При исследовании надежности элементов и систем возможны два пути:

1) Графики интенсивности отказов λ(t) или плотности распределения времени безотказной работы f ( t ) строятся точно по экспериментальным данным, а не подгоняются под теоретические законы распределения.

2) Имеющееся в действительности распределение аппроксимируется одним из теоретических распределений. При этом статистическая информация свертывается и представляется в компактном виде.

В вероятностных методах исследования используются в основном теоретические законы распределения. После того, как выбран закон распределения, вычисляются лишь немногие числовые характеристики данного распределения. В общем случае целесообразность использования экспериментального или теоретического распределения определяется характером решаемой задачи.

1.3.1. Использование λ и λ-характеристик для решения практических задач.

Изменение интенсивности отказа элемента в зависимости от времени его работы можно разбить на 3 периода (рис. 5):

1) "Детство" элемента. В этот период происходит значительное количество отказа. Отказы определяются производственными причинами – нарушением технологии при изготовлении данного элемента и т.д. Отказывают наиболее слабые элементы со скрытыми дефектами.

Рис. 5. Изменение интенсивности отказа от времени

2) "Зрелость" элемента. Количество отказов уменьшается, отказы носят случайный характер. Интенсивность отказов практически постоянная.

3) "Старость" элемента. Интенсивность отказов растет за счет износа, и дальнейшая эксплуатация системы без замены элементов становится нерациональной.

λ-характеристики системы иногда имеют и другой вид (рис. 6)

Рис. 6. Различный вид λ-характеристик системы

На λ-характеристике может появиться "горб" – резкое увеличение интенсивности отказов в период от t₁ до t₂, как следствие суммирования λ-характеристик элементов системы.

На λ-характеристике может появиться несколько "горбов".

На разрабатываемую аппаратуру желательно задавать предельную интенсивность отказов λ_пр.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1) Системы, предназначенные для длительной работы без тренировки, желательно составлять из разнородных элементов, так как при сложении λ-характеристик однородных элементов может получиться "горб".

2) Системы, предназначенные для работы с предварительной тренировкой, желательно составлять из однородных элементов.

3) Замена элементов системы при падающей интенсивности отказов ведет к увеличению интенсивности отказов системы.

4) В качестве закона распределения можно выбирать экспоненциальный закон (с постоянной интенсивностью отказов), если экспериментальные данные резко ему не противоречат.

Расчет надежности невосстанавливаемых систем с резервированием

Пути повышения надежности

Мероприятия по повышению надежности могут и должны производиться на всех этапах жизни системы при проектировании, производстве и эксплуатации.

Основные меры для повышения надежности должны приниматься на этапе проектирования. Выгоднее направить усилия на создание надежных устройств, чем пытаться поддерживать работоспособность ненадежной аппаратуры.

Методы повышения надежности делятся на конструктивные и схемные.

К конструктивным методам относятся следующие:

1) Создание надежных элементов;

2) Создание благоприятных режимов работы;

3) Правильный подбор параметров;

4) Микроминиатюризация;

5) Меры по облегчению ремонта;

6) Унификация.

К схемным методам относятся следующие:

1) Упрощение схем;

2) Создание схем с широкими допусками;

3) Создание схем с ограниченным последействием отказов;

4) Резервирование.

Наиболее сложны в реализации методы третьей группы схемных методов. Они применяются, как правило, в системах, отказы которых ведут к серьезным авариям. Отказы таких систем делятся на две группы:

а) с опасными последействиями;

б) без опасных последействий.

Схемные методы направлены на перевод отказов из группы "а" в группу "б", что достигается, как правило, за счет введения в систему средств встроенного функционального контроля. Встроенный функциональный контроль не повышает собственно надежность системы, однако повышает достоверность информации на выходе системы. Основным же средством повышения надежности системы является резервирование.

Методы резервирования

Система без резервирования имеет существенный недостаток – ее надежность всегда меньше надежности самого ненадежного элемента системы.

Резервирование – это метод повышения надежности введением запасных (резервных) элементов, являющихся избыточными по отношению к минимальной структуре системы.

Аппаратуру с избыточными элементами называют резервированной. Эффективность резервирования определяется тем, что за счет избыточности можно создать надежную аппаратуру даже из относительно ненадежных элементов.

Кратностью резервирования называют число резервных элементов на один резервируемый.

Эффективность резервирования оценивается с помощью коэффициентов повышения надежности:

- безотказности

                        (1.47)

- долговечности

                                                   (1.48)

Классическими методами являются постоянное резервирование и резервирование замещением.

При постоянном резервировании резервные элементы соединяются с основными через элементы связи. Резервные элементы работают в том же режиме, что и основные, в течение всего периода работы системы. Это способ резервирования элементов и простых узлов.

При резервировании замещением, функции основного элемента передаются резервному только при отказе основного элемента. Этот способ применяется при резервировании крупных блоков или целых систем.

В последнее время получило распространение функциональное резервирование. Функциональное резервирование может работать как в режиме постоянно включенного резерва, так и в режиме резервирования замещением. Функциональное резервирование основано:

- на способности отдельных элементов системы выполнять, помимо основных, еще и дополнительные функции;

- на возможности различных элементов системы выполнять одинаковые функции, но разными физическими способами.