Определение вида и параметров закона распределения времени до отказа

В результате испытаний можно получить точечные значения оценки параметра и интервальные оценки. При интервальных оценках определяется, какой интервал оценок с заданной доверительной вероятностью α накрывает среднее значение (математическое ожидание) оцениваемого параметра.

Границы такого интервала называются доверительными

где θн,θв – нижняя и верхняя доверительные границы параметра θ.

Вероятность того, что значение θ выйдет из интервала [ θ_н,θ_в ] называют уровнем значимости β

.

В практических целях достаточно установить одну из границ интервала, нижнюю или верхнюю, отвечающих доверительным вероятностям.

 

§ Живучесть сложных систем

Живучесть – свойство объекта противостоять локальным возмущениям и отказам, не допуская их каскадного (системного) развития с массовым нарушением функциональности системы.

Живучесть – свойство системы продолжать нормальное функционирование с допустимыми показателями эффективности при непрогнозируемых или преднамеренных воздействиях. Такими воздействиями могут быть либо стихийными (природные) явления, либо активные внешние вмешательства.

Важным отличием задачи оценки живучести от других близких задач, например задачи расчета безотказности, устойчивости и т.п., является то, что для этой задачи, как правило, невозможно использовать понятие вероятности возникновения тех или иных ситуаций, а потому неприемлимы и вероятностные критерии оценок.

Одним из естественных показателей количественного измерения живучести является показатель эффективности E, сохранившийся у системы после фиксированной совокупности воздействий. При этом нужно иметь в виду, что чем больше значение этого показателя, тем выше живучесть.

Совокупность воздействий может характеризоваться числом, интенсивностью и местом возникновения возмущений.

 

§Факторы влияющие на надежность объектов при их эксплуатации

Технические объекты в процессе эксплуатации испытывают различные внешние воздействия. Эти вредные воздействия могут быть субъективными или объективными.

Субъективные воздействия происходят из-за неправильных действий людей (в процессе периодического осмотра, периодических испытаний, ремонта и т.п.).

Объективные воздействия можно разделить на две группы:

1) общие воздействия, которым подвергаются в той или иной мере все объекты данного типа;

2) частные воздействия, которым могут подвергаться отдельные конкретные образцы.

Как общие так и частные воздействия могут быть постоянными и переменными.

К объективным воздействиям относятся

1) специальные условия работы (тяжелый ударно-вибрационный режим, тяжелый температурный режим, агрессивная химическая среда, радиация)

2) климатические воздействия (температура, влажность)

3) биологические воздействия (грибок, плесень и т.п.)

Надежность всех объектов сильно зависит от температурного режима их работы. Особенно вредно сочетание тяжелого температурного режима с ударами и вибрациями. Эти два вида специальных условий работы являются основными факторами определяющими более низкую чем в других областях техники надежность транспортируемых устройств.

Существенное влияние на надежность электронной аппаратуры оказывает ядерная реакция. Элементы этой аппаратуры могут неудовлетворительно работать в условиях радиации (например, космического пространства).

Повреждения вызванные радиацией, могут быть косвенными. Например, конденсатор может повредиться при нагревании, если утечка усилилась вследствие ядерной реакции.

Иногда резкое увеличение интенсивности отказов вызывается сочетанием двух внешних воздействий, каждое из которых по отдельности оказывает сравнительно небольшое влияние на надежность технической системы.

 

§ Тепловые режимы и способы их облегчения

 

Тепло к техническому объекту может поступать двумя путями

1) извне – от внешних по отношению к рассматриваемому устройству источников тепла;

2) изнутри – за счет внутренних источников тепла, например электронных схем (резисторы, конденсаторы, микроконтроллеры и т.п.)

Значение внешнего нагрева может быть сведено к минимуму. В большинстве случаев тепло, нарушающее работоспособность аппаратуры, выделяется внутренними источниками за счет рассеяния мощности в термически активных элементах. Увеличение сложности и стремление к уменьшению размеров технических устройств ведет к концентрации высоких температур.

Большое значение имеет применение стойких к высоким температурам элементов. Однако возможности использования таких элементов ограничены. Все элементы становятся ненадежными или отказывают при некоторой чрезмерной температуры, и возникает вопрос о том, чтобы понизить температуру.

Для этого могут быть выбраны направления:

- сведение к минимуму выделения тепла;

- защита наиболее чувствительных элементов;

- эффективное удаление выделяемого тепла.

Сведение к минимуму выделения тепла в электронной аппаратуре означает одновременно повышение эффективности схемы, так как энергия, рассеиваемая внутри аппаратуры в виде тепла, расходуется без пользы.

Защита наиболее чувствительных элементов состоит в предельном уменьшении возможностей теплообмена между активными элементами, рассеивающими тепло при работе, и термически пассивными элементами, которые тепла не рассеивают, но обычно чувствительно к температуре. Изоляция термически пассивных от активных может быть осуществлена несколькими способами.

1) Пассивные элементы располагаются как можно дальше от активных.

2) Между термически активными и пассивными элементами помещаются перегородки.

3) При наличии локализованного рассеяния тепла в определенном месте иногда может быть применена непосредственная теплопередача от активных элементов за пределы корпуса с помощью термических отводов.

4) Охлаждающий воздух или жидкость направляется сначала через более холодные пассивные элементы, а затем через более нагретые активные.

5) Удаление выделяемого тепла совершается тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

§ Ударно вибрационные режимы транспортируемой аппаратуры

К динамическим нагрузкам, испытываемым транспортируемой аппаратуры относятся:

1) Сильные удары в начале или в конце движения: при маневрировании железнодорожных вагонов происходят удары с уcкорением до 40g; сильные удары испытывает аппаратура во время взлетов ракетоносителей, включение маршевых двигателей.

2) Умеренные и сильные периодические удары в процессе движения объекта

3) Вибрация в определенном диапазоне частот

Измерения вибраций показывают, что они имеют составляющие с различными частотами, комбинированные произвольно. Такую вибрацию называют случайной и рассматривают как стационарный случайный процесс. Основной характеристикой случайной вибрации является спектральная характеристика – распределение дисперсии ускорения по частотам (спектральная плотность ускорения). На спектральной характеристике по вертикальной оси откладывается спектральная плотность ускорения, а по горизонтальной оси – частота вибрации f. Спектральная плотность ускорения измеряется в единицах g²/Гц, где g – ускорение силы тяжести.

Защита аппаратуры от динамических воздействий амортизаторов. Различают жесткие (противоударные) и мягкие (противовибационные) амортизаторы.

В противоударных амортизаторах применяются работающие на сжатие упругие материалы. Противоударные амортизаторы рассчитываются так, чтобы собственная частота объектов с этими амортизаторами была выше частоты возбуждающих колебаний. Опыт показывает, что применения только противоударных амортизаторов недостаточно для защиты от динамических воздействий. Вместе с тем устройства небольшой массы способны выдерживать значительные нагрузки без применения противоударных амортизаторов.

В противовибрационных амортизаторах упругий материал обычно работает на сдвиг. Собственная частота устройства с такими амортизаторами должна быть ниже частоты возбуждающих колебаний.

Тяжелый ударно-вибрационный режим работы объектов особенно вреден при наличии вращающихся деталей. В объектах с вращающимися деталями очень часто отказывают подшипники.

 

§ Воспроизведение вибрационных нагрузок в лабораторных условиях

 

Для воспроизведения вибрационных нагрузок могут применяться механические, электромеханические или электродинамические вибростенды.

В электродинамических и электрогидравлических стендах можно выделить генераторы колебаний, усилители, регуляторы и возбудители колебаний (вибраторы). Два указанных типа вибростендов различаются в первую очередь возбудителями колебаний. Генераторы колебаний обычно бывают электрическими. В элетродинамических вибраторах в поле постоянного магнита помещается катушка, по которой протекает переменный ток. При взаимодействии тока в катушке с магнитным полем возникает выталкивающее усилие, пропорциональное току.

На электродинамических стендах можно создавать вибрацию в диапазоне 20-200Гц.

Для испытаний технических систем (устройств) на случайную вибрацию необходимы специальные стенды. Стенд состоит из генератора шума, мощных электронных усилителей, регулировочного устройства, вибратора и схемы измерения характеристик вибрации.

Для воспроизведения вибрационной нагрузки необходимо генерировать шумовое напряжение – реализацию стационарного эргодического случайного процесса. Обычно генерируется нормальный шум, у которого мгновенные значения напряжения в каждый момент распределены по нормальному закону. Принимаются специальные меры, чтобы мощность шума была определена по области генерируемых частот (2-2000 Гц).

Напряжение шума усиливается мощными электронными усилителями и через регулировочное устройство поступает на вибратор. С подвижной частью вибратора соединен стол с приспособлениями для крепления испытуемого устройства.

Описанный метод может быть использован и для проведения лабораторных испытаний на синусоидальную вибрацию. При этом вместо генератора шума устанавливается генератора синусоидальных колебаний.  

 

 

§ Связь расчетов прочности и надежности

Значительная доля отказов элементов автоматизированных систем связана с механически разрушением деталей и конструкций. Поэтому вопросы прочности играют важную роль в обеспечение надежности проектируемых объектов. Для многих объектов, особенно если они работают при больших внешних нагрузках необходимы расчеты прочности деталей и узлов (в том числе и электронных схем).

Решение вопросов о том, когда при проектировании систем можно ограничиться расчетом прочности и когда необходимо проводить расчет надежности, зависит от стабильности свойств материалов, определенности нагрузок и принятых запасов прочности. При больших запасах прочности, сравнительно однородных стабильных материалов и хорошо изученных материалах о нагрзках, оправдано применение детерминированные расчеты прочности. При малых запасах прочности начинает сказываться разброс значений характеристик материалов и нагрузок, из-за чего становится необходимым статистический расчет прочности. При выполнении такого расчета предполагается, что свойства материалов и характеристики нагрузок не изменяются в процессе эксплуатации (такое допущение возможно для кратковременно работающих конструкций).

Возможны две основные модели отказов механических конструкций:

1) мгновенное повреждение, наступающее в случае, когда действующая нагрузка превзойдет несущую способность конструкции;

2) накопление повреждений, когда отказ возникает вследствие необратимого процесса накопления элементарных повреждений, каждое из которых неопасно.

Вторая модель соответствует усталостному разрушению; накоплению люфтов, деформаций и т.п. При статическом расчете прочности обычно используют первую модель. При этом сравнивают две случайные величины: действующую нагрузку (эквивалентное напряжение) и несущую способность конструкции (предельно допустимое напряжение) – и находят вероятность P нахождения конструкции в работоспособном состоянии или запас прочности, при котором обеспечивается заданная вероятность P. Иными словами, при статистическом расчете прочности рассматривается вопрос о возможности создания работоспособного устройства, но совершенно не затрагивала вопрос о сохранении работоспособности в течении заданной наработки.

Список литературы

1. Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров Теория вероятностей и ее инженерные приложения
2. Т.А. Голинкевич Прикладная теория надежности
3. Б.В. Гнеденко, Ю.К. Беляев, А.Д. Соловьев Математические методы в теории надежности
4. Г.В. Дружинин Надежность автоматизированных систем:- М. Энергоатомиздат, 1986.- 480с.
5. Справочник Надежность технических систем под ред. проф. И.А. Ушакова
6. А.В. Гуськов, К.Е. Милевский Надежность технических систем и техногенный риск. Новосиб. Гос. Техн.ун-т – Новосибирск, 2007.-427с.
7. Справочник Надежность и эффективность в технике. Том2 Математические методы в теории надежности и эффективности под редакцией Б.В.

Гнеденко М.: Машиностроение, 1987. – 280с.

1. И.А. Рябинин,Г.Н. Черкессов Логико-вероятностные методы исследования надежности структурносложных систем, М.: Радио и связь,1981.-264с.

 

 

ГОСТ 27.002-89

ГОСТ РВ 20.39.302-98

ГОСТ РВ 20.39.304-98

ГОСТ В 20.39.403–81

ГОСТ РВ 20.39.413–97

ГОСТ 27.003–90

ГОСТ РВ 15.702–94

 ГОСТ РВ 20.39.303–98

ГОСТ РВ 20.57.414–97

Примерный перечень вопросов (+ задача).

1. Понятие надежность. Основные термины и определения
2. Понятие отказ. Классификация отказов.
3. Показатели надежности
4. Выбор показателей надежности
5. Вероятностное определение показателей надежности. Вероятность безотказной работы, веротяность отказа, интенсивность отказа, опасность отказа.
6. Законы распределения для дискретных случайных величин.
7. Законы распределения для непрерывных случайных величин. Экспоненциальный закон.
8. Законы распределения для непрерывных случайных величин. Гамма распределение, распределение Вейбулла
9. Законы распределения для непрерывных случайных величин. Нормальное распределение
10.  Надежность системы с независимыми элементами. Системы с неодновременно работающими элементами
11.  Понятие резервирование. Классификация видов резервирования.
12.  Нагруженный резерв. Оценка сверху безотказной работы. Оценка ВБР для экспоненциального закона. ВБР для мажоритарного резервирования.
13.  Теоретико-вероятностная схема (схема гибели и размножения). Определение.
14. Ненагруженный резерв
15. Радиационные эффекты влияющие на бортовую аппаратуру в космическом пространстве. Понятие: полная поглощенная доза, тиристорный эффект.
16.  Виды сбоев в различных видах интегральных схем.
17. Прогнозирование радиационных условий на борту КА
18.  Методы повышения стойкости бортовой аппаратуры. Алгоритмические, конструкционные.
19. Методы обеспечения стойкости по одиночным эффектам.
20.  Классификация методов расчета надежности. Последовательность расчетов.
21. Структурная схема надежности. Последовательное, ненагруженное параллельное, нагруженное соединения.
22.  Расчет с применением алгебры высказыванием
23. Расчет надежности с помощью формулы полной вероятности
24.  Расчет системы с помощью графа состояний