Теория надежности применительно к автосигнализациям

Общие понятия и определения надежности. Термины и определения, используемые в теории надежности, регламентированы ГОСТ 27.002-89 "Надежность в технике". Термины и определения, ГОСТ Р 50776-95 "Системы тревожной сигнализации".

Система - совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций, например, техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.

Надежность системы - свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени и в заданных пределах значения установленных эксплуатационных показателей, например, свойство обнаруживать с заданной вероятностью проникновение (попытку проникновения) на охраняемый объект (зону объекта).

Степень риска - вероятностная величина, характеризующая возможность невыполнения системой своих задач (например, обнаружения проникновения или попытки проникновения на охраняемый объект) с учетом влияния опасных внутренних и внешних воздействий на функционирующие систему и элементы.

Элемент - простейшая составная часть изделия, в задачах надежности может состоять из многих деталей.

 Надежность системы характеризуется следующими основными состояниями и событиями.

Исправность - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Работоспособность - состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров, установленных документацией.

Предельное состояние - это такое состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. Предельное состояние возникает вследствие старения, износа или существенного снижения эффективности применения изделия.

Основные параметры характеризуют функционирование системы при выполнении поставленных задач. Понятие "исправность" шире, чем понятие "работоспособность".

 Системы и элементы могут быть:

• невосстанавливаемые, для которых работоспособность в случае возникновения отказа не подлежит восстановлению (например, радиоэлементы);
• восстанавливаемые, работоспособность которых может быть восстановлена

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния системы.

 По типу отказы подразделяются на:

• отказы функционирования (выполнение основных функций объектом прекращается, например, сигнализация перестает слушаться команд брелока);
• отказы параметрические (некоторые параметры объекта изменяются в недопустимых пределах, например, сигнализация принимает команды брелока только с расстояния в 1 метр).

  Надежность является комплексным свойством, включающим в себя ряд простых свойств:

• безотказность - свойство системы или элемента непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени (например, для реле это количество переключений на некотором временном интервале);
• долговечность - свойство системы сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов;
• ремонтопригодность - свойство системы, заключающееся в ее приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания (в случае с нашими автосигнализациями - изделие ремонтопригодно по конструкции и возможностям демонтажа, приспособлено к контролю работоспособности по всем основным параметрам);
• сохраняемость - свойство системы непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования, сохраняемость характеризует поведение изделия в условиях, весьма существенно отличающихся от условий эксплуатации, - различия в температуре окружающей среды, влажности, других климатических условиях, механических нагрузках (понятно, автосигнализации имеют высочайшие свойства сохраняемости).

 Показатели надежности представляются в двух формах:

• статистическая (выборочные оценки);
• вероятностная.

Статистические определения (выборочные оценки) показателей получаются по результатам испытаний автосигнализации на надежность.

Допустим, что в ходе испытаний какого-то числа изделий получено конечное число интересующего нас параметра - наработки до отказа. Полученные числа представляют собой выборку некоего объема из общей совокупности, имеющей неограниченный объем данных о наработке до отказа объекта.

Количественные показатели, определенные для общей совокупности, являются истинными (вероятностными) показателями, поскольку объективно характеризуют случайную величину - наработку до отказа.

Показатели, определенные для выборки, и позволяющие сделать какие-то выводы о случайной величине, являются выборочными (статистическими) оценками. Очевидно, что при достаточно большом числе испытаний (большой выборке) оценки приближаются к вероятностным показателям.

Вероятностная форма представления показателей удобна при аналитических расчетах, а статистическая - при экспериментальном исследовании надежности.

Надежность является фундаментальным понятием теории надежности, с помощью которого определяются другие понятия.

В технической литературе при определении понятия "надежность" для обозначения обладателя этого свойства и предмета анализа используется понятие "объект" или "изделие".

 Работоспособность. Отказ. Неисправность.

 Одно из основных требований теории надежности - это необходимость установить принадлежность всех возможных состояний изделия к одному из двух противоположных классов: работоспособные и неработоспособные.

Работоспособным называют такое состояние изделия, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической конструкторской документации. Неработоспособным будет такое состояние, при котором значение хотя бы одного из параметров не соответствует требованиям документации. В теории надежности промежуточные состояния не рассматриваются.

Однако далеко не всегда задача разбиения всех состояний на два полярных вырианта может быть успешно решена. Тогда вводятся несколько уровней работоспособности и понятия полной и частичной работоспособности. Для многофункциональных систем, к которым относятся и автосигнализации, возможна ситуация, когда при выполнении каждой функции удается разделить все состояния на работоспособные и неработоспособные, но возможны состояния, при которых одни функции выполняются, а другие - нет.

