Упрощение системы

Одной из главных причин возникновения проблемы надежности является исключительная сложность современных автоматических систем. Уменьшение сложности системы (упрощение) может существенно повысить ее надежность. Причем этот эффект тем, больше, чем ниже надежность элементов и чем сложнее аппаратура.

Однако создание простых схем является одной из наиболее трудных технических задач. Трудность этой задачи состоит в том, что упрощение системы дает ощутимый эффект лишь при значительном уменьшении числа элементов. Между тем сильное упрощение системы в большинстве случаев не позволяет обеспечить нужную точность и быстродействие автоматической системы.

Эти обстоятельства могут привести к ошибочному выводу, что упрощение системы является малоэффективным способом повышения надежности.

Упрощение системы является, пожалуй, единственным методом повышения надежности при одновременном уменьшении веса. Уменьшение же веса, в свою очередь, может быть косвенным источником повышения надежности аппаратуры, так как высвободившийся за счет рационального проектирования вес может быть использован в качестве резерва надежности. Это обстоятельство позволяет заключить, что упрощение аппаратуры является весьма эффективным, но достаточно трудно реализуемым методом повышения надежности.

Выбор наиболее надежных элементов

При проектировании сложной системы всегда необходимо стремиться выбрать наиболее надежные элементы. Следует, однако, иметь в виду, что чем выше надежность элемента, тем он часто имеет бо΄льшие вес, габариты и стоимость. Поэтому выбрать тот ли иной тип элемента необходимо на основании анализа технических требований на надежность и предварительного расчета надежности проектируемой схемы.

Может оказаться, что предъявляемые требования таковы, что при данном числе элементов при данных условиях работы аппаратуры удовлетворить их можно, выбирая не самые надежные элементы. Поступая всегда таким образом, можно сэкономить в весе, габаритах и стоимости автоматической системы.

Облегчение режимов работы элементов

Улучшить условия работы элементов можно, во-первых, уменьшая вредное влияние окружающей среды и внешних воздействий и, во-вторых, облегчая электрические режимы работы. Уменьшить вредное влияние окружающей среды и внешних воздействий можно, создавая искусственный климат и демпфируя аппаратуру. Облегчить электрические режимы работы элементов можно понижением коэффициентов нагрузки и уменьшением температуры окружающей среды.

Облегчение режимов работы элементов практически означает, что в систему ставятся элементы, имеющие определенный запас по мощности (или напряжению, току, и т.д.). Следует заметить, что замена одних элементов другими, рассчитанными на большую мощность, не обязательно приводит к повышению надежности. Это объясняется тем, что элементы, рассчитанные на большую мощность, могут быть сами по себе менее надежными, чем маломощные.

Разумно выбрать типы элементов, режимы их работы можно лишь при выполнении условий  для всех элементов системы. В процессе проектирования эту задачу можно решить на основании анализа надежности системы по ее электрической схеме. Выбирая за основной критерий качества системы ее надежность и вероятность безотказной работы, задачу о выборе режимов работы элементов можно сформулировать следующим образом.

Задано численное значение вероятности безотказной работы системы P_с(t), и известна ее принципиальная схема, т.е. тип и число элементов. Требуется выбрать режим работы элементов таким образом, чтобы вероятность безотказной работы системы была не ниже заданного значения.

Полагая, что все однотипные элементы равнонадежны, можно записать:

.                                              (6.2.)

Надежность сложной системы, как правило, определяется ограниченным числом типов элементов. Это – либо наиболее многочисленные элементы системы, либо наименее надежные. В связи с этим режимы работы элементов лучше подбирать не для всех элементов, а лишь для тех, которые оказывают существенное влияние на надежность системы.

Отбраковка малонадежных элементов

Интенсивность отказов системы на начальном участке времени ее работы обычно значительно выше, чем на участке нормальной работы. Это объясняется тем, что при изготовлении системы могут попасть элементы с внутренним производственным или другими дефектами Подобные дефекты часто не удается выявить при обычных методах испытания в течение сравнительно короткого времени работы системы.

Отбраковать ненадежные элементы можно путем тщательной проверки элементов при тяжелых условиях их работы. Утяжелять условия работы элементов наиболее удобно, увеличивая либо коэффициент нагрузки, либо температуру окружающей среды. При этом возникают два важных вопроса: как долго необходимо испытывать элементы и при каких коэффициентах нагрузки (температуре окружающей среды).

Создание схем с ограниченными последствиями отказов элементов

Отказы элементов сложной системы не равноценны. Одни отказы приводят к потере работоспособности, другие лишь ухудшают характеристики системы, третьи нарушают контроль человека за работой системы и т.д.

Различные последствия отказов требуют учета их значимости по степени опасности последствия. Очевидно, что та часть системы, отказ которой приводит к тяжелым последствиям, должна быть более надежной, другая – менее надежной. Система в этом случае не должна строиться по принципу: равносложные части системы должны быть равнонадежны. Каждому элементу, узлу, блоку и т.д. должен быть по его надежности приписан определенный вес.

Проектировать схемы с ограниченными последствиями отказов необходимо таким образом, чтобы отказ элементов не приводил к потере работоспособности или разрушению системы, а приводил, в крайнем случае, лишь к ухудшению характеристик.

Стандартизация и унификация элементов и узлов

Унифицированные и стандартизованные схемы узлов всегда наиболее надежны. Это объясняется тем, что такие узлы, как правило, доведены до совершенства на основании богатого опыта эксплуатации.

Кроме того, что унифицированные узлы сами по себе наиболее надежны, они значительно облегчают построение систем высокой надежности. Они позволяют применять такие эффективные методы повышения надежности, как скользящее резервирование. Они позволяют также логически перестраивать структуру автоматической системы при возникновении отказов.

Большое число стандартных унифицированных однотипных узлов в системе позволяет спроектировать сложную автоматическую систему кибернетического типа с самовосстановлением отказавших узлов.

Стандартизация и унификация узлов могут существенно уменьшить время, потребное на отыскание и устранение неисправностей. Это означает, что данный метод повышения надежности позволяет не только уменьшить интенсивность отказов системы, но также уменьшить среднее время восстановления, а значит, улучшить коэффициенты надежности системы.

Кроме повышения надежности стандартизация и унификация элементов и узлов удешевляют процесс разработки и изготовления аппаратуры, а также облегчают и удешевляют ее эксплуатацию.

Совершенствование технологии производства и его автоматизация

Совершенствование технологии производства и его автоматизация  обеспечивают высокую однородность продукции, что повышает надежность продукции и уменьшает дисперсию времени возникновения отказов. Большая интенсивность отказов вначале эксплуатации аппаратуры объясняется скрытыми дефектами ее элементов. При ручном производстве таких элементов будет значительно больше, чем при совершенной технологии и полной автоматизации производства. Методы повышения надежности определяются общим техническим прогрессом.

Однако как бы ни были совершенны технология производства и его автоматизация, все равно возможны отклонения качества продукции вследствие ряда закономерных или случайных причин, нарушающих нормальное течение технологического процесса.

Статический контроль качества

Статический контроль качества, проводимый на производстве непрерывно, позволяет выявить эти причины, повлиять должным образом на технологический процесс и отбраковать дефектную продукцию. Этим самым он позволяет добиться высокой надежности и однородности продукции.

Профилактические мероприятия

Профилактические мероприятия, проводимые при эксплуатации аппаратуры направленные на предупреждение отказов, позволяют выявить слабые элементы и узлы, устранить их дефекты до появления полного отказа и тем самым уменьшить интенсивность отказов всей системы.

В процессе эксплуатации надежность аппаратуры расходуется. При проведении же профилактических мероприятий она может восстанавливаться.

Недостатком данного способа по сравнению с резервированием является незначительный выигрыш надежности по интенсивности и вероятности отказов при малых значениях .