Эффективность модификации не известна до завершения испытаний, продолжительность которых должна быть в несколько раз больше времени испытаний до первого отказа конкретного типа слабого места. Это позволяет не только выявить, были ли воздействия конкретного слабого места успешно уменьшены или устранены, но также, не появились ли новые систематические слабые места. Любые ошибки в изготовлении или новые компоненты привносят новые слабые места. Для их выявления требуется дополнительное время работы. В качестве статистических методов могут использоваться методы, приведенные в МЭК 60300-3-5.
6.4.6 Математическое моделирование при испытаниях на повышение надежности
В данном разделе описаны методы моделирования, применимые для таких показателей надежности как параметр потока отказов или MTBF. Для других показателей надежности, например интенсивности отказов и MTTF, должны использоваться другие модели. Моделирование повышения надежности дает возможность использовать количественные оценки достигнутых и будущих значений показателей надежности в конце или в промежуточных точках программы повышения надежности. Результаты моделирования могут быть представлены в следующем виде:
- мгновенный параметр потока отказов или MTBF в данной точке программы;
- экстраполируемое значение потока отказов или MTBF в некоторой будущей точке программы;
- прогнозируемый параметр потока отказов или MTBF вне времени, когда отсроченные модификации выполнены или улучшения завершены.
Мгновенные или экстраполируемые интенсивности отказов обычно используются во время выполнения программы, а прогнозируемые значения обычно используются для определения оценки в конце этапа или в конце программы.
Кроме того, могут быть определены оценки для следующих отношений:
- отношение перечисленных выше параметров к параметрам в начале программы;
- количество выявленных систематических слабых мест по отношению к общему количеству, оцененному с помощью моделирования;
- количество систематических слабых мест, устраненных с помощью модификаций по отношению к общему их количеству.
Длина первого периода отказов (периода приработки) может быть оценена непосредственно по данным об отказах путем наблюдений за отказами/ наработками или другими средствами. И отказы и наработки в пределах этого периода должны быть исключены из данных, используемых для расчетов повышения надежности.
Имеется несколько используемых в настоящее время математических моделей. Они зависят от предпочтений пользователя, типа и продолжительности программы повышения надежности. Это модель Дуайна, модель AMSAA/Kpoy и модель IBM/Роснера с фиксированным количеством дефектов.
6.4.7 Характер и цели моделирования
В моделях повышения надежности используют математические функции, которые при оптимальных значениях параметров достаточно точно описывают свойства конкретного набора данных. Такие функции и характеристики лучше всего представлять в тех же переменных, что и первоначальный набор данных, который обычно состоит из накопленного количества уместных отказов и накопленных уместных наработок (см. рисунок 9). Для описания моделей могут использоваться непрерывные или дискретные функции. Дискретная модель представляет отказы более реалистично, но часто требует большего количества этапов для оценки, чем непрерывная модель.
Выбор модели, которую нужно использовать, включает компромисс между простотой и реализмом. Большинство моделей имеет не больше двух параметров, потому что большее количество усложняет оценку. Для получения оценки максимального правдоподобия или оценки минимума квадратов отклонений решают соответствующие уравнения для параметров. Подставляя эти значения в модельную функцию, получают значения повышения надежности для параметров, перечисленных в 6.4.6.
Важными требованиями моделирования являются следующие:
- необходимы адекватные данные;
- условия испытаний должны соответствовать установленным требованиям.
Модели не должны рассматриваться как абсолютно верные и должны применяться осторожно. Они должны использоваться как статистический инструмент, помогающий принять правильное техническое решение.
6.4.8 Показатели надежности, используемые при моделировании
6.4.8.1 Мгновенный параметр потока отказов
В соответствии с рисунком 4 (кривая 3) отношение общего количества уместных отказов в общем случае имеет форму, изображенную на рисунке 9.
