Teoria niezawodności – interdyscyplinarna dziedzina nauki i techniki zajmująca się badaniem zdolności obiektów (technicznych, biologicznych, a także systemów informatycznych) do prawidłowego spełniania wymaganych funkcji w określonym czasie i w określonych warunkach eksploatacji.
Wyrosła z nauk matematycznych (głównie rachunku prawdopodobieństwa i statystyki) oraz inżynierii, stając się kluczowym elementem projektowania nowoczesnych maszyn, systemów przemysłowych, elektroniki oraz infrastruktury krytycznej.
Kluczowe pojęcia W teorii niezawodności stosuje się szereg precyzyjnie zdefiniowanych wskaźników i pojęć:
Niezawodność R(t) – prawdopodobieństwo, że obiekt nie ulegnie uszkodzeniu w przedziale czasu od 0 do t. Intensywność uszkodzeń λ(t) – miara podatności obiektu na uszkodzenia w danej chwili, pod warunkiem że do tej chwili obiekt działał poprawnie. MTBF (Mean Time Between Failures) – średni czas między awariami (dla obiektów naprawialnych). MTTF (Mean Time To Failure) – średni czas pracy do pierwszego uszkodzenia (dla obiektów nienaprawialnych).
Krzywa wannowa Jednym z fundamentalnych modeli opisujących intensywność uszkodzeń obiektów technicznych w czasie jest tzw. krzywa wannowa. Dzieli ona cykl życia urządzenia na trzy fazy:
Okres docierania (wczesnych uszkodzeń): Wysoka, ale malejąca intensywność awarii, wynikająca z wad fabrycznych i błędów montażowych. Okres normalnej eksploatacji (uszkodzeń losowych): Niski i stały poziom intensywności uszkodzeń, gdzie awarie mają charakter czysto losowy. Okres starzenia się (zużycia): Gwałtownie rosnąca intensywność uszkodzeń wywołana fizycznym zużyciem materiałów, korozją czy zmęczeniem komponentów.
Struktury niezawodnościowe systemów Systemy techniczne składają się z wielu elementów. Ich wypadkowa niezawodność zależy od sposobu ich połączenia w strukturze niezawodnościowej (która nie zawsze pokrywa się ze schematem funkcjonalnym czy elektrycznym):
Połączenie szeregowe System działa tylko wtedy, gdy sprawne są wszystkie jego elementy. Awaria jednego komponentu powoduje awarię całego układu. Niezawodność takiego systemu jest zawsze niższa niż niezawodność najsłabszego elementu i wyraża się wzorem:
Połączenie równoległe (rezerwowanie) System działa, jeśli sprawny jest co najmniej jeden z jego elementów. Uszkodzenie pojedynczego komponentu nie przerywa pracy układu (tzw. redundancja). Niezawodność systemu równoległego oblicza się jako dopełnienie prawdopodobieństwa uszkodzenia wszystkich elementów:
Zastosowanie Teoria niezawodności znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie awaria systemu może nieść za sobą katastrofalne skutki finansowe lub zagrożenie dla życia ludzkiego:
Górnictwo i przemysł ciężki: Szacowanie żywotności maszyn wyciągowych, transporterów i taśmociągów. Lotnictwo i kosmonautyka: Projektowanie systemów sterowania z potrójną lub poczwórną rezerwacją (redundancją). Informatyka i telekomunikacja: Planowanie architektury serwerów, baz danych oraz sieci (zapewnienie wysokiej dostępności – High Availability). Energetyka: Analiza bezpieczeństwa elektrowni (w tym jądrowych) oraz sieci przesyłowych
Przypisy
Kategoria:Niezawodność