Темы для докладов Дисциплина «Основы теории надежности» Тема 1. Общая характеристика надежности как науки. Надежность как качественный показатель, характеризующий техническое устройства. Общая и прикладная теория надежности. Математическая теория надежности, статистическая теория надежности и физическая теория надежности. Состояние объекта с точки зрения надѐжности. Основные этапы жизненного цикла объекта. Поддержание требуемого уровня надежности технических объектов в процессе эксплуатации. Тема 2. Качественные и количественные характеристики надежности. Основные виды надежности: физическая надежность, схемная надежность, аппаратная надежность, программная надежность и функциональная надежность. Основные качественные и количественные характеристики надежности: безотказность, наработка, долговечность, ремонтопригодность, невосстанавливаемое изделие, восстанавливаемое изделие, ремонтируемый объект, неремонтируемый объект и сохраняемость. Основные качественные и количественные характеристики прикладной надежности: безопасность, живучесть, исправное состояние, неисправное состояние, работоспособное состояние, неработоспособное состояние и предельное состояние. Понятие отказа и его классификация: полный отказ, частичный отказ, постепенный отказ, внезапный отказ, совместный отказ, несовместный отказы, независимый отказ и зависимый отказ. Тема 3. Назначение показателей надёжности сложных систем. Основные конструкторско-технологические факторы повышения надежности. Повышение надежности технических объектов на стадии эксплуатации. Общее и раздельное резервирования. Резервирование замещением и скользящее резервирование. Статистические параметры нормального распределения. Функция распределения и вероятность безотказной работы при нормальном законе распределения. Нормированное нормальное распределение. Экспоненциальное распределение: функции распределения, вероятности безотказной работы и Плотности вероятности случайной величины. Распределение Вейбулла: функция распределения, вероятности безотказной работы и плотность вероятности распределения. Гамма-распелеление: функция распределения, вероятности безотказной работы и плотность вероятности гамма-распределения. Распределение Пуассона. Тема 4. Причины потери работоспособности технического объекта. Тепловая энергия, действующая на систему и ее части. Коррозия отдельных узлов системы. Условия агрессивных сред. Ядерная (атомная) энергия, выделяющаяся в процессе превращения атомных ядер. Электромагнитная энергия в виде радиоволн (электромагнитных колебаний). Биологические факторы, влияющие на работоспособность системы. Тема 5. Стратегия обеспечения и испытания на надѐжность. Общие положения. Вероятность появления события, заключающегося в безотказной работе создаваемого изделия. Вероятность появления противоположного события, выражающегося в появлении отказа изделия при его работе в заданных условиях эксплуатации. Признаки отказов: параметрические, функциональные, прочностные и эксплуатационные. Тема 6. Стратегия обеспечения и испытания на надѐжность. Метод структурных схем. Структурная схема системы. Расчетная схема конструкции объекта и его принципиальная схема. Правила соединения элементов системы. Правила при использовании структурного метода расчѐта надѐжности системы. Последовательное и параллельное соединение элементов системы. Вероятность отказа для последовательного соединения элементов. Вероятность безотказной работы для последовательного соединения элементов. Вероятность отказа для параллельного соединения элементов. Вероятность безотказной работы для параллельного соединения элементов. Вероятность отказа для смешанного соединения элементов. Вероятность безотказной работы для смешанного соединения элементов. Тема 7. Обеспечение надежности в производстве. Система стандартизации при управлении качеством и надѐжности продукции. Качество выпускаемых изделий, документации на изготовление, сырья, материалов, комплектующих изделий, запасных частей и принадлежностей, труда исполнителей. Организация контроля качества. Конструктивные методы. Обеспечение надежности в производстве: комплексный подход к изучению и разработке технологических процессов и выбор управляющих воздействий. Система технического обслуживания и ремонтов. Виды технического обслуживания. Периодичность выполнения технических обслуживаний. Тема 8. Статистические методы оценки, анализа и контроля надежности. Вероятностные показатели надежности невосстанавливаемых элементов. Статистические показатели надежности восстанавливаемых систем: поток отказов и восстановлений, параметр потока отказов, интенсивность потока отказов, наработка на отказ, среднее время восстановления, Коэффициент готовности. Тема 9 Испытания на надежность. Основные