Pålidelighed

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 31. august 2021; checks kræver 2 redigeringer .

Pålidelighed  er en genstands egenskab til at holde i tide inden for de fastsatte grænser værdierne af alle parametre, der karakteriserer evnen til at udføre de nødvendige funktioner under specificerede betingelser for brug, vedligeholdelse , opbevaring og transport [1] [2] .

Intuitivt er pålideligheden af ​​objekter forbundet med utilladeligheden af ​​fejl i driften. Dette er en forståelse af pålidelighed i "snæver" forstand - en genstands egenskab til at opretholde en sund tilstand i nogen tid eller nogen driftstid. Med andre ord ligger et objekts pålidelighed i fraværet af uforudsete uacceptable ændringer i dets kvalitet på driftsstadiet (under dets brug, vedligeholdelse, opbevaring, transport). Pålidelighed er en kompleks egenskab, som, afhængigt af formålet med objektet og betingelserne for dets drift, kan omfatte egenskaberne pålidelighed , holdbarhed , vedligeholdelse og vedholdenhed , samt en vis kombination af disse egenskaber.

Til en kvantitativ vurdering af reliabilitet anvendes de såkaldte single reliabilitetsindikatorer (karakteriserer kun én reliabilitetsegenskab) og komplekse reliabilitetsindikatorer (karakteriserer flere reliabilitetsegenskaber i et bestemt tidsinterval).

Grundlæggende definitioner

Pålidelighed som videnskab

Pålidelighed som videnskab udvikler sig i tre retninger:

  1. Den matematiske teori om reliabilitet beskæftiger sig med udvikling af metoder til vurdering af reliabilitet og undersøgelse af fejlmønstre.
  2. Den statistiske teori om pålidelighed omhandler indsamling, opbevaring og behandling af statistiske data om fejl.
  3. Den fysiske teori om pålidelighed studerer de fysiske og kemiske processer, der forekommer i et objekt under forskellige påvirkninger.

Reliabilitetsteori

Grundlæggende principper

Teorien om pålidelighed er grundlaget for ingeniørpraksis inden for pålidelighed af tekniske produkter. Pålidelighed defineres ofte som sandsynligheden for, at et produkt vil udføre sine funktioner i en vis periode under givne forhold. Matematisk kan dette skrives som følger:

,

hvor  er tæthedsfunktionen for tiden til fejl, og  er varigheden af ​​produktets driftsperiode, forudsat at produktet begynder at virke på det tidspunkt .

Reliabilitetsteorien antager følgende fire grundlæggende antagelser:

Pålidelighedsrationering

For ethvert system er et af de første pålidelighedstekniske problemer den passende standardisering af pålidelighedsindikatorer, for eksempel med hensyn til den nødvendige tilgængelighed. Pålidelighedsrationering er opstilling af kvantitative og kvalitative krav til pålidelighed i design eller anden dokumentation. Pålidelighedskrav gælder både for selve systemet og dets komponenter, såvel som for testplaner, for nøjagtigheden og pålideligheden af ​​de oprindelige data, for formuleringen af ​​fejl-, skade- og grænsetilstandskriterier, for metoder til overvågning af pålidelighed på alle stadier af produktets livscyklus. For eksempel kan vedligeholdelseskrav omfatte omkostnings- og genoprettelsestidsmålinger. Evaluering af effektiviteten af ​​vedligeholdelses- og reparationsprocesser er en del af FRACAS-processen (fejlrapportering, analyse og korrigerende handling).

Indstillinger for systempålidelighed

Ved analyse af parametrene for systempålidelighed tages der hensyn til systemets struktur, sammensætningen og interaktionen af ​​dets bestanddele, muligheden for at omstrukturere strukturen og algoritmerne for dets funktion i tilfælde af fejl i individuelle elementer.

Oftest i ingeniørpraksis, serie-, parallel-, blandet (serie-parallel og parallel-serie) forbindelse af elementer, såvel som "K ud af N" type kredsløb, overvejes broforbindelser.

Så vidt det er muligt for at gendanne og vedligeholde systemer, er de opdelt i genoprettelige og ikke-genoprettelige, servicerede og uovervågede. I henhold til anvendelsesmåden (funktion) - til systemer med kontinuerlig, multipel (cyklisk) og engangsbrug.

Grundlæggende er reliabilitetsparameteren den gennemsnitlige tid til fejl (MTTF), som kan defineres ud fra fejlprocenten eller ud fra antallet af fejl i en given tidsperiode. Fejlraten er matematisk defineret som den betingede tæthed af sandsynligheden for et produktfejl, forudsat at fejlen ikke er opstået før det betragtede tidspunkt. Med en stigning i fejlfrekvensen falder den gennemsnitlige tid til fejl, og produktets pålidelighed falder. Typisk måles middeltiden til fejl i timer, men kan også udtrykkes i enheder som cyklusser og miles.

I andre tilfælde kan pålidelighed udtrykkes i form af sandsynligheden for at udføre en opgave. For eksempel kan pålideligheden af ​​civile flyvninger være dimensionsløs eller have en dimension i procent, som det gøres i praksis med systemsikkerhed. I nogle tilfælde kan det vellykkede resultat af systemet være en engangsoperation. Dette gælder for systemer, der er designet til kun at fungere 1 gang: for eksempel airbags i en bil. I dette tilfælde indstilles sandsynligheden for at udløse eller, som for eksempel for missiler, sandsynligheden for at ramme målet. For sådanne systemer er målet for pålidelighed sandsynligheden for drift. For genskabelige systemer kan en parameter som den gennemsnitlige genoprettelses- (reparation)tid og verifikations- (test)tiden indstilles. Pålidelighedsparametre er ofte angivet som passende statistiske konfidensintervaller.

Pålidelighedsmodellering

Pålidelighedsmodellering er processen med at forudsige eller undersøge pålideligheden af ​​et system og dets komponenter før idriftsættelse. Metoderne til analyse af fejltræer og strukturelle diagrammer af pålidelighed bruges oftest til at modellere systemernes pålidelighed. Systempålidelighedsmodellens inputparametre kan hentes fra forskellige kilder (håndbøger, test- og driftsrapporter osv.). Dataene skal under alle omstændigheder bruges med forsigtighed, da forudsigelserne kun er korrekte, når dataene er indhentet under de samme forhold, som komponenterne vil blive brugt i systemet.

En del af dataene kan hentes fra resultaterne af to typer undersøgelser:

For systemer, hvor fejltiden kan bestemmes præcist (hvilket ikke er givet for systemer med flydende parametre), kan en empirisk fejltidsfordelingsfunktion bestemmes. Dette gøres oftest, når man udfører tests med øget stressniveau (accelererede tests). Disse tests falder i to hovedkategorier:

For at studere den midterste del af fordelingen, som oftest bestemmes af materialers egenskaber, er det nødvendigt at påføre øgede belastninger over en ret kort periode. I disse typer af accelererede tests anvendes flere grader af belastning. Ofte er den empiriske fordeling af disse fejl parametriseret af Weibull-fordelingen eller den lognormale fordeling .

En almindelig praksis for modellering af "tidlige" fejlrater er at bruge en eksponentiel fordeling . Dette er en mindre kompleks model for fordeling af fejltid, der kun indeholder én parameter - en konstant fejlrate. I dette tilfælde kan en chi-square-test bruges som en godhed -of-fit-test til at vurdere konstansen af ​​fejlraten. Sammenlignet med faldende fejlfrekvenser er dette en ret pessimistisk model og kræver en følsomhedsanalyse.

Pålidelighed på designstadiet

Pålidelighed i designfasen er en ny disciplin og relaterer sig til processen med at udvikle pålidelige produkter. Denne proces omfatter flere værktøjer og bedste praksis og beskriver, hvordan de skal bruges af en organisation for at sikre høj pålidelighed og vedligeholdelse af det udviklede produkt for at opnå høje niveauer af tilgængelighed, reducere omkostninger og maksimere produktets levetid. Som regel er det første skridt i denne retning normaliseringen af ​​pålidelighedsindikatorer. Pålidelighed skal "designes" ind i systemet. Når et system designes, tildeles pålidelighedskrav på højeste niveau, og derefter opdeles de i specifikke undersystemer af udviklere, designere og pålidelighedsingeniører, der arbejder sammen. Reliability engineering starter med modeludvikling. I dette tilfælde bruges strukturelle diagrammer af pålidelighed eller fejltræer, ved hjælp af hvilke forholdet mellem forskellige dele (komponenter) af systemet er repræsenteret.

En af de vigtigste designteknikker er indførelse af redundans eller redundans. Redundans er en måde at sikre et produkts pålidelighed på bekostning af yderligere midler og (eller) kapaciteter, der er overflødige i forhold til det minimum, der er nødvendigt for at udføre de nødvendige funktioner (GOST 27.002). Ved at indføre redundans, sammen med velorganiseret fejlovervågning, kan selv systemer med lav pålidelighed over en enkelt forbindelse generelt have et højt pålidelighedsniveau. Indførelsen af ​​højniveauredundans i et komplekst system (f.eks. på niveau med en flymotor) er imidlertid meget vanskelig og dyr, hvilket begrænser en sådan redundans. På et lavere niveau af systemet implementeres redundans hurtigt og enkelt, for eksempel ved hjælp af en ekstra boltforbindelse.

Der er mange teknikker til pålidelighedsanalyse, der er specifikke for individuelle industrier og applikationer. De mest almindelige af dem er følgende.

Der udføres tekniske undersøgelser for at bestemme den optimale balance mellem pålidelighed og andre krav og begrænsninger. Betydelig assistance i den tekniske analyse af pålidelighed kan ydes af softwaresystemer til beregning af pålidelighed.

Pålidelighedstest

Pålidelighedstest udføres for at opdage potentielle problemer tidligere i produktets livscyklus, for at give tillid til, at systemet vil opfylde de specificerede krav.

Pålidelighedstest kan udføres på forskellige niveauer. Komplekse systemer kan testes på niveau med komponenter, enheder, undersystemer og hele systemet. For eksempel kan test af komponenter for eksterne faktorer afsløre problemer, før de opdages på et højere integrationsniveau. Test på hvert integrationsniveau før test af hele systemet, mens testprogrammet udvikles, reducerer risikoen for fejl i testprogrammet. Pålidelighedsberegning udføres på hvert testniveau. Teknikker såsom pålidelighedsvækstanalyse og fejlrapportering og analyse og korrigerende handlingssystemer (FRACAS) bruges ofte. Ulemperne ved sådanne test er tid og omkostninger. Kunder kan tage en vis risiko og nægte at teste på lavere niveauer.

Nogle systemer kan principielt ikke testes, for eksempel på grund af et for stort antal forskellige tests eller strenge tids- og omkostningsbegrænsninger. I sådanne tilfælde kan accelererede test, eksperimentelle designmetoder og simuleringer anvendes.

Det skal bemærkes, at i dag bruges de såkaldte accelererede tests i et dynamisk skiftende miljø i stigende grad til at vurdere kvaliteten og pålideligheden af ​​højkvalitets og yderst pålidelige produkter, herunder strukturelt komplekse systemer, under hensyntagen til deres ældning, træthed, slid og nedbrydning under deres drift. Til dette formål er der udviklet særlige livsaccelerationsmodeller i accelereret teststatistik over de sidste tyve år (se f.eks. Nelson (1990), Meeker og Escobar (1998), Singpurvalla (1995)), som er veltilpasset til statistisk analyse af fejldata observeret både under tidsvarierende spændinger (belastninger, kovarianter) og ved tilstedeværelse af nedbrydningsprocesser, som også kan afhænge af disse spændinger.

