Перечень мер, позволяющих повысить надежность машины технической системы

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 15Следующая ⇒

Рассмотренные в предыдущих разделах курса вопросы позволяют выделить основные направления работ по повышению надежности ТС.

При этом можно выделить четыре группы мероприятий по повышению надежности ТС при их проектировании:

- системные;

- структурные (схемные);

- конструктивные;

- эксплуатационные.

К системным методам относятся организационно-экономические мероприятия по стимулированию повышения надежности и ряд технических мероприятий.

Одним из путей стимулирования повышения надежности является включение в стоимость ТС затрат на гарантийные ремонт и обслуживание. При этом разработчик учитывает, что при повышении надежности уменьшаются затраты на гарантийный ремонт и обслуживание, т.е. прибыль становится наибольшей при определенном значении показателя надежности, превышающем максимальна допустимый уровень. В этом случае разработчики и изготовители ТС стремятся узнать этот уровень и достигнуть его. Следовательно, стимулируются точные оценки надежности и ее повышение. Другим путем стимулирования повышения надежности является планирование расходов на весь срок службы проектируемой ТС.

Технические мероприятия по оформлению показателей надежности проектируемых ТС необходимы при любой системе взаимоотношений заказчика и разработчика. К техническим мероприятиям относятся учет внешних воздействий на проектируемые технические средства:

а) рабочие (тяжелый ударно-вибрационный режим, температурный режим, агрессивная химическая среда, ядерная реакция);

б) климатические (температура, влажность, примеси в воздухе);

в) биологические (грибок или плесень, насекомые, грызуны).

Структурные (схемные) методы объединяют мероприятия по повышению надежности ТС путем совершенствования принципов их построения.

Эти методы отличаются большим разнообразием и интенсивно развиваются. К ним относятся, например, варианты построения ТС, нечувствительных к появлению отказов, за счет введения избыточных аппаратурных и программных средств. При этом могут использоваться и аппаратные (например, резервированные) и программные (например, сравнение результатов избыточных вычислений) средства. В ряде случаев также могут применяться и аппаратно-программные средства обнаружения отказов элементов и восстановления ТС. Более подробно структурные (схемные) методы повышения надежности будут рассмотрены в дальнейшем.

К конструктивным методам относятся мероприятия по созданию или подбору элементов, узлов или блоков ТС, созданию благоприятных режимов-89- работы, принятию мер по облегчению ремонтов и т.д. При этом обычно оказываются более надежными те элементы, узлы или блоки ТС, которые не имеют перемещающихся деталей, тонких обмоток, накаливаемых нитей и прочее.

Время устранения отказа можно существенно уменьшить путем построения ТС по блочно-узловому способу. При этом все ТС разбиваются на отдельные функционально законченные блоки, которые в электронных системах соединяются между собой кабелями, а в механических – связываются кинематически. Блоки в свою очередь разбиваются на функционально законченные узлы, выполняемые в виде легкосъемных конструкций. При таком построении ТС восстановление состоит в замене выведших из строя блоков или узлов, что значительно ускоряет процесс ввода ТС в строй. Осуществление блочно-узловых конструкций тесно связано с унификацией элементов и систем, которая производится на основе отбора наиболее надежных вариантов. При этом не только повышается надежность ТС, но и снижается их стоимость, и упрощается изготовление. В ряде случаев удается создать очень сложные системы из элементов всего двух-трех типов.

Планирование эксплуатационных мероприятий на стадии проектирования ТС состоит в разработке системы эксплуатационного обеспечения. Проектирование ТС при этом должно осуществляться в соответствии с номенклатурой работ по техническому обслуживанию. Например, для планирования периодического регулирования определяющих параметров ТС необходимо предусмотреть возможность контроля и прогнозирования значений этих параметров и т.д.

Как уже указывалось, структурные (схемные) и конструктивные методы повышения надежности безусловно являются основными для обеспечения соответствующего уровня надежности разрабатываемых ТС. Рассматривая эти методы необходимо подчеркнуть следующее.

В первую очередь надежность ТС достигается за счет использования высоконадежных элементов. Внедрение полупроводниковых приборов вместо электровакуумных позволило, как известно, повысить надежность технических устройств более чем на порядок, за счет того, что физические процессы в полупроводниковых приборах обеспечивают их функционирование при меньших питающих напряжениях, рассеиваемой мощности и, следовательно, температурах.

Дальнейшим развитием элементной базы явилось создание интегральных микросхем (ИМС). За последние 20–30 лет ИМС развивались бурными темпами и последовательно были созданы интегральные схемы малой, средней и большой (БИС) степени интеграции. В настоящее время создаются сверхбольшие ИМС, содержащие тысячи, десятки тысячи даже сотни тысяч элементов. Так как технология ИМС непрерывно совершенствовалась, то указанное обстоятельство привело к тому, что, несмотря на резкое увеличение числа элементов на одном кристалле, надежность отдельного кристалла оставалась прежней, причем интенсивность отказов схемы, размещенной на кристалле, составляла примерно 10–6–10–8 1/ч.