Всякий отказ связан с нарушениями требований проектной документации.

Отказы автомобильных сигнализаций можно классифицировать по различным признакам.

По скорости изменения параметров до возникновения отказа различают внезапные и постепенные отказы.

Внезапный отказ - это отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров изделия. Постепенный отказ - это отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров. Такое деление весьма условно, так как большинство параметров изменяется с конечной скоростью, поэтому четкой границы между этими классами не существует. К постепенным отказы относят в тех случаях, когда изменения параметров легко прослеживаются, позволяя своевременно предпринять меры по предупреждению перехода системы в неработоспособное состояние, например, заменить батарейку брелока.

По характеру устранения различают устойчивый, самоустраняющийся и перемежающийся отказы. Устойчивый отказ всегда требует проведения мероприятий по восстановлению работоспособности изделия. Самоустраняющийся отказ, или сбой, устраняется в результате естественного возвращения системы в работоспособное состояние, причем время устранения отказа мало. Пример - сигнализация не сработала один раз на команду с брелока.

По характеру проявления различают явные и скрытые отказы. Явный отказ обнаруживается визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при установке системы на автомашину или процессе эксплуатации. Скрытый отказ выявляется при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностирования. Задержка в обнаружении скрытого отказа может привести к неправильному срабатыванию алгоритмов, некорректной обработке информации, выработке ошибочных управляющих воздействий и другим неблагоприятным последствиям.

В некоторых элементах возможны отказы двух типов. В резисторах, полупроводниковых диодах, транзисторах, реле и ряде других элементов могут возникать отказы типа "обрыв" и типа "короткое замыкание". В первом случае падает до нуля проводимость, а во втором - сопротивление в любых или в определенном направлении. В элементах, назначение которых состоит в формировании сигнала в ответ на определенные сочетания сигналов на входах, например в логических элементах, также возможны отказы двух типов: отсутствие сигнала, когда он должен быть сформирован, и появление сигнала, когда его не должно быть (ложный сигнал).

По первопричине возникновения различают конструктивный, производственный и эксплуатационный отказы. Конструктивный отказ возникает по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и/или норм проектирования и конструирования. Производственный отказ связан с несовершенством или нарушением технологического процесса изготовления, а эксплуатационный отказ - с нарушением правил и/или условий установки и эксплуатации, при возникновении непредусмотренных внешних воздействий или воздействий высокой интенсивности.

Как мы уже отмечали в первой части статьи, пока мы сталкивались только с эксплуатационными отказами.

Каким образом рассчитывается надежность

Задача расчета надежности: определение показателей безотказности системы, состоящей из невосстанавливаемых элементов, по данным о надежности элементов и связях между ними.

 Цель расчета надежности:

• обосновать выбор того или иного конструктивного решения;
• подтвердить или скорректировать выбор элементов;
• выяснить возможность и целесообразность резервирования;
• выяснить, достижима ли требуемая надежность при существующей технологии разработки и производства.

 Расчет надежности состоит из следующих этапов:

1. Определение состава рассчитываемых показателей надежности.
2. Составление структурной логической схемы надежности системы, основанное на анализе функционирования системы (какие блоки включены, в чем состоит их работа, перечень свойств исправной системы и т. п.), и выбор метода расчета надежности.
3. Составление математической модели, связывающей рассчитываемые показатели системы с показателями надежности элементов.
4. Выполнение расчета, анализ полученных результатов, корректировка расчетной модели.

Наиболее важным этапом расчета надежности является составление структуры системы и определение показателей надежности составляющих ее элементов.

Во-первых, классифицируются виды отказов, которые существенным образом влияют на работоспособность системы.

Во-вторых, учитываются как отдельные элементы системы электрические соединения пайкой, а также другие соединения (коннекторы), на их долю приходится в приборах до 50% общего числа отказов.

В-третьих, анализируется неполная информация о показателях надежности элементов, поэтому приходится либо интерполировать показатели, либо использовать показатели аналогов.

 Практически расчет надежности производится в несколько этапов:

1. На стадии составления технического задания на проектируемую систему, когда ее структура не определена, производится предварительная оценка надежности, исходя из априорной информации о надежности близких по характеру систем и надежности комплектующих элементов.
2. Составляется структурная схема с показателями надежности элементов, заданными при нормальных условиях эксплуатации.
3. Окончательный (коэффициентный) расчет надежности проводится на стадии завершения технического проекта, когда произведена эксплуатация опытных образцов и известны все возможные условия эксплуатации. При этом корректируются показатели надежности элементов, часто в сторону их уменьшения, вносятся изменения в структуру.

источник: www.autoden.ru

Каталог и описание, далее >>>

ВАШИ КОММЕНТАРИИ: