ГОСТ Р 27.013-2019 (МЭК 62308:2006). Национальный стандарт Российской Федерации. Надежность в технике. Методы оценки показателей безотказности

7 Процесс управления оценкой безотказности

 

7.1 Цель оценки безотказности

 

7.1.1 Общие положения

Существует много причин для оценки определения безотказности объекта. На рисунке 1 показаны некоторые примеры деятельности, которая требует определения оценки безотказности в качестве входных данных. Например, для расчета необходимых запчастей при эксплуатации объекта необходимо знание интенсивности отказов объекта и допустимого периода простоя.

 

 

Рисунок 1 - Методы, использующие в качестве входных данных

оценку безотказности

 

В таблице 2 приведены стандарты на методы, использующие в качестве входных данных оценку безотказности.

 

Таблица 2

 

Стандарты, устанавливающие методы оценки безотказности

 

Метод	Соответствующий стандарт
Методы анализа надежности. Руководство по методологии	ГОСТ Р 51901.5
FTA	ГОСТ Р 27.302
FMEA	ГОСТ Р 51901.12
RBD	ГОСТ Р 51901.14
Требования	ГОСТ Р 27.003
Анализ проекта	ГОСТ Р МЭК 61160
Моделирование готовности	ГОСТ Р 51901.14
Обеспечение запчастями	ГОСТ Р 53392
План программы технического обслуживания, ориентированного на безотказность	ГОСТ Р МЭК 60300-1
Анализ риска	ГОСТ Р 51901.1
Техническое обслуживание, ориентированное на безотказность	ГОСТ Р 27.606
Надежность программного обеспечения	ГОСТ Р 27.015
LCC	ГОСТ Р 27.202
Оценки безопасности	ГОСТ Р 27.012
Марковские методы	ГОСТ Р МЭК 61165
Функциональная безопасность	ГОСТ Р МЭК 61508-1, ГОСТ Р МЭК 61508-2, ГОСТ Р МЭК 61508-3, ГОСТ Р МЭК 61508-4, ГОСТ Р МЭК 61508-5, ГОСТ Р МЭК 61508-6, ГОСТ Р МЭК 61508-7
Прогнозирование безотказности	[1]

 

Оценка безотказности необходима для выполнения следующих задач:

a) оценка целевого значения показателя безотказности - оценку безотказности используют для того, чтобы оценить вероятность того, что система может достичь целевого значения показателя безотказности (технико-экономическое обоснование);

b) сопоставление конструкций и объектов - при проектировании обычно существуют варианты конструкции. При проведении анализа преимуществ и недостатков этих вариантов важной исходной информацией являются соответствующие оценки безотказности. Эти варианты могут даже повлиять на структуру системы, например, количество и уровень резервирования. Поскольку анализ вариантов системы выполняют на ранних этапах проектирования, оценка показателей безотказности может быть предварительной. Однако она все равно полезна (даже при отсутствии точных значений), так как позволяет сопоставить и ранжировать варианты конструкции;

c) метод идентификации и ранжирования по возможностям улучшения безотказности. Деятельность по улучшению безотказности должна быть направлена на области с самыми высокими возможностями улучшения. Оценка показателя безотказности позволяет определить эти возможности количественно, идентифицируя безотказность различных единиц и прогнозируя значение показателя безотказности после выполнения действий по повышению надежности объекта;

d) логистическое обеспечение - оценка безотказности является ключевым элементом при принятии решения о выборе политики обеспечения запчастями и оценке затрат на выполнение политики гарантийного обслуживания. Она может также быть использована для первоначальной оценки стоимости жизненного цикла объекта;

e) определение периода времени для выявления отказа и типов функционального тестирования при выполнении задач технического обслуживания;

f) оценка безотказности выполнения целевой задачи - задачи могут иметь много этапов с различной конфигурацией оборудования, при первой оценке безотказности для задачи в целом могут быть использованы различные модели безотказности системы.

Важным фактором оценки безотказности является то, на какой стадии жизненного цикла объекта оценивают безотказность. Для оценки безотказности объекта необходимо начать оценивать безотказность на ранних стадиях жизненного цикла объекта и обновлять эти оценки, как только становится доступным больший объем информации, например, по результатам испытаний. Также, если полученная оценка безотказности является неприемлемой, то деятельность по улучшению объекта должна быть начата на возможно более ранних стадиях жизненного цикла объекта, что обеспечивает повышение безотказности. Таким образом, оценка и мониторинг повышения безотказности (см. ГОСТ Р 51901.6) имеют решающее значение для правильного использования оценок безотказности.

Оценку показателей безотказности, как правило, используют:

- для принятия бизнес-решений;

- принятия решений относительно структуры системы;

- принятия решений относительно конструкции оборудования;

- анализа безопасности;

- планирования и мониторинга программы надежности.

7.1.2 Бизнес-решения

Примеры бизнес-решений, в большей степени основанных на результатах оценки безотказности, включают решения относительно гарантийных обязательств, стоимости технического обслуживания и соглашения об участии в прибылях, плановых обновлениях конструкции, обеспечения запчастями, графика технического обслуживания, составления бюджета и обеспечения необходимым персоналом. Применимые меры могут быть выражены в терминах стоимости, таких как сервисная задержка и отмена технического обслуживания или загруженность оператора технического обслуживания.

Так как бизнес-решения часто включают патентную собственность, а также конфиденциальную информацию о затратах, отчеты об оценке безотказности для этих решений необходимо тщательно контролировать и хранить отдельно от результатов для других целей. Кроме того, порядок предоставления этой информации бизнес-партнерам (например, потребителю, поставщику, пользователю) должен быть предметом бизнес-соглашений.

До выбора метода оценки безотказности необходимо рассмотреть несколько критериев, включающих:

- желаемое использование оценки (зачем);

- период жизненного цикла системы для выполнения оценки (когда);

- организацию, которая может наилучшим образом выполнить оценку безотказности (кто);

- объект, для которого необходимо выполнить оценку надежности (что);

- факторы, которые необходимо рассмотреть при выборе соответствующего метода оценки безотказности (как).

7.1.3 Решения относительно структуры системы

Структура системы представляет собой описание структуры высокого уровня в терминах функций системы, выбранной для удовлетворения требований к конструкции системы. Это описание высокого уровня гарантирует, что цели системы понятны всем заинтересованным сторонам, все соответствующие факторы учтены в конструкции, все элементы конструкции определены и понятны на соответствующем уровне, все элементы конструкции оценены правильно, а альтернативные решения рассмотрены.

Примерами решений относительно структуры системы, для которых необходимы результаты оценки, являются следующие:

- создание отказоустойчивой конструкции и встроенного тестирования; например, определение метода, области или частоты тестирования;

- функциональное распределение аппаратных средств высшего уровня и/или программного обеспечения;

- распределение функций между модулями (блок-схемы);

- потребности в резервировании;

- использование средств технического обслуживания для прогнозирования.

7.1.4 Решения относительно конструкции оборудования

Примеры решений относительно конструкции оборудования, которые должны быть основаны на оценках безотказности, включают (но не ограничены):

- конструкцию системы, сопоставление технологий аппаратных средств, например, цифровой процессор, цифровая логическая матрица по сравнению с аналоговой;

- сопоставление альтернативных структурных схем;

- сопоставление использования рабочего цикла или допустимых альтернативных электрических напряжений;

- выбор или устранение некоторых компонентов;

- решение относительно уровня интеграции компонентов (ASIC-прерывание);

- сопоставление технологий упаковки и сборки, например монтаж поверхности через отверстие;

- сопоставление методов управления параметрами окружающей среды, например, демпфирование вибрации и охлаждение;

- своевременная идентификация и коррекция недостатков конструкции, основанных на данных эксплуатации и испытаний аналогичных компонентов, модулей и конструкций.

Так же как и в случае с решениями относительно структуры системы оценки безотказности следует использовать для обоснования решений относительно конструкции оборудования.

7.1.5 Оценка безопасности

Оценка безопасности представляет собой дисциплину, обеспечивающую идентификацию опасностей системы и их причин, а также оценку риска. Оценка безопасности касается оценки безотказности функций и компонентов, связанных с безопасностью. Выходом оценки безотказности является интенсивность отказов, которую часто используют в различных видах анализа для оценки безопасности, например:

- анализ дерева неисправностей (FTA);

- марковский анализ;

- анализ дерева событий (ETA);

- FMEA;

- FMECA.

Общие и промышленные источники данных часто используют для получения основных данных об интенсивности отказов при оценке безопасности системы. Однако в настоящем стандарте приведено много альтернативных методов оценки безотказности, которые позволяют получить данные об интенсивности отказов оборудования или его части такого же функционального уровня. (Для анализа безопасности систем возможность оценивать безотказность установленных функций особенно важна.)

Примечание - Вопросы функциональной безопасности рассмотрены в стандартах серии ГОСТ Р МЭК 61508.

 

7.1.6 Планирование и мониторинг программы надежности

Результаты оценки безотказности могут быть использованы в качестве результата на различных стадиях жизненного цикла объекта (проектировании, разработке, производстве, обслуживании). Планирование программы надежности должно включать выполнение оценки безотказности по результатам действий, выполняемых на различных стадиях жизненного цикла (примеры включают планирование сборки с отбраковкой, планирование испытаний на безотказность и планирование испытаний для контроля безотказности). Количественные показатели безотказности, такие как MTTF, MTBF, продолжительность безотказной работы, время до отказа, цели управления повышением надежности и требования надежности для приемки объекта должны быть идентифицированы. Документация должна быть разработана так, чтобы обеспечить проведение достаточного анализа и/или испытаний для определения показателей с точностью и достоверностью, необходимыми для принятия решений по планированию программы надежности и своевременного выполнения обновления оценок. Для сокращения необходимого объема выборки могут быть использованы статистики Байеса, если обоснование априорного распределения является приемлемым с технической точки зрения.

