Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 27.301-2011 "Надежность в технике. Управление надежностью. Техника анализа безотказности. Основные положения" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2011 г. N 1492-ст)

Dependability in technics. Dependability management. Analysis techniques for reliability. General principles

Дата введения - 1 сентября 2012 г.

Введен впервые

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения о стандарте

1 Разработан Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении" (ВНИИНМАШ)

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 119 "Надежность в технике"

3 Утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2011 г. N 1492-ст

4 Введен впервые

5 Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений международного стандарта МЭК 60300-3-1:2003 "Управление надежностью. Часть 3-1. Техника анализа надежности. Руководство по методологии" (IEC 60300-3-1 "Dependability management: Part 3-1 - Application guide - Analysis techniques for dependability - Guide on methodology", NEQ)

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на изделия любых видов техники и устанавливает основные положения по анализу и прогнозированию безотказности изделий на стадии их разработки.

Отдельные методы настоящего стандарта могут применяться для анализа и прогнозирования долговечности изделий.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте применены нормативные ссылки на следующий стандарт:

ГОСТ Р 27.002-2009 Надежность в технике. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочного стандарта в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 27.002, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 анализ, прогнозирование безотказности: Определение качественных и количественных характеристик и показателей безотказности еще не существующего изделия (на стадии разработки) или тенденций к изменению характеристики показателей безотказности изделий в ходе их экспериментальной отработки.

Примечание - Определение показателей безотказности изделий на стадии производства по параметрам технологического процесса их изготовления или по результатам неразрушающих испытаний (разбраковки, отбраковки) также следует относить к прогнозированию безотказности.

3.2 расчет безотказности: Процедура определения количественных значений показателей безотказности изделия.

3.3 элемент: Составная часть изделия, рассматриваемая при прогнозировании как единое целое, не подлежащее дальнейшему разукрупнению.

4 Основные положения

4.1 Прогнозирование безотказности изделия осуществляют на стадии разработки в соответствии с программой обеспечения надежности.

4.2 Целями прогнозирования безотказности изделия являются:

- проверка выполнимости задаваемых требований или оценка возможности достижения требуемого уровня безотказности при выделенных ресурсах, обоснование необходимых корректировок заданных требований;

- сравнительный анализ безотказности вариантов схемно-конструктивного построения изделия и обоснование выбора рационального варианта;

- обоснование и оценка эффективности мер по доработкам конструкции изделия и технологии изготовления.

4.3 Для достижения указанных целей решают следующие задачи:

- устанавливают порядок и правила прогнозирования безотказности;

- выбирают методы прогнозирования;

- определяют источники исходных данных для прогнозирования;

- устанавливают требования к методикам прогнозирования;

- оформляют (документируют) результаты прогнозирования.

5 Порядок и общие правила прогнозирования

5.1 Прогнозирование безотказности в общем случае представляет собой процедуру определения и последовательного уточнения характеристик и показателей безотказности на каждом этапе стадии разработки [техническое предложение (аванпроект), эскизный проект, технический проект и изготовление опытного образца].

По мере отработки конструкции и технологии изготовления изделия, алгоритмов его функционирования, правил эксплуатации, технического обслуживания, уточнения критериев отказов и предельных состояний, накопления информации о факторах, определяющих надежность, применяют постепенно усложняющиеся, более детальные методы прогнозирования.

5.2 Прогнозирование безотказности на каждом этапе стадии разработки включает в себя:

- идентификацию изделия;

- определение целей и задач на данном этапе, номенклатуры и требуемых значений прогнозируемых показателей и/или характеристик безотказности;

- выбор метода прогнозирования безотказности, адекватного особенностям изделия, этапу работ, наличию исходных данных;

- составление моделей прогнозирования (анализа, расчета) для каждого показателя безотказности;

- получение, анализ, оценку и предварительную обработку исходных данных для прогнозирования;

- разработку методики прогнозирования (при необходимости);

- выполнение процедуры прогнозирования;

- сопоставление результатов прогнозирования с требуемыми значениями показателей безотказности или требуемыми качественными характеристиками;

- оформление и представление результатов.

