Основные понятия надежности систем и элементов

1.

Кафедра
управления качеством и
стандартизации
Дисциплина:
Основы теории надежности
Руководитель занятия: Колегай Евгений Сергеевич,
кандидат педагогических наук, доцент кафедры УКиС

2.

Рекомендуемая литература
1. Колегай, Евгений Сергеевич Основы теории надежности : учебное
пособие для вузов /, О. А. Воейко, К. А. Шарганов, В. А. Стяжкин. — СанктПетербург : Лань, 2025. — 92 с. URL: https://e.lanbook.com/book/447194
2. Мартишин, С. А. Основы теории надежности информационных систем :
учебное пособие / С. А. Мартишин, В. Л. Симонов, М. В. Храпченко. —
Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 255 с. — (Высшее образование:
Бакалавриат). - ISBN 978-5-8199-0757-3. - Текст : электронный. - URL:
https://znanium.com/catalog/product/1062374;
3. Зорин, Владимир Александрович. Надежность механических систем :
Учебник. - 1. - Москва: ООО "Научно-издательский центр ИНФРА-М", 2020. 380 с. - ISBN 978-5-16-010252-8. - Электронная программа (визуальная).
Электронные
данные:
электронные.
URL: http://znanium.com/go.php?id=1062109;
4. Рыков, Владимир Васильевич. Надежность технических систем и
техногенный риск : Учебное пособие Учебник. - 1. - Москва: ООО "Научноиздательский центр ИНФРА-М", 2019. - 192 с. - ВО - Бакалавриат. - ISBN 9785-16-010958-9. URL: http://znanium.com/go.php?id=1021444;

3.

Тема 1: Основные понятия надежности систем и элементов
Первый учебный вопрос - Предмет, задачи и общие понятия:
объект, система, элемент системы.
Второй учебный вопрос - Составляющие надежности:
безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость, долговечность.

4. История

ИСТОРИЯ
Об
обеспечении
надежности
товара
ремесленники озаботились еще в древние
времена. Так например, показать что именно их
товар
является
качественным,
надежным,
сделанным на славу, гончары острова Крит в 15 в.
до н. э. маркировали свои изделия специальным
знаком, свидетельствующим об изготовителях и
высоком качестве их продукции. Это была оценка
качества
по
так
называемой
«шкале
наименований», или по «адресной шкале».
Фирменные знаки, а также другие знаки качества
и сейчас служат ориентиром, оценочным
признаком качества продукции.

5. История

ИСТОРИЯ
Примером
поиска
методов
расчёта
надежности является история создания ракетных
комплексов Фау-1 и Фау-2 немецким ученым
Вернером фон Брауном, эти ракетные системы
использовались
немцами
для
обстрела
территории Англии. В этот период зарождаются
некоторые
основополагающие
понятия
надежности. Так в лаборатории Брауна тогда
работал немецкий математик Эрик Пьеружка,
который доказал, что надёжность ракеты равна
произведению надёжности всех компонент, а не
надёжности самого ненадёжного элемента, как
5
считал ранее Браун.

6. История

ИСТОРИЯ
С возрастанием уровня сложности создания электронных систем,
появления новых технологий, основанных на интегральных
элементных платформах. Увеличение взаимосвязи надежности
функционирования программно-аппаратных средств и риска
катастрофических последствий в повседневной жизни человека,
теория надежности приобрела научно-теоретическое и прикладное
обоснование.
Было необходимо создать научное направление, способное
обосновать и прогнозировать надежность работы АСУ, и дать
рекомендации по обеспечению высокой работоспособности систем.
В настоящее время теория надежности развивается в различных
направлениях, основными из которых являются математическая
теория надежности (разработка математических моделей и методов
расчета), статистическая теория надежности (сбор и обработка
статистических
данных),
физическая
теория
надежности
(исследование физи-кохимических процессов).

7. Первый вопрос - Предмет, задачи и общие понятия: объект, система, элемент системы.

ПЕРВЫЙ ВОПРОС - ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ: ОБЪЕКТ, СИСТЕМА, ЭЛЕМЕНТ СИСТЕМЫ.
Теория надежности является прикладной технической
наукой. Она изучает общие закономерности, которых следует
придерживаться при проектировании, изготовлении, испытаниях и
эксплуатации объектов для получения максимальной эффективности
и безопасности их использования.
Задача теории надежности состоит, в:
- исследовании закономерностей возникновения
отказов объектов, восстановления их работоспособности;
- анализ влияния внешних и внутренних воздействий
на процессы, происходящие в объектах;
- разработка методов расчета систем на надежность;
- прогнозирования отказов;
- обоснование способов повышения надежности при
проектировании и эксплуатации объектов, а также
способов сохранения надежности при эксплуатации;
- разработка методов сбора, учета и анализа
статистических данных, характеризующих надежность.

8.

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА – это сложная программно-аппаратная система, включающая в свой
состав эргатические (человеко-машинные) звенья, технические или аппаратные средства и программное
обеспечение.
При исследовании надежности информационных систем (ИС) целесообразно выделить три блока:
1) аппаратную часть информационных систем; 2) программную часть информационных систем и 3) блок
«человекомашинного взаимодействия» (комплекс «ЧТС», «СЧТС»). И если очевидность первых двух
блоков не вызывает сомнений, то блок «человекомашинного взаимодействия» также актуален, поскольку с
усложнением ИС человекоператор ставится во все более жесткие условия в смысле контроля и управления
информационными системами. При этом из-за ограниченных возможностей человекаоператора все больше
функций вынужденно отдается информационной системе.

9. ПОНЯТИЕ НАДЕЖНОСТИ

ГОСТ Р 27.102-2021 – «Надёжность в технике. Термины и определения»
НАДЕЖНОСТЬ (ГОСТ Р 27.102-2021) — свойство
объекта сохранять во времени в установленных пределах
значения всех параметров, характеризующих способность
объекта выполнять требуемые функции в заданных
режимах, условиях применения, стратегиях технического
обслуживания, хранения и транспортирования.
Надежность
изделия
закладывается
на
этапах
его
проектирования, производства и ремонта, а определяется (выявляется
реальный уровень надежности) на этапах испытаний и эксплуатации.
Терминология по надежности в технике распространяется на любые
технические объекты — изделия, сооружения и системы, а также их
подсистемы, рассматриваемые с точки зрения надежности на этапах
проектирования, производства, испытаний, эксплуатации и ремонта.

10.

ОБЪЕКТ, СИСТЕМА, ЭЛЕМЕНТ СИСТЕМЫ
ОБЪЕКТ – техническое изделие определённого
целевого назначения, рассматриваемое в периоды
проектирования,
производства,
испытаний
и
эксплуатации. Объектами могут быть различные
системы и их элементы, в частности: сооружения,
установки, технические изделия, устройства, машины,
аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные
детали.
СИСТЕМА
–
объект,
представляющий
собой
совокупность элементов, связанных между собой
определенными отношениями и взаимодействующих
таким образом, чтобы обеспечить выполнение системой
некоторой достаточно сложной функции. Признаком
системности является структурированность системы,
взаимосвязанность
составляющих
ее
частей,
подчиненность организации всей системы определенной
цели. Системы функционируют в пространстве и времени.
ЭЛЕМЕНТ СИСТЕМЫ – объект, представляющий отдельную часть системы.
Само понятие элемента условно и относительно, так как любой элемент, в свою
очередь, всегда можно рассматривать как совокупность других элементов. Понятия
"система" и "элемент" выражены друг через друга, поскольку одно из них
следовало бы принять в качестве исходного, постулировать. Понятия эти
относительны: объект, считавшийся системой в одном исследовании, может
рассматриваться как элемент, если изучается объект большего масштаба. Кроме
того, само деление системы на элементы зависит от характера рассмотрения
(функциональные, конструктивные, схемные или оперативные элементы), от
требуемой точности проводимого исследования, от уровня наших представлений,
от объекта в целом. Человек-оператор также представляет собой одно из звеньев
системы человек–машина.

11.

СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА
Исправность – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативнотехнической документацией (НТД).
Неисправность – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных
НТД.
Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения
основных параметров в пределах, установленных НТД.
Неработоспособность – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра,
характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным НТД.
Переход объекта в различные состояния
Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправности объекта при сохранении его
работоспособности.
Отказ
–
событие,
заключающееся
в
нарушении
работоспособности
объекта.
Критерий отказа – отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым
устанавливается факт отказа. Признаки (критерии) отказов устанавливаются НТД на данный
объект.
Восстановление – процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) с целью
восстановления его работоспособности (исправности).
Восстанавливаемый объект – объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа
подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях.
Невосстанавливаемый объект – объект, работоспособность которого в случае возникновения
отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях.

12.

ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОБЪЕКТА. ВИДЫ ОТКАЗА
Предельное состояние— состояние объекта,
при котором его дальнейшая эксплуатация
недопустима
или
нецелесообразна,
либо
восстановление его работоспособного состояния
невозможно или нецелесообразно.
Внезапный отказ — отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких
параметров объекта.
Постепенный отказ — отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких
параметров объекта.
Отказы также подразделяются на независимые — отказ, не обусловленный другими отказами, т. е. возникающий в
результате внутренних процессов, и зависимые — отказ, обусловленный другими отказами, т. е. в результате отказа
других элементов.
По этапам жизненного цикла различают конструктивные отказы— отказ, возникший по причине, связанной с
несовершенством или нарушением установленных правил и (или) норм проектирования и конструирования.
Соответственно, при обнаружении такого отказа необходимо доработать конструкцию объекта. Производственный
отказ — отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса
изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии. Эксплуатационный отказ— отказ,
возникший по причине, связанной с нарушением установленных правил и (или) условий эксплуатации. В случае
возникновения данного отказа необходимо проверить, не эксплуатируется ли объект в условиях, для этого не
предназначенных (т. е. с превышением допустимых внешних воздействий) и не нарушаются ли персоналом правила
эксплуатации данного объекта. Деградационный отказ — отказ, обусловленный естественными процессами
старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм
проектирования, изготовления и эксплуатации.

13.

ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОБЪЕКТА. ВИДЫ ОТКАЗА
Отказы можно классифицировать как явные — отказ, обнаруживаемый
визуально или штатными методами и средствами контроля и
диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе
его применения по назначению, и скрытые — отказ, не обнаруживаемый
визуально или штатными методами и средствами контроля и
диагностирования, но выявляемый при проведении технического
обслуживания или специальными методами диагностики.
Большую
сложность
в
плане
распознавания
представляют
перемежающиеся
отказы—
многократно
возникающий
самоустраняющийся отказ одного и того же характера. Сложность его
распознавания связана с тем, что обычными методами контроля эти
отказы не обнаруживаются. Иногда перемежающиеся отказы путают с
таким понятием, как сбой. В ГОСТе дается следующее определение: сбой
— самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый
незначительным вмешательством оператора. Сбои и перемежающиеся
отказы имеют различную природу. Сбои в аппаратуре (программное
обеспечение имеет иные причины сбоя) вызваны чаще всего
изменениями внешних воздействий, например, изменением напряжения,
всплесками электромагнитного излучения и пр. А перемежающийся
отказ, как правило, связан с внутренними дефектами объекта, которые
проявляются при определенных условиях эксплуатации.

14.

РЕСУРСНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
Основными понятиями теории надежности являются понятия наработки и
наработки до отказа. Они применимы как к восстанавливаемым, так и к
невосстанавливаемым объектам.
Наработка — продолжительность или объем работы объекта.
Наработка до отказа — наработка объекта от начала эксплуатации до
возникновения первого отказа. Для восстанавливаемых объектов применяют
термин наработка между отказами— наработка объекта от окончания
восстановления его работоспособного состояния после отказа до
возникновения следующего отказа. Средняя наработка на отказ —
отношение
суммарной
наработки
восстанавливаемого
объекта
к
математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.
Ресурс объекта — суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации
или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние, при
котором дальнейшая эксплуатация или восстановительный ремонт становятся
нерациональными. Назначенный ресурс — суммарная наработка, при
достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена
независимо от его технического состояния. Остаточный ресурс — суммарная
наработка объекта от момента контроля его технического состояния до
перехода в предельное состояние. Аналогично вводятся понятия остаточной
наработки до отказа, остаточного срока службы и остаточного срока хранения.

15.

РЕСУРСНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
Срок службы — календарная продолжительность эксплуатации от начала
эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта до перехода в
предельное
состояние.
Срок
сохраняемости
—
календарная
продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение
которой сохраняются в заданных пределах значения параметров,
характеризующих способность объекта выполнять заданные функции.
Примечание. По истечении срока сохраняемости объект должен
соответствовать
требованиям
безотказности,
долговечности
и
ремонтопригодности, установленным нормативно-технической документацией
на объект.
Время
восстановления
—
продолжительность
работоспособного состояния объекта.
восстановления

16.

ВТОРОЙ ВОПРОС - СОСТАВЛЯЮЩИЕ НАДЕЖНОСТИ: БЕЗОТКАЗНОСТЬ, ДОЛГОВЕЧНОСТЬ,
РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ, СОХРАНЯЕМОСТЬ.
НАДЕЖНОСТЬ ЯВЛЯЕТСЯ КОМПЛЕКСНЫМ СВОЙСТВОМ ОБЪЕКТА
БЕЗОТКАЗНОСТЬ
- Вероятность безотказной работы (Рб.р.);
- Средняя наработка до отказа (Tср);
- Гамма-процентная наработка до отказа (Т