Философия обслуживания

Философия обслуживания — это сочетание стратегий, которые гарантируют, что элемент работает должным образом, когда это необходимо. ^[1]^[2]

Определение

Техническое обслуживание — это форма управления рисками , которая требуется тогда и только тогда, когда элемент не соответствует минимальному уровню технических характеристик, когда этот элемент или система требуются.

Техническое обслуживание является необязательным и может не потребоваться, если частично неисправный элемент по-прежнему соответствует минимальному уровню технических характеристик или если элемент не требуется в течение определенного периода времени.

Техническое обслуживание проходит в четыре этапа.

Обнаружение сбоев
Локализация отказов
Корректирующие действия
Оперативная проверка

Говорят, что изделие ухудшилось , когда существуют неисправности, но нормальная работа может продолжаться.

Автоматическое восстановление используется, чтобы избежать необходимости обслуживания.

Автоматическое восстановление после сбоя требуется для систем и ресурсов, к которым нет доступа во время развертывания, таких как ракеты, ракеты, спутники, подводные аппараты и предметы, которые закопаны или инкапсулированы. Существует несколько подходов.

Нестандартные изделия, разработанные специально для сверхвысокой надежности
Резервные элементы с функциями реконфигурации, которые автоматически обходят сбои
Тестирование партии для уменьшения производственных дефектов

Избыточные элементы увеличивают частоту отказов и снижают надежность, если восстановление не происходит автоматически.

Обнаружение сбоев

Обнаружение сбоев включает в себя две разные стратегии обслуживания, которые влияют на стоимость жизненного цикла и доступность.

Условный
Периодический

Условный

Условное обслуживание основано на индикаторах, которые сообщают пользователям о сбое элемента.

Система полностью неисправна и не может работать должным образом.
Система будет работать как положено, но ее качество ухудшится.

Для этого требуется автоматическое обнаружение неисправностей и сообщение о них.

Техническое обслуживание по состоянию (CBM) требует четко видимого или звукового уведомления, подходящего для неискушенных и неподготовленных пользователей, которое включает следующее.

Цветной индикатор (красный или желтый свет)
Дисплей, показывающий фразу «неудачная» или «ухудшенная» рядом с названием элемента.
Манометр с четко выраженными зелеными, желтыми и красными полосами для обозначения нормального и неисправного состояния.
Звуковые индикации, такие как зуммер, звонок или синтезированный голос.

Действия по восстановлению начинаются после получения уведомления.

Говорят, что элементы оснащены инструментами , когда уведомление происходит автоматически в случае сбоя. Есть два подхода.

Сквозной (ETE)
Устройства самоотчета

Тестирование ETE включает в себя автоматизированный процесс, который периодически вводит что-то в элемент, а затем результаты проверяются, чтобы определить, соответствуют ли они уровню производительности, требуемому спецификацией. Это может быть навязчивым и может на короткое время помешать нормальной работе.

Устройства с самоотчетами включают функции автоматического встроенного тестирования (BIT), которые менее навязчивы.

Элементы без уведомлений, подходящих для CBM, имеют режимы тихого отказа , которые требуют периодических профилактических действий по техническому обслуживанию.

Периодический

Эксплуатационный сбой в конечном итоге произойдет, когда элемент будет использоваться в нормальном режиме работы, если не будет вмешательства. Процедуры, связанные с периодическим обслуживанием, обычно называются системой периодического обслуживания (PMS).

Существует риск того, что система не будет работать должным образом, и этот риск возрастает с течением времени из-за увеличения вероятности скрытых сбоев , которые приводят к сбоям в работе.

Периодические действия по техническому обслуживанию контролируют риск эксплуатационных сбоев. Это основано на инвазивных процедурах, которые на короткое время выводят систему из строя, пока пользователи выполняют вручную диагностические или профилактические процедуры. Ниже приведены несколько примеров.