В любой момент времени мгновенный параметр потока отказов — это тангенс угла наклона касательной к кривой в соответствующей точке. На рисунке 9 показаны касательные, проведенные в начале координат и в промежуточной точке (t1, n1) программы повышения надежности. Тангенсы угла наклона этих касательных представляют значения мгновенных интенсивностей отказов объекта (или совокупности объектов). Они могут быть оценены с помощью использования математической модели после построения соответствующей кривой процесса.
Однако, если модификации для улучшения надежности были выполнены на более поздних этапах общего периода испытаний, модель может быть не достаточно продолжительной для отражения результирующего повышения надежности. Следовательно, истинный мгновенный параметр потока отказов будет меньше, чем полученная оценка. Если большинство или все модификации отсрочены до конца испытаний (или стадии испытаний), то этот метод оценки надежности не может использоваться. Только прогнозируемый параметр потока отказов можно оценить в соответствии с 6.4.8.3.
Примечание — Тангенс угла наклона касательной в начале координат и в точке (t1, n1) равен мгновенному параметру потока отказов, а в точке (t2, n2) — экстраполируемому параметру потока отказов
Рисунок 9 — Характерная кривая, показывающая мгновенные и экстраполируемые интенсивности отказов
6.4.8.2 Экстраполируемый параметр потока отказов
На рисунке 9 показана касательная, проведенная в точке (t2, n2). Ее тангенс угла наклона представляет экстраполируемый параметр потока отказов в этой точке как оценка методом экстраполяции из точки (t1, n1). Предполагается, что та же самая модель и параметры, которые применялись к данным об отказах, накопленным до точки (t1, n1), должны применяться до точки (t2, n2) и что условия испытаний и выполняемые процедуры модификации являются неизменными при выполнении всей программы.
Таким образом, экстраполируемый параметр потока отказов — это прогнозируемая оценка уровня, ожидаемого на некотором будущем этапе или в конце программы. Однако следует помнить, что изменение условий испытаний или процедуры модификации может лишить экстраполяцию необходимой достоверности.
Кривая, показанная на рисунке 9, является только примером и не представляет событий реальных испытаний. Возможно, что при испытаниях отказов становится больше, а не меньше.
6.4.8.3 Прогнозируемый параметр потока отказов
Прогнозируемый параметр потока отказов — это ожидаемое значение параметра потока отказов при эксплуатации, следующей за программой модификации. Программа, включающая несколько модификаций, выполняемых одновременно, вызывает скачек надежности (см. рисунок 10) вместо непрерывного ее повышения. Если прогнозируемый параметр потока отказов оценивался в конце программы повышения надежности, то это соответствует эксплуатации, если условия испытаний соответствуют условиям эксплуатации. Прогнозирование является более тонким методом и требует более глубоких технических знаний, чем оценка мгновенного или экстраполируемого значения параметра потока отказов.
Полученная оценка не дает доказательств, следующих из испытаний, что все модификации повысили надежность в необходимой степени и не добавили новых слабых мест. Обычно лишь немногие модификации полностью эффективны и лишь в некоторых случаях доставляют новые отказы. Коэффициент эффективности «улучшения» выражается долей, на которую уменьшается значение параметра потока отказов. Этот коэффициент может быть назначен на основе технического анализа каждой модификации или как общее значение (обычно 0,7).
Рисунок 10 — Примеры кривых повышения надежности и скачков
Методика прогнозирования предполагает, что каждый распознаваемый тип систематического слабого места имеет собственный постоянный параметр потока отказов после периода приработки. Этот параметр потока отказов можно подтвердить, если появлялось достаточное количество повторных отказов данного типа. При успешной модификации только наработка до первого отказа каждого типа может быть получена для оценки соответствующего параметра потока отказов.
Выполняют следующие шаги:
a) Используя набор наработок до отказа всех систематических типов отказов и модель оценивают параметр потока отказов для каждого известного типа систематического отказа;
b) Определяют коэффициент эффективности улучшения;
c) По модели оценивают общий параметр потока отказов по всем систематическим слабым местам, в том числе еще необнаруженным;
d) Поскольку остаточный параметр потока отказов принят за константу, его оценивают непосредственно, разделив общее количество остаточных отказов на накопленное уместное время испытаний;
e) Прогнозируемый общий параметр потока отказов оценивают как сумму интенсивностей отказов, порожденных следующими слабыми местами:
- известные систематические слабые места, для которых могут быть разработаны корректирующие модификации;
- необнаруженные систематические слабые места, предсказанные моделью, но еще не наблюдаемые;
- остаточные слабые места.
На рисунке 11 проиллюстрированы эти концепции. Они применяются и к аппаратным средствам, и к программному обеспечению, за исключением того, что для программного обеспечения остаточный параметр потока отказов всегда равен нулю.
6.4.8.4 Другие оценки
Повышение надежности в ходе этапа или всей программы может быть измерено. Для этого оценку прогнозируемой интенсивности делят на ее мгновенное значение в начале программы. Для моделей, которые используются для оценки общего количества типов систематических слабых мест (включая необнаруженные), этот показатель можно легко получить. Затем часть, соответствующую отказам, для которых проведены модификации, находят на основе данных количества отказов категории В. Степень успеха всех модификаций и точность коэффициентов эффективности улучшения может быть оценена только по результатам дальнейших испытаний или на основе данных эксплуатации.
Рисунок 11 — Прогнозируемый параметр потока отказов, оцененный с помощью моделирования
6.4.9 Отчет об испытаниях на повышение надежности и документация
Отчет и документация о повышении надежности должны вестись непрерывно для мониторинга процесса и, при необходимости, увеличения ресурсов. Поэтому документация должна непрерывно пересматриваться, например, перед каждым обсуждением проекта. Формальный отчет должен включаться в каждый промежуточный отчет по проекту, а также разрабатываться при каждом выпуске проекта и при создании опытного образца.
Отчет должен содержать описание повышения надежности и должен включать значения мгновенного параметра потока отказов, экстраполируемого параметра потока отказов, а также прогнозируемого параметра потока отказов и запланированные действия. В отчете должен быть указан статус действий с течением времени для каждого класса тяжести и для различных состояний проблем в зависимости от тяжести последствий. Отчет должен завершаться оценкой надежности и рисков для продукции с необходимой достоверностью этих оценок. Эти оценки должны указать, существует ли разница между целями надежности продукции и прогнозируемым параметром потока отказов. Отчет должен содержать расчет коэффициентов достигнутого улучшения на основе используемых статистических моделей повышения надежности. Вместе с описанием фактически выполненного анализа испытаний и действий по улучшению эти коэффициенты используются для планирования и прогнозирования показателей надежности для новых проектов, выполняемых в той же организации.
Документация программы повышения надежности должна включать:
a) План испытаний, обычно разработанный изготовителем и одобренный заказчиком с указанием деталей всех задач, входящих в программу повышения надежности, условий и средств испытаний. Эти задачи должны включать действия по анализу, подготовку, установку, испытания, мониторинг, документацию и процедуру, которая будет выполняться после появления отказа. Может потребоваться плановая кривая повышения надежности;
b) Спецификация испытаний, детализирующая мониторинг функциональной эффективности объекта;
c) Ежедневный файл регистрации для регистрации результатов испытаний, отказов и других существенных данных;
d) Отчет об отказах для регистрации каждого отказа, уместного или неуместного. Отчет должен выполняться по стандартной форме, используемой изготовителем для всех источников данных об отказах и предназначенной для ввода существенных данных в банк данных;
e) Отчет об анализе отказов, содержащий результаты исследований, анализа и, при необходимости, действий, связанных с отказом;
f) Промежуточные отчеты за указанные промежутки времени для включения, при необходимости, результатов сравнения фактического и запланированного повышения надежности (см. рисунок 8);
д) Заключительный отчет с описанием программы, представляющий все существенные результаты, действия и выводы, включая оценки надежности полученные методом математического моделирования.
Требования перечислений d) и е) предполагают наличие уникальной системы маркировки каждого отказа, обеспечивающей его связь с анализом, проектом и соответствующим элементом. Последующие отчеты должны ссылаться на все уместные предыдущие отчеты.
