Надежность и достоверность контроля

Стандарты на разработку электронных и иных технических устройств предполагают проведение расчетов на их надежность.

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Для объектов, которые являются потенциальным источником опасности, очень важными понятиями являются «безопасность» и «живучесть».

Безопасность - свойство объекта при изготовлении и эксплуатации и в случае нарушения работоспособного состояния не создавать угрозу для жизни и здоровья людей, а также для окружающей среды.

Согласно Таможенному кодексу РФ все ТСТК должны обладать свойством безопасности (ст. 388 ТК РФ).

Хотя безопасность не входит в общее понятие надежности, однако она при определенных условиях тесно связана с этим понятием. Как правило, пониженная долговечность и/или сохраняемость могут привести к условиям, когда прибор создает угрозу для людей и окружающей среды.

Понятие «живучесть» занимает пограничное место между понятиями «надежность» и «безопасность».

Живучесть - свойство объекта, состоящее в его способности противостоять развитию критических отказов1 из дефектов и повреждений при установленной системе технического обслуживания и ремонта, или свойство объекта сохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не предусмотренных условиями эксплуатации, или свойство объекта сохранять ограниченную работоспособность при наличии дефектов или повреждений определенного вида, а также при отказе некоторых компонентов.

Свойства надежности характеризуются некоторыми количественными показателями. Так, одним из показателей безотказности является средняя наработка до отказа, которая численно равна математическому ожиданию времени работы технического устройства до отказа.

При оценке надежности применяют также комплексные показатели надежности, которые количественно характеризуют не менее двух свойств, составляющих надежность. Так, в международных и отечественных стандартах сочетание свойств безотказности и ремонтопригодности с учетом системы технического обслуживания и ремонта называют готовностью объекта (availability) и характеризуют коэффициентом готовности K_г = T / (T + T_в),

где T – средняя наработка на отказ, T_в – среднее время восстановления после отказа.

Статистическую оценку средней наработки на отказ вычисляют по формуле

T = t / r(t),

где t – время наработки (т.е. суммарное время работы ТСТК); r(t) - число отказов, фактически происшедших за суммарную наработку t. Например, при коэффициенте готовности 0,99 получим Т_в менее 4 суток в год.

Достоверность контроля есть мера определенности результатов контроля.

Решение о состоянии объекта контроля принимается на основе сравнения некоторых показателей качества с допусками. Показатель качества вычисляется по измеренным значениям контролируемых параметров.

Существует несколько различных численных оценок достоверности (абсолютная, относительная, методическая и т.п.). Мы рассмотрим общие формулы для определения только абсолютной достоверности и ее основных составляющих, которые используются при вычислениях и других видов достоверности.

Абсолютная достоверность результатов контроля - вероятность принятия правильного решения: D = 1 - P_ош .

Из чего складывается Р_ош?

Допустим, цель таможенного контроля - определить является ли представленный для исследования кристалл алмазом. Тогда Р_ош можно представить в виде формулы Р_ош = α + β, где

α- ошибка первого рода, под которой понимают вероятность того, что прибор «признает» объект контроля не алмазом, в то время как кристалл является алмазом;

β- ошибка второго рода, под которой понимают вероятность того, что прибор «признает» объект контроля алмазом, в то время как кристалл не является алмазом.

Введем следующие обозначения:

A - объект контроля является алмазом,

А^* - объект контроля не является алмазом,

B – прибор оценивает объект контроля как «алмаз»,

B^* - прибор оценивает объект контроля как «не алмаз».

Тогда в процессе применения прибора возможны следующие четыре варианта событий: АB (объект исследования алмаз и прибор указывает, что это алмаз), AB^* (объект исследования алмаз, а прибор указывает, что это не алмаз), А^*В, A^*B^*. Эти события имеют некоторые вероятности - P(АB), P(AB^*), P(А^*В), P(А^*В^*), соответственно. Выражение Р(A^*B) означает, например, что прибор с вероятностью Р(A^*B) может указать, что объект контроля является алмазом, хотя он таковым не является.

Указанные события составляют полную группу событий, поэтому сумма их вероятностей равна единице:

P(А B) + P(AB^*) + P(А^*В) + P(А^*В^*) = 1.

Неправильная оценка объекта контроля имеет место при наступлении событий AB^* и А^*В. Тогда вероятность неправильной оценки состояния объекта контроля можно записать в виде Р_ош=a + b = P(AB^*) + P(А^*В).

Таким образом, достоверность контроля D, под которой понимается вероятность правильной оценки прибором объекта контроля, через вероятности событий можно представить в двух вариантах:

D = 1 – [P(AB^*) + P(А^*В)] или D = P(АB) + P(А^*В^*).

В силу сложности определения, достоверность контроля далеко не всегда указывается в паспортных данных средств контроля. В ряде случаев вместо собственно достоверности контроля указываются вероятности наиболее частых ошибок. Например, для системы «Янтарь» (см. п. 8.7 настоящего учебника) разработчики приводят вероятность ложных срабатываний, а также вероятность обнаружения минимальных масс ядерных материалов при доверительной вероятности 0,95.