2.1.1. Составление логической схемы для расчета надежности системы

Эта работа проводится в три этапа. Первый этап состоит в описании работы системы. Рассматривается, как функционирует система в течение заданного време­ни, какие блоки включены, в чем состоит работа каж­дого блока и т. д. На этом этапе определяется содержание термина «безотказная работа системы». В результате исследования различных сторон работы системы составляется перечень свойств исправной системы.

На втором этапе осуществляется классификация отказов элементов и систем. Перечисляются и описываются возможные отказы всех элементов по отдельности и системы в целом. При этом формулируются определения отказов элементов и системы. Оценивается влияние отказа каждого из элементов на работоспособность системы.

В течение третьего (основного) этапа составляется структурная (логическая) модель безотказной работы системы. Для этого рассматривается поведение системы при отказе каждого из составляющих ее элементов. Часто при отказе одного элемента отказывает вся система, но это бывает не всегда. Возможны случаи, когда система продолжает работать при определенной комбинации работоспособных и неисправных элементов. Поэтому в общем случае выделяются подсистемы (блоки), в которых при отказе хотя бы одного элемента отказывает весь блок. Для каждого такого блока расчет функции надежности ведется, как описано ниже. Каждый из выделенных блоков нумеруется или обозначается буквой. Далее перечисляются комбинации блоков, обеспечивающие безотказную работу системы.

При составлении логической схемы необходимо подробно анализировать последствия, к которым приводит отказ элемента, особенно если имеется несколько одинаковых элементов. Например, если на общую сеть работают два генератора мощностью Р каждый, то возможны несколько случаев расчета надежности этой схемы:

1) обязательно требуется полная мощность 2Р, и снижение мощности или двойная перегрузка генератора при отказе одного из них недопустимы: генераторы соединяются на логической схеме последовательно;

2) при отказе одного из генераторов можно отключить маловажные потребители энергии, чтобы нагрузка на генератор по-прежнему равнялась Р; генераторы соединяются на логической схеме параллельно;

3) при отказе одного из генераторов оставшийся работоспособным работает со значительной перегрузкой, при этом значение параметра потока отказов генератора значительно больше, чем при номинальном режиме. Этот случай соответствует пассивному резервированию с перераспределением нагрузки.

2.1.2. Выбор и уточнение значений показателей надежности элементов

В зависимости от стадии проектирования, на которой выполняется расчет надежности, можно различать два этапа выбора значений показателей надежности элементов.

1. Прикидочный расчет надежности структурной схемы системы производится при решении вопроса о принципах устройства системы. Обычно систему, предназначаемую для решения какой-либо определенной задачи, можно создать различными путями. При выборе пути решения поставленной задачи нужно сравнить различные варианты системы по их характеристикам, в том числе и по надежности. В этот период проектирования сведений об устройстве системы недостаточно, и поэтому расчет является весьма приближенным.

Вначале необходимо определить число элементов каждого типа в блоках рассматриваемого варианта системы. При этом учитываются только те элементы, при отказе которых система выходит из строя. Так как принципиальных схем блоков проектируемой системы еще нет, то количество различных элементов в этих блоках можно определить путем сравнения с аналогичными, ранее разработанными блоками. Отдельные узлы структурной схемы часто бывают стандартными и имеют определенное число элементов каждого типа.

Затем нужно разыскать в справочных материалах значения показателей надежности элементов, например средние интенсивности отказов.

Значения интенсивности отказов одноименных эле­ментов могут иметь значительный разброс. Здесь играют большую роль качество элемента и условия его применения, а также количество и качество информации об отказах. Поэтому целесообразно иметь справочные данные об элементах примерно одинаковой аппаратуры, работающих в условиях, близких к ожидаемым для проектируемой аппаратуры. Иначе говоря, здесь нужна, как и во всяком другом деле, преемственность.

При отсутствии сведений о значениях интенсивностей отказов элементов рассматриваемой системы могут быть использованы табличные данные об интенсивностях отказов элементов других систем. Эти данные пересчитываются на условия работы системы методом коэффициентов.

Так как на рассматриваемом этапе расчета неизвестны типы и марки элементов и режимы их работы, то часто оказывается целесообразным провести расчет надежности для двух крайних значений интенсивностей отказов элементов. При этом вычисляются два значения интенсивности отказов системы λ_мин и λ_макс и определяются соответственно две функции надежности p_мин(t) и p_макс(t).

Истинное значение интенсивности отказов или вероятности безотказной работы лежит между вычисленными минимальным и максимальным значениями.

2. Расчет надежности при разборе типов элементов проводится при уточнении принципиальной схемы системы. Отличие заключается в том, что значения λ одноименных элементов не берутся средними, а являются разными для элементов различных типов и марок.

Так как выбор элементов системы конструктор производит не только по их надежности, а руководствуется при этом рядом других соображений, например стоимостью, объемом и т. д., то и на этом этапе проектирования обычно необходим расчет нескольких вариантов системы, причем обычно один вариант отличается от другого марками (качеством) применяемых элементов. Выбор наиболее надежных элементов часто также связан с рассмотрением различных схем одной и той же системы.

На данном этапе расчета надежности определяются условия работы системы (температура, давление, вибрация, агрессивность химической среды и т. д.) и выбираются соответствующие этим условиям работы типы и марки элементов. Для правильного выбора элементов желательно иметь графики или таблицы, характеризующие зависимость средней интенсивности отказов элементов различных типов и марок от их конструктивных особенностей и условий применения. На этом этапе расчета стараются учесть режимы работы элементов.