5.3 Идентификация изделия для прогнозирования безотказности включает в себя получение и анализ следующей информации:

- назначение, область применения и функции;

- критерии качества функционирования, критерии отказов и предельных состояний;

- возможность критических отказов (неисправностей) и оценка последствий их наступления;

- структура изделия, состав и схема взаимодействия его составных частей;

- наличие, виды и способы резервирования, используемые в изделии, наличие избыточности функций и характеристик, присущих изделию;

- объем и степень сложности программного обеспечения;

- типовая модель эксплуатации, устанавливающая перечень возможных режимов эксплуатации и выполняемых функций, порядок чередования режимов, продолжительность пребывания изделия в каждом режиме, номенклатура и параметры нагрузок и внешних воздействий на изделие в каждом режиме;

- планируемое техническое обслуживание и ремонт (виды, периодичность, способы выполнения, техническое оснащение, материально-техническое обеспечение работ);

- распределение функций между операторами, численность и квалификация обслуживающего персонала, виды и характеристики человеко-машинных интерфейсов, последствия непредумышленного неправильного применения.

5.4 Выбор методов прогнозирования на каждом этапе работ осуществляют в зависимости от полноты идентификации изделия по 5.3 на данном этапе (с учетом отсутствия или невозможности получения части информации, предусмотренной 4.3).

6 Методы прогнозирования

6.1 В настоящем стандарте приведены методы прогнозирования безотказности и готовности.

Примечание - При прогнозировании долговечности могут быть использованы методы прогнозирования безотказности, рассматриваемые применительно к событиям (отказам, повреждениям), характеризующим наступление предельного состояния изделий.

6.2 Методы прогнозирования подразделяют на:

- качественные, в результате применения которых получают оценки характеристик безотказности типа: больше, меньше; возможно, невозможно; недопустимо, допустимо, полностью соответствует; низкая, средняя, высокая (например, опасность события) и пр.;

- количественные, в результате применения которых получают числовые значения показателей безотказности.

6.3 Методы прогнозирования безотказности могут базироваться на следующих факторах:

- использование данных о безотказности изделий, близких к рассматриваемому изделию по назначению, принципам действия, схемно-конструктивному исполнению, технологии изготовления, элементной базе и применяемым материалам, условиям и режимам эксплуатации, с учетом выявленных тенденций к их изменению в процессе отработки, освоения производства и в ходе эксплуатации (изделий-аналогов), а также аналогов их составных частей или комплектующих изделий;

- представление изделия в виде логической схемы (структурно-функциональной, дерева неисправностей, дерева событий и т.п.), описывающей множество его состояний и событий, происходящих с ним, в зависимости от состояния составных частей, элементов и событий, происходящих с ними, подразделение множества состояний и событий на группы по различным признакам и вычисление количественных значений показателей безотказности и/или определение их качественных характеристик;

- применение математических моделей, описывающих физические, химические и иные процессы, приводящие к отказам изделий (достижению ими предельного состояния) и вычисление показателей безотказности с учетом нагрузок и условий применения, особенностей конструкции и технологии изготовления.

6.4 При прогнозировании безотказности конкретных изделий и их составных частей рекомендуется сочетать различные методы, применимые на данном этапе работ, с учетом их преимуществ и ограничений.

6.5 Основными методами прогнозирования безотказности (готовности) являются:

- прогнозирование интенсивности отказов;

- анализ дерева неисправностей;

- анализ дерева событий;

- анализ блок-схемы безотказности;

- марковский анализ;

- сети Петри;

- анализ возможных причин и последствий отказов;

- исследование опасности и удобности эксплуатации;

- анализ влияния человеческого фактора на безотказность;

- анализ устойчивости к нагрузкам;

- таблица состояний;

- суммирование наработок.

6.6 Вспомогательными методами прогнозирования безотказности являются:

- анализ паразитных цепей (связей);

- анализ наихудшего случая;

- имитационное моделирование.

6.7 Рекомендации по применению указанных методов прогнозирования безотказности (готовности) для различных видов изделий и этапов разработки приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование метода	Вид изделий	Этап разработки
Прогнозирование интенсивности отказов	Относительно простые изделия электротехники и электронной техники без резерва и избыточности	Концептуальные и ранние этапы разработки
Анализ дерева неисправностей	Изделия электротехники и электронной техники, механические изделия, аппаратные средства вычислительной техники, программное обеспечение	Ранние этапы разработки с последующим развитием на других этапах
Анализ дерева событий	То же	То же
Анализ блок-схемы безотказности	Изделия электротехники и электронной техники с резервом, избыточностью, неремонтируемые или с простыми видами ремонта и стратегиями технического обслуживания	"
Марковский анализ	Изделия с функционально сложной структурой, изменяющейся конфигурацией систем изделий, со сложными видами ремонта и стратегиями обслуживания	Поздние этапы разработки
Сети Петри	То же Сложно взаимодействующие аппаратные средства вычислительной техники и/или программное обеспечение	То же
Анализ возможных причин и последствий отказов	Изделия различных технологий (электрические, механические, гидравлические, программное обеспечение и т.д.) с простыми функциональными структурами, для которых риск или опасность ожидаются уже на ранних этапах разработки	Ранние этапы разработки с последующим развитием на других этапах
Исследование опасности и удобности эксплуатации	То же	Середина и поздние этапы разработки
Анализ влияния человеческого фактора на безотказность	Изделия (системы изделий) различных технологий, для которых ошибочные действия человека могут приводить к критическим последствиям	Поздние этапы разработки
Анализ устойчивости к нагрузкам	Комплектующие изделия, детали, механические компоненты	Ранние этапы разработки с последующим развитием на других этапах
Таблица состояний	Изделия электротехники и электронной техники	Середина и поздние этапы разработки
Суммирование наработок	Изделия электротехники и электронной техники с резервом, избыточностью, неремонтируемые или с различными видами ремонта и стратегиями технического обслуживания	Ранние этапы разработки с последующим развитием на других этапах
Анализ паразитных цепей (связей)	Сложные системы в незапланированных режимах (космические, атомной энергетики и др.)	Поздние этапы разработки
Анализ наихудшего случая	Изделия (системы), состоящие из нескольких компонентов	То же
Имитационное моделирование	Изделия любых видов и степени сложности	"

6.8 Характеристики указанных методов прогнозирования безотказности приведены в приложении А.

7 Исходные данные

7.1 Исходными данными для прогнозирования безотказности изделия могут быть:

- статистические данные о безотказности изделий-аналогов, составных частей и комплектующих изделий по опыту их применения в аналогичных или близких условиях и нагрузках;

- значения интенсивностей отказов комплектующих изделий (включая виды и параметры распределений) и модели пересчета их от номинальных нагрузок и условий применения к заданным нагрузкам и условиям;

- характеристики старения применяемых материалов:

- расчетные и/или экспериментальные оценки параметров нагруженности составных частей и элементов конструкции.

7.2 Источниками исходных данных могут быть:

- стандарты и технические условия на составные части изделия, комплектующие изделия межотраслевого применения, вещества и материалы;

- справочники по безотказности элементов, свойствам веществ и материалов;

- справочники по нормативам продолжительности (трудоемкости, стоимости) типовых операций технического обслуживания и ремонта;

- банки данных о безотказности изделий-аналогов, составных частей, комплектующих изделий, по веществам и материалам;

- результаты прочностных, электрических, тепловых и иных расчетов изделия и его составных частей.

7.3 При наличии нескольких источников данных необходимо установить приоритеты в их использовании на основании заключений экспертов.

8 Требования к методикам анализа

8.1 Для анализа и прогнозирования безотказности изделий применяют:

- типовые методики, разрабатываемые для группы (вида, типа) однородных по принципам обеспечения безотказности изделий, оформляемые в виде соответствующих национальных стандартов, стандартов организаций или иных нормативных документов;

- методики прогнозирования безотказности конкретных изделий, разрабатываемые на основе типовых методик и учитывающие специфические особенности, которые не могут быть учтены в типовых методиках, оформляемые в виде разделов отчетных документов по прогнозированию безотказности на стадии разработки.

8.2 Типовая методика должна содержать:

- перечень прогнозируемых показателей безотказности изделия и его составных частей;

- цели и задачи методики;

- методы, применяемые для прогнозирования каждого показателя или группы показателей;

- алгоритмы вычислений:

- программное обеспечение (при необходимости);

- требования к исходным данным (состав, достоверность и др.);

- правила сопоставления результатов прогнозирования с требованиями безотказности;

- оценку устойчивости результатов прогнозирования к отклонениям от принятых предположений и допущений;

- требования к форме представления результатов прогнозирования.

8.3 Методика прогнозирования безотказности конкретного изделия должна содержать:

- правила идентификации изделия для применения соответствующего метода и необходимые для этого исходные данные;

- номенклатуру прогнозируемых показателей безотказности и их требуемые значения;

- модели для прогнозирования каждого показателя, принятые в моделях предположения и допущения, алгоритмы вычислений и программное обеспечение;

- исходные данные для прогнозирования или указания на источники их получения, включая ссылки на результаты и методики прочностных, тепловых, электрических или иных расчетов изделия.

8.4 Основным требованием к методике прогнозирования безотказности конкретного изделия является требование адекватности выбранного метода соответствующему этапу вида работ, которая характеризуется:

- полнотой использования доступной на данном этапе информации об изделии, условиях и режимах его эксплуатации, системе технического обслуживания и ремонта, характеристиках безотказности составных частей, свойствах применяемых материалов и веществ и др.;

- обоснованностью принятых при построении моделей предположений и допущений.

8.5 Степень адекватности методов и моделей прогнозирования оценивают путем экспертного оценивания или сопоставления результатов прогнозирования с экспериментальной оценкой безотказности изделий-аналогов, для которых применялись аналогичные модели и методы.

9 Представление результатов прогнозирования

9.1 Результаты прогнозирования безотказности изделия оформляют в виде раздела пояснительной записки к соответствующему проекту (техническому предложению, эскизному, техническому) или самостоятельного документа - отчета, содержащего:

- цели, задачи и методику прогнозирования и ссылки на соответствующие типовые методики;

- исходные данные для прогнозирования и источники их получения;

- критерии отказов и предельных состояний;

- результаты прогнозирования (качественные оценки, расчетные значения) всех характеристик и показателей безотказности и заключения об их соответствии установленным требованиям;

- выявленные недостатки конструкции изделия и рекомендации по их устранению с оценками эффективности предлагаемых мер с точки зрения обеспечения безотказности изделия;

- перечень составных частей и элементов, лимитирующих надежность изделия или по которым отсутствуют необходимые для прогнозирования данные, предложения по дополнительным мероприятиям по повышению их безотказности или замене на более надежные;

- заключение о возможности перехода к следующему этапу вида работ изделия при достигнутом прогнозируемом уровне его безотказности.

9.2 Содержание отчетного документа по прогнозированию безотказности должно допускать возможность независимой экспертизы результатов прогнозирования.

10 Учет специфики отказов сложных восстанавливаемых изделий

10.1 При прогнозировании безотказности сложных многоэлементных восстанавливаемых изделий следует учитывать, что поток их отказов наряду с суперпозицией потоков отказов элементов содержит также дополнительные отказы, которые возникают в следующих случаях:

- повторные отказы элементов из-за невыявленной основной причины отказа;

- неумышленное создание неполадок обслуживающим персоналом, осуществляющим очередное корректирующее техническое обслуживание;

- установка на место отказавшего элемента нового элемента, имеющего скрытый дефект.

10.2 Дополнительные отказы существенно влияют на показатели безотказности изделий. Доля их в потоке отказов наиболее сложных видов изделий может достигать 10% и более.

10.3 Дополнительные отказы не могут быть учтены указанными в 6.5 - 6.7 методами. Их учитывают путем умножения расчетных значений показателя безотказности "средняя наработка между отказами" ("наработка на отказ") на поправочный коэффициент, значения которого устанавливают по результатам анализа статистических данных об отказах изделий-аналогов.

10.4 Дополнительные отказы уменьшают среднее значение наработок между отказами изделия и вместе с тем изменяют экспоненциальный вид распределения наработок между отказами.

Распределение наработок между отказами сложных многоэлементных изделий рекомендуется аппроксимировать распределением Вейбулла со значением параметра формы, меньшим единицы по типовым методикам.