Duże znaczenie w porządkowaniu terminów, określeń i definicji dotyczących niezawodności ma norma PN-93/N-50191 [3.27], w której dokonano próby przetłumaczenia na język polski terminologii w języku angielskim, przyjętej przez zespół ekspertów w normie międzynarodowej IEC 60050(191):1990.
Przyjęto, że obiektem (ang. item, entity ) jest dowolna część składowa, element, przyrząd, pod-system, jednostka funkcjonalna, urządzenie lub pod-system, które mogą być rozpatrywane indywidualnie.
Obiekt może być naprawialny (ang. repaired item), jeśli możliwa jest w określonych warunkach jego naprawa po wystąpieniu uszkodzenia.
Funkcja wymagana (ang. required function) jest to zdefiniowana funkcja lub zespół funkcji, któ-rych wypełnienie przez dany obiekt jest niezbędne do wykonania określonego zadania lub misji. Oczy-wiście obiekt taki musi być odpowiednio zaprojektowany, spełniając założenia i wymagania podane w specyfikacji technicznej, a następnie wykonany i użytkowany (eksploatowany) z dotrzymywaniem przyjętych kryteriów jakościowych w danych warunkach zewnętrznych i środowiskowych.
Eksploatacja (ang. operation) jest zespołem wszystkich działań technicznych i organizacyjnych, mających na celu umożliwienie obiektowi wypełnianie wymaganych funkcji, włącznie z niezbędnym dostosowaniem do zmian warunków zewnętrznych.
Skuteczność (efektywność w działaniu) (ang. effectiveness) jest zdolnością obiektu do wykonania żądanej funkcji (lub usługi) zgodnie z podanymi charakterystykami ilościowymi. Natomiast trwałość
(ang. durability ) dotyczy zdolności obiektu do wypełnienia wymaganych funkcji w danych warunkach użytkowania i obsługiwania, aż do osiągnięcia stanu granicznego.
Zdefiniowano w tej normie również wskaźnik lub miarę (ang. measure) w odniesieniu do probabi-listycznego opisu niezawodności, który jest funkcją lub wielkością używaną do opisu zmiennej losowej lub procesu losowego. Wyróżniono następujące właściwości szeroko rozumianego obiektu:
Niezawodność (ang. dependability ) definiuje się jako zespół właściwości, które opisują gotowość obiektu i wpływające na nią: nieuszkadzalność, obsługiwalność i zapewnienie środków obsługi (termin niezawodność powinien być używany do ogólnego nieliczbowego opisu obiektu).
Zdolność do działania (ang. capability ) jest zdolnością obiektu do wykonania żądanego zadania lub usługi zgodnie z danymi charakterystykami ilościowymi, w danych warunkach zewnętrznych (w odniesieniu do usług telekomunikacyjnych właściwość ta nazywa się przepustowością).
Nieuszkadzalność (ang. reliability ) definiuje się jako zdolność obiektu do wypełnienia wymaga-nych funkcji w dawymaga-nych warunkach i w określonym przedziale czasu. Natomiast gotowość; dyspo-zycyjność (ang. availability ) jest zdolnością obiektu do utrzymywania się w stanie umożliwiającym wypełnianie wymaganych funkcji w danych warunkach i określonej chwili lub w rozważanym prze-dziale czasu, przy założeniu, że zapewniono odpowiednie warunki zewnętrzne (zdolność ta zależy łącznie od nieuszkadzalności, obsługiwalności i zapewnienia środków obsługi obiektu).
Obsługiwalność; podatność na obsługę (ang. maintainability ) jest zdolnością obiektu do utrzy-mywania lub odtwarzania stanu zdatności w danych warunkach eksploatacji, w którym może on wypełniać wymagane funkcje, przy założeniu, że obsługa jest przeprowadzana w określonych warun-kach z zachowaniem ustalonych procedur i środków.
Nieuszkadzalność (nie powinna być utożsamiana z niezawodnością) jest więc zdolnością obiek-tu (wyrobu, systemu) do wypełnienia wymaganych funkcji w danych warunkach (zadany poziom maksymalnych obciążeń i narażeń w określonych warunkach środowiskowych) w danym przedziale czasu. Miarę tej zdolności wyraża się liczbowo na przykład jako prawdopodobieństwo poprawnego wypełniania wymaganej funkcji P(t) w rozważanym przedziale czasu [0, t]. Prawdopodobieństwo to jest funkcją czasu i przy założeniu, że obiekt jest nienaprawialny w tym umownym przedziale czasu, wyraża się za pomocą znanego wzoru
P (t) = exp[−
Z t 0
λ(τ )dτ ] (3.1)
gdzie: λ(t) jest funkcja intensywności uszkodzeń, definiowaną jako częstość uszkodzeń obiektów w przedziale czasu ∆t od chwili t, przy warunku, że obiekt był sprawny do chwili t
λ(t) = lim
∆t→0
P {t < T ¬ t + ∆t|T > t}
∆t (3.2)
przy czym: T jest zmienną losową trwałości typu ciągłego, określającą czas przebywania obiektu prostego w stanie zdatności funkcjonalnej.
