Проблемы обеспечения метрологической надежности информационно-измерительных комплексов
В настоящее время обеспечение качества промышленной продукции невозможно без использования ИИК, которые позволяют получать количественную информацию о множестве параметров изделий и технологических процессов. При этом современный ИИК может состоять из нескольких сотен измерительных каналов (ИК), предназначенных для контроля в реальном времени различных физических величин.
Основными показателями технического совершенства ИИК является уровень их метрологических характеристик и метрологической надежности. Для обеспечения требуемых значений этих показателей в настоящее время прослеживается две тенденции:
1) качественное улучшение точностных свойств составляющих ИИК компонентов при одновременном уменьшении трудоёмкости обслуживания системы;
2) усложнение алгоритмов обработки измерительной информации с использованием АПС при ее сборе, обработке и хранении.
Развитие этих тенденций неизбежно приводит к необходимости совершенствовать подходы к эксплуатации этих систем и, в первую очередь, к обеспечению их метрологической надежности, так как существующее нормативные методы в этой области не всегда отвечают практическим задачам. В частности, проведение поверочных и калибровочных работ, являющихся основой обеспечения метрологической надежности ИИК, приводит к организационным и техническим проблемам. Например, не всегда возможно демонтировать для поверки (калибровки) ИИК или его основные элементы, а также остановить технологический процесс, контролируемый с помощью ИИК (или оставить его бесконтрольным). Кроме того, использование эталонных средств измерений непосредственно в производственных условиях, как правило, затруднено. Вместе с тем, большинство исследований, практических рекомендаций, нормативных документов, разработок и пр. направлены на повышение метрологической надежности ИИК в процессе их разработки и изготовления. Учитывая, что количество разработчиков и производителей ИИК значительно меньше, чем количество их эксплуатационников, мероприятия, направленные на повышение именно эксплуатационной метрологической надежности могут дать наибольший практический результат.
Таким образом, исследование и совершенствование методов и средств обеспечения эксплуатационной метрологической надежности ИИК в производственных условиях представляется проблемной и актуальной задачей.
Метрологическая надежность каждого измерительного канала ИИК и всего комплекса в целом в настоящее время строится на повышении требований к стабильности метрологических характеристик отдельных элементов этой системы. И метрологическое обслуживание осуществляется с позиций, общепринятых для отдельных средств измерений без учета системной специфики конкретнго ИИК, обслуживаемого им технологического процесса и условий эксплуатации. При этом не учитывается совокупность свойств ИИК, которая определяет сложное поведение системы при изменении метрологических характеристик ее отдельных элементов. Кроме того, учитывая, что ИИК является элементом управления качеством контролируемого технологического процесса, то ее эффективность действия зависит не только от метрологических свойств, но и от коэффициента готовности ИИК. Таким образом, рассмотрение с системных позиций ИИК как совокупности взаимодействующих ИК и установлении обобщенных информационно-метрологических свойств ИИК, обеспечивающих его метрологическую надежность и эффективность технологического процесса является еще одной из проблемных задач.
Одним из основных свойств ИИК, которое может быть использовано для повышения его метрологической надежности, является многоканальность и информационная взаимокорреляция внутри групп ИК, имеющих некоторые факторы, функционально (не стохастически) связывающие изменения параметров, измеряемых в этих ИК. Для выявления этих свойств устанавливаются:
1) корреляционные связи между ИК, имеющими общий фактор для измерения как однородных, так и разнородных измеряемых физических величин;
2) значения поправок результатов измерений во взаимокоррелированных ИК и прогнозируемой скорости потери точности каждого из этих ИК;
3) мероприятия по обеспечению коэффициента готовности ИИК, необходимого для эффективного управления технологическим процессом, обслуживаемым этим комплексом. Традиционное обеспечение метрологической надежности ИИК наряду с тщательным соблюдением всех предписанных условий эксплуатации как ИИК, так и его отдельных элементов, в конечном счете, сводится к проведению поверок. При этом конкретные значения межповерочных интервалов определяют на основе теоретико-вероятностных подходов, т.е. на оценке частоты потери точности или длительности ее сохранения в период между поверками, что обычно предполагает значительное количество подобных ИИК, эксплуатируемых в сходных условиях и обслуживающих однотипные технологические процессы, а также статистическую независимость ИК. Однако ИИК часто предназначены для получения информации об уникальных технологических процессах, а сигналы ИК взаимокоррелированы, так как контролируемый технологический процесс создает во всех (или, во всяком случае, в определённых группах) ИК функционально связанную составляющую. Взаимокоррелированными будут не только сигналы, но и помехи, вызванные мешающими воздействиями, в том числе и связанные с деградацией точности ИК с течением времени. Ввиду появления новых технических возможностей, связанных с широким использованием вычислительной техники и усложненных алгоритмов обработки измерительной информации, появились предпосылки для упрощения обеспечения метрологической надежности и увеличения коэффициента готовности ИИК. Для реализации данного подхода необходимы соответствующей модели повышения метрологической надежности ИИК и соответствующие алгоритмы обработки информации во взаимокоррелированных ИК. Что и составляет следующую проблемную задачу.
При традиционном подходе метрологическая надежность обеспечивается путем оперативного установления в нормативные сроки обычно при профилактическом и капитальном ремонте и (или) периодической диагностике ИИК. Такой подход, как правило, требует существенных затрат временных и материальных ресурсов и часто к формальной имитации соответствующих работ. Вместе с тем более логично проведение профилактических регулировочных ремонтных и т.п. работ исходя из фактического значения метрологических характеристик ИИК.
Список литературы
1. Барлоу Р., Прошан Ф. Статистическая теория надежности и испытания на безотказность. – М.: Наука, 1984. – 234 с.
2. Баруча-Рид А.Т. Элементы теории марковских процессов и их приложения. – М.: Наука, 1969. – 512 с.
3. Губинский А.И. Надежность и качество функционирования эргатических систем. –Л.: Наука, 1982 – 270 с.
4. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы.
– М: Наука, 1973 – 228 с.
5. Дорохов А.Н., Керножицкий В.А., Миронов А.Н., Шестопалова О.Л. Обеспечение надежности сложных технических систем. – СПб.: Лань, 2011. – 352 с.
6. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. М.: Мир, 1984. – 318 c.
7. Гихман И.И., Скороход А.В. Введение в теорию случайных процессов.
– М.: Наука, 1977. –568 с.
8. Кендалл М. Дж., Стьюарт А. Теория распределений. – М.: Наука,
1966 – 588 с.
9. Колмогоров А.Н., Драгалин А.Г. Математическая логика.// Изд. 3-е, стереотипное – М.: Ком. Книга, 2006. – 240 с.
10. Ломов Б.Ф. Человек и техника. – М.: Сов. радио, 1966. – 464 с.
11. Можаев А.С., Гладкова И.А. Библиотека программных модулей автоматического построения монотонных и немонотонных логических функций работоспособности систем и многочленов вероятностных функций (ЛОГ&ВФ). Свидетельство об официальной регистрации
№ 2003611100. – М.: РОСПАТЕНТ РФ, 12 мая 2003.
12. Половко А.М., Гуров С.В.: Основы теории надежности. - 2 изд. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 704 с.
13. Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем.
– СПб.: Политехника, 2000. – 248 с.
14. Теория прогнозирования и принятия решений /С.А. Саркисян, В.И. Каспин, В.А. Лисичкин и др.; Под ред. С.А. Саркисяна.
– М.: Высш. школа, 1977. – 351 с.
15. Харазов В.Г. Интегрированные системы управления технологическими процессами. – СПб.: Профессия, 2009. – 590 с.
16. Э. Дж. Хенли, Х. Кумамото. Надежность технических систем и оценка риска. – М.: Машиностроение, 1984. – 528 с.
17. Гаскаров Д.В., Голинкевич Т.А., Мозгалевский А.В. Прогнозирование технического состояния и надежности радиоэлектронной аппаратуры/Под ред. Т.А. Голинкевича. – М.: Сов. радио, 1974. – 224 с.
18. Садыхов Г.С. Показатели остаточной долговечности и их оценки в задачах продления сроков эксплуатации технических объектов.
– М.: Знание, 1986. – 52с.
19. Ж. Кристенсен, Д. Мейстер, П. Фоули и др. Человеческий фактор. Том 1. Эргономика-комплексная научно-техническая дисциплина. – М.: Мир, 1991. – 599 с.
20. Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. – СПб.: Питер, 2005. – 478 с.
21. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и определения.
22. ГОСТ В 25883-83 Эксплуатация и ремонт изделий военной техники. Термины и определения.
23. ГОСТ Р 27.002-2009 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.
24. ГОСТ 27.003-90 Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности.
25. ГОСТ 27.301-95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения.
26. ГОСТ 27.310-95. Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения.
27. ГОСТ Р 51901.5-2005 Менеджмент риска. Руководство по применению методов анализа надежности.
28. ГОСТ Р 51901.14-2005. Менеджмент риска. Метод структурной схемы надежности
29. ГОСТ Р 51901.13-2005. Менеджмент риска. Анализ дерева неисправностей.
30. ГОСТ Р 51901.15-2005. Менеджмент риска. Применение Марковских методов.
31. ГОСТ Р 51901.12-2005. Менеджмент риска. Метод анализа видов и последствий отказов.
Приложение А
Таблица значений интегральной функции Лапласа
 |  | | | | | | | | |
| 0,00 | 0,0000 | 0,54 | 0,2054 | 1,08 | 0,3599 | 1,62 | 0,4474 | 2,32 | 0,4898 |
| 0,02 | 0,0080 | 0,56 | 0,2123 | 1,10 | 0,3643 | 1,64 | 0,4495 | 2,36 | 0,4909 |
| 0,04 | 0,0160 | 0,58 | 0,2190 | 1,12 | 0,3686 | 1,66 | 0,4515 | 2,40 | 0,4918 |
| 0,06 | 0,0239 | 0,60 | 0,2257 | 1,14 | 0,3729 | 1,68 | 0,4535 | 2,44 | 0,4927 |
| 0,08 | 0,0319 | 0,62 | 0,2324 | 1,16 | 0,3770 | 1,70 | 0,4554 | 2,48 | 0,4934 |
| 0,10 | 0,0398 | 0,64 | 0,2389 | 1,18 | 0,3810 | 1,72 | 0,4573 | 2,52 | 0,4941 |
| 0,12 | 0,0478 | 0,66 | 0,2454 | 1,20 | 0,3849 | 1,74 | 0,4591 | 2,56 | 0,4948 |
| 0,14 | 0,0557 | 0,68 | 0,2517 | 1,22 | 0,3883 | 1,76 | 0,4608 | 2,60 | 0,4953 |
| 0,16 | 0,0636 | 0,70 | 0,2580 | 1,24 | 0,3925 | 1,78 | 0,4625 | 2,64 | 0,4959 |
| 0,18 | 0,0714 | 0,72 | 0,2642 | 1,26 | 0,3962 | 1,80 | 0,4641 | 2,68 | 0,4963 |
| 0,20 | 0,0793 | 0,74 | 0,2703 | 1,28 | 0,3997 | 1,82 | 0,4656 | 2,72 | 0,4967 |
| 0,22 | 0,0871 | 0,76 | 0,2764 | 1,30 | 0,4032 | 1,84 | 0,4671 | 2,76 | 0,4971 |
| 0,24 | 0,0948 | 0,78 | 0,2823 | 1,32 | 0,4066 | 1,86 | 0,4686 | 2,80 | 0,4974 |
| 0,26 | 0,1026 | 0,80 | 0,2881 | 1,34 | 0,4099 | 1,88 | 0,4699 | 2,84 | 0,4977 |
| 0,28 | 0,1103 | 0,82 | 0,2939 | 1,36 | 0,4131 | 1,90 | 0,4713 | 2,88 | 0,4980 |
| 0,30 | 0,1179 | 0,84 | 0,2995 | 1,38 | 0,4162 | 1,92 | 0,4726 | 2,92 | 0,4982 |
| 0,32 | 0,1255 | 0,86 | 0,3051 | 1,40 | 0,4192 | 1,94 | 0,4738 | 2,96 | 0,4985 |
| 0,34 | 0,1331 | 0,88 | 0,3106 | 1,42 | 0,4222 | 1,96 | 0,4750 | 3,00 | 0,49865 |
| 0,36 | 0,1406 | 0,90 | 0,3159 | 1,44 | 0,4251 | 1,98 | 0,4761 | 3,20 | 0,49931 |
| 0,38 | 0,1480 | 0,92 | 0,3212 | 1,46 | 0,4279 | 2,00 | 0,4772 | 3,40 | 0,49966 |
| 0,40 | 0,1554 | 0,94 | 0,3264 | 1,48 | 0,4306 | 2,04 | 0,4793 | 3,60 | 0,499841 |
| 0,42 | 0,1628 | 0,96 | 0,3315 | 1,50 | 0,4332 | 2,08 | 0,4812 | 3,80 | 0,499928 |
| 0,44 | 0,1700 | 0,98 | 0,3365 | 1,52 | 0,4357 | 2,12 | 0,4830 | 4,00 | 0,499968 |
| 0,46 | 0,1772 | 1,00 | 0,3413 | 1,54 | 0,4382 | 2,16 | 0,4846 | 4,50 | 0,499997 |
| 0,48 | 0,1844 | 1,02 | 0,3461 | 1,56 | 0,4406 | 2,20 | 0,4861 | 5,00 | 0,499997 |
| 0,50 | 0,1915 | 1,04 | 0,3508 | 1,58 | 0,4429 | 2,24 | 0,4875 | ||
| 0,52 | 0,1985 | 1,06 | 0,3554 | 1,60 | 0,4452 | 2,28 | 0,4887 |
Приложение Б
Таблица значений гамма-функции
 |  | | | | | | |
| 1,00 | 1,0000 | 1,25 | 0,9064 | 1,50 | 0,8862 | 1,75 | 0,9191 |
| 1,01 | 0,9943 | 1,26 | 1,51 | 1,76 | |||
| 1,02 | 1,27 | 1,52 | 1,77 | ||||
| 1,03 | 1,28 | 1,53 | 1,78 | ||||
| 1,04 | 1,29 | 1,54 | 1,79 | ||||
| 1,05 | 1,30 | 1,55 | 1,80 | ||||
| 1,06 | 1,31 | 1,56 | 1,81 | ||||
| 1,07 | 1,32 | 1,57 | 1,82 | ||||
| 1,08 | 1,33 | 1,58 | 1,83 | ||||
| 1,09 | 1,34 | 1.59 | 1,84 | ||||
| 1,10 | 1,35 | 1,60 | 1,85 | ||||
| 1,11 | 1,36 | 1,61 | 1,86 | ||||
| 1,12 | 1,37 | 1,62 | 1,87 | ||||
| 1,13 | 1,38 | 1,63 | 1,88 | ||||
| 1,14 | 1,39 | 1,64 | 1,89 | ||||
| 1,15 | 1,40 | 1,65 | 1,90 | ||||
| 1,16 | 1,41 | 1,66 | 1,91 | ||||
| 1,17 | 1,42 | 1,67 | 1,92 | ||||
| 1,18 | 1,43 | 1,68 | 1,93 | ||||
| 1,19 | 1,44 | 1,69 | 1,94 | ||||
| 1,20 | 1,45 | 1,70 | 1,95 | ||||
| 1,21 | 1,46 | 1,71 | 1,96 | ||||
| 1,22 | 1,47 | 1,72 | 1,97 | ||||
| 1,23 | 1,48 | 1,73 | 1,98 | ||||
| 1,24 | 1,49 | 1,74 | 1,99 | ||||
| 2,00 | 1,0000 |
Приложение В
Интенсивность отказов изделий механического и электротехнического оборудования
| Наименование изделия | Характеристика режима функционирования | Интенсивность отказов, 1/ч |
| Двигатели внутреннего сгорания | при работе | 0,3.10-3 |
| Клапаны гидравлические | при открытии | 0,1-0,4.10-3 |
| Клапаны вакуумные | при переключениях | 1,2.10-3 |
| Клапаны обратные | при работе | 0,3.10-4 |
| Электропневмоклапаны | 0,3.10-3 | |
| Насосы гидравлические | 4,4.10-3 | |
| Цилиндры гидравлические | 0,9.10-4 | |
| Муфты соединительные | 0,3.10-3 | |
| Прокладки резиновые | 0,6.10-2 | |
| Шайбы и жиклеры расходные | 0,1.10-6 | |
| Датчики уровня поплавковые | при измерениях | 0,2.10-2 |
| Датчики давления | 0,5.10-3 | |
| Манометры | 0,1.10-3 | |
| Расходомеры гидравлические | 0,5.10-2 | |
| Тахометры | 0,4.10-2 | |
| Выключатели: с ручным приводом | при переключениях | 0,4.10-3 |
| гидравлические | 0,4.10-3 | |
| моментные | 0,4.10-3 | |
| концевые | 0,4.10-3 | |
| Электродвигатели | при пуске | 1,2.10-3 |
| Муфты электромагнитные | под нагрузкой | 1,2.10-3 |
| Реле электромагнитные | при включении | 0,4.10-3 |
| Батареи аккумуляторные | под нагрузкой | 0,3.10-5 |
| Трансформаторы | 0,1.10-5 | |
| Анализаторы газа: кислорода | при измерениях | 6,5.10-3 |
| водорода | 3,5.10-3 | |
| паров воды | 1,2.10-3 | |
| углекислого газа | 0,8.10-3 | |
| Датчики уровня емкостные | при измерениях | 2,5.10-5 |
| Транзисторы | 0,3.10-6 | |
| Конденсаторы | 0,3.10-7 | |
| Резисторы | 4,6.10-5 | |
| Микросхемы | 0,1.10-8 |
Белов П.Г. Теоретические основы обеспечения безопасности эксплуатации вооружения и военной техники. – М., МО СССР, 1988. – 110 с.