Виды испытаний на надежность

Тема 4. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ АСУ ТП И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ

В предыдущих разделах рассматривались расчетные методы определения показателей надежности функции АСУ ТП, локальных систем, основанные на вычислении этих показателей по данным о надежности составных частей, схемы их со­единения, данных о влиянии внешней среды на надежность и др. Эти методы, широко применяемые на этапах разработки систем, должны быть дополнены экспериментальными методами, основанными на использовании статистиче­ских данных, получаемых при испытаниях систем на надежность.

В зависимости от цели проведения испытания на надежность делят на оп­ределительные (исследовательские) и контрольные.

Цель определительных испытаний — нахождение фактических значений показателей надежности и при необходимости параметров законов распреде­ления таких случайных величин, как время безотказной работы, наработка между отказами, время восстановления и др.

Цель контрольных испытаний — проверка соответствия фактических зна­чений показателей надежности требованиям стандартов, технических заданий и технических условий, т. е. принятие решения типа «да — нет» о соответст­вии или несоответствии надежности системы предъявляемым требованиям (не говоря более конкретно о том, чему равно значение показателя надежно­сти).

Кроме оценки показателей надежности, целями испытаний обычно явля­ются: изучение причин и закономерностей возникновения отказов; выявление конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, влияющих на надежность; выявление наименее надежных элементов, узлов, блоков, тех­нических средств; разработка мероприятий и рекомендаций по повышению надежности; уточнение продолжительности и объема технического обслужи­вания, количества запасных частей и др.

Испытания надежности можно проводить в лабораторных (стендовых) и эксплуатационных условиях. Испытаниям надежности в лабораторных усло­виях (лабораторные) обычно подвергаются технические средства и некото­рые локальные системы. Эти испытания обычно выполняют на заводах-изготовителях или в организациях-разработчиках технических средств, они могут быть как определительными, так и контрольными. При лабораторных испытаниях можно имитировать воздействия внешней среды на систему, в первую очередь условия эксплуатации. Для этого служат специальные уста­новки: термокамеры для изменения температуры, барокамеры для изменения давления, вибростенды для создания вибраций и т. д.

Лабораторные испытания могут проходить при тех же воздействиях (тем­пературе, влажности, вибрации и т. д.) и режимах работы, которые обычно имеют место при эксплуатации. Иногда с целью быстрейшего получения по­казателей надежности устанавливают более тяжелые, форсированные усло­вия и режимы работы по сравнению с эксплуатационными. Такие испытания называют ускоренными.

Ускорение испытаний возможно, если при форсировании не искажается процесс естественного старения и износа, протекающий при нормальном ре­жиме, если распределения изменений выходного параметра испытываемого изделия при нормальном и форсированном режимах аналогичны, а также близко разделение отказов по их причинам. Ускоряющими факторами могут быть механические воздействия, температура, электрическая нагрузка и др. Ускоренные испытания обычно проводятся для серийных технических средств и их элементов, выпускаемых в течение длительного времени по стабильной технологии.

Испытания надежности в условиях эксплуатации заключаются в сборе и обработке информации о поведении АСУ ТП и их элементов и о воздействии внешней среды при опытной и (или) промышленной эксплуатации АСУ ТП совместно с действующим технологическим объектом управления. Эти испы­тания обычно являются определительными. Отметим, что для АСУ ТП в це­лом, ряда функций и для некоторых технических средств, например импульс­ных линий с арматурой и первичными отборными устройствами, соедини­тельных линий с клеммными переходами, испытания в условиях эксплуата­ции являются практически единственным способом экспериментального оп­ределения показателей надежности.

Оба вида испытаний – эксплуатационные и лабораторные – дополняют друг друга. Так, преимуществами эксплуатационных испытаний на надеж­ность по сравнению с лабораторными являются: естественный учет влияния воздействий внешней среды, например температуры, вибрации, квалифика­ции оперативного и ремонтного персонала и др.; низкая стоимость испытаний, так как их проведение не требует ни дополнительных затрат на оборудо­вание, имитирующее условия эксплуатации, на обслуживание испытываемых изделий, ни расхода их ресурса; наличие большого числа однотипных образ­цов испытываемых локальных систем и средств, часто имеющихся на одном объекте, что позволяет в сравнительно короткие сроки получить статистиче­ски достоверную информацию.

Недостатками эксплуатационных испытаний по сравнению с лабораторными являются: невозможность проводить активный эксперимент, изменяя по желанию экспериментатора параметры внешней среды АСУ ТП (вследствие чего эти испытания часто называют наблюдениями или подконтрольной эксплуатацией); ниже достоверность информации; меньше оперативность информации, так как начало ее получения может иметь место только после изготовления всех технических средств, монтажа и наладки АСУ ТП.

Исходной информацией для статистического исследования, на основании которого должны быть сделаны выводы о показателях надежности, служат результаты наблюдений. Однако эти результаты могут быть разными для од­них и тех же систем в зависимости от того, каким образом они были получе­ны. Например, можно поставить на исследование одну восстанавливаемую систему и испытывать ее до получения п-го отказа, регистрируя наработки между отказами. Результатами испытаний в этом случае будут наработки t₁,..., t_n. Можно поставить d таких же систем, но испытывать их не восстанав­ливая, пока не откажут п<d из них. В этом случае результатами наблюдений будут также наработки t₁,..., t_n, однако оценки для определения характеристи­ки случайной величины по результатам испытаний будут иметь другой вид.

Поэтому перед началом испытаний необходимо выработать правило, со­гласно которому следует проводить испытания. Выработку такого правила будем называть планированием испытаний. Выбор плана диктуется целями поставленных испытаний.

Поскольку проведение испытаний на надежность (особенно лабораторных) связано со значительными затратами средств, то планирование испытаний включает в себя определение объема выборки и критериев завершения испы­таний исходя из заданной точности и достоверности их результатов. Форми­руют выборку таким образом, чтобы результаты ее испытаний могли быть распространены на совокупность систем или средств. Например, при лабора­торных испытаниях на заводе-изготовителе образцы для испытаний выбира­ют из числа принятых отделом технического контроля и прошедших прира­ботку; для формирования выборки используют таблицу случайных чисел.

Испытания следует проводить для тех же условий эксплуатации, при кото­рых в технической документации установлены показатели надежности.

Во время испытаний проводятся техническое обслуживание, периодиче­ские проверки функционирования, измерение параметров, определяющих от­казы.

Отметим, что кроме расчетных и экспериментальных методов оценки по­казателей надежности имеют место и расчетно-экспериментальные методы. Такие методы применяют, если по техническим, экономическим и организа­ционным причинам невозможно или нецелесообразно применять экспери­ментальные методы, например для систем, которые нельзя испытывать в пол­ном объеме. Расчетно-экспериментальные методы рекомендуется применять тогда, когда это позволяет существенно сократить необходимый объем ин­формации (например, при расчетной оценке показателей надежности функ­ций АСУ ТП по экспериментальным данным о надежности технических средств, участвующих в реализации этой функции).