Виды отказов

Основные понятия теории надежности

Надежность – это свойство объекта сохранять свои выход­ные характеристики в определенных пределах при данных условиях эксплуатации.

Работоспособным, называется такое состояние системы (элемента), при котором значения пара­метров, характеризующих способность системы выполнять за­данные функции, находятся в пределах, установленных норма­тивно-технической или конструкторской документацией.

Неработоспособным, называется состояние системы, при котором значение хотя бы одного параметра, характери­зующего способность выполнять заданные функции, не нахо­дится в пределах, установленных указанной документацией.

Например, система измерения температуры является неработо­способной, если основной параметр, характеризующий качество ее функционирования — погрешность измерения, превышает заданную величину.

Исправ­ное состояние – это такое состояние, при котором система соответствует всем требованиям нор­мативно-технической и конструкторской документации.

Не­исправное – при котором имеется хотя бы одно несоответствие требованиям.

Отличие между исправным и работоспособным состояниями заключается в следующем. Работоспособная система удовлет­воряет только тем требованиям, которые существенны для функционирования, и может не удовлетворять прочим требо­ваниям (например, по сохранности внешнего вида элементов). Система, находящаяся в исправном состоянии, заведомо рабо­тоспособна.

Предельное состояние – это состояние, при котором дальней­шее применение системы по назначению недопустимо или не­целесообразно. После попадания в предельное состояние может следовать ремонт (капитальный или сред­ний), в результате чего восстанавливается исправное состоя­ние, или же система окончательно прекращает использоваться по назначению.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности системы, т. е. в переходе ее из работоспособного в неработо­способное состояние.

Повреждением – событие, заключаю­щееся в переходе системы из исправного в неисправное но работоспособное состояние.

Восстановлением называется событие, заключающееся в пе­реходе системы из неработоспособного в работоспособное со­стояние.

К невосстанавливаемым относят систе­мы, восстановление которых непосредственно после отказа счи­тается нецелесообразным или невозможным, а к восстанавли­ваемым – в которых проводится восстановление непосредственно после отказа.

Одна и та же система в различных условиях применения может быть отнесена к невосстанавливаемым (например, если она расположена в необслуживаемом помещении, куда запре­щен доступ персонала во время работы технологического агре­гата) и к восстанавливаемым, если персонал сразу же после отказа может начать восстановление. Само понятие «восста­новление» следует понимать не только как корректировку, на­стройку, пайку или иные ремонтные операции по отношению к тем или иным техническим средствам, но и как замену этих средств.

В принципе подавляющее большинство систем, применяе­мых для автоматизации технологических процессов, подлежит восстановлению после отказа, после чего они вновь продолжа­ют работу. То же относится к большей части технических средств; к числу невосстанавливаемых можно отнести только такие их элементы, как интегральные схемы, резисторы, кон­денсаторы и т. п.

Виды отказов

Отказы можно различать по нескольким признакам.

По характеру устранения различают окончательные (устойчивые) и перемежающиеся (то возникающие, то исчезающие) отказы. Отказ объекта — событие, заключающееся в том, что объект либо полностью, либо частично теряет свойство работоспо­собности. При полной потере работоспособности возникает полный отказ, при частичной — частичный отказ. Понятия полно­го и частичного отказов каждый раз должны быть четко сформулированы перед анализом надежности, поскольку от этого зависит количественная оценка надежности. Требования к надежности изделия, а также количественная оценка надежности без указания признаков отказа не имеют смысла.

Отказы могут быть внезапными и постепенными. Эти отказы различны по природе возникновения.

Внезапному отказу может не предшествовать постепенное на­копление повреждений, и он возникает внезапно. Технология изго­товления современных элементов аппаратуры столь сложна, что не всегда удается проследить за скрытыми дефектами производст­ва, которые должны выявляться на стадии тренировки и прира­ботки аппаратуры. В результате в сферу эксплуатации могут про­никать следующие дефектные элементы: резистор с недостаточно прочным креплением токоотвода; полупроводниковый прибор, у которого толщина промежуточной области недостаточна; полупро­водниковый прибор, у которого на поверхности полупроводнико­вого материала застряла токопроводящая микрочастица; токопроводящий слой печатного монтажа, у которого толщина либо чрез­мерно малая, либо чрезмерно большая; интегральная схема, у которой соединение вывода с печатным монтажом недостаточно врочное, и т. д. В процессе эксплуатации случайно могут создать­ся условия, при которых скрытый дефект приводит к отказу изде­лия (пиковые нагрузки, тряска и вибрация, температурный скачок, помехи и т. д.). Но неблагоприятного сочетания неблагоприятных ^факторов может и не быть, тогда не будет и внезапного отказа. При большом уровне случайных неблагоприятных воздействий внезапный отказ может произойти даже при отсутствии скрытых дефектов.

Постепенный отказ возникает в результате постепенного накоп­ления повреждений, главным образом вследствие износа и старе­ния материалов.

Выделять внезапные и постепенные отказы необходимо, пото­му что закономерности, которым они подчиняются, различны. Раз­личными поэтому должны быть и способы борьбы с этими отказа­ми. Для уменьшения числа внезапных отказов может быть реко­мендована предварительная тренировка и приработка изделий с целью выявления скрытых дефектов производства, а также вве­дение защиты от неблагоприятных воздействий типа помех, пере­грузок, вибраций и т. п. Уменьшению числа постепенных отказов может содействовать своевременная замена сменных блоков, вы­работавших технический ресурс.

Отказ может быть кратковременным самоустраняющимся. В этом случае он называется сбоем. Характерный признак сбоя — то, что восстановление работоспособности после его возникновения не требует ремонта аппаратуры. Причиной сбоя может быть либо кратковременный отказ аппаратуры (например, залипание контак­та), либо кратковременно действующая помеха, либо дефекты про­граммы, приводящие к неблагоприятным временным характеристи­кам работы аппаратуры. Опасность сбоев заключается в том, что их трудно и часто даже невозможно обнаружить в процессе рабо­ты аппаратуры, но они могут исказить информацию настолько, что приведут к отказу выполнения заданной функции.

Отказы в АСУ целесообразно подразделять на аппаратурные и программные.

Аппаратурным отказом принято считать событие, при котором изделие утрачивает работоспособность и для его восстановления требуется проведение ремонта аппаратуры или замена отказавше­го изделия на исправное.

Программным отказом считается событие, при котором объект утрачивает работоспособность по причине несовершенства программы (несовершенство алгоритма решения задачи, отсутствие про­граммной защиты от сбоев, отсутствие программного контроля за состоянием изделия, ошибки в представлении программы на физическом носителе и т. д.). Программный отказ устраняется путем исправления программы.

Для объектов ответственного назначения целесообразно выделять в отдельную группу отказы, которые могут приводить к катастрофическим последствиям (гибели людей и т. д.). В заданиях по надежности необходимо выделять в отдельную группу требования по обеспечению безопасности.