Надежность автоматизированных систем управления — свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответ­ствующих определенным режимам и условиям пользования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировании.

Надежность Н является комплексным свойством объекта, включающим следующие четыре составляющие:

• безотказность автоматизированных систем управления Б — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в те­чение некоторого времени или некоторой наработки;
• ремонтопригодность автоматизированных систем управления Р — свойство объек­та, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведе­ния ремонтов и технического обслуживания;
• сохраняемость автоматизированных систем управления С — свойство объекта не­прерывно сохранять исправное и работоспо­собное состояние в течение и после хранения и (или) транспортировки;
• долговечность автоматизированных систем управления Д — свойство объекта со­хранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Для четкого и однозначного определения каждой из составляющих надежности дол­жны быть с максимальной полнотой и чет­костью определены два состояния систем управления технологическими процессами, называемые характеристическими. Для безотказности автоматизированных систем управления и работоспособности — это состояния работоспособности и неработоспособности. Переход изделия из состояния работоспособности в состояние неработоспособности называется отказом, обратный переход восстановлением. Для сохраняемости автоматизированных систем управления пару характеристических состояний обра­зуют состояние сохранности и не сохранности, для долговечности автоматизированных систем управления — предельное и до предельное со­стояния.

Работоспособность систем управления технологическими процессами — состояние объекта, при котором он способен выполнять за­данные функции, сохраняя значения за­данных параметров в пределах, устано­вленных нормативно-технической документа­цией.

Сохранность систем управления технологическими процессами — состояние работоспособности при условии, что объект имеет обусло­вленные технической документацией уровни безотказности, ремонтопригодности и долговечности автоматизированных систем управления.

Не сохранность систем управления технологическими процессами — состояние неработоспо­собности или состояние работоспособности при несоответствующих технической доку­ментации уровнях безотказности, ремонтопригодности и долговечности автоматизированных систем управления.

Предельное состояние систем управления технологическими процессами — состояние объекта, в котором его дальнейшая эксплуатация либо технически невозможна, либо экономически невыгодна.

В случаях, когда объект имеет несколько о- функций или, когда объекту свойственны несколько видов отказов, существенно различающихся по причинам возникновения или по вызываемым ими последствиям, могут выделяться несколько пар состояний работоспособности или неработоспособности (по каждой из функций или по каждому виду отказов отдельно).

Каждая из четырех составляющих теснейшим образом связана с некоторой слу­чайной величиной, имеющей размерность времени. Для безотказности автоматизированных систем управления такой случайной величиной является время безотказной работы; для ремонтопригодность автоматизированных систем управления — время восстановления работоспособности объекта после отказа; для сохраняемости автоматизированных систем управления — время сохранения объектом своих технических характеристик и эксплуатационных показателей в условиях хранения; для долговечности автоматизированных систем управления — время от начала эксплуатации объекта до перехода его в предельное состояние. Величины Т_Б, Т_В, Т_С и Т_Д называемые характеристическими случайными величинами систем автоматического управления (ХСВ), являются непрерывными и могут принимать значения в положительной области. В случае невосстанавливаемых объектов Т_Б представляет собой время до первого отказа, для восстанавливаемых объектов — время между отказами. Т_Д может исчисляться либо как полное (календарное) время работы объекта, либо как чистое Б время; в первом случае оно называется сроком службы и обозначается Т_сс, во втором — ресурсом и обозначается Т_р. В основе количественного описания надежности систем объектов лежит отождествление описания каждой из составляющих надежности систем с описанием соответствующей ХСВ. Для описания распределений характеристических случайных величин систем автоматического управления используются:

• плотность распределения f(t);
• интегральная функция распределения;
• обратная интегральная функция распределения;
• функция интенсивности.

Функции f(t), F(t), G(t) и H(t) взаимно связаны и являются равноправными описаниями распределений характеристических случайных величин систем автоматического управления.

Применительно к ХСВ Т_Б, Т_в, Т_с или Т_д некоторые из приведенных функций, назы­ваемых характеристиками надежности систем, получили в ли­тературе специальные названия и обозначе­ния. Так, G_Б (t) получила название функции надежности и обозначается p(t); Н_Б (t) назы­вается интенсивностью отказов и обозна­чается A(t); H_В (t) названа интенсивностью восстановления и обозначается p(f).

Помимо указанных функций для описа­ния надежности систем широко применяют численные показа­тели систем промышленной автоматизации, в качестве которых используются чис­ловые характеристики ХСВ (единичные пока­затели) или их комбинации (комплексные показатели).

Наиболее часто используется математи­ческое ожидание (среднее время безотказной работы Т_Б среднее время восстановления систем промышленной автоматизации Т_в среднее время сохраняемости систем промышленной автоматизации Т_с, сред­ний срок службы промышленных систем управления Т_с.с средний ресурс промышленных систем управления Т_р.

Широкое распространение получили так­же значения прямой и обратной инте­гральных функций распределения для фикси­рованных значений t:

р(т) — вероятность безотказной работы объекта промышленных систем управления в течение фиксированного интервала времени (О, т);

F_B(t) — вероятность восстановления рабо­тоспособности отказавшего объекта промышленных систем управления за вре­мя т;

G_с (т) — вероятность сохранности объекта систем автоматического управления в условиях хранения в течение заданного времени т;

G _c.с (т) или G_p(t) — вероятность того, что срок службы объекта систем автоматического управления (или его ресурс) превы­сит заданное время т.

При описании Б объектов систем автоматического управления с экспонен­циальным распределением Т_Б широко ис­пользуется такой показатель, как характеристика, численно равная единице, деленной на среднее время безотказной работы автоматизированных систем управления.

К комплексным показателям автоматизированных систем управления относятся:

• коэффициент готовности;
• коэффициент оперативной готовности.

Уровень надежности объекта автоматизированных систем управления неразрывно связан с условиями его эксплуатации. Коли­чественные характеристики и показатели надежности систем имеют смысл только по отношению к конкретным условиям эксплуатации объек­та. Термин «условия эксплуатации» примени­тельно к надежности систем понимается очень широко. К не­му относится широкий круг различных фак­торов, объединяемых в четыре группы по признаку влияния их на различные соста­вляющие надежности систем автоматизации:

1) условия нормального функционирова­ния систем управления технологическими процессами — группа факторов, влияющих на безот­казность Б объекта (параметры окружающей среды; состав и уровень помех; режим ра­боты; дисциплина, режимы и параметры тех­нической эксплуатации и т.п);

2) условия восстановления систем управления технологическими процессами — группа фак­торов, влияющих на ремонтопригодность Р объекта (объем, состав и квалификация ре­монтных бригад; наличие и состав специаль­ной диагностической и ремонтной аппара­туры; наличие, объем и состав ЗИП и т. п.);

3) условия хранения систем управления технологическими процессами — группа факторов, влияющих на сохраняемость объекта (па­раметры окружающей среды в хранилище; режим хранений дисциплина, режимы и па­раметры технического обслуживания в пе­риод хранения и т. п.);

4) условия длительной эксплуатации систем управления технологическими процессами - группа факторов, влияющих на долговечность Д объекта (совокупность условий нормального функционирования, восстановления и хранения; очередность и продолжительностью интервалов нормального функционирования и хранения; дисциплина восстановления и технического обслуживания и т. п.)

В общем случае надежности систем объекта с изменением условий эксплуатации изменяется. Исчерпывающая характеристика объекта должна включать описание его надежностных свойств во всех возможных (или, по крайней мере, типичных) для данного объекта в условиях эксплуатации. Такое полное описание надежностных свойств изделия называют его технической надежностью.

На основе данных о технической надежности объекта для заданных конкретных ус­ловий его эксплуатации может быть опреде­лена его эксплуатационная надежность.

В случаях, когда для объекта установлены единые, не допускающие изменений и откло­нений условия эксплуатации систем автоматического управления, техническая и эксплуатационная надежности объекта со­впадают. В общем же случае эти понятия различны — техническая надежность объекта включает в себя его эксплуатационную надежность, но не сводится к ней.

В технической документации на неко­торые виды объектов часто приводят данные надежности систем, соответствующие некоторым стан­дартным (номинальным) условиям эксплуатации систем автоматического управления. Так, например, для изделий приборостроения и радиоэлектроники стандартными условиями нормального функционирования, по отношению к которым задаются показатели являются: температура окружающего воздуха 20 ± 5 °С, относительная влажность 30—80%, барометрическое давление (0,1 ±0,003%) МПа, отклонение напряжения питания от номинального значения ± 2 %, частота питания переменного тока 50+5 Гц и 400 ± 12 Гц и т. д.

Эксплуатационную надежность объекта, соответствующую номинальным условиям эксплуатации систем автоматического управления, называют номинальной надежностью. В процессе обеспечения надежности создаваемых объектов большую роль играет ее оценка на различных этапах разработки, изготовления и серийного производства систем автоматического управления.