Раздел 15. Управление надежностью

В настоящее время в развитии техники почти нет неразрешимых проблем, связанных с инженерной реализацией замысла.

Однако вот уже более трех десятилетий, как в нашей стране, так и за рубежом широко проводится до сих пор не увенчавшаяся полным успехом настойчивая научная и практическая работа по преодолению «барьера ненадежности» сложных технических устройств. Оказалось, что проблема получения требуемых характеристик надежности на стадии создания технических устройств весьма сложна. Не менее трудной является и задача поддержания обеспеченного предприятием-изготовителем уровня безотказности работы устройств в процессе эксплуатации, в частности задача обоснования, назначения и выполнения за располагаемое или заданное время комплекса мероприятий по их техническому обслуживанию [1-22].

Повышение и поддержание надежности в значительной степени определяется совершенством методов и системы управления надежностью.

Управлять надежностью – это значить тем или иным способом влиять на значения характеристик надежности технических устройств на различных этапах их жизненного цикла.

В эксплуатируемых устройствах с течением времени работы или календарной продолжительности эксплуатации происходит процесс изменения надежности. Он заключается в возрастании при увеличении числа накапливающихся повреждений, структурных ухудшений, разрегулировок и т.п., а отсюда – отказавших элементов и устройств в целом.

Увеличение интенсивности отказов мелких комплектующих и составляющих элементов сложных технических устройств [1-20] происходит, в основном, из-за их старения и изнашивания, накапливающихся повреждений, а крупных элементов и устройств в целом – как из-за старения и изнашивания, так и из-за их разрегулировок, а также накапливающихся отказов, повреждений составляющих их элементов, утраты избыточных функций. При этом общая интенсивность отказов технических устройств, наряду с указанной возрастающей составляющей, которая называется интенсивностью постепенных отказов, имеет вторую, в общем случае неизменную по времени составляющую – интенсивность внезапных отказов основных нерезервированных элементов и резервированных узлов в целом.

Можно управлять общим количеством отказов в данной выборке как объектов, так и их элементов не только выбором более или менее надежных элементов и резервированной схемы или конструкции при создании этих объектов, но и на стадии их эксплуатации. Во-первых, на это направлено выявление эксплуатационным контролем отказавших элементов и устройств в целом и их последующее восстановление, т.е., в конечном счете, перевод отказавших объектов в разряд исправных. Благодаря этому увеличиваются вероятность их безотказной работы перед началом нового применения или нестационарный и стационарный коэффициенты готовности как перед началом, так и в процессе применения. Во-вторых, в процессе эксплуатации можно также уменьшать интенсивность постепенных отказов регулировкой и настройкой разрегулированных узлов перед началом очередного применения. Такие отказы являются неисправностями (предпосылками к отказам) объектов в целом. Уменьшением периодов между моментами контроля и увеличением его полноты обеспечивается уменьшение средней величины общей интенсивности отказов эксплуатируемых устройств. Кроме того, среднеинтегральной интенсивностью постепенных, а также и внезапных отказов можно управлять путем профилактических замен некоторых элементов и материалов, подверженных повышенному изнашиванию, старению, расходованию, повреждениям. Управление интенсивностью внезапных отказов, а в некоторых случаях и постепенных отказов осуществляется путем доработки эксплуатируемых устройств, заключающейся в замене выявленных в процессе применения ненадежных элементов, узлов и блоков на более надежные.

Во всех рассматриваемых вариантах управления в конечном счете осуществляется улучшение эксплуатационных значений тех или иных характеристик (показателей) надежности. При этом, чем больше улучшены характеристики надежности, тем выше, при прочих равных условиях, эффективность применения данных объектов. Однако иногда по объективным причинам не удается достичь требуемых высоких значений некоторых характеристик (показателей) надежности. В этих случаях при невозможности дальнейшего улучшения какой-либо одной из характеристик надежности, эффективность выполнения практических задач может быть повышена благодаря возможному улучшению другой, а это еще одно направление управления надежностью. В общем случае оно заключается в обосновании бинарных групп взаимно дополняющих друг друга характеристик надежности.

Итак, можно выделить три направления в управлении надежностью технических устройств.

1. Уменьшение интенсивности отказов :

- выявлением (путем контроля) и устранением (путем ремонта, регулировок и настроек) предпосылок к отказам;

- профилактическими заменами элементов перед наступлением их старения (изнашивания) или перед выполнением ответственного задания.

2. Улучшение ремонтопригодности, в частности, уменьшение среднего времени восстановления при невозможности в дальнейшем увеличивать среднее время безотказной работы .

3. Увеличение результирующей вероятности безотказной работы и нестационарного коэффициента готовности :

- восстановлением отказавших устройств и переводом их в подмножество исправных;

- устранением предпосылок к отказам, т.е. уменьшением .

Управление надежностью, связанное только с улучшением ее характеристик, не может осуществляться беспредельно вследствие чрезмерного возрастания затрат на обеспечение очень высоких значений характеристик надежности. Кроме того, при увеличении надежности, при прочих равных условиях, возрастает масса и стоимость создаваемых объектов и их элементов. Поэтому на практике, исходя из экономического или другого критерия, например критерия готовности, определяется область оптимальных эксплуатационных значений характеристик надежности. В этой области затраты на повышение надежности должны объективно соответствовать степени важности выполняемых с помощью данного устройства задач. Другими словами, затраты на повышение надежности пропорциональны цене отказа.

Количественное определение такой области, объективно существующей на практике, является одной из основных задач науки об управлении надежностью. В найденной оптимальной области поддерживаются на требуемом уровне (стабилизируются) текущие эксплуатационные значения характеристик надежности путем выполнения на эксплуатируемых устройствах плановых профилактических работ.

Осуществляемое здесь управление типа стабилизации подчинено принципу компенсации затрат.

Понятие «управление надежностью» в 1969 г. ввел академик Поспелов Г. С.. Однако это не значит, что никто до этого не занимался управлением надежностью. Вместе с появлением самых первых технических устройств люди направляли свою деятельность на то, чтобы созданные ими устройства наряду с обеспечением выполнения тех или иных практических задач меньше отказывали в работе и при хранении (тем меньше, чем важнее задачи, дл выполнения которых они предназначены), а при отказах быстрей могли быть восстановлены, были более долговечными. С этой целью для устройств более ответственного назначения выбирались лучшие материалы и детали, тщательнее разрабатывалась схема и конструкция, применялась лучшая технология изготовления. Перед более ответственным или более длительным применением устройств проводилась более полная и более качественная профилактика.

Фактически всегда проводилось управление надежностью, как на стадии создания, так и на стадии эксплуатации технических устройств [1-18].

Значительно позднее появились математические модели управления надежностью, позволяющие количественно оценивать результаты управления и целенаправленно влиять на эти результаты в требуемом направлении. Известно уже довольно много таких моделей, однако наиболее полно в них разработаны вопросы управления надежностью на стадиях проектирования и серийного изготовления технических устройств и значительно меньше – на стадиях разработки требований на их создание и эксплуатации [1-20].

Таким образом, управление надежностью в ОТС, сводиться к уменьшению временных затрат на обеспечение надежности, как самих ОТС, так и ее элементов. «Всякая экономия в конечном счете сводиться к экономии времени» (Карл Маркс. Собрание сочинений Маркса и Энгельса, том. 46, часть 1, страница 117, 1963г.)