Дальнейшее развитие элементов автоматики и вычислительной техники будет направлено по пути повышения степени интеграции в ИМС, использования оптических элементов, а также внедрения новых типов печатных плат, в том числе многослойных плат, контактных соединении и т.д.

При проектировании ТС необходимо особое внимание уделять подбору стандартизированных и унифицированных элементов, использование которых значительно повышает надежность, так как эти элементы отработаны наилучшим образом в схемном, конструктивном и технологическом отношении.

Вторым путем повышения надежности является обеспечение оптимальных режимов работы элементов и, прежде всего, электрических режимов. Опыт эксплуатации элементов показывает, что оптимальные значения коэффициента нагрузки, при которых интенсивность внезапных отказов наименьшая, находятся в пределах 0, 2–0, 4. Кроме того, установлено, что при этих же значениях коэффициента нагрузки параметры элементов медленнее отклоняются от номинальных. При этом большое значение имеет выбор коэффициента нагрузки по тепловому, механическому и радиационному режиму. Указанные режимы в большой мере зависят от конструкции устройств, а также от принятых технических решений. Естественно, что это должно учитываться в процессе проектирования.

Одним из наиболее эффективных средств повышения надежности является резервирование, то есть введение избыточности. Опыт использования различных методов резервирования в ТС показывает, что постоянное резервирование может использоваться по отношению к отдельным элементам или схемам. Для сложных ТС обычно применяется резервирование замещением, которое также используется и для отдельных устройств. Часто, например, в САУ и АСУ используются мажоритарное резервирование и самокорректирующие коды.

Временное резервирование широко применяется в средствах вычислительной техники. Его конкретная реализация, например, осуществляется способом двойного – тройного счета. Например, определенная задача решается дважды, и сравниваются полученные результаты. Совпадение результатов означает, что отказы и сбои отсутствуют и можно переходить к решению следующих задач. В случае несовпадения результатов, что означает отказ или сбой в работе устройства, необходимо решение повторить. Временное резервирование используется также при тестовом контроле, то есть периодическом решении специальных задач с известными ответами. Очевидно, что в этом случае на основании сравнения полученного результата с известным, можно судить о работоспособности устройства. Причем, чем больше времени выделяется на тестовый контроль и чем чаще он проводится, тем с большей достоверностью можно судить о работоспособности контролируемого устройства.

Одним из специальных методов повышения надежности является использование самонастраивающихся и самоорганизующихся систем.

Особенно важным является принцип самоорганизации. Для его реализации создаются, например, такие САУ и АСУ, которые способны изменять свою структуру в процессе функционирования. Перестройка структуры осуществляется таким образом, чтобы обеспечить с помощью сохранивших работоспособность звеньев системы требуемое качество регулируемого процесса. Это приводит к необходимости учета при проектировании систем влияния параметров отдельных звеньев на соответствующие показатели исследуемой системы.

Как уже указывалось, эффективным методом повышения надежности является восстановление отказавших ТС. Здесь основным вопросом является обнаружение факта отказа и поиск отказавших элементов. Такая задача может быть решена с помощью диагностирования ТС, например, при использовании автоматизированных систем контроля, где в качестве основного центрального звена применяется ЭВМ, обеспечивающая проверку большого числа контрольных точек в течение небольшого промежутка времени.

Свои особенности при этом имеет диагностирование устройств вычислительной техники. Здесь широкое применение находят методы диагностирования, основанные на использовании различных логических соотношений, информационного и алгоритмического резерва.

В настоящее время в средствах вычислительной техники все шире используется сигнатурный анализ, который основан на сжатии информации и представлении ее массивов в виде их специальных образов – сигнатур. Анализ сигнатур при обработке различных массивов информации позволяет сделать выводы о работоспособности устройств.

Кроме того, время восстановления существенно сокращается за счет обеспечения доступности всех узлов ТС для осмотра, т.е. определяется ремонтопригодностью разрабатываемых конструкций.

В частности, например, в устройствах вычислительной техники приняты четыре конструктивных уровня:

- ИМС и радиоэлементы;

- типовые элементы замены (ТЭЗ), представляющие собой печатные (платы с размещенными на них ИМС;

- рамы, в которых размещаются ТЭЗ;

- шкафы, в которых крепятся рамы.

При такой конструкции устройства замена отказавших элементов осуществляется путем замены ТЭЗ, а отказавшие ТЭЗ поступают в ремонт.

Большое значение для обеспечения надежности, как уже неоднократно указывалось, имеет качество изготовления ТС, которое определяется технологической дисциплиной, организацией контроля на всех стадиях проектирования, производства, проведения испытаний и качеством комплектующих и материалов. Здесь также имеет большое значение качество эксплуатации, принятая система технического обслуживания, обеспечение комплектами ЗИП и его пополнение, подготовленность обслуживающего персонала и ряд других факторов.

Анализ надежности ТС показывает, что примерно 40–45% всех отказов возникает в аппаратуре из-за ошибок на этапе проектирования, 20% – от ошибок, допущенных при производстве, 30% – от неправильной эксплуатации, 5–10% – от естественного износа и старения.

Таким образом, как видно из изложенного материала, существует достаточно большое количество направлений повышения надежности ТС и их составных частей.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