2.1.2. Если ограничивающих факторов несколько, то среди них выбирают один, исходя из условия, что ограничение по нему в процессе повышения надежности наступает раньше других. Далее рассматривается один ограничивающий фактор, в качестве которого принят наиболее общий - стоимость Coгp.
2.1.3. В общем случае зависимость эффективности E(R) и стоимости C(R) изделия от уровня его надежности имеет вид, представленный на черт. 1.
Характер зависимостей E(R), C(R) и ??E(R) = E(R)-C(R) (когда Е и С величины одного вида)
Черт. 1
2.1.4. При указанных условиях задача может быть сформулирована следующим образом: необходимо определить уровень надежности изделия, как можно более близкий к оптимальному, удовлетворяющий ограничениям R??sRmin;
C(R)??Coгp.
2.2. Решение задачи
2.2.1. Общий порядок решения задачи заключается в следующем. Оценивают уровень надежности исходного варианта изделия, изучают причины его недостаточной надежности и рассматривают возможные мероприятия по повышению надежности и различные варианты построения изделий. По каждому мероприятию (варианту) оценивают затраты ??Сi на повышение уровня надежности, возможное увеличение ??Ri показателей надежности, строят оптимальную зависимость C(R) или R(С) и определяют прирост эффективности ??Еi. Из всех мероприятий выбирают наиболее эффективное по ??Еi или ??Еi/??Сi, а затем раcчет повторяют при новом исходном варианте (при уровне надежности R, достигнутом после очередного мероприятия).
Расчет заканчивают тогда, когда наиболее эффективное из оставшихся мероприятий не может обеспечить экономический выигрыш (достигнут оптимум) или когда исчерпаны выделенные средства на повышение надежности. Обобщенная схема решения задачи приведена на черт. 2.
2.2.2. Частные случаи решения, отличающиеся соотношением выходного эффекта изделия и затрат на обеспечение требуемой надежности, приведены ниже.
2.2.2.1. Выходной эффект и затраты на обеспечение надежности - величины одного и того же вида (измеряются в одних и тех же единицах; чаще всего это экономический эффект и денежные расходы), а ущерб от отказов незначителен или соизмерим с затратами на изделие.
В этом случае составляют целевую функцию ??E(R), представляющую собой разность или отношение функций E(R) и C(R). Если важно обеспечить максимум абсолютного значения эффекта, то вычисляют разность ??E(R)=E(R)-C(R), которая имеет максимум по R (черт. 1). Если важно получить максимум эффекта на единицу затраченных средств (относительный эффект), то вычисляют отношение Kн=E(R)/C(R).
После того как оптимум найден, необходимо проверить выполнение ограничения по стоимости. Если оно не выполняется [С(Ропт)>Согр], то целесообразно задать максимальную надежность R(Cогр), достижимую при данном ограничении, и проверить выполнение ограничения [R(Cогр)?? Rmin]. Если оно не выполняется, то задача не может быть решена, и необходим пересмотр исходных данных, ограничений и т. д.
Если ограничение по стоимости выполнено [С(Rопт)??Coгp], то проверяют условие Rопт??Rmin. При выполнении его задают Ропт, при невыполнении- Rmin, с проверкой ограничения С(Rmin)??Cогр.
2.2.2.2. Выходной эффект и затраты на обеспечение надежности - величины одного и того же вида, но ущерб от отказов велик (несоизмерим с затратами на изделие) из-за утраты высокой эффективности или из-за катастрофических последствий. Это возможно по двум причинам: либо исправное изделие имеет очень высокий эффект и при отказах он резко уменьшается, либо отказы наносят такой большой вред, что эффект достигает отрицательных значений.
В этом случае Rопт смещается вправо и задачу решают, начиная с определения R(Согр) по построенной оптимальной зависимости R(C). Затем (как и в случае по п. 2.2.2.1) проверяют выполнение условия R(Согр)??Rmin. При положительном результате проверки задают R(Согр), при отрицательном - задача не решается.
2.2.2.3. Выходной эффект изделия и затраты на обеспечение надежности - величины разного вида; отказы изделия ведут к большим потерям (как и в п. 2.2.2.2).
Задачу здесь решают так же, как и в п. 2.2.2.2, - следует стремиться к повышению надежности до тех пор, пока не будут исчерпаны возможности заказчика.
2.2.2.4. Выходной эффект изделия и затраты на обеспечение надежности - величины разного вида, но отказы изделия не ведут к потерям существенно большим, чем затраты на изделие.