критерии, определяющие качество статистической информации. Стендовые испытания, определительные испытания, контрольные испытания и ускоренные испытания на надежность. Риск изготовителя и потребителя. Статистических метода контроля надежности: метод однократной выборки (одиночный контроль); метод двукратной выборки (двойной контроль); метод последовательного анализа. Тема 10. Оценка показателей надежности по статистической информации об отказах при эксплуатации и испытаниях. Этапы определения закона распределения: подготовка опытных данных, построение гистограммы и проверка соответствия закона распределения с использованием одного из критериев согласия (Колмогорова, Пирсона, Стьюдента, Фишера и др.). Точечные и интервальные оценки (доверительные интервалы), доверительная вероятность и уровень значимости. Планы испытаний. Тема 11. Показатели надежности при хранении информации. Комплексные показатели надежности информационных систем Архитектура системы: уровни абстракции; последовательные программы; документация; проверка правильности. Проектирование структуры программы: независимость модулей; прочность модулей; сцепление модулей; композиционный анализ. Архитектура ЭВМ и надежность: структура памяти; структура программы; средства отладки; машины с языком высокого уровня. Тема 12. Факторы, влияющие на надежность информационных систем Модели надежности ПО: модель роста надежности; вероятностные модели; статистическая модель Миллса; простые интуитивные модели; модель сложности. Методы проектирования: пассивное обнаружение ошибок; активное обнаружение ошибок; исправление ошибок и устойчивость к ошибкам; изоляция ошибок. Тема 13. Влияние контроля и диагностики на надежность обработки, передачи и хранении информации Проектирование и программирование модуля: внешнее проектирование модуля; проектирование логики модуля; структурное программирование; защитное программирование. Тема 14. Элементы теории восстановления Принципы тестирования: основные определения; интеграция модулей; восходящее тестирование; нисходящее тестирование; метод сандвича. Тестирование модуля: проектирование теста; выполнение теста; инструменты для тестирования модуля; статический анализ управления. Тема 15. Основы расчета надежности информационных систем; испытания на надежность. Методы повышения надежности информационных систем Расчет надежности АСУ: последовательность расчета надежности АСУ; логические основы надежности; расчет надежности, основанный на использовании параллельно – последовательных структур; способы преобразования сложных структур. Тема 16. Влияние человека-оператора на функционирование информационных систем Факторы, влияющие на надежность АСУ: надежность и качество функционирования АСУ; количественные показатели надежности и эффективности; резервирование (избыточность) в АСУ; математическое обеспечение АСУ и его влияние на надежно. Тема 17. Математические методы в теории надежности Основные законы распределения. Потоки случайных событий и их математическое описание. Марковские процессы, дискретные в пространстве и во времени. Матрицы переходных вероятностей. Марковские цепи. Преобразования. Вероятностное моделирование в задачах оценки надежности проектируемых объектов. Общий алгоритм моделирования надежности и область его применения. Решение задач надежности с использованием моделей массового обслуживания. Тема 18. Методы расчета надежности невосстанавливаемых и восстанавливаемых объектов Методы расчета надежности проектируемых объектов с дискретным состоянием. Расчет при параллельно-последовательном соединении элементов. Виды резервирования объектов: активное и пассивное резервирование; общее и раздельное резервирование; резервирование с целой и дробной кратностью; резервирование с учетом обрыва и короткого замыкания. Метод путей и сечения. Виды избыточности. Задача оптимального резервирования и методы её решения. Тема 19. Оценка показателей надежности объектов по экспериментальным испытаниям Параметрические методы расчета надежности передачи информации в автоматизированных системах. Выбросы случайных функций. Пути получения экспериментальных данных об отказах. Значение и виды испытаний на надежность. Построение экспериментальных зависимостей. Выбор типа теоретического распределения наработки на отказ. Оценка параметров теоретических распределений наработки на отказ. Тема 20. Методы расчета надежности технологических систем Точечные и интервальные оценки. Статистическая проверка гипотез о математических ожиданиях и дисперсиях. Связь показателей надежности и качества функционирования технологических систем. Метод расчета надежности технологических систем с накопителями. Расчет надежности систем работ по сетевым и логико-сетевым моделям. Методы расчета надежности технологических систем с помощью вероятностного физического моделирования. Тема 21. Модели оценки надежности аппаратного обеспечения Структурные и функциональные элементы систем. Структурный анализ. Расчеты надежности аппаратного обеспечения. Оценка надежности методами имитационного моделирования. Экспериментально-статистическое исследование надежности. Тема 22. Модели оценки надежности программного обеспечения. Надежность и правильность программ. Зависимость от времени тестирования (затрат на отладку). Модели надежности программного обеспечения (экспоненциальная, Вейбулла, Миллса). Виды избыточности программного обеспечения и способы их реализации. Тема 23. Качество программного обеспечения. Основные понятия качества программного обеспечения: тестирование, верификация, валидация. Влияние программного обеспечения на качество функционирования систем. Наиболее типичные полные отказы систем за счет работы программ. Методы повышения надежности программного обеспечения. Перспективы дальнейшего развития теории и практики надежности программного обеспечения. Тема 24. Некоторые положения теории вероятностей. Определения (достоверные, невозможные, случайные событиями; случайная величина, прерывные и непрерывные); основные теоремы теории вероятностей (Теорема сложения вероятностей; Теорема умножения вероятностей); Закон распределения случайной величины; Численные характеристики распределения случайной величины. Тема 25. Показатели надежности. Показатели безотказности (Вероятность безотказной работы, Частота отказов, Интенсивность отказов), вероятность отказа изделия; Связь между показателями безотказности (вероятность безотказной работы и интенсивность отказов, плотность вероятности и интенсивность отказов, вероятность безотказной работы и среднее время безотказной работы). Тема 26. Типичные распределения отказов. Этапы эксплуатации; Законы распределения отказов (Период нормальной эксплуатации, Период износа); Частота отказов, вероятность безотказной работы, интенсивность отказов; Нормальный закон распределения (законом Гаусса), плотность распределения. Первый (обкатка), второй и третий этапы эксплуатации изделия. Показатели безотказности в период нормальной эксплуатации. Показатели безотказности в износный период. Тема 27. Надежность сложных невосстанавливаемых изделий. Безотказность при основном соединении. Безотказность при резервировании (резервное соединение, разновидности резервирования, не нагруженное соединение, общее резервирование). Определение вероятности безотказной работы при: нагруженном соединении элементов, частном резервировании элементов, общем резервировании элементов, смешанном соединении элементов. Тема 28. Надежность восстанавливаемых изделий Показатели безотказности восстанавливаемых изделий (график потока, параметр потока). Вероятность безотказной работы, среднее время между соседними отказами. Тема 29. Ремонтопригодность изделий График потока восстановления, среднее время восстановления. Коэффициент технического использования, коэффициент готовности, их понятия как они определяются. Плановые и случайные обслуживания, определения их количества. Конструктор для создания ремонтопригодного изделия ,его возможности. Тема 30. Долговечность изделий и их элементов Показатели долговечности; Аспекты долговечности (физический, экономический, моральный). График изменения срока службы элемента. Гамма-процентный ресурс и как его определить. Тема 31. Обеспечение надѐжности в производстве Системы управления надѐжностью (система стандартизации). Качество выпускаемых изделий предприятием-изготовителем, а также качество их эксплуатации и ремонта, факторы зависимости (документация, оборудование, труд и так далее). Конструктивные методы обеспечения надѐжности; категории конструктивных методов, которые позволяют заложить в конструкцию вновь создаваемых или модернизируемых изделий требуемую надѐжность. Технологические методы обеспечения надѐжности; методы обеспечения надѐжности в производстве изделий. Тема 32. Основные понятия о техническом обслуживании Техническое обслуживание (ежемесячное, периодическое, сезонное, при хранении), обкатка. Определение периодичности работ технического обслуживания. Продолжительность обслуживания изделий. Виды и характеристики методов, позволяющие определить периодичность проведения работ обслуживания. Тема 33. Ремонт изделий Характеристики видов ремонтов. Сущность текущего ремонта и варианты введения в него определѐнной работы. Содержание текущих ремонтов. Определение продолжительности простоев в ремонте. Цель капитального ремонта. Тема 34. Обеспечение запасными частями Запасная часть, номенклатура запасных частей, ее элементы. Определение расхода запасных частей, быстроизнашивающихся элементов изделия.
