1. Цели, задачи и методика прогнозирования

1.1 Цели прогнозирования

Прогнозирование надёжности выполняется с целью определить потенциальный уровень надёжности изделия и удостовериться в его соответствии требованиям технического задания. При необходимости оно позволяет наметить пути повышения или оптимизации (снижения избыточной) надёжности, чтобы достичь оптимального баланса между качеством, стоимостью и сроками разработки. В процессе расчётов могут приниматься решения об изменении конструкции или условий эксплуатации, если результаты показывают несоответствие установленным требованиям или свидетельствуют о неэффективно высоких значениях надёжности.

1.2 Задачи прогнозирования

При расчёте показателей надёжности важно оценить вероятность безотказной работы за заданный период эксплуатации, а также определить наработку на отказ и средний срок службы. Это необходимо для планирования ресурсов, обслуживания и выявления конструктивных или эксплуатационных факторов, снижающих либо избыточно повышающих показатели надёжности. Результаты прогнозирования служат основой для формулирования рекомендаций по повышению или оптимизации надёжности с учётом требований технической и экономической целесообразности.

1.3 Методика прогнозирования

Расчётные процедуры строятся на основе действующих государственных стандартов и нормативной базы, включая ГОСТ 27.301-2011 для уточнения методик по расчёту и проверке показателей надёжности. При выборе закона распределения времени до отказа (экспоненциального, нормального и т. д.) учитываются статистические данные по аналогичным изделиям и условиям эксплуатации. Значения поправочных коэффициентов определяются на основе справочников надёжности или дополнительных испытаний, что даёт возможность корректно учесть факторы среды, режимы нагружения и температурный диапазон.

2. Исходные данные для прогнозирования

2.1 Источники исходных данных

Для расчёта показателей надёжности использовались следующие документы и материалы: 

• Паспорт;
• Технические условия

В указанных документах содержится информация о конструкции изделия, его основных элементах и режиме эксплуатации, которая применялась при выборе методики расчёта, определении показателей безотказности и установлении критериев отказа.

2.2 Исходные данные для прогнозирования

Ниже приведена «Таблица 1», описывающая структуру изделия. В ней отражены основные модули, входящие в его состав элементы и конкретные компоненты, которые используются при сборке данного изделия. Каждый компонент в дальнейшем рассматривается при расчёте показателей надёжности, так как именно он обеспечивает функциональную целостность соответствующего элемента и модуля.

Таблица 1. Перечень используемых элементов

Модуль	Компоненты элемента
Счётчик газа ультразвуковой с коррекцией	Ультразвуковой датчик расхода
	Электронное отсчётное устройство
	Корпус контрольного блока
	Корпус измерительного блока
	Печатная плата контрольного блока
	Печатная плата модуля связи
	Датчик давления
	Датчик температуры
	Цифровой индикатор
	Оптический канал передачи данных

3. Критерии отказов и предельных состояний

3.1 Критерии отказов

Отказом считается невозможность дальнейшего безопасного и надёжного функционирования изделия в пределах установленных условий эксплуатации. Основные причины и признаки отказа могут включать в себя:

• Несоответствие метрологическим требованиям

Отказом следует считать состояние, при котором счётчик не обеспечивает измерение объёма газа с установленными пределами допускаемой относительной погрешности, а также не обеспечивает нормированные показатели измерения температуры и давления газа.

К отказу также относится состояние, при котором счётчик не обеспечивает регистрацию расхода газа в установленном диапазоне измерений и не выполняет измерения в пределах нормируемых метрологических характеристик.

• Потеря герметичности и невозможность безопасной работы по давлению

Отказом следует считать нарушение герметичности счётчика при нормальных условиях эксплуатации или невозможность его нормальной работы в пределах установленного рабочего давления измеряемой среды.

К отказу также относится состояние, при котором счётчик не обеспечивает сохранение требуемых характеристик при допустимом избыточном давлении, установленном технической документацией.

• Невозможность выполнения требуемых функций

Отказом следует считать состояние, при котором счётчик утрачивает способность выполнять требуемые функции, то есть измерять объём газа, отображать результаты измерений и обеспечивать предусмотренный обмен данными через интерфейсы связи.

К отказу также относится состояние, при котором вследствие повреждения конструкции, источника питания, электронного устройства или несанкционированного вмешательства изделие не может использоваться по назначению.