Pålidelighed og sikkerhed

Pålidelighed i ingeniørpraksis adskiller sig fra sikkerhed i de typer af farer, der tages i betragtning i denne disciplin. Pålidelighed inden for teknologi er hovedsageligt relateret til definitionen af ​​omkostningsindikatorer og tager hensyn til de typer af farer, der kan udvikle sig til ulykker med delvist tab af indkomst for brugeren af ​​udstyret eller dets skaber (på grund af utilgængelighed af udstyr, høje omkostninger til reservedele og reparationer, nedetid på grund af fejl osv.).

Sikkerhed er forbundet med farer, der kan føre til tab af menneskeliv og andre katastrofale konsekvenser af fejl. Sikkerhedskrav er funktionelt relateret til pålidelighedskrav, men er kendetegnet ved et højere ansvar på grund af niveauet af betydning af svigt for samfundet og kontrolforanstaltninger fra statens side (f.eks. skibsbygning og vandtransport , nuklear industri , luftfart , rumfart, forsvar, jernbanetransport osv.).

Til sikkerhed i forbindelse med svigt af tekniske genstande anvendes begreberne fejlsikkerhed eller fejltolerance . Disse egenskaber tilvejebringes ved at anvende forskellige former for redundans af de vigtigste funktioner i kombination med foranstaltninger til at øge pålideligheden og kontroldækningen af ​​udstyrsobjektets komponenter.

Vurdering af pålideligheden af ​​udstyr på driftsstadiet

Efter at systemet er fremstillet, overvåges dets pålidelighed, fejl og mangler vurderes og korrigeres. Overvågning omfatter elektronisk og visuel observation af kritiske parametre identificeret på designstadiet ved udvikling af et fejltræ. For at sikre den nødvendige pålidelighed af systemet, analyseres dataene konstant ved hjælp af statistiske metoder som Weibull-analyse og lineær regression. Pålidelighedsdata og parameterestimater er nøgleinput til systemlogistikmodellen.

En af de mest almindelige metoder til at evaluere pålideligheden af ​​udstyr i drift er systemerne for rapporter, analyse og rettelse af handlinger (FRACAS). En systematisk tilgang til evaluering af tidsintervalpålidelighed, sikkerhed og logistik er baseret på fejl- og ulykkesrapporter, ledelse, analyser af korrigerende/forebyggende handlinger.

Organisering af arbejdet med pålidelighed

Deltagere i værker

Systemer af enhver kompleksitet er udviklet af organisationer såsom kommercielle virksomheder eller offentlige myndigheder. Tilrettelæggelsen af ​​arbejdet med pålidelighed (reliability engineering) skal koordineres med strukturen i virksomheder eller institutioner. For mindre virksomheder kan pålidelighedsarbejdet være uformelt. Efterhånden som opgavernes kompleksitet vokser, bliver det nødvendigt at formalisere funktionerne for at sikre pålidelighed. Da pålidelighed er vigtig for kunden, skal kunden se nogle aspekter af tilrettelæggelsen af ​​disse værker.

Der er flere typer tilrettelæggelse af arbejdet med pålidelighed. Projektlederen eller chefprojektingeniøren kan have en eller flere pålidelighedsingeniører, der rapporterer direkte. I større organisationer dannes normalt en separat strukturel enhed, som beskæftiger sig med analysen af ​​pålidelighed, vedligeholdelse, kvalitet, sikkerhed, menneskelig faktor og logistik. Da pålidelighedsarbejde er særligt vigtigt i designfasen, er pålidelighedsingeniører eller relevante strukturer ofte integreret med designafdelingerne. I nogle tilfælde skaber virksomheden en selvstændig struktur, der organiserer arbejdet med pålidelighed. Disse værker er af systemisk karakter og er normalt organiseret som en del af et pålidelighedsprogram.