W badaniach niezawodności duże znaczenie ma rozkład Weibulla zmiennej losowej T. Funkcję intensywności uszkodzeń dla takiego rozkładu określa wzór
λ(t) = (ν/b) (t / b)ν−1 (3.3)
gdzie: b jest współczynnikiem skali, wyrażanym w jednostkach czasu, np. w godz., a ν jest bez-wymiarowym współczynnikiem kształtu. Na Rys.3.2 przedstawiono wykresy funkcji intensywności uszkodzeń dla różnych wartości współczynnika kształtu
Jak widać na Rys.3.2 dla współczynnika kształtu o wartości ν = 1 uzyskano stałą w czasie funkcję intensywności uszkodzeń λ(t) = λ = const, identycznie jak w przypadku rozkładu wykładniczego.
Rozkład wykładniczy jest, więc szczególnym przypadkiem rozkładu Weibulla. Rozkład wykładniczy ma duże znaczenie w analizie niezawodności, szczególnie w przypadku elementów elektronicznych i elektrycznych, w których nie występują procesy zużycia. Jeśli będą występować w nich od pewnego
t λ(t)
ν=1
ν<1 1<ν<2 ν>2 ν=2
Rys. 3.2: Wykresy funkcji intensywności uszkodzeń rozkładu Weibulla dla różnych wartości współ-czynnika kształtu ν
czasu procesy starzenia materiałów, wówczas może być celowe w analizie trwałości zastosowanie innych rozkładów probabilistycznych.
Jeżeli oszacowanie parametru intensywności uszkodzeń rozkładu wykładniczego przeprowadza się na podstawie badania losowej próbki obiektów, pracujących w określonych warunkach środowisko-wych, o liczności n do chwili tB, przed którą wystąpiło m-te uszkodzenie, wówczas otrzymuje się, korzystając z metody największej wiarogodności, następujące oszacowanie nieznanej wartości para-metru λ∗B
λ∗B = m
Z(tB) (3.4)
przy czym wartość Z(tB) określa wzór
Z(tB) =
m
X
i=1
t(i)+ (n − m)tB (3.5)
Wyznaczona w ten sposób wartość Z(tB) jest zaobserwowaną sumą czasów poprawnej pracy badanych obiektów w przedziale czasu [0, tB]. W takim przypadku granice dwustronnego przedziału (d ) – dolną (dd ) i górną (dg ) - [λdd, λdg] na poziomie ufności β oblicza się z wzorów
λdd = χ22m,(1−β)/2
2Z(tB) (3.6)
λdg= χ22(m+1), (1+β)/2
2Z(tB) (3.7)
W liczniku wzorów (3.6) i (3.7) występują odpowiednio kwantyle (1 − β)/2 i (1 + β)/2 rozkładu chi kwadrat przy stopniach swobody 2m i (2(m+1).
Należy podkreślić, że badania niezawodności zarysowane powyżej dotyczą określonych warunków zewnętrznych (obciążenie, udary) i czynników środowiskowych (np. temperatura, wibracje, wilgot-ność). W praktyce analiz niezawodności nie dysponuje się wynikami badań niezawodności dla różnych
warunków i trzeba dostosować posiadane wyniki (dotyczące danej kategorii elementów) do innych wa-runków zewnętrznych i środowiskowych. Korzysta się wówczas z zaawansowanych metod szacowania parametrów rozkładu probabilistycznego lub ich odpowiedniej korekty z uwzględnieniem odpowiednich czynników. Są one opisane szczegółowo w poradnikach specjalistycznych i normach [3.34], [3.33].
Opracowany model probabilistyczny obiektu należy uwiarygodniać w czasie, korzystając m.in. z danych o przebiegu eksploatacji i zaistniałych uszkodzeniach w zbiorze obserwowanych obiektów danej kategorii. W tym celu korzysta się zwykle z Beyesowskich metod uaktualniania modelu pro-babilistycznego lub metod agregowania informacji z różnych źródeł bazując na opiniach ekspertów [3.9].