В этом случае определяют Rmin и проверяют условие: Rmin?? R(Согр). Если оно выполняется, то задают уровень Rэкс в диапазоне от Rmin до R(Согр) по результатам инженерного анализа (так как эффект и затраты не сопоставимы), если не выполняется - задача не решается (т. е. необходимо вернуться к пересмотру исходных данных).
2.2.3. Алгоритм решения задачи изображен на черт. 2. При этом операции алгоритма могут выполняться с различной точностью. Например, для сравнения R(Согр) с Rmin необязательно устанавливать точное значение Rmin, достаточно проанализировать влияние R(Согр) на уровень эффективности изделия. Если этот уровень приемлем, то можно считать R(Согр)?? Rmin и наоборот.
Ограничение по затратам может формулироваться не только в виде конкретного значения Согр, но и в виде последствий, к которым приводят те или иные затраты. Тогда можно указать диапазоны затрат, которые считают допустимыми и недопустимыми. В этом случае сравнение, например, Сопт и Согр проводят путем анализа Сопт, и если оно признается приемлемым, то можно считать Сопт??Согр.
2.3. Построение оптимальной функции "надежность-стоимость"
2.3.1. Построение функции C(R) или R(C) необходимо для определения оптимального или максимального уровня надежности, достижимого при заданном ограничении.
2.3.2. Зависимость R(C), используемая при обосновании требований, должна быть оптимальной в том смысле, что каждой ее точке должна соответствовать наибольшая при данной стоимости надежность и наименьшая при данной надежности стоимость. Решение этой задачи осуществляется путем перебора возможных вариантов построения изделия. Если каждый вариант изделия изобразить на графике в виде точки с координатами R и С, то все они образуют некоторое множество (черт. 3). Линия, огибающая множество слева и сверху, проходит через наиболее надежные варианты, соответствующие определенной стоимости. Эта линия представляет собой функцию R(С) или C(R). Остальные варианты заведомо хуже и их рассмотрение нецелесообразно (при этом предполагается, что все варианты имеют "равноценные" остальные параметры, в частности - параметры назначения).
Обобщенная схема выбора уровня надежности
Черт. 2
2.3.3. Для случая, когда повышение надежности достигается путем резервирования, рекомендуется следующий способ перебора вариантов построения изделия:
а) определяют "нулевой" вариант построения изделия, в котором резерв отсутствует;
б) рассматривают варианты, в каждом из которых введено одно резервное устройство одного типа, для каждого из этих вариантов подсчитывают приращения показателя надежности изделия ??R и его стоимости ??С;
в) выбирают вариант с максимальным отношением ??R/??С; (резерв, принятый в данном варианте, в дальнейшем не пересматривают);
г) рассматривают варианты, в каждом из которых введено еще по одному устройству каждого типа, включая уже выбранный вариант с добавленным резервом.
Далее процедуру повторяют по позициям "в" и "г". При этом последовательность выбранных вариантов образует искомую кривую - огибающую множества, т. е. оптимальную зависимость надежности от стоимости.
Оптимальная функция "надежность - стоимость"
Черт. 3
2.3.4. В общем случае рассматривают повышение надежности изделия не только за счет резервирования, но и за счет любых других мероприятий. Если составные части изделия представляют собой достаточно сложные изделия, то для каждого из них также возможны различные варианты повышения надежности. Тогда процедуру проводят в два этапа:
для каждой из составных частей строят частную оптимальную функцию R(C) и соответствующую ей последовательность вариантов построения этой составной части;
строят оптимальную функцию R(C) для изделия в целом, при этом на каждом шагу процедуры рассматривают повышение надежности изделия за счет перехода каждой составной части к следующей точке ее частной оптимальной функции R(C), т, е. к следующему варианту построения.
3. Определение норм ПН Rтр для новых разработок ИОН
3.1. Принципиальным отличием изделий общего назначения является многообразие их применения, делающее невозможным анализ влияния надежности на результат выполнения работы.
3.2. Если для ИОН можно указать характерные области применения или такое применение, которое предъявляет самые высокие требования, то его следует рассматривать как ИКН, и задача сводится к предыдущей. Если это не удается, то требования могут быть назначены на основе данных по аналогам. При этом выполняют следующие действия:
строят оптимальную последовательность вариантов изделия (она же - оптимальная зависимость R(C), как указано в п. 2.3);
проверяют выполнение условия R(Согр)??R аналога. Если условие выполняется, т. е. ограничения позволяют сделать новое изделие не хуже лучших существующих аналогов, то по результатам инженерного анализа значение Рэкс должно находиться в диапазоне Rmin-R(Согр). Если условия не выполняются, то задача в рассмотренном варианте не решается.