Калибровка
Встроенный тест (BIT)
Внешняя диагностика (приборы)
Эксплуатационная проверка системы (SOT)

Устройство не работает и недоступно для нормальной работы в то время, пока выполняется процедура периодического обслуживания.

Неудача носит статистический характер. Существует случайная вероятность того, что система или элемент не будет работать, когда это необходимо. Надежность снижается с течением времени, а вероятность отказа увеличивается, пока не будут приняты меры.

Элемент в конечном итоге выйдет из строя, если не будет вмешательства.

Периодическое техническое обслуживание все больше снижает риски эксплуатационных сбоев, поскольку процедуры используются чаще. Средняя надежность повышается по мере сокращения времени между действиями по техническому обслуживанию.

Reliability=0.5\times \left(1+e^{\left(-\lambda \times Time\ Between\ Maintenance\ Actions\right)}\right)

Например, элемент без функций CBM будет работать должным образом примерно в 90% случаев, если периодическое техническое обслуживание будет выполняться примерно в 5 раз чаще, чем среднее время безотказной работы.

0.9\approx 0.5\times \left(1+e^{-0.2}\right)

Локализация отказов

Изоляция сбоя — это стратегия, используемая для определения основной причины сбоя. Есть два метода.

Автоматическая изоляция неисправностей
Ручная изоляция неисправностей

Автоматическая изоляция неисправностей

Автоматическая изоляция неисправностей определяет основную причину сбоя без ручного вмешательства.

Обычно это используется для управления избыточными элементами, когда необходимо автоматически обходить сбои.

Ручная изоляция неисправностей

Ручная изоляция неисправности – это когда обслуживающий персонал должен определить основную причину сбоя. Обычно для этого требуется следующее.

Ручные диагностические тесты
Испытательное оборудование
Запчасти
Документация
Обучение

Инструменты устройства, используемые с CBM, обычно используются для сокращения времени и усилий, необходимых для выявления основной причины.

Корректирующие действия

Корректирующее действие — это действие, которое восстанавливает производительность элемента или системы после сбоя.

Существует два вида корректирующих действий.

Автоматический
Руководство

Автоматическое корректирующее действие

Автоматическая коррекция возможна для резервированных систем, когда обнаружение неисправностей, изоляция неисправностей и обход неисправностей выполняются автоматически.

Автоматические корректирующие действия также называются активным восстановлением и самовосстановлением .

Этот метод можно использовать для увеличения времени безотказной работы до уровня, в течение которого элемент будет использоваться без обслуживания.

Например, ожидается выход из строя космических аппаратов, которым может потребоваться правильная работа в течение 10 лет в агрессивной среде.

Избыточность может быть достигнута за счет запуска большого количества спутников, что является практическим решением для таких вещей, как система глобального позиционирования (GPS), поскольку каждое транспортное средство занимает немного разную орбиту.

Это невозможно для геосинхронной орбиты, где все функции должен выполнять один аппарат, который, выполняя все функции, должен сохранять стабильное положение над одной конкретной точкой земной поверхности. Спутники, предназначенные для работы на геостационарной орбите, должны включать в себя систему активного восстановления, которая предотвращает полный отказ при выходе из строя одной или нескольких частей.

Автоматическое корректирующее действие включает в конструкцию все запасные части для устранения всех отказов, которые можно ожидать в течение определенного периода времени.

Ручное корректирующее действие

Ручное корректирующее действие – это когда обученный обслуживающий персонал выполняет калибровку или замену для восстановления работы.

Корректирующие действия для резервных элементов включают ручную реконфигурацию, когда автоматический обход неисправности недоступен, что зависит от объема технического обслуживания.

Неудачная замена детали зависит от наименьшего заменяемого блока (LRU). Это может быть часть внутри предмета или целый предмет. Такое решение принимается исходя из того, что дешевле заменить.