На рисунке 2 показаны стадии жизненного цикла продукции и необходимость оценок безотказности на каждой стадии процесса в качестве входных и выходных данных.

 

 

Рисунок 2 - Стадии жизненного цикла продукции

 

Ключевые стадии жизненного цикла включают следующее:

- стадия концепции и определения.

Стадия концепции и определения представляет собой стадию жизненного цикла, на которой устанавливают потребность в объекте и цели его создания. На этой стадии закладывают основу надежности объекта и составляющие стоимости жизненного цикла. Решения, принятые на этой стадии, оказывают наибольшее влияние на функционирование объекта и затраты на его содержание, но часто этой стадии уделяют очень мало внимания;

- проектирование и разработка.

Стадия проектирования и разработки представляет собой стадию жизненного цикла, на которой создают структуру, аппаратные средства и/или программное обеспечение системы. Соответствующую информацию об объекте определяют и документируют для облегчения последующего изготовления и сборки аппаратных средств, кодирования программного обеспечения, его копирования и интеграции системы. Выполняют детальное проектирование и квалификацию после начального проектирования, когда определяют и задают размеры компонентов, выполняют анализ напряжений, разрабатывают планы производства и программное обеспечение;

- стадия изготовления.

Стадия изготовления представляет собой стадию жизненного цикла, на которой объект изготавливают, устанавливают программное обеспечение, выполняют сборку компонентов системы;

- стадия монтажа.

Стадия монтажа представляет собой стадию жизненного цикла, на которой объект устанавливают на место, предназначенное для эксплуатации. Действия включают установку системы, интеграцию функций технического обслуживания и подготовку объекта с установленным аппаратным и программным обеспечением к эксплуатационным испытаниям. После монтажа (установки) системы или готового объекта проводят демонстрацию их функционирования в фактических условиях эксплуатации до приемки в эксплуатацию;

- стадия эксплуатации и технического обслуживания.

Стадия эксплуатации и технического обслуживания представляет собой стадию жизненного цикла, на которой объект используют в соответствии с его назначением для выполнения установленных функций при эксплуатации. При необходимости выполняют техническое обслуживание объекта для обеспечения его непрерывной работы и выполнения его производственных функций;

- распоряжение (вывод из эксплуатации).

Стадия распоряжения представляет собой стадию жизненного цикла, на которой использование объекта закончено, его выводят из эксплуатации, демонтируют, перерабатывают или (если применимо) размещают на хранение.

Методологии оценки безотказности, описанные в настоящем стандарте, могут быть использованы на всех стадиях жизненного цикла системы, пока доступна необходимая техническая информация. Однако в силу особенностей жизненного цикла системы существуют ситуации, когда в соответствии с типом и качеством доступной технической информации некоторые методы прогнозирования безотказности являются более предпочтительными. Например, данные эксплуатации, необходимые для прогнозирования безотказности, обычно становятся доступными на стадии изготовления/технического обслуживания. Иногда при обслуживании анализ выполнения сервисного обслуживания все более и более заменяет другие методы оценки безотказности при наличии достоверных данных. Однако данные эксплуатации аналогичных систем при обслуживании или данные поставщиков о компонентах системы могут быть использованы для прогноза безотказности на более ранних стадиях жизненного цикла.

 

7.2 Документация

 

Результаты оценки безотказности необходимо записывать с достаточной четкостью для понимания, использования, анализа применяемых ограничений и неопределенности результатов.

Документация о результатах оценки безотказности должна включать два типа информации, а именно:

a) описание системы;

b) процесс оценки и его результаты.

Описание системы должно включать следующую информацию:

1) описание оборудования - краткое описание физических характеристик системы;

2) описание границы системы - описание границ системы. Блок-схемы позволяют показать границы исследуемой системы;

3) описание использования системы - описание основных и второстепенных функций системы. Описание должно включать типовую задачу функционирования системы;

4) описание окружающей среды - описание условий эксплуатации системы;

5) описание интерфейсов с другим оборудованием - описание должно определять оборудование, взаимодействующее с системой на входе и выходе и при обслуживании системы. Описание при необходимости может включать описание оборудования, расположенного вблизи от установленной системы;

6) описание стандартной конструкции или версий объекта - документация должна относиться к установленному стандарту конструкции системы;

7) описание уровней подготовки и обучения персонала;

8) описание политики технического обслуживания - описание должно включать режимы технического обслуживания для каждой функции системы или режима эксплуатации.

Детали выполнения оценки должны быть зарегистрированы и включать:

- обоснование выбора метода;

- процесс выбора источников данных;

- описание методов вычисления;

- полученные интенсивности отказов;

- описание всех использованных предположений;

- детали консультаций, полученных в процессе деятельности (например, у пользователя, специалиста по техническому обслуживанию, проектировщика);

- результаты оценки;

- выводы и рекомендации.

Отчеты должны быть управляемыми и доступными.