CC BY
53
Дедков В.К. ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ - ОСНОВА КОСВЕННЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНИВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Понятие измерительного преобразования с физической точки зрения означает, что измеряемая величина не может быть определена сама по себе, а может быть воспринята только вместе с тем физическим процессом, в котором она проявляется. Модели косвенного измерения надежности по сути дела являются измерительными преобразованиями, обеспечивающими оценивание показателей надежности на основе уравнений связи, между показателями надежности и комплексом условий применения объекта по назначению.
Центральное место в проблеме изучения и оценивания надежности занимает понятие отказа.
Изучение любого явления, события или физического объекта предполагает построение модели (в том числе - мысленной) этого объекта (явления, события) и рассмотрение с помощью модели характерных особенностей этого объекта и его связей с моделями других объектов (событий, явлений). В зависимости от целей исследования любому событию или объекту может быть поставлено в соответствие некоторое множество моделей, адекватных рассматриваемому предмету.
Отказ, как событие, заключающееся в потере техническим объектом работоспособности, может описываться различными моделями.
Например, при изучении закономерностей распределения отказов технических объектов во времени достаточно каждому отказу приписать лишь одну характеристику - длительность времени работы объекта до наступления отказа, т.е. время безотказной работы.
При изучении причин возникновения отказов технических объектов модель отказа должна содержать описание технических качеств объекта, описание зависимостей между различными свойствами, влияющими на выходной показатель качества, потеря которого (или выход за допуск) рассматривается как потеря объектом его функций, т.е. отказ. Описание модели отказа должно включать также эксплуатационные условия, влияющие на появление отказа.
Когда модель отказа описывается только временной характеристикой - временем безотказной работы, - то само явление отказа, сколь бы сложным оно ни было, не рассматривается. В этом случае отказ, будь он простым или сложным, рассматривается как событие, связанное с потерей объектом работоспособности. Все отказы в этой модели «обезличены» в смысле их физических особенностей. Модель отказа в этом случае содержит лишь важнейшую для анализа закономерностей возникновения отказов характеристику - время появления отказа от начала работы объекта.
Отсюда следует, что основным и единственным показателем качества объекта, называемого надежностью, является время его безотказной работы.
Наступление отказа как события не всегда может быть истолковано однозначно. Существуют отказы, которые «по договоренности», т.е. условно, могут трактоваться как переход объекта в неработоспособное состояние. Так, например, выход некоторого параметра за установленный техническими условиями допуск называется отказом. Однако не во всех случаях при выходе параметра за допуск объект теряет свою работоспособность, в смысле потери выполнения возложенных на него функций. Поэтому такой отказ можно назвать условным, т.е. оговоренным техническими условиями.
Для четкого определения области работоспособного и неработоспособного состояния технического объекта вводится понятие критерия отказа.
Критерием отказа называется условие (или условия) при котором объект теряет свою работоспособность. По сути дела, критерии отказа, выраженные в аналитической форме, служат моделями отказов и используются при исследовании закономерностей их возникновения и косвенном оценивании показателей надежности технических объектов.
Критерий отказа выражает условия достижения объектом предельного состояния. На основе критериев отказов определяются показатели, т.е. числовые характеристики надежности. Критерии надежности во многих случаях являются моделями, используемыми для определения показателей надежности.
Как известно, каждый исследуемый объект обладает определенными свойствами, обусловливающими его качество [2].
Качество это свойство или совокупность свойств объекта, обусловливающих его пригодность для использования по назначению [2].
Каждое из свойств объекта может быть описано количественно с помощью некоторой переменной, значение которой характеризует меру его качества относительно этого свойства.
Эту меру называют показателем свойства или единичным, частным показателем качества объекта.
Оценка качества - это числовая характеристика показателя качества.
Показатель качества системы - это вектор, компоненты которого суть показатели ее отдельных свойств, представляющих собой частные единичные показатели качества системы. Размерность этого вектора определяется числом существенных свойств, необходимых системе для достижения требуемых результатов операции.
Требуемое качество системы задается условиями, которым должны удовлетворять возможные значения показателей его существенных свойств.
Эти условия называются критериями оценивания качества системы, а проверка их выполнения называется оцениванием качества системы.
Критерий оценивания качества - это руководящее правило, условие (или совокупность условий), вытекающее из принятых концепций и принципов оценивания. Эти правила реализуются при принятии того или иного решения о качестве системы [2].
Зависимость, представляющая собой функциональное измерительное преобразование измеряемой величины, т.е. обеспечивающая определение измеряемой величины по значению другой величины, функционально с ней связанной, положенная в основу измерения показателя качества, называется уравнением измерения.
Таким образом, информационно-измерительный аспект играет роль системообразующего фактора,
определяющего способ измерения показателя надежности и сущность модели (или зависимости), положенной в основу измерения.
В зависимости от выбранного типа функционального преобразования измеряемой величины показателя качества способы его измерения могут существенно отличаться один от другого.
Различают следующие способы измерений: прямые, косвенные, совокупные и совместные.
По способу измерения показателей надежности все зависимости, представляющие собой функциональные измерительные преобразования, и называемые в дальнейшем моделями надежности или моделями отказов, будем делить на два класса: модели прямого и модели косвенного измерения
надежности [3].
Прямым измерением показателя надежности будем называть измерение, реализующее следующее уравнение
Р *(/>/) = 1 - с/и(/) (12)
где Р* (£ >() - измеряемая величина показателя надежности или статистическая оценка вероятности безотказной работы,
т^) - величина, отсчитываемая в эксперименте - число отказавших объектов, поставленных на
испытания (число отказов),
с=1^ - цена деления шкалы. Чем больше выборка испытываемых объектов, тем меньше единица измерения показателя надежности и тем точнее может быть измерен сам показатель надежности.
N - число испытываемых объектов.
Их приведенных выражений видно, что цена деления шкалы измеряемой величины - статистической оценки вероятности неотказа, - зависит от условий опыта и формируется на основе объема выборки испытываемых технических объектов. Единицы измерения показателя надежности вне условий испытания просто не существует.
Уравнениями косвенного измерения показателей надежности называются функциональные измерительные преобразования, представляющие измеряемую величину Р* (I >о в виде явной функции одного или нескольких аргументов:
р* (?>?)= , (13)
где х,и,у - измеряемые переменные (аргументы), а,Ь^ - параметры.
Как отмечалось выше свойство технического объекта, называемое надежностью, неразрывно связано с понятием отказа. Измерительное преобразование (12) называется прямым, т.к. в опыте, реализующем это преобразование, производится прямой счет числа отказов, определяющих величину измеряемого показателя надежности. Поэтому такое измерение названо прямым [3]. При оценивании показателя надежности с использованием уравнения (13) в эксперименте измеряются некоторые переменные, являющиеся аргументами логической функции, стоящей в левой части выражения (13). Само явление отказа при этом не воспроизводится, а вероятность его появления определяется косвенно по измеренным значениям аргументов, связанным отношениями (13) с измеряемой величиной показателя надежности.
Такое измерение названо косвенным [3].
Следует отметить принципиальное отличие показателей надежности полученных прямым измерением от показателей, полученных косвенно.
Показатели надежности, полученные прямым измерением, дают оценку вероятности события связанного с потерей работоспособности независимо от физической природы этого события. Показатели надежности, полученные косвенным измерением, дают оценку вероятности события, связанного с физической природой потери объектом работоспособности.
Таким образом, основой косвенных методов измерения показателей надежности являются функционально измерительные преобразования измеряемой величины, обеспечивающие определение измеряемой величины показателя надежности по значениям других физических величин, функционально с ней связанными.
Литература
1. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. - Л.: Энергия, 1968.
2. Петухов Г.Б. Основы теории эффективности целенаправленных процессов. Часть I. Методология, методы, модели. - Л.: МО СССР, 1980.
3. Дедков В.К. Прогнозирование надежности. // Сборник трудов СИП РИА №6. - 1998. - С 30-36.
4. Иоффе А.Я., Марков В.М., Петухов Г.Б., Юсупов Р.М. Вероятностные методы в прикладной кибернетике. Вып. №3. Л.: МО СССР, 1976.
