Fiabilitate

Fiabilitate
Normă	UNI 9910
Referință în standard	191.02.06
Anul publicării	1991
Scurtă definiție	Capacitatea unei entități de a îndeplini funcția necesară în condiții date pentru un anumit interval de timp
Subiect	Indicatori
Referință externă	MIL-STD-756B
Termen englezesc	Fiabilitate

În teoria sistemelor , a probabilității și a fiabilității , definind ca „calitate” a unui ansamblu sau a unui sistem mai mult sau mai puțin complex conformitatea acestuia cu criteriile tehnice de funcționare , fiabilitatea este definită ca fiind capacitatea de a respecta specificațiile tehnice de funcționare în timp. .

Fiabilitatea unui ansamblu (un dispozitiv electronic , o mașină etc.), a unui sistem complex sau a unei componente simple (de exemplu, o rezistență electrică ) este măsura probabilității ca ansamblul (sau componenta) considerat să nu cedeze. (adică nu există nicio abatere de la comportamentul descris în caietul de sarcini ) într-o anumită perioadă de timp. Pentru simplitate, în continuare (dacă nu se indică altfel) vom vorbi despre „componentă” referitoare atât la un ansamblu sau sistem complex, cât și la o componentă elementară.

Importanța conceptului de fiabilitate este de așa natură încât, în domeniul aplicației, există o disciplină dedicată acestuia: ingineria fiabilității . În acest context, pentru a depăși dificultățile în ceea ce privește fiabilitatea unui sistem, conceptul de redundanță a fost introdus în dimensionarea sistemelor fizice create.

În sens larg, termenul „fiabilitate” se poate referi și la validitatea sau nu a teoriilor științifice și a predicțiilor lor intrinseci.

Definiții conexe

Eșec (sau eșec)

Un eșec (sau eșec , în engleză, eșec ) este un defect (adică o neconformitate structurală sau algoritmică cu specificația ) unei componente a unui sistem. Un eșec poate provoca una sau mai multe erori .

Eroare

O eroare (eroare în limba engleză) este un sistem global de tranziție de stat, care nu este conform cu specificațiile sistemului.

În acest context, starea globală a unui sistem înseamnă setul de stări ale modulelor din care este compus, în timp ce funcția de tranziție globală înseamnă setul de modificări ale stării globale care sunt definite de specificațiile de operare ale sistemului.

O eroare poate provoca una sau mai multe defecțiuni .

Eșec

O defecțiune (defecțiune în limba engleză) este un eveniment pentru care un sistem violet cu siguranță funcționează cu specificațiile sistemului, întrerupând disponibilitatea serviciilor pe care le oferă.

Descriere

Aspect statistic

Definit $f\left(t\right)dt$ ${\ displaystyle f \ left (t \ right) dt}$ ${\ displaystyle f \ left (t \ right) dt}$ probabilitatea ca eșecul să apară în clipa respectivă $t$ ${\ displaystyle t}$ $t$ și instant $t+dt$ ${\ displaystyle t + dt}$ $t + dt$ , probabilitatea unui eșec între momentul inițial și momentul $T=t$ ${\ displaystyle T = t}$ ${\ displaystyle T = t}$ este definit de relație $F(t)=\int _{0}^{t}f(t)\,dt$ ${\ displaystyle F (t) = \ int _ {0} ^ {t} f (t) \, dt}$ ${\ displaystyle F (t) = \ int _ {0} ^ {t} f (t) \, dt}$ Unde $0\,<\,t<\infty$ ${\ displaystyle 0 \, <\, t <\ infty}$ ${\ displaystyle 0 \, <\, t <\ infty}$ Si deasemenea $F\left(0\right)=0$ ${\ displaystyle F \ left (0 \ right) = 0}$ ${\ displaystyle F \ left (0 \ right) = 0}$ și $F\left(\infty \right)=1$ ${\ displaystyle F \ left (\ infty \ right) = 1}$ ${\ displaystyle F \ left (\ infty \ right) = 1}$

