понятие надежности сети, Работоспособности, отказа

понятие надежности сети, Работоспособности, отказа

Основные понятия надежности

Термины и определения, используемые в теории надежности, регламентированы ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Термины и определения».

Системы ТК с позиций теории надежности представляют собой сложные динамические системы, т.е. совокупность технических устройств или элементов, взаимодействующих в процессе выполнения производственных задач на основе определенной функциональной взаимосвязи. Характерная особенность СТК, как сложных динамических систем, состоит в рассредаточенности их оборудования и аппаратуры на больших территориях.

В теории надежности важным понятием является объект.

Объект - техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.

Объектами могут быть различные системы их аппаратура и оборудование, устройства, узлы, блоки и элементы.

Система - совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.

Элемент системы – объект, представляющий собой простейшую часть системы, отдельные части которого не представляют самостоятельного интереса в рамках конкретного рассмотрения.

Понятия «системы» и «элемента» 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 и даже от технических, и научных наклонностей исследователя.

Надежностью называется свойство обеспечивать при заданных условиях эксплуатации передачу информации между абонентами с сохранением во времени параметров каналов и трактов в пределах, установленных нормативно-технической документацией (НТД). Надежность охватывает все стороны технической эксплуатации системы передачи и системы телекоммуникации, а также их элементов и определяет эффективность их функционирования.

Надежность элемента – это свойство выполнять им заданные функции при передаче информации с сохранением во времени всех установленных для него параметров, включая и обслуживание элемента в течение периода эксплуатации или заданной наработки.

Надежность СП, СТК и их элементов является комплексным свойством и в зависимости от условий эксплуатации и назначения характеризуется безотказностью, сохраняемостью, ремонтопригодностью и долговечностью

Составляющие надежности

Надежность является комплексным свойством, включающим в себя в зависимости от назначения объекта или условий его эксплуатации ряд простых свойств:

• безотказность;

• долговечность;

• ремонтопригодность;

• сохраняемость.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени.

Наработка - продолжительность или объем работы объекта, измеряемая в любых неубывающих величинах (единица времени, число циклов, единица выработки и др.). Объект может работать непрерывно или с перерывами. Во втором случае учитывается суммарная наработка. В процессе эксплуатации или испытаний различают суточную, месячную наработку, наработку до первого отказа, наработку между отказами, заданную наработку.

Если объект эксплуатируется в различных режимах нагрузки, то, например, наработка в облегченном режиме может быть выделена и учитываться отдельно от наработки при нормальной нагрузке.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.

В зависимости от объекта надежность может определяться всеми перечисленными свойствами или частью их. Например, надежность колеса зубчатой передачи, подшипников определяется их долговечностью, а станка - долговечностью, безотказностью и ремонтопригодностью.

Основные показатели надежности

Показатель надежности – техническая характеристика, количественным образом определяющая одно или несколько свойств, составляющих надежность объекта.

Показатель надежности количественно характеризует, в какой степени данному объекту присущи определенные свойства, обусловливающие надежность. Одни показатели надежности (например, технический ресурс, срок службы) могут иметь размерность, ряд других (например, вероятность безотказной работы, коэффициент готовности) являются безразмерными.

Рассмотрим показатели составляющей надежности - долговечность.

Технический ресурс - наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до наступления предельного состояния или капитального (среднего) ремонта. Строго говоря, технический ресурс может быть регламентирован следующим образом: до среднего, капитального, от капитального до ближайшего среднего ремонта и т. п. Если регламентация отсутствует, то имеется в виду ресурс от начала эксплуатации до достижения предельного состояния после всех видов ремонтов.

Для невосстанавливаемых объектов понятия технического ресурса и наработки до отказа совпадают.

Назначенный ресурс - суммарная наработка объекта, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния.

Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации (в том числе, хранение, ремонт и т.п.) от ее начала или возобновления после капитального или среднего ремонта до наступления предельного состояния.

Под эксплуатацией объекта понимается стадия его существования в распоряжении потребителя при условии применения объекта по назначению, что может чередоваться с хранением, транспортированием, техническим обслуживанием и ремонтом, если это осуществляется потребителем.

Технический ресурс (наработка до отказа)

TP = t₁+ (t₃ - t₂) + (t₅ - t₄) + (t₇ - t₆) + (t₁₀ - t₈)

Назначенный ресурс

TH = t₁ + (t₃ – t₂) + (t₅ – t₄) + (t₇ – t₆) + (t₉ –t₈)

Срок службы объекта ТС = t₁₀.

Для большинства объектов электромеханики в качестве критерия долговечности чаще всего используется технический ресурс.

Надежность объекта характеризуется следующими основными состояниями и событиями.

Основные виды технических состояний

Системы и их элементы могут находится в исправном или в неисправном состоянии.

Исправное состояние (исправность) – вид технического состояния объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической документации (НТД).

Неисправное состояние (неисправность) – вид технического состояния объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований НТД.

Неисправность не означает невозможность выполнения объектом заданных функций.

Аппаратура и оборудование любых систем характеризуется работоспособностью и неработоспособностью.

Работоспособное состояние (работоспособность) – вид технического состояния объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров в пределах, установленных НТД.

Неработоспособное состояние (неработоспособность) - вид технического состояния объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям НТД.

Понятие «исправность» шире, чем понятие «работоспособность». Работоспособный объект в отличие от исправного удовлетворяет лишь тем требования НТД, которые обеспечивают его нормальное функционирование при выполнении поставленных задач.

Работоспособность и неработоспособность в общем случае могут быть полными или частичными.

Полностью работоспособный объект обеспечивает в определенных условиях максимальную эффективность его применения. Эффективность применения в тех же условиях частично работоспособного объекта меньше максимально возможной, но значения ее показателей при этом еще находятся в пределах, установленных для такого функционирования, которое считается нормальным.

Примерами частично работоспособного состояния могут быть:

- состояния при отказе резервного устройства, приводящее к снижению надежности и невозможности переключения на резерв;

- состояние при отказе отдельных коммутационных матриц, приемо-передающих устройств или линейных комплектов, приводящее к снижению, в допустимых пределах, качества обслуживания вызовов.

Работоспособный объект в отличие от исправного обязан удовлетворять лишь тем требованиям нормативной документации, выполнение которых обеспечивает нормальное применение объекта по назначению. При этом он может не удовлетворять, например, эстетическим требованиям, если ухудшение внешнего вида объекта не препятствует его нормальному (эффективному) функционированию.

Очевидно, что работоспособный объект может быть неисправным, однако отклонения от требований нормативной документации при этом не настолько существенны, чтобы нарушалось нормальное функционирование.

Частично неработоспособный объект может функционировать, но уровень эффективности при этом ниже допускаемого.

Примерами частично неработоспособных состояний могут быть (для систем коммутации):

- состояние при отказе управляющего оборудования, приводящее к полному прекращению обслуживания вызовов по отдельным направлениям или видам связи;

- состояние при отказе группы коммутационных блоков, приемо-передающих устройств или линейных комплектов, приводящее к потерям вызовов выше допустимого порога.

Полностью неработоспособный объект применять по назначению невозможно.

Причинами неработоспособных состояний могут быть дефекты при разработке или изготовлении, старение компонент и их связей, недопустимые внешние воздействия на объект, неправильное обращение. Распознавание неработоспособного состояния производиться обычно по диагностическим признакам или параметрам, характеризующим проявление этих причин в неправильных значениях выходных сигналов, ошибках при функционировании и других реакциях объекта на входные воздействия.

Предельное состояние - состояние объекта, при котором его применение по назначению недопустимо или нецелесообразно. Применение (использование) объекта по назначению прекращается в следующих случаях:

§ при неустранимом нарушении безопасности;

§ при неустранимом отклонении величин заданных параметров;

§ при недопустимом увеличении эксплуатационных расходов.

Для некоторых объектов предельное состояние является последним в его функционировании, т.е. объект снимается с эксплуатации, для других - определенной фазой в эксплуатационном графике, требующей проведения ремонтно-восстановительных работ. В связи с этим, объекты могут быть:

• невосстанавливаемые, для которых работоспособность в случае возникновения отказа, не подлежит восстановлению;

• восстанавливаемые, работоспособность которых может быть восстановлена, в том числе и путем замены.