Pålidelighedsprogram

Reliability Assurance Program (RPP) er et dokument, der definerer de organisatoriske og tekniske krav og foranstaltninger (opgaver, metoder, analyse- og testværktøjer), der har til formål at sikre de specificerede pålidelighedskrav, og som også specificerer kundens krav til bestemmelse og overvågning af pålidelighed. Definitionen af ​​pålidelighed (pålidelighedsvurdering) består i at bestemme de numeriske værdier af produktets pålidelighedsindikatorer. Pålidelighedsverifikation består i at kontrollere produktets overensstemmelse med de specificerede pålidelighedskrav [GOST 27.002-89]. Der findes beregnings-, beregnings-eksperimentelle og eksperimentelle metoder til bestemmelse og overvågning af pålidelighed.

I beregningsmetoden til bestemmelse af reliabilitet er beregningen af ​​reliabilitet baseret på anvendelse af reliabilitetsindikatorer i henhold til referencedata om reliabilitet af elementer, i henhold til pålidelighedsdata for analoge produkter og anden information, der er tilgængelig på tidspunktet for pålidelighedsvurderingen. Den analytisk-eksperimentelle pålidelighedsvurderingsmetode er baseret på proceduren for bestemmelse af elementers pålidelighedsindikatorer ved en eksperimentel metode, og pålidelighedsindikatorerne for systemet som helhed - ved hjælp af en matematisk model. Den eksperimentelle metode til bestemmelse af pålidelighed (Eksperimentel pålidelighedsvurdering) er baseret på statistisk behandling af data opnået under test eller drift af systemet eller dets komponenter og elementer.

PON er udviklet på de tidlige stadier af design og implementeret på alle stadier af produktets livscyklus. Teknisk set er hovedformålet med PON vurdering og opnåelse af klarhed og driftsomkostninger (omkostninger til reservedele, vedligeholdelse og reparation, transporttjenester osv.). Det er ofte nødvendigt at finde et kompromis mellem høj tilgængelighed og omkostninger, eller for eksempel at finde det maksimale forhold "tilgængelighed/omkostning". PON overvejer proceduren og betingelserne for udførelse af pålidelighedstest, kriterierne for deres gennemførelse og beslutningstagning baseret på testresultaterne.

Pålidelighedsingeniøruddannelse

Nogle videregående uddannelsesinstitutioner uddanner pålidelighedsingeniører. En anden form for uddannelse for specialister inden for pålidelighed kan være akkrediterede uddannelser eller kurser på videregående uddannelsesinstitutioner eller gymnasier. Det er muligt for en pålidelighedsingeniør at have et professionelt diplom specifikt i pålidelighed, men dette er ikke påkrævet for de fleste arbejdsgivere. Der afholdes talrige professionelle konferencer, branchespecifikke træningsprogrammer om pålidelighedsspørgsmål er ved at blive implementeret. Internationale organisationer af ingeniører og videnskabsmænd inden for pålidelighed omfatter IEEE Reliability Society, American Society for Quality (ASQ) og Society of Reliability Engineers (SRE).

Se også

Noter

  1. ↑ GOST 27.002-2015 Pålidelighed i teknik. Begreber og definitioner  (russisk)  ? . docs.cntd.ru. Hentet 31. maj 2020. Arkiveret fra originalen 28. marts 2021.
  2. ↑ 1 2 GOST 27.002-89 "Pålidelighed i teknik. Basale koncepter. Begreber og definitioner» 1. Generelle begreber
  3. ↑ GOST 27.002-89 "Plidelighed i teknik. Basale koncepter. Begreber og definitioner» 3. Fejl, skader, svigt
  4. ↑ GOST 27.002-89 "Plidelighed i teknik. Basale koncepter. Begreber og definitioner "4. Midlertidige begreber

Litteratur

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger