Luotettavuus

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 31. elokuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Luotettavuus  on kohteen ominaisuus pitää ajoissa määritetyissä rajoissa kaikkien parametrien arvot, jotka kuvaavat kykyä suorittaa vaaditut toiminnot tietyissä käyttö-, huolto- , varastointi- ja kuljetusolosuhteissa [1] [2] .

Intuitiivisesti objektien luotettavuus liittyy toimintahäiriöiden hyväksyttämättömyyteen. Tämä on käsitys luotettavuudesta "kapeassa" merkityksessä - esineen ominaisuus säilyttää terve tila jonkin aikaa tai jonkin aikaa. Toisin sanoen esineen luotettavuus on siinä, ettei sen laadussa tapahdu odottamattomia, ei-hyväksyttäviä muutoksia käyttövaiheessa (sen käytön, huollon, varastoinnin, kuljetuksen aikana). Luotettavuus on monimutkainen ominaisuus, joka kohteen tarkoituksesta ja sen käyttöolosuhteista riippuen voi sisältää luotettavuuden , kestävyyden , huollettavuuden ja kestävyyden ominaisuuksia sekä näiden ominaisuuksien tietyn yhdistelmän.

Luotettavuuden kvantitatiivisessa arvioinnissa käytetään ns. yksittäisiä luotettavuusindikaattoreita (karakterisoidaan vain yhtä luotettavuusominaisuutta) ja monimutkaisia ​​luotettavuusindikaattoreita (kuvailevat useita luotettavuusominaisuuksia tietyllä aikavälillä).

Perusmääritelmät

Luotettavuus tieteenä

Luotettavuus tieteenä kehittyy kolmeen suuntaan:

  1. Matemaattinen luotettavuusteoria käsittelee luotettavuuden arviointimenetelmien kehittämistä ja vikakuvioiden tutkimista.
  2. Tilastollinen luotettavuusteoria käsittelee vikatilastotietojen keräämistä, tallentamista ja käsittelyä.
  3. Fysikaalinen luotettavuusteoria tutkii esineessä erilaisten vaikutusten alaisena tapahtuvia fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja.

Luotettavuusteoria

Perusperiaatteet

Luotettavuusteoria on insinöörikäytännön perusta teknisten tuotteiden luotettavuuden alalla. Luotettavuus määritellään usein todennäköisyydeksi, että tuote suorittaa tehtävänsä tietyn ajan tietyissä olosuhteissa. Matemaattisesti tämä voidaan kirjoittaa seuraavasti:

,

missä  on vikaantumisajan tiheysfunktio ja tuotteen  toimintajakson kesto olettaen, että tuote alkaa toimia hetkellä .

Luotettavuusteoriassa oletetaan seuraavat neljä perusoletusta:

Luotettavuuden luokitus

Jokaisessa järjestelmässä yksi ensimmäisistä luotettavuussuunnitteluongelmista on luotettavuusindikaattoreiden riittävä standardointi esimerkiksi vaaditun käytettävyyden suhteen. Luotettavuusarviointi on luotettavuuden määrällisten ja laadullisten vaatimusten asettamista suunnittelussa tai muussa dokumentaatiossa. Luotettavuusvaatimukset koskevat sekä itse järjestelmää ja sen komponentteja, että testaussuunnitelmia, lähtötietojen tarkkuutta ja luotettavuutta, vika-, vaurio- ja rajatilakriteerien muotoilua, luotettavuuden valvontamenetelmiä kaikissa vaiheissa. tuotteen elinkaari. Esimerkiksi ylläpidettävyysvaatimukset voivat sisältää kustannus- ja palautusajan mittareita. Huolto- ja korjausprosessien tehokkuuden arviointi on osa FRACAS-prosessia (vikojen raportointi-, analysointi- ja korjaustoimijärjestelmä).

Järjestelmän luotettavuusasetukset

Järjestelmän luotettavuuden parametreja analysoitaessa otetaan huomioon järjestelmän rakenne, sen osatekijöiden koostumus ja vuorovaikutus, mahdollisuus rakenteen ja toiminnan algoritmien uudelleenjärjestelyyn yksittäisten elementtien vikojen sattuessa.

Useimmiten insinöörikäytännössä huomioidaan elementtien sarja-, rinnakkais-, seka- (sarja-rinnakkais- ja rinnakkais-sarja) kytkennät sekä “K out of N” -tyyppiset piirit, siltaliitännät.

Kun mahdollista palauttaa ja ylläpitää järjestelmät, ne jaetaan palautettaviin ja ei-palautettaviin, huollettuihin ja valvomattomiin. Käyttötavan (toiminta) mukaan - jatkuvaan, moninkertaiseen (sykliseen) ja kertakäyttöisiin järjestelmiin.

Periaatteessa luotettavuusparametri on keskimääräinen vikaantumisaika (MTTF), joka voidaan määritellä vikatiheydellä tai vikojen lukumäärällä tietyn ajanjakson aikana. Vikaprosentti määritellään matemaattisesti tuotteen vian todennäköisyyden ehdollisena tiheydenä edellyttäen, että vika ei ole tapahtunut ennen tarkasteltua ajankohtaa. Vikasuhteen kasvaessa keskimääräinen vikaantumisaika lyhenee ja tuotteen luotettavuus heikkenee. Tyypillisesti keskimääräinen aika epäonnistumiseen mitataan tunneissa, mutta se voidaan ilmaista myös yksiköinä, kuten jaksoina ja maileina.

Muissa tapauksissa luotettavuus voidaan ilmaista tehtävän suorittamisen todennäköisyydellä. Esimerkiksi siviili-ilmailun lentojen luotettavuus voi olla dimensioton tai prosentuaalinen, kuten järjestelmäturvallisuuden käytännössä tehdään. Joissakin tapauksissa järjestelmän onnistunut tulos voi olla kertaluonteinen toimenpide. Tämä koskee järjestelmiä, jotka on suunniteltu toimimaan vain kerran: esimerkiksi auton turvatyynyt. Tässä tapauksessa asetetaan laukaisun todennäköisyys tai, kuten esimerkiksi ohjusten tapauksessa, todennäköisyys osua kohteeseen. Tällaisissa järjestelmissä luotettavuuden mitta on toiminnan todennäköisyys. Palautettavissa järjestelmissä voidaan asettaa parametrit, kuten keskimääräinen palautus (korjaus) ja varmistus (testaus) aika. Luotettavuusparametrit määritellään usein sopiviksi tilastollisiksi luottamusväleiksi.

Luotettavuusmallinnus

Luotettavuusmallinnus on prosessi, jossa ennakoidaan tai tutkitaan järjestelmän ja sen komponenttien luotettavuutta ennen käyttöönottoa. Useimmiten järjestelmien luotettavuuden mallintamiseen käytetään vikapuiden analyysimenetelmiä ja luotettavuuden rakennekaavioita. Järjestelmän luotettavuusmallin syöttöparametrit voidaan saada eri lähteistä (käsikirjat, testi- ja käyttöraportit jne.). Joka tapauksessa dataa tulee käyttää varoen, sillä ennusteet pitävät paikkansa vain silloin, kun tiedot saadaan samoissa olosuhteissa, joissa komponentteja käytetään järjestelmässä.

Osa tiedoista voidaan saada kahdentyyppisten tutkimusten tuloksista:

Järjestelmille, joissa vikaaika voidaan määrittää tarkasti (mitä ei anneta kelluvien parametrien järjestelmille), voidaan määrittää empiirinen vikaaikajakaumafunktio. Tämä tehdään useimmiten suoritettaessa testejä, joissa on lisääntynyt stressitaso (kiihdytetyt testit). Nämä testit jakautuvat kahteen pääluokkaan:

Jakauman keskiosan tutkimiseksi, joka useimmiten määräytyy materiaalien ominaisuuksien perusteella, on tarpeen soveltaa lisääntyneitä kuormia melko lyhyen ajan kuluessa. Tämän tyyppisissä kiihdytetyissä testeissä käytetään useita kuormitusasteita. Usein näiden vikojen empiirinen jakauma parametroidaan Weibullin jakauman tai lognormaalin jakauman avulla .

Yleinen käytäntö "varhaisten" epäonnistumisten mallintamiseen on käyttää eksponentiaalista jakaumaa . Tämä on vähemmän monimutkainen vika-ajan jakautumisen malli, joka sisältää vain yhden parametrin - vakiovikasuhteen. Tässä tapauksessa khin-neliötestiä voidaan käyttää sopivuustestinä vikaasteen pysyvyyden arvioimiseksi. Verrattuna epäonnistumisprosentin laskuun tämä on melko pessimistinen malli ja vaatii herkkyysanalyysin.

Luotettavuus suunnitteluvaiheessa

Luotettavuus suunnitteluvaiheessa on uusi tieteenala ja liittyy luotettavien tuotteiden kehittämisprosessiin. Tämä prosessi sisältää useita työkaluja ja parhaita käytäntöjä ja kuvaa, kuinka organisaation tulee käyttää niitä varmistaakseen kehitetyn tuotteen korkean luotettavuuden ja ylläpidettävyyden korkean käytettävyyden saavuttamiseksi, kustannusten alentamiseksi ja tuotteen käyttöiän maksimoimiseksi. Yleensä ensimmäinen askel tähän suuntaan on luotettavuusindikaattoreiden normalisointi. Luotettavuus tulee "suunnitella" järjestelmään. Järjestelmää suunniteltaessa asetetaan huipputason luotettavuusvaatimukset, jotka sitten jaetaan yhdessä kehittäjien, suunnittelijoiden ja luotettavuusinsinöörien toimesta erityisiksi alajärjestelmiksi. Luotettavuussuunnittelu alkaa mallin kehittämisestä. Tällöin käytetään luotettavuus- tai vikapuiden rakennekaavioita, joiden avulla esitetään järjestelmän eri osien (komponenttien) välinen suhde.

Yksi tärkeimmistä suunnittelutekniikoista on redundanssin tai redundanssin käyttöönotto. Redundanssi on tapa varmistaa tuotteen luotettavuus lisävälineiden ja (tai) ominaisuuksien kustannuksella, jotka ovat tarpeettomia suhteessa vaadittujen toimintojen suorittamiseen tarvittavaan vähimmäismäärään (GOST 27.002). Ottamalla käyttöön redundanssin ja hyvin organisoidun vikavalvonnan, jopa yhden linkin kautta alhaisilla järjestelmillä voi olla yleensä korkea luotettavuustaso. Korkean tason redundanssin käyttöönotto monimutkaisessa järjestelmässä (esimerkiksi lentokoneen moottorin tasolla) on kuitenkin erittäin vaikeaa ja kallista, mikä rajoittaa tällaista redundanssia. Järjestelmän alemmalla tasolla redundanssi toteutetaan nopeasti ja yksinkertaisesti esimerkiksi lisäpulttiliitännällä.

Yksittäisille toimialoille ja sovelluksille on olemassa monia luotettavuusanalyysitekniikoita. Yleisimmät niistä ovat seuraavat.

Teknisiä tutkimuksia tehdään optimaalisen tasapainon määrittämiseksi luotettavuuden ja muiden vaatimusten ja rajoitusten välillä. Luotettavuuden teknisessä analyysissä voivat olla merkittävää apua luotettavuuden laskemiseen tarkoitetuilla ohjelmistojärjestelmillä.

Luotettavuustestaus

Luotettavuustestaus suoritetaan mahdollisten ongelmien havaitsemiseksi aikaisemmin tuotteen elinkaaren aikana, jotta varmistetaan, että järjestelmä täyttää määritetyt vaatimukset.

Luotettavuustestausta voidaan tehdä eri tasoilla. Monimutkaisia ​​järjestelmiä voidaan testata komponenttien, laitteiden, osajärjestelmien ja koko järjestelmän tasolla. Esimerkiksi komponenttien ulkoisten tekijöiden testaus voi paljastaa ongelmia ennen kuin ne havaitaan korkeammalla integraatiotasolla. Testaus jokaisella integrointitasolla ennen koko järjestelmän testaamista testausohjelman kehittämisen aikana vähentää testiohjelman epäonnistumisen riskiä. Luotettavuuslaskenta suoritetaan kullakin testitasolla. Usein käytetään tekniikoita, kuten luotettavuuden kasvun analysointia ja vikaraportointia sekä analysointi- ja korjaustoimijärjestelmiä (FRACAS). Tällaisten testien haittoja ovat aika ja hinta. Asiakkaat voivat ottaa riskin ja kieltäytyä testaamasta alemmilla tasoilla.

Joitakin järjestelmiä ei periaatteessa voida testata esimerkiksi erilaisten testien liiallisen määrän tai ankarien aika- ja kustannusrajoitusten vuoksi. Tällaisissa tapauksissa voidaan käyttää nopeutettua testausta, kokeellisia suunnittelumenetelmiä ja simulaatioita.

On huomattava, että nykyään ns. kiihdytettyjä testejä dynaamisesti muuttuvassa ympäristössä käytetään yhä enemmän korkealaatuisten ja erittäin luotettavien tuotteiden laadun ja luotettavuuden arvioimiseen, mukaan lukien rakenteellisesti monimutkaiset järjestelmät, ottaen huomioon niiden ikääntyminen, väsyminen, kuluminen ja heikkeneminen niiden käytön aikana. Tätä tarkoitusta varten kiihdytetyissä testitilastoissa on kehitetty viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana erityisiä eliniän kiihtyvyysmalleja (ks. esim. Nelson (1990), Meeker ja Escobar (1998), Singpurvalla (1995)), jotka soveltuvat hyvin tilastollinen analyysi vikatiedoista, jotka havaitaan sekä ajallisesti vaihtelevissa jännityksissä (kuormitukset, kovariantit) että hajoamisprosessien läsnä ollessa, jotka voivat myös riippua näistä jännityksistä.

Luotettavuus ja turvallisuus

Insinöörikäytännön luotettavuus eroaa turvallisuudesta tällä alalla tarkasteltavien vaarojen osalta. Teknologian luotettavuus liittyy pääasiassa kustannusindikaattoreiden määrittelyyn ja ottaa huomioon, millaisia ​​vaaroja voi kehittyä onnettomuuksiksi, jotka aiheuttavat osittaisen tulonmenetyksen laitteen käyttäjälle tai sen tekijälle (johtuen laitteiden puutteellisuudesta, korkeista varaosakustannuksista ja korjaukset, vioista johtuvat seisokit jne.).

Turvallisuus liittyy vaaroihin, jotka voivat johtaa ihmishenkien menetyksiin ja muihin epäonnistumisten katastrofaalisiin seurauksiin. Turvallisuusvaatimukset liittyvät toiminnallisesti luotettavuusvaatimuksiin, mutta niille on ominaista suurempi vastuu, joka johtuu epäonnistumisten yhteiskunnallisen merkityksen tasosta ja valtion valvontatoimista (esim. laivanrakennus ja vesiliikenne , ydinteollisuus , ilmailu , avaruus, puolustus, rautatiekuljetukset jne.).

Turvallisuudesta teknisten kohteiden vikojen yhteydessä käytetään vikaturvallisuuden tai vikasietoisuuden käsitteitä . Nämä ominaisuudet saadaan aikaan käyttämällä eri muotoja tärkeimpien toimintojen redundanssia yhdistettynä toimenpiteisiin, jotka lisäävät laiteobjektin komponenttien luotettavuutta ja ohjauspeittoa.

Laitteiden luotettavuuden arviointi käyttövaiheessa

Järjestelmän valmistuksen jälkeen sen luotettavuutta valvotaan, puutteet ja puutteet arvioidaan ja korjataan. Valvonta sisältää suunnitteluvaiheessa havaittujen kriittisten parametrien elektronisen ja visuaalisen havainnoinnin vikapuuta kehitettäessä. Järjestelmän vaaditun luotettavuuden varmistamiseksi tietoja analysoidaan jatkuvasti tilastollisilla menetelmillä, kuten Weibull-analyysillä ja lineaarisella regressiolla. Luotettavuustiedot ja parametriarviot ovat avainsyötteitä järjestelmän logistiikkamalliin.

Yksi yleisimmistä menetelmistä käytössä olevien laitteiden luotettavuuden arvioimiseksi on raporttien, analyysin ja toimenpiteiden korjauksen järjestelmät (FRACAS). Systemaattinen lähestymistapa aikavälien luotettavuuden, turvallisuuden ja logistiikan arvioinnissa perustuu vika- ja onnettomuusraportteihin, hallintaan, korjaavien/ehkäisevien toimenpiteiden analysointiin.

Luotettavuustyön organisointi

Teosten osallistujat

Organisaatiot, kuten kaupalliset yritykset tai valtion virastot, kehittävät minkä tahansa monimutkaisia ​​järjestelmiä. Luotettavuustyön organisointi (reliability engineering) on ​​sovitettava yhteen yritysten tai laitosten rakenteen kanssa. Pienemmille yrityksille luotettavuustyö voi olla epävirallista. Tehtävien monimutkaisuuden kasvaessa tulee tarpeelliseksi virallistaa toiminnot luotettavuuden varmistamiseksi. Koska luotettavuus on asiakkaalle tärkeää, asiakkaan tulee nähdä joitain puolia näiden töiden organisoinnista.

Luotettavuuteen liittyvien työn organisointimuotoja on useita. Projektipäällikköllä tai projektipäällikköllä voi olla yksi tai useampi luotettavuusinsinööri, joka raportoi suoraan. Suuremmissa organisaatioissa muodostetaan yleensä erillinen rakenneyksikkö, joka käsittelee luotettavuuden, ylläpidettävyyden, laadun, turvallisuuden, inhimillisen tekijän ja logistiikan analysointia. Koska luotettavuustyö on erityisen tärkeää suunnitteluvaiheessa, usein luotettavuusinsinöörit tai asiaankuuluvat rakenteet integroidaan suunnitteluosastoihin. Joissakin tapauksissa yritys luo itsenäisen rakenteen, joka organisoi luotettavuustyötä. Nämä työt ovat luonteeltaan systeemisiä ja ne järjestetään yleensä osana luotettavuusohjelmaa.