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Справочное
ПРИМЕРЫ ТИПИЧНЫХ КРИТЕРИЕВ ОТКАЗОВ И ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ
1. Типичными критериями отказов могут быть:
прекращение выполнения изделием заданных функций; снижение качества функционирования (производительности, мощности, точности, чувствительности и других параметров) за пределы допустимого уровня;
искажения информации (неправильные решения) на выходе изделий, имеющих и споем составе ЭВМ или другие устройства дискретной техники, из-за сбоев (отказов сбойного характера);
внешние проявления, свидетельствующие о наступлении или предпосылках наступления неработоспособного состояния (шум, стук в механических частях изделий, вибрация, перегрев, выделение химических веществ и т. п.).
2. Типичными критериями предельных состояний изделий могут быть:
отказ одной или нескольких составных частей, восстановление или замена которых на месте эксплуатации не предусмотрена эксплуатационной документацией (должна выполняться в ремонтных органах);
механический износ ответственных деталей (узлов) или снижение физических, химических, электрических свойств материалов до предельно допустимого уровня;
снижение наработки на отказ (повышение интенсивности отказов) изделий ниже (выше) допустимого уровня;
превышение установленного уровня текущих (суммарных) затрат на техническое обслуживание и ремонты или другие признаки, определяющие экономическую нецелесообразность дальнейшей эксплуатации.
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Справочное
ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ И ИЗЛОЖЕНИЯ РАЗДЕЛОВ "ТРЕБОВАНИЯ ПО НАДЕЖНОСТИ" В ТТЗ (ТЗ), ТУ, СТАНДАРТАХ ВИДОВ ОТТ (ОТУ) И ТУ
1. Требования по надежности оформляют в виде раздела (подраздела), снабженного заголовком "Требования по надежности".
2. В первом пункте раздела приводят номенклатуру и значения ПН, которые записывают в следующей последовательности:
комплексные показатели и (или) единичные показатели безотказности и ремонтопригодности;
показатели долговечности;
показатели сохраняемости.
Рекомендуемая формулировка:
"Надежность в условиях и режимах эксплуатации, наименование изделия установленных пп._________ настоящего ТТЗ(ТЗ), ТУ, должна характеризоваться следующими значениями ПН... (далее приводятся эти показатели).
Пример. Надежность каналообразующей телеграфной аппаратуры в условиях и режимах эксплуатации, установленных пп. _________, должна характеризоваться следующими значениями показателей:
средняя наработка на отказ - не менее 5000 ч;
среднее время восстановления на объекте эксплуатации силами и средствами дежурной смены - не более 0,25 ч;
полный средний срок службы - не менее 20 лет;
средний срок сохраняемости в заводской упаковке в отапливаемом помещении - не менее 6 лет.
2.1. В стандартах ОТТ требования по надежности приводят в виде предельно допустимых значений ПН для изделий данной группы.
2.2. В стандартах видов ОТУ(ТУ) и в ТУ требования по надежности устанавливают в виде предельно допустимых значений тех показателей, которые контролируют при изготовлении изделии данной группы, и приводят в качестве справочных значения показателей, заданных в ТЗ на разработку изделия, но в процессе изготовления не контролируемых.
3. Во втором пункте приводят определения (критерии) отказов и предельного состояния, а также понятия "выходной эффект" или "эффективность изделия", если в качестве основного ПН задан коэффициент сохранения эффективности Kэф).
Рекомендуемые формулировки:
Предельным состоянием считают ...
Отказом считают …
Выходной эффект оценивают в ...
Эффективность равна …
Пример 1.
Предельным состоянием автомобиля считают:
деформацию или повреждение рамы, не устранимые в эксплуатирующих организациях;
необходимость одновременной замены двух и более основных агрегатов;
превышение годовой суммарной стоимости технического обслуживания и текущих ремонтов на ... руб.
Пример 2.
Отказом автомобиля считают:
заклинивание коленчатого вала двигателя;
снижение мощности двигателя ниже ...;
дымление двигателя на средних и больших оборотах;
падение давления в шине, прокол шины и др.
Пример 3.
Выходной эффект передвижной дизель-электростанции оценивают выработкой заданного количества электроэнергии за заданное время с установленными параметрами качества.
4. В третьем пункте приводят общие требования к методам оценки надежности и исходные данные для оценки соответствия изделий требованиям по надежности каждым из методов.
Рекомендуемая формулировка:
"Соответствие требованиям по надежности, установленным в пп.…, на этапе проектирования оценивают расчетным методом с использованием данных о надежности комплектующих изделий по ;
