющих ее надежность, классифицируют по этапам жизненного цикла объекта (рис. 3.2).

При этом, по характеру воздействия факторы подразделяют на объективные, отражающие воздействие внешней среды, и объективные – отражающие воздействия обслуживающего персонала.

Рисунок 3.1 – Жизненный цикл системы

Рисунок 3.2 – Факторы, влияющие на надежность

Конструкционные факторы непосредственно связаны с действиями конструкторов в процессе проектирования и конструирования систем, ведь именно они разрабатывают структурную, функциональную, принципиальную и др. схемы системы, рассчитывают (выбирают) материалы и элементы системы, разрабатывают технологию изготовления системы и ее элементов, а также и систему эксплуатации и т.д.

При проектировании системы выбирается принцип ее работы и структура. Осуществляется конструктивная разработка отдельных узлов и приборов. Если на стадии проектирования не будут учитываться данные факторы, связанные с надежностью системы, и тем более, если будут допущены неточности в проектировании, то обеспечить надежность системы за счет мер, принимаемых на двух последующих этапах (производстве и эксплуатации), весьма трудно. Это потребует больших материальных затрат, а в некоторых случаях даже практически невозможно. На этом этапе главное внимание должно быть обращено на выбор наиболее простой системы, имеющей по возможности наименьшее число элементов и связей между ними. Это требование подтверждается тем, что в нерезервированных системах вероятность отказа системы в первом приближении пропорциональна количеству элементов. Наряду с выбором простой схемы, оцениваемой приближенно по количеству элементов, большое влияние на надежность системы имеет выбор стабильной схемы. В стабильной по принципу действия схеме обычно наблюдаются минимальные связи между параметрами отдельных элементов, а также обеспечивается минимальное влияние отклонений параметров элементов на величину ошибки в выходной величине системы. Таким образом, выбор простой и стабильной по принципу действия схемы является одной из главных мер обеспечения высокой надежности системы, как при внезапных, так и при постепенных отказах. Еще большие возможности повышения надежности могут представиться в результате применения самоорганизующихся систем, в которых при отказах отдельных элементов или изменении внешних условий изменяется структура системы, перераспределяются функции между ее отдельными элементами.

Вероятность отказа нерезервированной системы в первом приближении равна сумме вероятностей отказов элементов. Следовательно, безотказность нерезервированных систем зависит не только от количества элементов, но и от безотказности элементов и режимов их работы. Для обеспечения высокой безотказности (низкой интенсивности отказов) при проектировании системы надо выбирать наиболее качественные и перспективные элементы. Поэтому при проектировании для повышения безотказности системы режимы работы элементов нужно выбирать значительно меньшими, чем номинальные, при этом степень уменьшения нагрузок зависит от конкретных задач.

Большое влияние на безотказность системы оказывают условия ее работы, а именно: воздействующие на систему и элементы механические, климатические и др. нагрузки. При проектировании системы необходимо максимально уменьшить влияние внешних и внутренних нагрузок на систему и ее элементы. Эта задача в основном решается правильным выбором конструкции узлов, приборов и системы в целом. В качестве дополнительных конструктивных мер, обеспечивающих повышение безотказности, можно указать на методы снижения влияния механических нагрузок путем применения специальных конструктивных форм устройств, амортизаторов и т.д. Влияние климатических нагрузок может быть в значительной степени ослаблено при правильном конструктивном оформлении узлов и блоков, например, с таким расчетом, чтобы обеспечить повышенную теплоотдачу (искусственное охлаждение), защиту от влаги (герметизация). Немаловажную роль играет и выбор материалов, которые должны обладать требуемыми физико-механические, прочностные и др. характеристиками.

При разработке схемы и конструкции должны также быть предусмотрены меры, позволяющие обеспечить надежность системы при эксплуатации, а именно: блочная конструкция системы, применение стандартных и унифицированных узлов и блоков, удобство проверок, ТО и ремонта и др.

К производственным факторам следует отнести факторы обусловленные организацией технологического процесса производства системы и ее элементов, а также процесса технического контроля. Соблюдение установленных технологических процессов должно начинаться с входного контроля материалов и изделий, применяемых в системе, обеспечении при необходимости качественной замены материалов. В ряде случаев причиной низкой надежности выпускаемых систем может быть загрязненное содержание оборудования и рабочих мест. Важным методом повышения надежности систем является правильная организация производственного контроля и уровень культуры производства. Особый вред надежности системы наносится скрытыми производственными дефектами в результате нарушения технологического процесса. Обычно скрытые дефекты представляют наибольшие трудности при техническом контроле. Наряду с техническим контролем надежность сложных систем может быть существенно повышена, особенно для начального периода эксплуатации, проведением тренировочных испытаний системы (приработки) в производственных условиях. Это позволяет устранить большинство производственных и скрытых отказов, если приработка системы проходит при больших, по сравнению с номинальными, нагрузками.

Основные эксплуатационные факторы, влияющие на надежность: воздействия окружающей среды, условия эксплуатации системы и квалификация обслуживающего персонала.

К факторам окружающей среды в первую очередь следует отнести климатические (температура, влажность, давление, радиация и др.) условия, при которых эксплуатируется система.

Правильная организация эксплуатации системы является одним из решающих факторов обеспечения надежности. Большое значение имеет и своевременное проведение профилактических мероприятий, позволяющих предупредить появление отказов системы в рабочий период времени. Одним из современных методов профилактики является прогнозирование отказов, позволяющее своевременно заменить так называемые критические элементы и тем самым исключить их отказы. Естественно, что полностью исключить отказы в период эксплуатации не удается, поэтому необходимо построить систему эксплуатации (ТО и ремонт, снабжение ЗИП и др.) объекта таким образом, чтобы обеспечить минимальное время восстановления отказавшей системы.

Таким образом, требуемая надежность системы может быть обеспечена только комплексом методов, применяемых на всех этапах ее жизненного цикла.