Fiabilitatea este probabilitatea ca acest sistem să nu cedeze se numește funcție de supraviețuire și este definită ca fiind $R\left(t\right)=1-F\left(t\right)$ ${\ displaystyle R \ left (t \ right) = 1-F \ left (t \ right)}$ ${\ displaystyle R \ left (t \ right) = 1-F \ left (t \ right)}$ . Din punct de vedere matematic , interpretând timpul de eșec ca o variabilă continuă aleatorie , $F.$ ${\ displaystyle F}$ $F.$ este funcția sa de distribuție e $R.$ ${\ displaystyle R}$ $R.$ complementul său la unul .

Dacă luăm în considerare o componentă elementară, de exemplu o rezistență electrică în condiții de lucru bine determinate, fiabilitatea se datorează în mod evident numai acestei componente. Cazul în care un ansamblu este alcătuit din mai multe componente este diferit: valoarea fiabilității va depinde de fiabilitatea fiecărei componente individuale.

Pentru proprietatea absenței memoriei, fiabilitatea unei componente electronice este calculată cu legea exponențială negativă, care aproximează și componentele mecanice care în ciclul de viață (de proiectare) al produsului nu au început încă faza de degradare: frecvența eșecurile se datorează în continuare unor variabile care nu au legătură cu vârsta componentei ^[1] . Ori de câte ori probabilitatea eșecului este independentă de vârsta (și timpul de serviciu) a componentelor sistemului, se presupune că timpul primei defecțiuni și (timpul de așteptare) dintre următoarele urmează o distribuție exponențială negativă și că numărul de eșecuri (rata de eșec λ) urmează o distribuție Poisson . Cele două ipoteze de distribuție, numite ore, se implică reciproc ^[1]

R(t)=e^{-\lambda t}

{\ displaystyle R (t) = e ^ {- \ lambda t}}

{\ displaystyle R (t) = e ^ {- \ lambda t}}

^[2] .

Timpul de așteptare între două eșecuri succesive poate fi estimat din MTBF cunoscut, în timp ce rata de eșec este reconstruită dintr-o analiză a seriei istorice de componente de același tip sau similare din punctul de vedere al tehnologiei subiacente și funcționalității utilizator final: frecvența cumulată a defecțiunilor este calculată în funcție de orele de serviciu.

Distribuția exponențială negativă este, de asemenea, o bună limită de aproximare pentru sistemele complexe compuse dintr-un număr mare de componente conectate în paralel ^[1] : în acest caz, probabilitățile (numerele între 0 și 1) de eșec ale componentelor individuale sunt independente între lor, iar probabilitatea comună de eșec al sistemului este egală cu produsul lor, care de fapt scade rapid la zero.

Aspect sistem

În practică, fiecare ansamblu (sau sistem) este alcătuit din mai multe subansamble care, din punct de vedere al fiabilității, pot fi conectate în paralel sau în serie .

Vom spune că toate subansamblurile care, deși nu reușesc, nu afectează funcționalitatea ansamblului superior (care le conține) sunt conectate în paralel din punct de vedere al fiabilității.

În schimb, dacă eșecul unui singur subansamblu este suficient pentru a determina eșecul ansamblului superior, vom spune că acest subansamblu este conectat în serie.

În exemplul lateral, este prezentat un sistem în care eșecul numai al unuia dintre blocurile C sau D nu duce la o eșec a sistemului, în timp ce eșecul blocurilor A sau B duce în mod necesar la o eșec a sistemului. Cu alte cuvinte, pentru a defecta sistemul, blocurile CD trebuie să fie deteriorate în același timp sau blocul A sau blocul B trebuie să eșueze.

În afară de modelele teoretice, în practică detectează pe teren intervalul mediu dintre eșecuri ( timpul mediu între eșecuri sau MTBF sau Timpul mediu între eșecuri ), definit statistic ca așteptare matematică a timpului de funcționare între două eșecuri.

În sistemele complexe, unde este necesar să se garanteze funcționarea chiar și în prezența defecțiunilor unui subsistem, se folosește uneori redundanță: aceasta corespunde plasării mai multor elemente în paralel care, prin urmare, vor avea o fiabilitate echivalentă mai mare decât elementul unic.

De asemenea, pentru tractabilitatea sa matematică ușoară, ipoteza distribuției exponențiale negative a fost abuzată în trecut pentru un set de aplicații, pentru care nu era cu adevărat adecvat. Ipoteza de distribuție exponențială negativă a dat rezultate satisfăcătoare pentru radar , avioane , stații spațiale electronice la bord, sateliți „în rețea” , telecomunicații și rețele de calculatoare ^[3] , măsurabile într-o reducere a ratei de eșec și într-un timp mediu mai lung între două eșecuri succesive.

Dimpotrivă, distribuția exponențială nu este o aproximare bună și nu era potrivită pentru fiabilitatea componentelor redundante ^[3] . Ele sunt de obicei componente de control, care din motive de siguranță mai mare au un al doilea nivel de control, ceea ce face posibilă și evaluarea fiabilității primului (controlul unui control, controlul de al doilea nivel = evaluarea controlului): în aceste sisteme există pentru anumite componente critice pentru funcționarea / controlul / siguranța sistemului, există o a doua componentă identică cu prima și conectată la aceasta în paralel, astfel încât unitatea de control să fie activată în caz de defecțiune sau defecțiune a sistemului -comenită componentă de primul nivel (când unul dintre cele două eșuează, celălalt începe să funcționeze).

Se spune că componentele sunt conectate în paralel și dispuse secvențial și sunt independente una de cealaltă. Dacă componenta urmează o distribuție exponențială negativă, densitatea probabilității comune și fiabilitatea generală a sistemului pot fi calculate ^[4] .
În fața unei fiabilități medii mai ridicate, aceste sisteme redundante au un cost mai mare pentru siguranță: un anumit număr de componente critice, probabil cu o povară neînsemnată, sunt achiziționate / produse pentru a fi în mod normal neproductive și pentru a fi activate numai în cazul în care de defecțiuni, defecțiuni sau defecțiuni ale componentei principale identice; în același timp, durata de viață, independent de orele de serviciu efectiv, afectează perimarea tehnologică (de exemplu, coroziunea , perimarea planificată , apariția unor tehnologii alternative , care fac convenabilă înlocuirea componentei și reducerea valorii sale realizabile în Pe dimpotrivă, alegerea proiectării unei conexiuni paralele nesecvențiale ar permite dublarea unei ramuri de componente și paralelizarea unei serii de activități ale sistemului.

Procedura de testare a standardului militar (MIL HDBK-217) abandonată după anii 2000, a presupus o distribuție exponențială negativă pentru durata de viață utilă a componentelor electronice și electromecanice ^[3] . Standardele de calitate ale sectorului militar, în special aerospațial, sunt uneori luate ca referință în alte sectoare civile din industria prelucrătoare.

Conceptul de stres

În funcție de contextul de funcționare, sublinierea că, atunci când se acumulează, provoacă o defecțiune poate fi de diferite tipuri. În general vorbind, solicitarea (în termeni de fiabilitate) este cauza predominantă a eșecului.

De exemplu, într-un organ mecanic stresul este ceea ce se numește „ starea de stres ” în ingineria mecanică. În cazul componentelor electronice , de obicei stresul este „ temperatura de lucru ” a componentei, în timp ce pentru componentele uzinelor chimice poate fi agresivitatea (capacitatea de coroziune ) a fluidului care funcționează în sistem.

În unele cazuri, aceste tensiuni diferite se combină pentru a reduce MTBF-ul componentei. De exemplu: în conductele unui reactor nuclear rapid, răcit cu sodiu, se determină MTBF

starea de solicitare a secțiunii țevii luate în considerare
temperatura sodiului, care duce în general la fenomenele de fluaj (fluaj)
de la agresiunea sodiului asupra materialului care constituie conducta (în general oțel inoxidabil austenitic ).

Pe lângă stres, intervine metoda de utilizare a componentei. Pentru componentele care funcționează continuu (de exemplu țevi, rezistențe electrice) probabilitatea de rupere este măsurată în funcție de timpul de funcționare (probabilitatea de rupere / an).

În cazul pieselor mecanice supuse sarcinilor ciclice (de ex. Bielele unui motor cu ardere internă) probabilitatea este exprimată în general în funcție de numărul de cicluri supuse (probabilitatea de spargere / ciclu). În cele din urmă, pentru componentele care funcționează discontinuu cu solicitări aleatorii (de exemplu, supape de închidere sau relee, probabilitatea de spargere se măsoară pe baza numărului de intervenții (probabilitatea de spargere / solicitare).

În cazul dispozitivelor electronice, tensiunea este substanțial de tipul termic. De aici și necesitatea de a menține temperatura componentelor electronice scăzută pentru a le îmbunătăți fiabilitatea. Ca o indicație, considerăm o înjumătățire a MTBF la fiecare creștere a temperaturii de 10 K ( ecuația Arrhenius ).

Mortalitatea infantilă cu eșecuri

Exemplu de o curbă de căzi de baie.

O componentă poate, în esență, să înceteze să funcționeze din două motive: a fost inițial defectă sau tensiunile, acumulate în timpul vieții sale operaționale, au atins limita maximă pentru acea componentă.

Probabilitatea de eșec se va datora, așadar, combinării a două curbe:

probabilitatea de eșec din cauza mortalității infantile (predominant chiar în prima fază a vieții operaționale);
probabilitatea eșecului din cauza stresului (care se acumulează de la începutul vieții și devine treptat preponderent).

Curba care rezultă este respectiva cadă de baie ( o curbă de cadă ), care arată o scădere inițială a numărului de defecțiuni în timp, o perioadă de defecțiuni constante în timp și, în cele din urmă, o creștere a numărului de defecțiuni pe unitate de timp.

Toleranță la erori

Toleranță la erori .

O toleranță la erori este un parametru care este luat în mod normal în considerare în special pentru sistemele încorporate care trebuie să interacționeze cu alte sisteme software și hardware . Un sistem tolerant la defecțiuni este capabil să își continue execuția fără defecțiuni grave chiar și în fața defecțiunilor contrapărților cu care ar trebui să interacționeze . De exemplu, capacitatea unui sistem de a nu-și pierde datele în cazul unei defecțiuni a hard diskului poate fi un factor decisiv în anumite tipuri de aplicații.

Notă

^ ^a ^b ^c ( EN ) Michael Todinov (Oxford Brookers Unuversity, UK), 3, par. Distribuție esponențială negativă , pe modele de fiabilitate și risc: setarea cerințelor de fiabilitate , google.it/books , 2a, Wiley, noiembrie 2015, pp. 55-56, ISBN 978-1-118-87332-8 . Adus pe 13 mai 2018 .
^ (EN) Distribuție exponențială pe fiabilitateanalyticstoolkit.appspot.com. Adus la 13 mai 2018 ( arhivat la 5 februarie 2013) .
^ ^a ^b ^c ( EN ) Guang Yang, Life Cycle Reliability Engineering , su google.it_books , John Wiley & sons, pp. 19-20, ISBN 978-0-471-71529-0 . Adus pe 13 mai 2018 .
„Murphy et. al., 2002. " .
^ Densitatea comună a sumei a două variabile aleatorii cu distribuție exponențială , pe webtutordimatematica.it . Adus la 14 mai 2018 (arhivat din original la 14 mai 2018) .

Bibliografie

Textele interdisciplinare

SB Blanchard, Design and Manage to Life Cycle Cost , Forest Grove, Weber System, 1978.
SB Blanchard, Inginerie și management logistic , ediția a IV-a, Englewood Cliffs, New Jersey, Prentice-Hall, Inc., 1992.
SB Blanchard, Mentenabilitate: o cheie pentru o gestionare eficientă a întreținerii și întreținerii , New York, John Wiley & Sons Inc., 1995.
E. Cescon, M. Sartor, La Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) , Milano, Il Sole 24 ore, 2010, ISBN 978-88-6345-130-6 .
R. Denney, Succesing with Use Cases: Working Smart to Deliver Quality , Addison-Wesley Professional Publishing, 2005.
CE Ebeling, o introducere în fiabilitatea și ingineria de întreținere , Boston, McGraw-Hill Companies, Inc., 1997.
KC Kapur, LR Lamberson, Fiabilitatea în proiectarea inginerească , New York, John Wiley & Sons, 1977.
L. Leemis, Fiabilitate: modele probabiliste și metode statistice , Prentice-Hall, 1995, ISBN 0-13-720517-1 .
PDT O'Connor, Practical Reliability Engineering , ediția a 4-a, New York, John Wiley & Sons, 2002.
JD Patton, Maintanability and Maintenance Management , North Carolina, Instrument Society of America, Research Triangle Park, 1998.
M. Broccoletti, The tools of Quality , http://www.lulu.com , 2013.

Textele specifice pentru domeniul construcțiilor

AA. VV., Calitatea clădirii în timp , Milano, Hoepli, 2003.
Bruno Daniotti, Durabilitate și întreținere în construcții , Torino, UTET, 2012.
Vittorio Manfron, Calitate și fiabilitate în construcții , Milano, Franco Angeli, 1995.
UNI, UNI 11156-1 , Evaluarea durabilității componentelor clădirii. Terminologia și definirea parametrilor de evaluare , 2006
UNI, UNI 11156-2 , Evaluarea durabilității componentelor clădirii. Metoda pentru înclinația spre încredere , 2006
UNI, UNI 11156-3 , Evaluarea durabilității componentelor clădirii. Metoda de evaluare a duratei (viața utilă) , 2006

Elemente conexe

linkuri externe

Simpozioane internaționale anuale

( EN ) Simpozion european privind fiabilitatea dispozitivelor electronice, fizica și analiza eșecurilor (ESREF) , pe esref2018conf.org . (din 1990)
( EN ) Fiabilitate și întreținere (RAMS), simpozion anual , pe ieeexplore.ieee.org , IEEE . (ex Simpozion privind fiabilitatea și controlul calității) , din 1955)
( EN ) IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS) , pe irps.org . (din 1962)

Controlul autorității	Thesaurus BNCF 7038 · LCCN (EN) sh85112512

Portal de proiectare : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu proiectarea

[Todinov_2015-1] ( EN ) Michael Todinov (Oxford Brookers Unuversity, UK), 3, par. Distribuție esponențială negativă , pe modele de fiabilitate și risc: setarea cerințelor de fiabilitate , google.it/books , 2a, Wiley, noiembrie 2015, pp. 55-56, ISBN 978-1-118-87332-8 . Adus pe 13 mai 2018 .

[2] (EN) Distribuție exponențială pe fiabilitateanalyticstoolkit.appspot.com. Adus la 13 mai 2018 ( arhivat la 5 februarie 2013) .

[Yang_2015-3] ( EN ) Guang Yang, Life Cycle Reliability Engineering , su google.it_books , John Wiley & sons, pp. 19-20, ISBN 978-0-471-71529-0 . Adus pe 13 mai 2018 .
„Murphy et. al., 2002. " .

[4] Densitatea comună a sumei a două variabile aleatorii cu distribuție exponențială , pe webtutordimatematica.it . Adus la 14 mai 2018 (arhivat din original la 14 mai 2018) .

[1]

[2]

[3]

[4]