К числу невосстанавливаемых объектов можно отнести, например: полупроводниковые изделия и т.п. Объекты, состоящие из многих элементов, например: коммутационное оборудование, электронная аппаратура, являются восстанавливаемыми, поскольку их отказы связаны с повреждениями одного или немногих элементов, которые могут быть заменены.

В ряде случаев один и тот же объект в зависимости от особенностей, этапов эксплуатации или назначения может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым.

Основные виды технических событий

В процессе эксплуатации оборудование системы коммутации и системы передачи может переходить из исправного состояния в неисправное, из работоспособного в неисправное или неработоспособное. Причинами таких переходов являются повреждения или отказы оборудования и элементов системы.

Повреждение – это событие, заключающееся в нарушении исправности оборудования системы коммутации и системы передачи при сохранении его работоспособности. Повреждение может быть существенным и несущественным. При несвоевременном устранении существенного повреждения оно может привести к нарушению работоспособности. Событие, заключающееся в нарушении работоспособности оборудования системы, каналов и трактов, называется отказом. После наступления отказа элемент оборудования системы не способен выполнять свои функции по передаче сообщений.

Отличительный признак или совокупность признаков, согласно которым устанавливается факт возникновения отказа, называется критерием отказа. Критерии отказов устанавливаются НТД на конкретный элемент системы или параметр канала (тракта). Под отказом канала (тракта) понимается событие, при котором отклонения нормируемых электрических параметров превышают установленные пределы. Под критерием отказа типового канала передачи понимается перерыв (снижение уровня более 18 дБ), продолжительность которого превышает 300 мс.

Классификация отказов

Природа отказов разнообразна и порой не связана с повреждениями технических устройств. Отказы оборудования системы коммутации и системы передачи по характеру изменения параметров каналов и трактов делятся на внезапные и постепенные.

Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких основных параметров оборудования системы или каналов и трактов, определяющих их работоспособность. Внезапный отказ является случайным событием, следствием постепенного накопления неисправностей и повреждений.

Постепенный отказ характеризуется постепенным изменением значений одного или нескольких основных параметров оборудования системы. В процессе эксплуатации оборудования можно установить закономерность изменения параметров (остаточного затухания, мощности шумов и т.д.), ведущих к постепенному отказу, и использовать ее для своевременного предупреждения наступления отказов.

По связи между собой различают отказы:

- независимые, т.е. отказы элемента оборудования системы коммутации и системы передачи, канала или тракта, не обусловленные повреждениями и отказами других элементов;

- зависимые, т.е. отказы элементов оборудования систем, обусловленные повреждениями или отказами других элементов.

По возможности использования объекта при возникновении отказа различают:

- полный отказ – отказ, после возникновения которого использование объекта (элемента, блока, стойки) по назначению возможно, но значения одного или нескольких основных параметров находятся вне допустимых пределов, т.е. работоспособность объекта понижена. В случае простых систем, первичных элементов полный отказ приводит к полной утрате работоспособности.

- частичный отказ – отказ, после возникновения которого оборудование может быть использовано по назначению, но с меньшей эффективностью. Частичные отказы характерны для оборудования системы.

По наличию внешних проявлений различают:

- очевидный отказ – отказ, обнаруживаемый немедленно после его появления без применения дополнительных измерительных приборов и измерений;

- неявный отказ – отказ, который не имеет внешних признаков проявлений и может быть обнаружен только путем измерений и испытаний.

В зависимости от причины возникновения различают:

- конструкционный – отказ, возникающий вследствие ошибок конструктора или несовершенства методов конструирования, нарушений установленных правил и норм проектирования;

- производственный – отказ, обусловленный нарушением или несовершенством технологического процесса изготовления аппаратуры системы или комплектующих его изделий;

- эксплуатационный – отказ, возникающий вследствие нарушения установленных правил эксплуатации или вследствие влияния непредусмотренных внешних воздействий.

Дата добавления: 2015-08-28