Pålitlighet

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 31 augusti 2021; kontroller kräver 2 redigeringar .

Tillförlitlighet  är egenskapen hos ett objekt att inom de fastställda gränserna hålla värdena för alla parametrar som kännetecknar förmågan att utföra de erforderliga funktionerna under specificerade förhållanden för användning, underhåll , lagring och transport [1] [2] .

Intuitivt är tillförlitligheten hos objekt förknippad med otillåtligheten av fel i drift. Detta är en förståelse av tillförlitlighet i "snäv" mening - egenskapen hos ett objekt att upprätthålla ett hälsosamt tillstånd under en tid eller en viss driftstid. Med andra ord ligger ett objekts tillförlitlighet i frånvaron av oförutsedda oacceptabla förändringar i dess kvalitet i driftsstadiet (under dess användning, underhåll, lagring, transport). Tillförlitlighet är en komplex egenskap, som, beroende på syftet med objektet och villkoren för dess drift, kan inkludera egenskaperna tillförlitlighet , hållbarhet , underhållbarhet och uthållighet , såväl som en viss kombination av dessa egenskaper.

För en kvantitativ bedömning av tillförlitligheten används de så kallade enstaka tillförlitlighetsindikatorerna (karakteriserar endast en tillförlitlighetsegenskap) och komplexa tillförlitlighetsindikatorer (karakteriserar flera tillförlitlighetsegenskaper i ett visst tidsintervall).

Grundläggande definitioner

Tillförlitlighet som vetenskap

Tillförlitlighet som vetenskap utvecklas i tre riktningar:

  1. Den matematiska teorin om tillförlitlighet behandlar utveckling av metoder för att bedöma tillförlitlighet och studiet av misslyckandemönster.
  2. Den statistiska teorin om tillförlitlighet handlar om insamling, lagring och bearbetning av statistiska data om fel.
  3. Den fysikaliska teorin om tillförlitlighet studerar de fysikaliska och kemiska processer som sker i ett föremål under olika påverkan.

Tillförlitlighetsteori

Grundläggande principer

Teorin om tillförlitlighet är grunden för ingenjörspraktik inom området för tillförlitlighet av tekniska produkter. Tillförlitlighet definieras ofta som sannolikheten att en produkt kommer att utföra sina funktioner under en viss tid under givna förutsättningar. Matematiskt kan detta skrivas så här:

,

var  är densitetsfunktionen för tiden till fel, och  är varaktigheten av produktens driftperiod, förutsatt att produkten börjar fungera vid den tidpunkten .

Tillförlitlighetsteorin antar följande fyra grundläggande antaganden:

Tillförlitlighetsransonering

För vilket system som helst är ett av de första tillförlitlighetstekniska problemen den adekvata standardiseringen av tillförlitlighetsindikatorer, till exempel när det gäller den nödvändiga tillgängligheten. Tillförlitlighetsransonering är fastställandet av kvantitativa och kvalitativa krav på tillförlitlighet i design eller annan dokumentation. Tillförlitlighetskraven gäller både för själva systemet och dess komponenter, såväl som för testplaner, för de initiala datas noggrannhet och tillförlitlighet, för formuleringen av kriterier för fel, skada och gränstillstånd, för metoder för att övervaka tillförlitligheten i alla stadier av produktens livscykel. Till exempel kan underhållskrav inkludera kostnads- och återställningstidsmått. Att utvärdera effektiviteten av underhålls- och reparationsprocesser är en del av FRACAS-processen (felrapportering, analys och korrigerande åtgärder).

Systemtillförlitlighetsalternativ

När man analyserar parametrarna för systemets tillförlitlighet, beaktas systemets struktur, sammansättningen och interaktionen av dess beståndsdelar, möjligheten att omstrukturera strukturen och algoritmerna för dess funktion i händelse av fel på enskilda element.

Oftast i ingenjörspraktik, serie-, parallell-, blandad (serie-parallell och parallell-serie) anslutning av element, såväl som kretsar av typen "K av N", övervägs brygganslutningar.

Så långt det är möjligt för att återställa och underhålla system är de uppdelade i återställningsbara och icke-återställbara, servade och obevakade. Enligt applikationssätt (funktion) - för system med kontinuerlig, multipel (cyklisk) och engångsanvändning.

I grund och botten är reliabilitetsparametern medeltiden till fel (MTTF), som kan definieras i termer av felfrekvens eller i termer av antalet fel under en given tidsperiod. Felfrekvensen definieras matematiskt som den villkorade tätheten av sannolikheten för ett produktfel, förutsatt att felet inte har inträffat före den aktuella tidpunkten. Med en ökning av felfrekvensen minskar medeltiden till fel, och produktens tillförlitlighet minskar. Normalt mäts medeltiden till fel i timmar, men kan också uttryckas i enheter som cykler och mil.

