Справочное
1. Общие положения
1.1. Методический подход к обоснованию норм ПН для ИКН и ИОН различен.
1.2. Методика обоснования норм ПН не зависит от вида показателя, поэтому ПН обозначается одним общим символом R.
1.3. Методика применяется в тех случаях, когда известны или могут быть установлены:
а) возможные варианты построения изделия и набор мероприятий по повышению надежности относительно исходного "базового" уровня;
б) значения прироста надежности (DRi) и затрат (DСi) для каждого из этих вариантов (мероприятии);
в) вид зависимости "эффективность - надежность" - E=E(R), знание которой необходимо дополнительно, наряду с "а" и "б" при решении задачи, когда выходной эффект и затраты на обеспечение надежности - величины одного и того же вида (см. п. 2.2.2.1).
Если для различных ПН оптимальные варианты построения изделия оказываются различными, то окончательное решение принимают на основании сравнительного анализа таких вариантов с учетом уровня показателей назначения, массо-габаритных, технико-экономических и других характеристик качества.
Одновременно с обоснованием норм ПН решают задачу выбора оптимального (по критерию надежности) варианта построения изделия и распределения норм ПН между его составными частями.
2. Определение норм ПН (Rтр) для новых разработок ИКН
2.1. Постановка задачи и исходные данные
2.1.1. Уровень надежности изделия должен быть не ниже некоторого минимального Rmin, при котором создание (использование) изделия еще имеет смысл с учетом ограничивающих факторов. Rmin- может быть числом или областью допустимых значений.
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 DE(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 R³sRmin;
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 DСi на повышение уровня надежности, возможное увеличение DRi показателей надежности, строят оптимальную зависимость C(R) или R(С) и определяют прирост эффективности DЕi. Из всех мероприятий выбирают наиболее эффективное по DЕi или DЕi/DСi, 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 DE(R), представляющую собой разность или отношение функций E(R) и C(R). Если важно обеспечить максимум абсолютного значения эффекта, то вычисляют разность DE(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)³ 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 Rопт³Rmin. 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)³Rmin. 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: Rmin³ 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)³ 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 Сопт³Согр.
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 DR и его стоимости DС;
в) выбирают вариант с максимальным отношением DR/DС; (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 Rтрдля 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)³R 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.
Справочное
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.
