По мере усложнения AT, увеличения назначенного ресурса и срока службы все большее значение приобретает проблема обеспечения надежности ЛА в целом, его функциональных систем и отдельных агрегатов.
Поскольку в создании ЛА участвуют многие организации, а эксплуатация его длится несколько десятков лет, возникает необходимость комплексного решения проблемы обеспечения надежности. Важное место при этом занимает комплексная программа обеспечения надежности и безопасности полета на всех этапах его создания и эксплуатации. Впервые подобная программа была разработана для самолета Ил-86. Кроме последовательности этапов и содержания работ она определяет ответственных исполнителей, сроки, конечные результаты и формы отчетности.
Известно, что затраты на устранение конструктивных недостатков на этапах проектирования, серийного производства на порядок меньше, чем на этапе эксплуатации ЛА. Значительное увеличение затрат на разработку ЛА, создание испытательных стендов и прогрессивных средств производства позволяют значительно снизить затраты на эксплуатацию.
Управление надежностью. Что нужно знать и уметь?
Оценка эффективности комплексной программы обеспечения надежности производится на каждом из этапов жизненного цикла ЛА. Но оценка по конечному результату осуществляется в процессе технической эксплуатации с использованием комплексных показателей.
В соответствии с действующей нормативной документацией установлены комплексные показатели надежности.
Коэффициент готовности Кг — вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не планируется. Следовательно, он представляет собой отношение времени исправной работы к суммарному времени исправной работы и времени восстановления после отказов:
где Tв — суммарное время восстановления после отказов в течение года; Tг — годовой налет.
Если известно число отказов nотк, например, за время Tг , то, поделив числитель и знаменатель на nотк . можно получить:
где To — наработка на отказ; tв — среднее время восстановления после отказа.
Коэффициент оперативной готовности Ког используется для оценки вероятности того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени и, кроме того, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени:
где P(t)— вероятность безотказной работы после устранения отказа (после восстановления).
Коэффициент технического использования Kт и определяется как отношение математического ожидания интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии и простоев на ТОиР за тот же период эксплуатации:
ДМ и ОК — 2.3.2 Основные положения и зависимости надежности. Показатели надежности.
где Тп — простои на ТОиР.
Кроме указанных показателей, для комплексной оценки эффективности профилактических работ при ТО можно использовать коэффициент сохранения эффективности
где Рэф (t) — вероятность безотказной работы после выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту.
Источник: studbooks.net
2.2 ПРОГРАММНЫЕ ДОКУМЕНТЫ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ
В соответствии с требованиями нормативно-технической документации основными программными документами по обеспечению надежности и безопасности КА являются: ¾ Программа обеспечения надежности (ПОН), программа обеспечения безопасности (ПОБ), комплексная программа экспериментальной отработки (КПЭО) – для опытных КА;
41 ¾ Программа обеспечения надежности на стадии производства (ПОНп)-для серийных КА; ¾ Программа обеспечения надежности на стадии эксплуатации (ПОНэ)- для серийных КА; ¾ Программа повышения (поддержания) надежности (ППН) – для КА, находящихся в штатной эксплуатации. ПОН, ПОНп, ПОНэ, ППН – документы, устанавливающие комплекс орга- низационно-технических мероприятий, подлежащих проведению при создании, серийном производстве и эксплуатации КА для обеспечения заданных требований по надежности.
ПОБ — представляет собой отдельный, плановый организационнометодический документ (отдельная книга эскизного проекта или раздел в составе аванпроекта), определяющий комплекс основных мероприятий по обеспечению безопасности на всех этапах жизненного цикла КА. КПЭО – документ, в котором развивают и конкретизируют работы и мероприятия ПОН, проводимые при наземной экспериментальной отработке.
Мы будем рассматривать ПОН, КПЭО для опытных КА. Цель ПОН состоит в гарантировании того, что КА и его составные части разработаны, изготовлены, отработаны, хранятся, поставляются такими способами, при которых САС (ресурс) КА и вероятность безотказной работы КА за требуемый САС (ресурс) будут не ниже значений требуемых по тактикотехническому заданию (ТТЗ). Основу ПОН составляет перечень работ, проводимых на всех этапах создания КА в целях обеспечения требуемых по ТТЗ показателей надежности. КПЭО – документ, в котором развивают и конкретизируют работы и мероприятия ПОН, проводимые при наземной экспериментальной отработке. Рассмотрим структуру программных документов по обеспечению надежности КА.
В рамках системы менеджмента качества предприятия при разработке и создании нового КА на стадии эскизного проекта основным документом, определяющим комплекс конструктивных, научно-методических и организационнотехнических мероприятий, направленных на получение требуемых значений показателей надежности, является программа обеспечения надежности (ПОН), которая в конечном счете определяет структуру процесса обеспечения надежности. При составлении ПОН учитываются: ¾ требуемые показатели надежности разрабатываемого КА; ¾ новизна и сложность разрабатываемого КА; ¾ характер и объем производства, условия эксплуатации КА; ¾ возможность определения степени соответствия фактического уровня надежности КА предъявляемым требованиям на основных этапах жизненного цикла (проектирование, производство, отработка, летные испытания и эксплуатация). ПОН основывается на достигнутых ранее результатах по обеспечению на- дежности и должна содержать: ¾ структуру ПОН КА, перечень задач по обеспечению надежности, методы их решения, методическое обеспечение, а также сроки решения каждой задачи; ¾ порядок документирования, контроля выполнения работ и корректировки ПОН. К ПОН опытного КА предъявляются следующие требования: ¾ ПОН должна содержать основные сведения по назначению и структуре КА, эксплуатационно–технические характеристики КА, номенклатуру и требуемые значения показателей надежности КА, а также организацион- но-технические требования по обеспечению надежности, основные принципы и пути обеспечения надежности КА, перечень предполагаемых условий эксплуатации КА с определением сущности внешних воздейст-
43 вующих факторов и факторов, обусловленных взаимодействием составных частей КА, порядок и способы применения, хранения, обслуживания КА и его составных частей, перечень ПОН составных частей КА более низких уровней структуры КА с указанием количественных и организаци- онно-технических требований, предъявляемых к их надежности; ¾ ПОН должна предусматривать перечень работ и мероприятий по обеспечению надежности, сроки начала и окончания выполнения каждой работы (мероприятия), связанные со стадиями и этапами выполнения работ, состав исполнителей по каждой работе (мероприятию) и форму отчетности; ссылки на нормативно-технические и методические документы, используемые при выполнении каждой из этих работ; ¾ В ПОН должен быть приведен перечень руководящих нормативнотехнических и методических документов, которыми необходимо руководствоваться при выполнении работ и мероприятий по обеспечению надежности»; ¾ ПОН должна устанавливать контрольные точки рассмотрения хода выполнения ПОН и возможные сроки ее корректировки по стадиям и этапам создания КА, порядок выпуска отчетных документов по выполнению ПОН, порядок принятия решения о переходе к выполнению последующих задач ПОН; основание для проведения корректировки, порядок внесения и согласования корректировок. Разработке ПОН должен предшествовать анализ видов последствий и критичности отказов, который может быть включен в ПОН как приложение, при этом в ПОН должны включаться мероприятия, направленные на устранение возможных отказов и неисправностей.
2.2.2 Основные нормативные требования к составу и содержанию КПЭО КА
К КПЭО КА предъявляются определенные требования по составу и содержанию. Как правило, КПЭО КА должна содержать следующие разделы [3]:
¾ основные положения;
44 ¾ структура и этапность НЭО КА; ¾ перечень бортовых систем, подвергаемых НЭО; ¾ перечень отработочных изделий. Порядок, объем и организация НЭО КА, отчетность по испытаниям; ¾ цели и задачи комплексных испытаний. ¾ требования по обеспечению необходимой имитации условий функционирования КА в целом. Перечень основного испытательного оборудования для реализации требований в процессе отработки; ¾ порядок оценки отработки КД, ТД и ЭД на КА в целом; ¾ порядок оценки, отработки и подтверждения технических и эксплуатационных характеристик КА и требований к надежности; ¾ порядок поставки объектов, оборудования и документации на испытания. Итоговая отчетность по НЭО КА; ¾ контрольные испытания; ¾ межведомственные испытания (при необходимости); ¾ метрологическое обеспечение; ¾ требования безопасности персонала при испытаниях (при необходимости). К КПЭО КА предъявляются следующие требования: ¾ КПЭО должна содержать назначение КА, структурный состав КПЭО КА по всем уровням разработки с указанием всех частей КПЭО и их взаимосвязей; ¾ КПЭО должна содержать обоснование выбранной структуры и этапности отработки, структурную схему НЭО и регламентацию этапности отработки; ¾ КПЭО должна предусматривать перечень бортовых систем, подвергаемых НЭО. При изменении нормативного объема НЭО в КПЭО приводят обоснование изменения объема отработки;
45 ¾ в последовательности, определенной этапностью отработки, и в привязке к отработочным изделиям КПЭО должна определять виды испытаний, количество образцов, перечень необходимой рабочей документации на комплектацию и проведение испытаний, исполнителей, место проведения испытаний и отчетность по видам испытаний; ¾ в привязке к объекту отработки, видам и содержанию испытаний КПЭО должна назначать требования по имитации условий эксплуатации КА в целом (нормы испытаний), содержать номенклатуру основного испытательного оборудования и требуемые параметры имитации условий эксплуатации; ¾ КПЭО должна содержать требования к этапности отработки документации на отработочных изделиях, критерии полноты и достаточности отработки по результатам НЭО для присвоения литеры «О» на отработочных изделиях, порядок присвоения литеры «О» полному комплекту документации на изделие в целом; ¾ КПЭО должна определять способы и этапы их отработки, оценки и подтверждения при проведении расчетных работ в процессе наземных и натурных испытаний, а также перечень документов, в которых должна подтверждаться возможность их выполнения; ¾ КПЭО должна содержать требования к порядку комплектации и поставки объектов, оборудования и документации на испытания, уточнять состав и исполнителей итогового отчета по НЭО изделия; ¾ КПЭО должна содержать перечень испытаний, отнесенных к предварительным; ¾ КПЭО должна определять перечень бортовых систем (оборудования), подвергаемых МВИ, цели и задачи МВИ и порядок их проведения; ¾ КПЭО должна предусматривать порядок реализации мероприятий метрологического обеспечения:
Источник: studfile.net
Обеспечение надежности на всех этапах жизненного цикла объекта.
Вопросам обеспечения надежности ИС уделяется внимание на всех этапах жизненного цикла изделия — при проектировании, производстве, эксплуатации и ремонте. Ни одно техническое изделие нельзя считать удовлетворительным, как бы хорошо оно не выглядело в замыслах специалистов, если оно не прошло проверки по критерию надежности. Планирование уровня надежности и реализация этих планов в технических решениях и технической документации происходит при проектировании, происходящем в несколько стадий.
При разработке технического задания выбирают и обосновывают номенклатуру показателей надежности, подлежащих в дальнейшем обеспечению, оценке и подтверждению, устанавливают нормы надежности и объемы испытаний на различных стадиях разработки.
При разработке технического предложения и эскизного проекта определяют требования к надежности комплектующих изделий, исходя из требований к надежности изделия. Разрабатывают рекомендации по нормам электрических, климатических и механических нагрузок на элементы изделия.
При техническом проектировании особое внимание уделяют рациональной компоновке оборудования, которая должна обеспечить требуемые климатические и механические режимы работы элементов, упростить работу обслуживающего персонала по техническому обслуживанию и подготовке системы к работе. Оцениваются показатели ремонтопригодности с учетом особенностей конструкции, системы контроля работоспособности и диагностирования. При необходимости создают макеты и проводят их испытания, по результатам которых корректируются функционально-конструкторское решение изделия.
На этапе производства важным фактором обеспечения надежности являются точное соблюдение технологического процесса, контроль качества выполнения всех операций, автоматизация производственных процессов, обеспечивающая поддержание высокой стабильности технологических процессов. Внедрение международных стандартов серии ISO 9000, разработанных Международной организации по стандартизации (ISO) позволяет обеспечить высокое качество и надежность работ.
На этапе применения изделия по назначению, заложенные при проектировании и производстве значения показателя надежности будут поддерживаться только при выполнении условий и правил эксплуатации согласно эксплуатационной документации.
Таким образом, на всех этапах жизненного цикла ИС уделяется пристальное внимание.
Способы повышения надежности
Способы повышения надежности можно разделить на четыре группы:
1) уменьшение наработки
2) снижение интенсивности отказов;
3) улучшение восстанавливаемости;
4) резервирование (введение избыточности).
Уменьшение наработки для выполнения определенного объема работ достигается выбором более быстродействующих элементов и высокопроизводительных устройств при проектировании. При эксплуатации уменьшить наработку можно полным или частичным выключением системы или ее отдельных устройств в паузе между рабочими сеансами. Например, в ПК предусмотрены так называемые схемы управления питанием, которые отключают монитор, поток ЖД, и переводят процессор в режим при отсутствии внимания к ПК со стороны пользователя. Следует отметить, что сохранить надежность системы путем сокращения времени ее непрерывной работы можно лишь, если число включений и выключений мало, т.е. система работает сравнительно с большой скважностью. При частом включении и выключении переходные процессы оказывают сильное вредное воздействие.
Уменьшение интенсивности отказов актуально на всех этапах жизненного цикла ИС. На этапе проектирования — за счет комплектации системы элементами повышенной надежности, как высокотехнологичных элементов, так и за счет входного контроля. Создания оптимального температурного режима, снижение электрической нагрузки, конструктивные методы защиты от механических и других внешних воздействий (например, герметизация) позволяют уменьшить интенсивность отказов. Следует отметить, что существенно повысить надежность системы может уменьшение сложности системы. (Вероятность отказа системы складывается из произведения вероятности отказов всех ее элементов). Однако создание простых схем является одной из наиболее трудных технических задач.
На этапе эксплуатации — приведение условий эксплуатации в соответствие с требованиями, при которых гарантируются паспортные данные по надежности и организация профилактического обслуживания.
Улучшение восстанавливаемости. Восстановление ИС требует выполнения ряда процедур: обнаружение неисправности, поиск неисправности (локализация), удаление его из системы, включение в систему исправного элемента из резерва, ремонт неисправного элемента, установка замененного элемента в рабочее состояние, проверка его работоспособности, проверка работоспособности всей системы, и, наконец, возобновление функционирования всей системы. Таким образом, обнаружение неисправности — обязательная процедура в процессе восстановления, которая обеспечивается средствами контроля и диагностики.
Резервирование — способ обеспечения надежности за счет применения дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций. Этот способ предусматривает замену отказавших частей аппаратуры резервными при условии, что резервная аппаратура входит конструктивно и функционально в состав рассматриваемой аппаратуры. Включение резерва может быть произведено в ручную или автоматически, в некоторых случаях резерв может быть функционально связан с основной аппаратурой так, что специального включения не требуется. Если же для восстановления работоспособности аппаратуры требуется удалить отказавшую часть аппаратуры, а вместо нее вставлять или вмонтировать аналогичную исправную, то речь идет не о резервировании, а о ремонте. Программное обеспечение может быть также резервировано.
Вопросы для самоконтроля.
1. Какие эксплуатационные факторы на Ваш взгляд наиболее существенно влияют на надежность ИС?
2. С какой целью проводится профилактическое обслуживание?
3. Перечислите виды профилактических работ при обслуживании ЭВМ.
4. На каком этапе жизненного цикла изделия уделяется особое внимание вопросам обеспечения надежности?
5. Перечислите способы повышения надежности.
6. Какие меры позволяют уменьшить наработку?
7. Приведите возможные способы уменьшения интенсивности отказов.
8. Укажите основные направления улучшения восстанавливаемости..
ЛЕКЦИЯ 8 Резервирование в ИС как метод повышения надежности на этапе их создания и разработки.
Вопрос 1. Виды резервирования
Вопрос 2. Методы структурного и временного резервирования
Вопрос 3. Мажоритарное резервирование
Виды резервирования
Резервирование- способ обеспечения надежности за счет применения дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций.. Этот способ предусматривает замену отказавших частей аппаратуры резервными при условии, что резервная аппаратура входит конструктивно и функционально в состав рассматриваемой аппаратуры.
Включение резерва может быть произведено в ручную или автоматически, в некоторых случаях резерв может быть функционально связан с основной аппаратурой так, что специального включения не требуется. Если же для восстановления работоспособности аппаратуры требуется удалить отказавшую часть аппаратуры, а вместо нее вставлять или вмонтировать аналогичную исправную, то речь идет не о резервировании, а о ремонте.
Программное обеспечение может быть также быть резервировано. Иногда вместо термина «резервирование» используется «введение избыточности». Под избыточностью понимают превышение веса, габаритов, производительности, стоимости и других технико-экономических характеристик. Введение избыточности не означает автоматического улучшения показателей надежности. Чтобы улучшение произошло, необходимо соответствующим образом управлять избыточными ресурсами, создать определенные условия и правила их использования, а в некоторых случаях предусмотреть специальные технические и программные средства активации этих ресурсов.
В ИС различают 5 видов резервирования: структурное, временное, функциональное, информационное и алгоритмическое.
1. Структурное резервирование- резервирование с применением резервных элементов структуры объекта. Структурное резервирование реализуется введением в систему резервных (избыточных) элементов, которые при абсолютной надежности элементов исходной системы не являются функционально необходимыми, а используются системой после отказа основных элементов. При структурном резервировании элементов (или цепей) системы показатели надежности повышаются дискретно (скачками). Характерной особенностью структурного резервирования является то, что в идеально надежной системе все резервные элементы могут быть удалены из системы без какого-либо ухудшения качества ее функционирования.
В системе со структурным резервом не любой отказ элемента приводит к отказу системы, так как работа системы поддерживается за счет перестройки (реконфигурации) структуры и подключения резервных элементов. Отказ системы наступает только тогда, когда нарушение работоспособности в одном из основных элементов не удается компенсировать своевременным подключением работоспособного резервного элемента (группы элементов).
Преимуществом структурного резервирования, объясняющим его широкое применение, является то, что введение резервной аппаратуры, увеличивая суммарную интенсивность отказов элементов (основных и резервных), существенно уменьшает интенсивность отказов системы. Как следствие, улучшаются другие показатели надежности. При наличии потока отказов элементов структурное резервирование позволяет обеспечить непрерывную работу системы в течение промежутка времени, во много раз превосходящую среднюю наработку до отказа нерезервированной системы. В системах, состоящих из нескольких одновременно работающих устройств одинаковой производительности, в которой отказ одного из устройств снижает общую производительность системы, структурное резервирование стабилизирует производительность системы.
2. Функциональное резервирование- способ повышения надежности, использующий свойство технических систем обеспечивать при отказах элементов безотказное функционирование за счет перераспределения функций и более интенсивной работы элементов, выполнявших до отказа только свои основные функции. Выполнять дополнительные функции они способны лишь временно, и это может сопровождаться некоторым ухудшением общего качества работы, но в допустимых пределах. При функционировании в системе нет лишних элементов — они все необходимы для выполнения требуемого набора функций. Характерной особенностью такого вида резервирования является как раз то, что даже их идеально надежной системы нельзя удалить ни одного элемента, не вызвав перераспределения функций элементов и увеличения их функциональной нагрузки уже на постоянной основе, возможно, с переходом на более тяжелые режимы работы.
3. Временное резервирование- способ повышения надежности, при котором системе в процессе функционирования предоставляется возможность израсходовать некоторое время, называемое резервным, для восстановления технических характеристик. Резервы времени могут быть использованы для переключения структурного резерва, устранения отказов, технического обслуживания и пр. Резерв времени может быть обеспечен различными способами:
а) увеличением оперативного времени, т.е. времени выделяемого системе для выполнения задания (за счет уменьшения времени на обслуживание, планируемых простоев, повышения сменности работы и др.);
б) созданием запаса производительности (за счет внутренних запасов выходной продукции, в ИС — информации, например в запоминающих устройствах, пока запас не исчерпан, информация поступает на выход системы, и смежные с ней системы считают ее работоспособной);
в) приданием системе свойства функциональной инерционности. Функциональная инерционность- свойство системы, характеризующее ее способность допускать перерывы в работе без потери выходного эффекта, которые можно использовать для восстановления ее работоспособности.
Для систем с временным резервированием (СВР) нарушение работоспособности не обязательно сопровождается отказом системы даже при последовательном соединении ее элементов, так как есть возможность восстановить работоспособность за резервное время. Отказ системы с временным резервированием — событие, заключающееся в нарушении работоспособности, вызывающем недопустимые последствия или не устраненном за допустимое время.
Отказы объекта могут отличаться по последствиям. Если отказ вызывает лишь задержку выполнения задания, но не приводит к повторению работ, то его называют обесценивающим или разрушающим. В противном случае его называют обесценивающим или разрушающим. В связи с наличием обесценивающих отказов всю наработку системы разделяют на полезную и обесцененную.
4. Информационное резервирование -резервирование с применением информационной избыточности, используемой для улучшения характеристик системы. Реализуется введением избыточных кодов и символов при передаче, обработке и отображении информации (например, дополнительные единицы информации, позволяющие обнаруживать и устранять ошибки в передаче информации: корректирующие коды, контрольные суммы, проверки на четность и др.). Вводится избыточность массивов данных в составе файла данных, а также избыточность файловой структуры в памяти ЭВМ (2 FAT на флоппи). Информационная избыточность уменьшает:
поток отказов системы, так как не все отказы элементов становятся отказами системы; если последствия отказа элемента удается устранить за счет информационной избыточности, то он не считается отказом системы (контроль ошибок в ЗУ);
время восстановления за счет уменьшения объема работ, обесцененных отказом; при этом уменьшается время, затрачиваемое на повторение обесцененной части работ, и увеличивается полезная наработка;
время восстановления за счет сокращения времени обнаружения и поиска неисправности.
5. Алгоритмическое резервирование -базируется на параллельной обработке информации алгоритмом минимальной сложности. Оно используется во взаимодействии с другими видами резервирования и в ряде случаев является необходимым условием их реализации (корректирующие коды).
Источник: stydopedia.ru