I andra fall kan tillförlitlighet uttryckas i termer av sannolikheten att fullfölja en uppgift. Till exempel kan tillförlitligheten för flygningar inom civilflyg vara dimensionslösa, eller ha en dimension i procent, vilket görs i praktiken av systemsäkerhet. I vissa fall kan det framgångsrika resultatet av systemet vara en engångsoperation. Detta gäller för system som är utformade för att fungera endast en gång: till exempel krockkuddar i en bil. I detta fall ställs sannolikheten för att utlösa eller, som till exempel för missiler, sannolikheten att träffa målet. För sådana system är måttet på tillförlitlighet sannolikheten för drift. För återställningsbara system kan en sådan parameter som den genomsnittliga återställningstiden (reparationstiden) och verifieringstiden (testningen) ställas in. Tillförlitlighetsparametrar anges ofta som lämpliga statistiska konfidensintervall.

Tillförlitlighetsmodellering

Tillförlitlighetsmodellering är processen att förutsäga eller undersöka tillförlitligheten hos ett system och dess komponenter före driftsättning. Metoderna för analys av felträd och strukturella diagram över tillförlitlighet används oftast för att modellera systemens tillförlitlighet. Inmatningsparametrarna för systemets tillförlitlighetsmodell kan erhållas från olika källor (handböcker, test- och driftrapporter, etc.). Under alla omständigheter bör data användas med försiktighet, eftersom förutsägelserna endast är korrekta när data erhålls under samma förhållanden som komponenterna kommer att användas i systemet.

En del av data kan erhållas från resultaten av två typer av studier:

För system där feltiden kan bestämmas exakt (vilket inte ges för system med flytande parametrar) kan en empirisk feltidsfördelningsfunktion bestämmas. Detta görs oftast när man genomför tester med ökade stressnivåer (accelererade tester). Dessa tester delas in i två huvudkategorier:

För att studera den mellersta delen av fördelningen, som oftast bestäms av materialens egenskaper, är det nödvändigt att applicera ökade belastningar under en ganska kort tidsperiod. I dessa typer av accelererade tester används flera grader av belastning. Ofta parametriseras den empiriska fördelningen av dessa misslyckanden av Weibull-fördelningen eller lognormalfördelningen .

En vanlig praxis för att modellera "tidiga" felfrekvenser är att använda en exponentiell fördelning . Detta är en mindre komplex modell för fördelning av feltid, som bara innehåller en parameter - en konstant felfrekvens. I det här fallet kan ett chi-kvadrattest användas som ett godhet -of-fit-test för att bedöma konstansen i felfrekvensen. Jämfört med minskande felfrekvenser är detta en ganska pessimistisk modell och kräver en känslighetsanalys.

Tillförlitlighet vid designstadiet

Tillförlitlighet i designfasen är en ny disciplin och relaterar till processen att utveckla pålitliga produkter. Denna process innehåller flera verktyg och bästa praxis och beskriver hur de ska användas av en organisation för att säkerställa hög tillförlitlighet och underhållsbarhet för den utvecklade produkten för att uppnå höga nivåer av tillgänglighet, minska kostnader och maximera produktens livslängd. Som regel är det första steget i denna riktning normaliseringen av tillförlitlighetsindikatorer. Tillförlitlighet måste "designas" i systemet. När man designar ett system tilldelas tillförlitlighetskrav på högsta nivå, sedan delas de in i specifika delsystem av utvecklare, designers och tillförlitlighetsingenjörer som arbetar tillsammans. Tillförlitlighetsteknik börjar med modellutveckling. I det här fallet används strukturella diagram av tillförlitlighet eller felträd, med hjälp av vilka förhållandet mellan olika delar (komponenter) i systemet representeras.

En av de viktigaste designteknikerna är införandet av redundans eller redundans. Redundans är ett sätt att säkerställa tillförlitligheten hos en produkt på bekostnad av ytterligare medel och (eller) kapaciteter som är redundanta i förhållande till det minimum som krävs för att utföra de nödvändiga funktionerna (GOST 27.002). Genom att införa redundans, tillsammans med välorganiserad felövervakning, kan även system med låg tillförlitlighet över en enda länk generellt ha en hög tillförlitlighet. Införandet av högnivåredundans i ett komplext system (till exempel på nivån för en flygplansmotor) är dock mycket svårt och dyrt, vilket begränsar sådan redundans. På en lägre nivå av systemet implementeras redundans snabbt och enkelt, till exempel med hjälp av en extra bultkoppling.

Det finns många tekniker för tillförlitlighetsanalys som är specifika för enskilda branscher och applikationer. De vanligaste av dem är följande.

Ingenjörsstudier genomförs för att fastställa den optimala balansen mellan tillförlitlighet och andra krav och begränsningar. Betydande hjälp i den tekniska analysen av tillförlitlighet kan tillhandahållas av mjukvarusystem för beräkning av tillförlitlighet.