Luotettavuusohjelma

Luotettavuusvarmistusohjelma (Reliability Assurance Program, RPP) on dokumentti, joka määrittelee organisatoriset ja tekniset vaatimukset ja toimenpiteet (tehtävät, menetelmät, analyysi- ja testaustyökalut), joilla pyritään varmistamaan asetetut luotettavuusvaatimukset, sekä täsmentää asiakkaan vaatimukset luotettavuuden määrittämisessä ja seurannassa. Luotettavuuden määritelmä (luotettavuusarviointi) koostuu tuotteen luotettavuusindikaattoreiden numeeristen arvojen määrittämisestä. Luotettavuuden tarkastus koostuu tuotteen vaatimustenmukaisuuden tarkistamisesta määritettyjen luotettavuusvaatimusten [GOST 27.002-89] mukaisesti. Luotettavuuden määrittämiseen ja seurantaan on laskenta-, laskenta-kokeellinen ja kokeellinen menetelmä.

Luotettavuuden määrittämisen laskentamenetelmässä luotettavuuden laskenta perustuu luotettavuusindikaattoreiden käyttöön elementtien luotettavuuden viitetietojen, analogisten tuotteiden luotettavuustietojen ja muiden luotettavuusarviointihetkellä käytettävissä olevien tietojen mukaan. Analyyttis-kokeellinen luotettavuuden arviointimenetelmä perustuu menettelyyn, jossa määritetään elementtien luotettavuusindikaattorit kokeellisella menetelmällä ja koko järjestelmän luotettavuusindikaattorit - matemaattista mallia käyttäen. Kokeellinen luotettavuuden määrittämismenetelmä (Experimental reliability assessment) perustuu järjestelmän tai sen komponenttien ja elementtien testauksen tai käytön aikana saatujen tietojen tilastolliseen käsittelyyn.

PON kehitetään suunnittelun alkuvaiheessa ja toteutetaan tuotteen elinkaaren kaikissa vaiheissa. Teknisesti PON:n päätavoitteena on käyttövalmiuden ja kustannusten arviointi ja saavuttaminen (varaosien, huolto- ja korjauskustannukset, kuljetuspalvelut jne.). Usein on tarpeen löytää kompromissi korkean käytettävyyden ja kustannusten välillä tai esimerkiksi löytää maksimi suhde "saatavuus/kustannus". PON ottaa huomioon luotettavuustestien suorittamisen menettelytavat ja ehdot, niiden suorittamisen kriteerit ja testaustuloksiin perustuvan päätöksenteon.

Luotettavuustekniikan koulutus

Jotkut korkeakoulut kouluttavat luotettavuusinsinöörejä. Toinen luotettavuuden alan asiantuntijoiden koulutusmuoto voi olla akkreditoidut opinto-ohjelmat tai kurssit korkeakouluissa tai korkeakouluissa. Luotettavuusinsinöörillä voi olla nimenomaan luotettavuuden ammattitutkinto, mutta sitä ei useimmilta työnantajilta vaadita. Järjestetään lukuisia ammattikonferensseja, toteutetaan toimialakohtaisia ​​koulutusohjelmia luotettavuuskysymyksistä. Luotettavuuden alalla toimivia kansainvälisiä insinöörien ja tutkijoiden järjestöjä ovat IEEE Reliability Society, American Society for Quality (ASQ) ja Society of Reliability Engineers (SRE).

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ GOST 27.002-2015 Luotettavuus suunnittelussa. Termit ja määritelmät  (venäjäksi)  ? . docs.cntd.ru. Haettu 31. toukokuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 28. maaliskuuta 2021.
  2. ↑ 1 2 GOST 27.002-89 “Luotettavuus suunnittelussa. Peruskonseptit. Termit ja määritelmät» 1. Yleiset käsitteet
  3. ↑ GOST 27.002-89 “Luotettavuus suunnittelussa. Peruskonseptit. Termit ja määritelmät» 3. Viat, vahingot, viat
  4. ↑ GOST 27.002-89 “Luotettavuus suunnittelussa. Peruskonseptit. Termit ja määritelmät "4. Väliaikaiset käsitteet

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa