3.4 Методи, що підтверджують виконання норм надійності
Існують декілька методів, які підтверджують задані в технічних умовах значення показників (норм) надійності.
Основними з них є такі:
1. Контрольні випробування на надійність;
2. Моделювання відмов на спеціальних стендах;
3. Ймовірнісне моделювання на ЕОМ;
4. Контрольні розрахунки надійності.
Основним методом, що підтверджує норми надійності, є метод контрольних випробувань.
Перед початком випробувань об'єкти повинні пройти припрацювання (технологічний прогін). При цьому в технічних умовах на об'єкт повинна бути програма випробувань на надійність, яка включає:
а) план випробувань;
б) вимоги до засобів випробувань;
в) спосіб обробки експериментальних даних і оформлення результатів випробувань.
У плані повинні міститися правила, які встановлюють об'єм вибірки, порядок проведення випробувань і критерії їх припинення.
Моделювання і контрольні розрахунки застосовуються в основному тоді, коли об'єкти не можуть піддаватися контрольним випробуванням. Для здійснення моделювання необхідно знати ймовірнісні характеристики напіввипадкових процесів зміни властивостей елементів ТЗ. Вони можуть бути отримані або при випробуваннях окремих деталей, або за даними експлуатації.
Контрольні розрахунки надійності зазвичай проводяться для унікальних об'єктів. Для цього за основу розрахунку беруть ПН аналогічних елементів ТЗ і при необхідності екстраполюють ці показники.
Ймовірнісне моделювання на ЕОМ проводиться у разі, коли контрольні розрахунки виходять дуже громіздкими або за рахунок допущень сильно спотворюють дійсність.
Існує також ще один метод підтвердження виконання норм надійності, а саме, метод прискорених випробувань на надійність.
Розрізняють два види прискорених випробувань: у нормальних і форсованих режимах.
У нормальних режимах складова навантажень відповідає технічним умовам для безперервних режимів роботи.
У форсованих режимах деякі види дій перевищують граничні значення, що задані в технічних умовах. Проте при цьому необхідно виявити вплив навантажень на фізичні процеси, що наближені до відмов і чітко оговорити допустимі межі навантажень. Крім того, при обґрунтуванні форсованих режимів випробувань необхідно скласти методику перерахунку ПН, отриманих при прискорених випробуваннях, на нормальні умови. При цьому найчастіше використовується коефіцієнт подібності KП, який дорівнює відношенню середнього напрацювання за реальних умов і середнього напрацювання в форсованому режимі.
Тривалість випробувань у форсованому режимі може бути визначена з виразу:
, (3.20)
де tp – заданий інтервал напрацювання ТЗ в реальних умовах;
КП – коефіцієнт подібності форсованих випробувань.
3.5 Складання логічних схем для розрахунку надійності
Розрахунок надійності ТЗ зазвичай проводиться у декілька етапів.
Перший етап полягає в описі роботи системи. На цьому етапі визначається зміст терміна «безвідмовна робота технічного засобу» (БРТЗ) і складається перелік властивостей справного ТЗ і розділення її на елементи.
На другому етапі проводиться класифікація відмов елементів і ТЗ. Оцінюється вплив відмови кожного елемента ТЗ на роботоздатність ТЗ в цілому.
Третій етап є основним етапом, на якому складається структурна (логічна) модель БР ТЗ.
На цьому етапі зазвичай виділяються підсистеми (блоки), в яких при відмові хоча б одного елемента відмовляє весь блок. Для кожного блока проводитися розрахунок надійності. Далі кожен блок нумерується і позначається буквою. Потім перераховуються комбінації блоків, які забезпечують БР технічного засобу і, нарешті, складається логічна схема для розрахунку загальної (комбінованої) надійності ТЗ. Часто вона називається ще розрахунково-логічною схемою. Ця схема характеризує стан (роботоздатний або нероботоздатний) ТЗ залежно від стану окремих елементів (блоків).
У розрахунково-логічних схемах зазвичай застосовують три способи з'єднань елементів (чи блоків).
1. Послідовне (основне) з'єднання відповідає випадку, коли при відмові одного елемента відмовляє весь ТЗ в цілому (рис. 3.8).
Рисунок 3.8 - Послідовне (основне) з'єднання елементів ТЗ
Напрацювання до відмови ТЗ в цьому випадку дорівнює напрацюванню до відмови того елемента, у якого вона виявилася мінімальною:
j = 1, 2, …, n, (3.21)
де n – число елементів ТЗ.
Функція надійності ТЗ при такому з'єднанні визначається за формулою:
, (3.22)
де 
– функція надійності j-того елемента.
У зв'язку з цим інтенсивність відмов ТЗ, що складається з n елементів дорівнює:
, при 
=const. (3.23)
Відповідно середнє напрацювання ТЗ до відмови обчислюється за формулою:
, (3.24)
де 
– середнє напрацювання до відмови j-го елемента.
У загальному випадку з врахуванням рівняння (1.61) вираз (3.22) може бути переписаний у вигляді:
. (3.25)
У окремому випадку, при експоненційному розподілі вірогідності БР елементів ТЗ (λ = const), маємо
,
де 
і 
визначаються згідно з (3.23) і (3.24).
Якщо всі елементи ТЗ рівнонадійні, то:
, (3.26)
де nj – число елементів j-типу;
r – число типів елементів.
При розрахунку вірогідності БР високонадійних ТЗ добуток 
, а 
близька до одиниці. Розклавши 
у ряд і обмежившись першими двома його членами, можна з високим ступенем точності визначити вірогідність 
. В цьому випадку основні ПН для ТЗ з послідовним з'єднанням елементів можна визначати за такими наближеними формулами:
. (3.27)
Вирази (3.27) використовують у випадку, якщо P(t)≥0,9 або навпаки, коли λ·t ≤ 0,1.
При значеннях вірогідності БР, близьких до одиниці, можна використовувати ще ряд наближених формул:
. (3.28)
При рівнонадійних елементах ТЗ маємо:
або 
. (3.29)
Приклад 3.5
Вірогідність БР ТЗ протягом часу t дорівнює 
= 0,95. ТЗ складається з n=120 рівнонадійних елементів.
Визначіть вірогідність БР елементів ТЗ.
Розв’язування:
Оскільки значення близьке до одиниці, то вірогідність БР складових елементів ТЗ 
визначимо за формулою (3.29):
.
2. Паралельно навантажене з'єднання відповідає випадку, коли ТЗ зберігає роботоздатність, до тих пір, поки роботоздатний хоча б один з n включених в роботу елементів (рис. 3.9).
Рисунок 3.9 – Паралельне навантажене з'єднання
Напрацювання до відмови такого ТЗ дорівнює максимальному із значень напрацювань до відмови елементів:
j = 1, 2, …, n. (3.30)
Функція ненадійності ТЗ при такому з'єднанні елементів має вигляд:
, (3.31)
де Qj(t) – функція ненадійності j-го елемента.
Оскільки 
, то:
. (3.32)
3. Паралельне ненавантажене з'єднання відповідає випадку коли при відмові основного елемента ТЗ включається в роботу черговий резервний елемент, що зберігає його роботоздатність (рис. 3.10).
Напрацювання до відмови в такому ТЗ дорівнює сумі напрацювань до відмов елементів:
j = 1, 2, …, n . (3.33)
При паралельному ненавантаженому логічному з'єднанні функція надійності при однаково надійних K елементах дорівнює:
, (3.34)
де λ – інтенсивність відмов j-го елемента.
Рисунок 3.10 – Паралельне ненавантажене з'єднання
При складанні логічної схеми необхідно проводити аналіз наслідків, до яких призводить відмова елемента. Особливо це необхідно проводити, якщо є декілька однакових елементів.
Наприклад, працюють два генератори потужністю W кожен. Тут можливі декілька випадків розрахунку надійності:
1) обов'язково потрібна потужність, що дорівнює 2W. В цьому випадку генератори на логічній схемі з'єднуються послідовно;
2) при відмові одного генератора відключаються маловажливі об'єкти, і навантаження на роботоздатному генераторі дорівнюватиме P. Отже, тут генератори з'єднуються паралельно.
При розрахунку надійності в число елементів необхідно включати електричні з'єднання паянням, зваркою, стисненням, а також інші види з'єднань, наприклад, штепсельні роз'єми. На такі електричні з'єднання припадає від 10 до 50 % всіх відмов.