Tillförlitlighetstestning

Tillförlitlighetstestning utförs för att upptäcka potentiella problem tidigare i produktens livscykel, för att ge förtroende för att systemet kommer att uppfylla de specificerade kraven.

Tillförlitlighetstestning kan utföras på olika nivåer. Komplexa system kan testas på nivån av komponenter, enheter, delsystem och hela systemet. Testa komponenter för externa faktorer kan till exempel avslöja problem innan de upptäcks på en högre integrationsnivå. Att testa på varje integrationsnivå innan man testar hela systemet samtidigt som man utvecklar testprogrammet minskar risken för testprogramfel. Tillförlitlighetsberäkning utförs på varje testnivå. Tekniker som tillförlitlighetstillväxtanalys och felrapportering och analys och system för korrigerande åtgärder (FRACAS) används ofta. Nackdelarna med sådana tester är tid och kostnad. Kunder kan ta vissa risker och vägra testa på lägre nivåer.

Vissa system kan i princip inte testas, till exempel på grund av alltför många olika tester eller stränga tids- och kostnadsbegränsningar. I sådana fall kan accelererad testning, experimentella designmetoder och simuleringar användas.

Det bör noteras att idag de så kallade accelererade testerna i en dynamiskt föränderlig miljö används alltmer för att bedöma kvaliteten och tillförlitligheten hos högkvalitativa och mycket pålitliga produkter, inklusive strukturellt komplexa system, med hänsyn till deras åldrande, trötthet, slitage och försämring under sin verksamhet. För detta ändamål har speciella livsaccelerationsmodeller utvecklats i accelererad teststatistik under de senaste tjugo åren (se t.ex. Nelson (1990), Meeker och Escobar (1998), Singpurvalla (1995)), som är väl anpassade för statistisk analys av brottdata observerade både under tidsvarierande spänningar (belastningar, kovarianter) och i närvaro av nedbrytningsprocesser, som också kan bero på dessa spänningar.

Tillförlitlighet och säkerhet

Tillförlitlighet i ingenjörspraktik skiljer sig från säkerhet i de typer av faror som beaktas i denna disciplin. Tillförlitlighet inom teknik är främst relaterad till definitionen av kostnadsindikatorer och tar hänsyn till de typer av faror som kan utvecklas till olyckor med partiell inkomstbortfall för användaren av utrustningen eller dess skapare (på grund av otillgänglighet av utrustning, höga kostnader för reservdelar och reparationer, stillestånd på grund av fel och etc.).

Säkerhet är förknippat med faror som kan leda till förlust av liv och andra katastrofala konsekvenser av fel. Säkerhetskrav är funktionellt relaterade till tillförlitlighetskrav, men kännetecknas av ett högre ansvar på grund av graden av betydelse av misslyckanden för samhället och kontrollåtgärder från statens sida (till exempel varvs- och vattentransporter , kärnkraftsindustri , flyg , rymd, försvar, järnvägstransporter etc.).

För säkerhet i samband med haveri av tekniska objekt används begreppen felsäkerhet eller feltolerans . Dessa egenskaper tillhandahålls genom att använda olika former av redundans av de viktigaste funktionerna i kombination med åtgärder för att öka tillförlitligheten och styrtäckningen av utrustningsobjektets ingående delar.

Bedömning av utrustningens tillförlitlighet i driftstadiet

Efter att systemet har tillverkats övervakas dess tillförlitlighet, brister och brister bedöms och rättas till. Övervakning inkluderar elektronisk och visuell observation av kritiska parametrar som identifierats vid designstadiet när ett felträd utvecklas. För att säkerställa den erforderliga tillförlitligheten hos systemet analyseras data ständigt med statistiska metoder som Weibull-analys och linjär regression. Tillförlitlighetsdata och parameteruppskattningar är viktiga input till systemets logistikmodell.

En av de vanligaste metoderna för att utvärdera tillförlitligheten hos utrustning i drift är systemen för rapporter, analys och korrigering av åtgärder (FRACAS). Ett systematiskt tillvägagångssätt för att utvärdera tidsintervallens tillförlitlighet, säkerhet och logistik bygger på fel- och olycksrapporter, ledning, analys av korrigerande/förebyggande åtgärder.

Organisation av arbetet med tillförlitlighet

Deltagare i verk

System av vilken komplexitet som helst utvecklas av organisationer som kommersiella företag eller statliga myndigheter. Organisationen av arbetet med tillförlitlighet (tillförlitlighetsteknik) måste samordnas med företagens eller institutionernas struktur. För mindre företag kan pålitlighetsarbetet vara informellt. I takt med att uppgifternas komplexitet växer blir det nödvändigt att formalisera funktionerna för att säkerställa tillförlitlighet. Eftersom tillförlitlighet är viktigt för kunden måste kunden se vissa aspekter av organisationen av dessa arbeten.