3.2 Предельные состояния

Предельным состоянием для устройства считается такое состояние, при котором изделие не может выполнять свои основные функции, а восстановление его работоспособности требует несоразмерных затрат или технически невозможно. Наиболее типичными причинами достижения предельного состояния являются:

• Достижение установленного срока службы

Предельным состоянием следует считать достижение счётчиком установленного срока службы 12 лет, после которого дальнейшая эксплуатация без отдельного решения о пригодности не должна приниматься как штатная.

При достижении данного состояния изделие подлежит замене, списанию либо дополнительной оценке технического состояния в установленном порядке.

• Механические повреждения или потеря герметичности, исключающие эксплуатацию

Предельным состоянием следует считать наличие механических повреждений корпуса и других элементов счётчика, а также нарушение герметичности, при которых дальнейшая эксплуатация изделия не допускается.

К предельному состоянию также относится такое повреждение конструкции, при котором восстановление работоспособности и соответствия установленным требованиям невозможно либо нецелесообразно.

• Нарушение пломбировки или наличие признаков несанкционированного вмешательства

Предельным состоянием следует считать состояние счётчика с отсутствующими, нарушенными или заменёнными пломбами, а также с признаками вскрытия, вмешательства в конструкцию или изменения программно-технических средств изделия.

Такое состояние исключает дальнейшую нормальную эксплуатацию счётчика до проведения необходимых проверок, восстановления установленного состояния и подтверждения пригодности изделия.

При достижении одного или нескольких из перечисленных признаков предельного состояния дальнейшая эксплуатация изделия без проведения восстановительных или иных специальных мероприятий запрещается. Решение о выводе из эксплуатации или капитальном ремонте принимается по результатам диагностики, проводимой в установленном порядке.

4. Результаты прогнозирования

4.1 Интенсивность отказов компонентов

Интенсивность отказов есть вероятность того, что неремонтируемое изделие, проработавшее безотказно до момента t, откажет в последующую единицу времени. Интенсивность отказов каждого компонента приведена в «Таблица 2».

Таблица 2. Интенсивности отказов компонентов

Компоненты	Интенсивность отказов (1/ч)	Кол-во	Интенсивность отказов с учетом количества (1/ч)
Ультразвуковой датчик расхода	3,00E-07	1	3,00E-07
Электронное отсчётное устройство	1,43E-06	1	1,43E-06
Корпус контрольного блока	1,00E-10	1	1,00E-10
Корпус измерительного блока	1,00E-10	1	1,00E-10
Печатная плата контрольного блока	1,00E-09	1	1,00E-09
Печатная плата модуля связи	1,00E-09	1	1,00E-09
Датчик давления	2,00E-07	1	2,00E-07
Датчик температуры	1,47E-07	1	1,47E-07
Цифровой индикатор	1,43E-07	1	1,43E-07
Оптический канал передачи данных	5,00E-06	1	5,00E-06

Суммарная интенсивность отказов ():

4.2 Вероятность безотказной работы

Вероятность безотказной работы вычисляется по формуле:

t – время эксплуатации, возьмем 1 год.

Итого на основе расчетов:

4.3 Средняя наработка до отказа

Средняя наработка до отказа (MTTF) службы вычисляется по формуле:

Итого на основе расчетов:

4.4 Средняя время между отказами

Средняя наработка на отказ (MTBF) вычисляется по формуле:

MTTR = 3 – среднее время ремонта

4.5 Средний срок службы

Средний срок службы вычисляется по формуле:

где n – количество компонентов. Средний срок службы элементов указан ниже:

Таблица 3. Средний срок службы элементов

Компоненты	Срок службы, лет
Ультразвуковой датчик расхода	5
Электронное отсчётное устройство	10
Корпус контрольного блока	25
Корпус измерительного блока	25
Печатная плата контрольного блока	20
Печатная плата модуля связи	20
Датчик давления	10
Датчик температуры	10
Цифровой индикатор	10
Оптический канал передачи данных	10

 Итого на основе расчетов:

4.6 Срок сохраняемости

Срок сохраняемости определяется, как минимальный календарный ресурс любого узла изделия при нахождении в запасе без обслуживания.

Срок сохраняемости элементов указан ниже:

Таблица 4. Сохраняемость элементов

Компоненты	Сохраняемость, лет
Ультразвуковой датчик расхода	5
Электронное отсчётное устройство	10
Корпус контрольного блока	25
Корпус измерительного блока	25
Печатная плата контрольного блока	20
Печатная плата модуля связи	20
Датчик давления	10
Датчик температуры	10
Цифровой индикатор	10
Оптический канал передачи данных	10

На основе срока сохраняемости всех компонентов, срок сохраняемости системы:

5. Выявленные недостатки конструкции и рекомендации по их устранению

По результатам комплексного анализа расчётных данных, испытаний и эксплуатационной документации установлено, что конструктивных недостатков, способных повлиять на безотказность или безопасность устройства, не обнаружено. Изделие полностью соответствует требованиям действующих нормативных документов, обеспечивая заданные показатели прочности, герметичности, коррозионной стойкости и электробезопасности на протяжении расчётного жизненного цикла.

Для сохранения достигнутого уровня надёжности рекомендуется строго соблюдать регламент технического обслуживания, проводя все предусмотренные операции в установленные сроки; регулярно контролировать ключевые параметры, такие как давление, ток утечки, моменты затяжки и сопротивление изоляции, с частотой, указанной изготовителем; хранить запасные части и расходные материалы в условиях, исключающих их старение и повреждения; а при существенном изменении рабочих сред, нагрузок или климатических факторов инициировать внеочередную проверку соответствия конструкции новым условиям. Последовательное выполнение этих мер позволит поддерживать заявленный уровень безотказности на всём протяжении эксплуатации изделия.

6. Перечень составных частей и элементов, лимитирующих надёжность, а также предложения по дополнительным мероприятиям

6.1 Элементы, лимитирующие надёжность

Комплексное исследование статистики отказов, результатов испытаний и эксплуатационной информации не выявило узлов или компонентов, чья интенсивность отказов критически ограничивала бы надёжность изделия. Все составные части соответствуют установленным нормативным показателям надёжности и ресурсной долговечности, поэтому на данный момент элементы, лимитирующие надёжность, отсутствуют.

6.2 Предложения по дополнительным мероприятиям или замене компонентов

При отсутствии критически уязвимых узлов дальнейшее повышение надёжности целесообразно обеспечивать системными мерами. Рекомендуется регулярно уточнять данные об отказах по мере накопления новой эксплуатационной информации, поддерживать в актуальном состоянии техническую документацию, подтверждающую соответствие компонент действующим стандартам, и проводить периодические анализы влияния изменений условий эксплуатации на ресурсные показатели изделия. Последовательная реализация этих шагов позволит своевременно выявлять возможные тенденции ухудшения и сохранять заявленный уровень безотказности на всём протяжении жизненного цикла.

7. Заключение о возможности перехода к следующему этапу

Проведённые расчёты и анализ полученных показателей надёжности изделия свидетельствуют о том, что при условии выполнения рекомендованных мероприятий по улучшению конструкции и регулярному проведению регламентных работ изделие в целом соответствует требованиям технического задания и ГОСТ по заявленному уровню безотказности.

Таким образом, при условии реализации рекомендованных мероприятий и усиленного контроля над эксплуатационными условиями, а также выполнении регламентных работ, переход к следующему этапу изделия представляется целесообразным и отвечает принятому прогнозному уровню надёжности.

Итоговые показатели надежности:

Таблица 5. Результаты расчета

Вероятность безотказной работы	94%
Средний срок службы	14,5 лет
Средняя наработка на отказ	138 462 часов
Средняя наработка до отказа	138 465 часа
Срок сохраняемости	5 лет

Приложение 1 – Перечень используемых сокращений

λi	Интенсивность отказа компонента
λ∑	Суммарная интенсивность отказов
P	Вероятность безотказной работы
Tcc	Средний срок службы
Tcci	Средний срок службы компонента
MTBF	Средняя наработка на отказ
MTTF	Средняя наработка до отказа
MTTR	Среднее время ремонта/восстановления
Тсх	Срок сохраняемости
КТО	Коэффициент технического использования

Приложение 2 – Список литературы

1. ГОСТ 27883-88. Средства измерения и управления технологическими процессами. Надежность. Общие требования и методы испытаний.

2. ГОСТ Р 27.301-2011. Надежность в технике. Управление надежностью. Техника анализа безотказности. Основные положения.

3. Справочник надежность ЭРИ 2006.