Например, покупка нового жесткого диска стоит около 200 долларов, техническая помощь по замене диска — 500 долларов, а отремонтированный компьютер — около 600 долларов. Если вы замените собственный диск и установите собственную операционную систему, покупка диска обойдется дешевле. Если вам нужна техническая помощь, дешевле заменить весь компьютер.

Оперативная проверка

Эксплуатационная проверка — это любое действие, выполняемое для проверки работоспособности элемента или системы.

Обычно это предполагает использование системы в нормальном режиме работы, который может включать реальную работу или моделируемую работу.

Надежность

Техническое обслуживание тесно связано с надежностью, поскольку оно необходимо для восстановления работоспособности, утраченной из-за сбоя.

Электронные устройства распадаются способом, который математически эквивалентен процессам радиоактивного распада нестабильных атомов.

Электронный отказ определяется случайными процессами, где среднее время между отказами определяет среднее количество часов до возникновения отказа. Лямбда $\lambda$ определяет количество ожидаемых отказов в час.

\lambda ={\frac {1}{Mean\ Time\ Between\ Failure}}

Надежность – это вероятность того, что отказ не произойдет в течение определенного периода времени.

Reliability=e^{\left(-\lambda \times Time\right)}

Probability\ of\ Failure=1-Reliability

Частота отказов зависит от логарифмической математики для упрощения расчетов с использованием $\lambda$ это очень похоже на тип анализа, используемый для электронных схем.

Общая интенсивность отказов для сложного элемента представляет собой сумму всех частот отказов для всех отдельных компонентов элемента. Это относится к ситуациям, когда отказ одного компонента приводит к выходу из строя всего элемента. Тип расчета аналогичен последовательной электронной схеме.

\lambda =\lambda _{1}+\lambda _{2}+...+\lambda _{n}=\sum _{k=1}^{N}\lambda _{k}

Общая интенсивность отказов для элементов с полным дублированием является обратной суммой MTBF для всех отдельных резервных элементов. Это применимо к ситуациям, когда все компоненты элемента должны выйти из строя до того, как элемент выйдет из строя. Тип расчета аналогичен параллельной электронной схеме.

\lambda =\left({\dfrac {1}{{\dfrac {1}{\lambda _{1}}}+{\dfrac {1}{\lambda _{2}}}+...+{\dfrac {1}{\lambda _{n}}}}}\right)=\left({\dfrac {1}{\sum _{k=1}^{N}{\dfrac {1}{\lambda _{k}}}}}\right)

Блок -схема надежности используется для построения модели крупных объектов. Это обеспечивает прослеживаемость при определении потребностей в финансировании и рабочей силе с использованием расчетов надежности.

Частота отказов кремниевых и углеродных устройств удваивается для каждого $5^{o}$ Повышение температуры С. Электронные устройства, работающие при $60^{o}$ C выйдет из строя в 64 раза чаще, чем элементы того же типа, работающие при $30^{o}$ C. Эта связь справедлива и выше. $25^{o}$ С.

Надежность транспортировки аналогична, но значения выражаются в единицах расстояния, например, количество неисправностей на милю или количество неисправностей на километр.

Интенсивность отказов может быть выражена количеством циклов. Термический удар, вызванный нагревом и охлаждением, может привести к выходу из строя при включении и выключении питания. Большинство механических переключателей рассчитаны на работу в течение 10 000 циклов до выхода из строя, что составляет около 30 лет при частоте циклов 1 действие в день.

Расстояние, цикл и надежность затухания имеют отдельные вклады, влияющие на общую частоту отказов.

Доступность

Доступность обычно используется в системах, которые предусматривают периодическое обслуживание.

Доступность — это вероятность того, что элемент будет работать правильно в течение определенного периода времени при случайном использовании в течение этого периода.

Availability={\frac {Available\ Time}{Total\ Time}}

Total\ Time=Available\ Time+Down\ Time

Down\ Time=Maintenance\ Time+Faulted\ Time

Доступное время — это время, пока система полностью работоспособна. Время простоя — это время, в течение которого система недоступна для нормального использования, и оно состоит из времени, в течение которого выполняется периодическое техническое обслуживание, и количества времени, в течение которого система находится в сбое.

Расчеты доступности имеют смысл для изделий со сменными деталями только тогда, когда виды отказов имеют достаточный охват.

Coverage>Availability

Готовность

Готовность имеет смысл, когда элемент не требует простоя для периодического обслуживания. Это полезное измерение для устройств, которые включают автоматическое восстановление или обслуживание по состоянию.

Готовность — это вероятность того, что элемент будет работать должным образом при использовании в любое случайное время, пока элемент находится в правильном режиме работы.

Readiness=1-\lambda \times Mean\ Time\ To\ Recover

Среднее время восстановления после ручных действий обычно измеряется или оценивается. Ниже приведен пример значений, которые можно использовать для оценки механической части времени восстановления, связанного с заменой вышедшей из строя платы.

Статический ремешок на запястье

120 секунд

Болты и винты с невыпадающей гайкой

убрать 15 секунд; заменить 30 секунд

Болты и винты со свободной гайкой

убрать 30 секунд; заменить 60 секунд

Маленькие кабели

отключиться на 15 секунд; переподключиться через 60 секунд

Схема карты

убрать 30 секунд; вставьте 120 секунд

Расчеты готовности имеют смысл для изделий со сменными деталями только тогда, когда виды отказов имеют достаточный охват.

Coverage>Readiness

Покрытие

Покрытие технического обслуживания оценивает долю неисправностей, обнаруженных CBM и PMS.

Coverage={\frac {Faults\ Detected\ By\ CBM+Faults\ Detected\ By\ PMS}{Total\ Possible\ Faults}}

Грубую оценку покрытия можно сделать, наблюдая за соотношением между эксплуатационными сбоями и действиями по техническому обслуживанию.

Coverage\approx {\frac {Total\ Faults\ Excluding\ Operational\ Failure}{Total\ Faults\ Including\ Operational\ Failure}}

Расчеты доступности, расчеты готовности и связанные с ними претензии действительны только в том случае, если покрытие превышает доступность.

Военные и коммерческие

Военные системы и крупные коммерческие системы имеют общие ограничения по надежности.

Способность военной системы продолжать работу после боевых повреждений – это живучесть .

Политика военного обслуживания (MMP) требуется для оборонных систем. Проекты обычно включают резервирование с автоматическим обнаружением неисправностей, автоматической изоляцией неисправностей и автоматическим обходом неисправностей. Они переконфигурируют системы без вмешательства человека после боевых повреждений и обычных отказов.

Большинство готовых коммерческих изделий (COTS) используются в благоприятных условиях, но электронные устройства выходят из строя так же, как постоянные случайные повреждения в бою. Этот эффект усиливается по мере увеличения размера.

Чрезмерное время простоя — это тип конструктивного дефекта , который затрагивает все большие системы.

Например, если система состоит из 1000 отдельных компьютеров, каждый из которых имеет среднее время наработки на отказ (MTBF) 3 года, то среднее время безотказной работы всей системы будет равно 1 дню. Если среднее время ремонта (MTTR) составляет 3 дня, система никогда не будет работать.

Если одна и та же система включает 1010 компьютеров, то сбои будут редкими, если система включает автоматическое обнаружение неисправностей, автоматическую изоляцию неисправностей и автоматический обход неисправностей.

Это показывает, почему крупные коммерческие системы требуют такого же подхода к обслуживанию, как и военные системы.

См. также

Внешние ссылки

Ссылки

^ «Выпущена новая политика надежности» . Университет оборонного снабжения.
^ «Выпуски DoN» . Департамент ВМФ. Архивировано из оригинала 17 марта 2013 г.

[1] «Выпущена новая политика надежности» . Университет оборонного снабжения.

[2] «Выпуски DoN» . Департамент ВМФ. Архивировано из оригинала 17 марта 2013 г.

[1]

[2]