Det finns flera typer av organisation av arbetet med tillförlitlighet. Projektledaren eller chefsprojektingenjören kan ha en eller flera tillförlitlighetsingenjörer som rapporterar direkt. I större organisationer bildas vanligtvis en separat strukturell enhet som sysslar med analys av tillförlitlighet, underhållsbarhet, kvalitet, säkerhet, mänsklig faktor och logistik. Eftersom tillförlitlighetsarbete är särskilt viktigt under konstruktionsfasen är ofta tillförlitlighetsingenjörer eller relevanta strukturer integrerade med konstruktionsavdelningarna. I vissa fall skapar företaget en självständig struktur som organiserar arbetet med tillförlitlighet. Dessa arbeten är systemiska till sin natur och är vanligtvis organiserade som en del av ett tillförlitlighetsprogram.

Tillförlitlighetsprogram

Reliability Assurance Program (RPP) är ett dokument som definierar de organisatoriska och tekniska kraven och åtgärderna (uppgifter, metoder, analys- och testverktyg) som syftar till att säkerställa de specificerade tillförlitlighetskraven, och som även specificerar kundens krav för att bestämma och övervaka tillförlitligheten. Definitionen av tillförlitlighet (tillförlitlighetsbedömning) består i att bestämma de numeriska värdena för produktens tillförlitlighetsindikatorer. Tillförlitlighetsverifiering består i att kontrollera produktens överensstämmelse med de specificerade tillförlitlighetskraven [GOST 27.002-89]. Det finns beräknings-, beräkningsexperimentella och experimentella metoder för att bestämma och övervaka tillförlitlighet.

I beräkningsmetoden för bestämning av tillförlitlighet baseras beräkningen av tillförlitlighet på användningen av tillförlitlighetsindikatorer enligt referensdata om tillförlitligheten av element, enligt tillförlitlighetsdata för analoga produkter och annan information som finns tillgänglig vid tidpunkten för tillförlitlighetsbedömningen. Den analytisk-experimentella tillförlitlighetsbedömningsmetoden är baserad på proceduren för att bestämma tillförlitlighetsindikatorerna för element med en experimentell metod, och tillförlitlighetsindikatorerna för systemet som helhet - med hjälp av en matematisk modell. Den experimentella metoden för att bestämma tillförlitlighet (Experimentell tillförlitlighetsbedömning) är baserad på statistisk bearbetning av data som erhållits under testning eller drift av systemet eller dess komponenter och element.

PON utvecklas i de tidiga designstadierna och implementeras i alla skeden av produktens livscykel. I tekniska termer är huvudsyftet med PON bedömningen och uppnåendet av beredskapen och driftskostnaderna (kostnader för reservdelar, underhåll och reparation, transporttjänster etc.). Det är ofta nödvändigt att hitta en kompromiss mellan hög tillgänglighet och kostnader, eller till exempel hitta det maximala förhållandet "tillgänglighet/kostnad". PON beaktar proceduren och villkoren för att genomföra tillförlitlighetstester, kriterierna för deras slutförande och beslutsfattande baserat på testresultaten.

Tillförlitlighetsingenjörsutbildning

Vissa lärosäten utbildar tillförlitlighetsingenjörer. En annan form av utbildning för specialister inom tillförlitlighetsområdet kan vara ackrediterade utbildningar eller kurser vid lärosäten eller högskola. Det är möjligt för en reliabilitetsingenjör att ha ett yrkesdiplom specifikt i reliabilitet, men detta krävs inte för de flesta arbetsgivare. Ett flertal professionella konferenser hålls, branschspecifika utbildningsprogram om tillförlitlighetsfrågor genomförs. Internationella organisationer av ingenjörer och forskare inom tillförlitlighetsområdet inkluderar IEEE Reliability Society, American Society for Quality (ASQ) och Society of Reliability Engineers (SRE).

Se även

Anteckningar

  1. ↑ GOST 27.002-2015 Tillförlitlighet inom teknik. Termer och definitioner  (ryska)  ? . docs.cntd.ru. Hämtad 31 maj 2020. Arkiverad från originalet 28 mars 2021.
  2. ↑ 1 2 GOST 27.002-89 "Tillförlitlighet inom teknik. Grundläggande koncept. Termer och definitioner» 1. Allmänna begrepp
  3. ↑ GOST 27.002-89 "Tillförlitlighet inom teknik. Grundläggande koncept. Termer och definitioner» 3. Defekter, skador, misslyckanden
  4. ↑ GOST 27.002-89 "Tillförlitlighet inom teknik. Grundläggande koncept. Termer och definitioner "4. Tillfälliga begrepp

Litteratur

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger