Виды и способы определения надежности
· Виды надежности, для расчета которых необходимо два измерения
2. Надежность взаимозаменяемых формпредусматривает создание параллельных форм методики и предъявление их одним и тем же испытуемым, после чего также рассчитывается коэффициент корреляции. Основной проблемой использования данного способа определения надежности является сложность создания абсолютно эквивалентных форм.
3. Надежность отдельных пунктов тестарассчитывается в дополнение к ретестовой надежности. Определяется устойчивость ответов по отдельным пунктам теста, то есть выявляются такие пункты теста, на которые испытуемые реагируют одинаково.
· Виды надежности, для расчета которых достаточно одного измерения
Этот тип коэффициента надежности иногда называют коэффициентом внутренней согласованности, ибо для его определения требуется лишь единственное применение одной формы теста.
Определение коэффициента надежности вычисляется по формулам расчетов коэффициентов корреляций (в зависимости от шкалы, в которой измерены данные) между частями теста. Для определения общей надежности теста полученные коэффициенты корреляции вводятся в формулу Спирмена – Брауна:
Rxx= 2R / 1 + R, где
R – корреляция «половин» теста.
Адекватная основным целям тестирования процедура разбивает результаты по четным и нечетным заданиям теста. Если задания теста расположены в порядке возрастания трудности, то такое разбиение обеспечивает достаточную эквивалентность показателей обеих половин.
Если части теста являются отдельными дихотомическими заданиями, например вопросами, на которые может быть 2 ответа (да или нет), или заданиями с оценкой результата как правильного, так и неправильного, используется формула:
Rxx= (K / K – 1)(1 – (piqi)/ x2),где
pi– доля 1-го варианта ответа на i-й вопрос
qi– доля 2-го варианта ответа на i-й вопрос
При прочих равных условиях, чем больше заданий содержит тест, тем выше его надежность.
5. Надежность по Къюдеру-Ричардсону(синхронная надежность, гомогенная надежность, внутренняя согласованность) основана на анализе согласованности ответов испытуемых по каждому пункту теста при однократном тестировании. Вычисляется для всех возможных разбиений теста на две части.
Метод Кьюдера-Ричардсонаиспользует согласованность ответов по всем заданиям теста. На согласованность этого рода влияют два источника дисперсии ошибки: (1) выборка содержания на надежность взаимозаменяемых форм и расщепления и (2) неоднородность исследуемой области поведения. Чем однороднее эта область, тем выше согласованность результата. Увеличение числа заданий теста не повлияет, однако, на его временную стабильность, а лишь увеличит согласованность выборок содержания.
Надежность по этому методу рассчитывается по следующей формуле:
Rxx = (K / K – 1) * (1 – (x i 2 )/ x2), где
К – количество равных частей теста,
xi2 – дисперсия i-й части теста
6. Надежность оценщикарассчитывается для тех тестов, в которых в качестве источника ошибок выступает личность диагноста (тесты креативности, проективные методики).Если результаты теста определяются на основе суждений экспериментатора, то в руководстве к тесту необходимо также привести и коэффициент надежности подсчета. Надежность субъективных оценок повышают проведением экспертных оценок, когда несколько экспертов (а не один) выставляют оценки по одной и той же системе баллов.
Так как надежность отражает степень согласованности двух независимо полученных рядов показателей, то математико-статистический прием, с помощью которого устанавливается надежность методики — это корреляции(по Пирсону или Спирмену). Надежность тем выше, чем ближе полученный коэффициент корреляции подходит к единице, и наоборот.
Общий разброс (дисперсия) результатов измерения можно представить как результат действия двух источников разнообразия: самого измеряемого свойства и нестабильности измерительной процедуры, обусловливающей наличие ошибки измерения.
Понятие надежности. Способы определения надежности.
Говоря о надежности и валидности психодиагностических методик и тестов, необходимо вкратце расшифровать эти понятия.
1) путем сравнения результатов, получаемой посредством данной методики или теста разными диагностами;
2) путем сравнения результатов, получаемой применением данной методики или теста в идентичных условиях. Различается множество видов надежности и кон-кретных способов определения их уровня.
Определение надежности теста бывает связано с понятием внутренней со-стоятельности теста; это выражается в расчленении теста на части с последующим сопоставлением результатов частей. Надежность теста определяется также мето-дами анализа дисперсионного и факторного.
Под «надежностью» понимается относительное постоянство, устойчивость, согласованность результатов теста при первичном и повторном его применении на одних и тех же испытуемых. Но степень надежности зависит от многих причин, к ним относятся:
1) Нестабильность диагностируемого свойства.
2) Несовершенство диагностических методик.
3) Меняющаяся ситуация обследования.
4) Различия в манере поведения экспериментатора.
5) Колебания в функциональном состоянии испытуемого.
6) Элементы субъективности в способах оценки результатов.
К. М. Гуревич предложил толковать надежность в трех смыслах :
1. Надежность самого измерительного инструмента.
2. Стабильность изучаемого признака.
3. Константность, т. е. относительная независимость результатов от личности экс-периментатора.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему
Понятие надежности. Способы определения надежности.
Понятие надежности. Способы определения надежности.
Понятие надежности. Способы определения надежности.
Надежность и валидность
Прежде чем психодиагностические методики могут быть использованы для практических целей, они должны пройти проверку по ряду формальных критериев, доказывающих их высокое качество и эффективность. Эти требования в психодиагностике складывались годами в процессе работы над тестами и над их совершенствованием. В результате появилась возможность оградить психологию от всевозможных безграмотных подделок, претендующих на то, чтобы называться диагностическими методиками.
К числу основных критериев оценки психодиагностических методик относятся надежность и валидность. Большой вклад в разработку этих понятий внесли зарубежные психологи (А. Анастази, Е. Гизелли, Дж. Гилфорд, Л. Кронбах, Р. Торндайк и Е. Хаген и др.). Ими были разработаны как формально-логический, так и математико-статисти-ческий аппарат (прежде всего, корреляционный метод и факторный анализ) обоснования степени соответствия методик отмеченным критериям.
В психодиагностике проблемы надежности и валидности методик тесно взаимосвязаны, тем не менее существует традиция раздельного изложения этих важнейших характеристик. Следуя ей, начнем с рассмотрения надежности методик.
В традиционной тестологии термин «надежность» означает относительное постоянство, устойчивость, согласованность результатов теста при первичном и повторном его применении на одних и тех же испытуемых. Как пишет А. Анастази, вряд ли можно с доверием относиться к тесту интеллекта, если по нему в начале недели ребенок имел показатель, равный 110, а к концу — 80. Повторное применение надежных методик дает сходные оценки. При этом в определенной мере могут совпадать как сами результаты, так и порядковое место (ранг), занимаемое испытуемым в группе. И в том, и в другом случае при повторении опыта возможны некоторые расхождения, но важно, чтобы они были незначительными, в пределах одной группы. Таким образом, можно сказать, что надежность методики — это такой критерий, который говорит о точности психологических измерений, т. е. позволяет судить о том, насколько внушают доверие полученные результаты.
Степень надежности методик зависит от многих причин. Поэтому важной проблемой практической диагностики является выяснение факторов, снижающих точность измерений. Была сделана попытка составить классификацию таких факторов. Среди них наиболее часто называются следующие:
1) нестабильность диагностируемого свойства;
2) несовершенство диагностических методик (небрежно составлена инструкция, задания по своему характеру разнородны, нечетко сформулированы указания, как методику предъявлять испытуемым, и т. д.);
3) меняющаяся ситуация обследования (разное время дня, когда проводятся эксперименты, разная освещенность помещения, наличие или отсутствие посторонних шумов и т. д.);
4) различия в манере поведения экспериментатора (от опыта к опыту по-разному предъявляет инструкции, по-разному стимулирует выполнение заданий и т. д.);
5) колебания в функциональном состоянии испытуемого (в одном эксперименте отмечается хорошее самочувствие, в другом — утомление и т. д.);
6) элементы субъективности в способах оценки и интерпретации результатов (когда ведется протоколирование ответов испытуемых, оцениваются ответы по степени полноты, оригинальности и т. п.).
Если все эти факторы иметь в виду и постараться в каждом из них устранить условия, снижающие точность измерений, то можно добиться приемлемого уровня надежности теста. Одним из важнейших средств повышения надежности психодиагностической методики является единообразие процедуры обследования, его строгая регламентация: одинаковые для обследуемой выборки испытуемых обстановка и условия работы, однотипный характер инструкций, одинаковые для всех временные ограничения, способы и особенности контакта с испытуемыми, порядок предъявления заданий и т. д. При такой стандартизации процедуры исследования можно существенно уменьшить влияние посторонних случайных факторов на результаты теста и таким образом повысить их надежность.
На характеристику надежности методик большое влияние оказывает исследуемая выборка. Она может как снижать, так и завышать этот показатель, например, надежность может быть искусственно завышена, если в выборке небольшой разброс результатов, т. е. если результаты по своим значениям близки друг к другу. В этом случае при повторном обследовании новые результаты также расположатся тесной группой. Возможные изменения ранговых мест испытуемых будут незначительными, и, следовательно, надежность методики будет высокой. Такое же неоправданное завышение надежности может возникнуть при анализе результатов выборки, состоящей из группы, имеющей очень высокие результаты, и из группы с очень низкими оценками по тесту. Тогда эти далеко отстоящие друг от друга результаты не будут перекрываться, даже если и вмешаются в условия эксперимента случайные факторы. Поэтому в руководстве обычно делается описание выборки, на которой определялась надежность методики.
В настоящее время надежность все чаще определяется на наиболее однородных выборках, т. е. на выборках, схожих по полу, возрасту, уровню образования, профессиональной подготовке и т. п. Для каждой такой выборки приводятся свои коэффициенты надежности. Приводимый показатель надежности применим только к группам, подобным тем, на которых он определялся. Если методика применяется к выборке, отличающейся от той, на которой проверялась ее надежность, то эта процедура должна быть проведена заново.
Так как надежность отражает степень согласованности двух независимо полученных рядов показателей, то математико-статистический прием, с помощью которого устанавливается надежность методики — это корреляции (по Пирсону или Спирмену). Надежность тем выше, чем ближе полученный коэффициент корреляции подходит к единице, и наоборот.
В данной работе при описании видов надежности основной упор делается на работы К. М. Гуревича, который, проведя тщательный анализ зарубежной литературы по этой проблеме, предложил толковать надежность как комплексную характеристику, включающую:
— надежность самого измерительного инструмента;
— стабильность изучаемого признака;
— константность, т. е. относительную независимость результатов от личности экспериментатора.
Основные показатели он предложил обозначить следующим образом:
— показатель, характеризующий измерительный инструмент, предлагается называть коэффициентом надежности;
— показатель, характеризующий стабильность измеряемого свойства — коэффициентом стабильности;
— показатель оценки влияния личности экспериментатора — коэффициентом константности.
Именно в таком порядке рекомендуется осуществлять проверку методики на надежность: целесообразно сначала проверить инструмент измерения. Если полученные данные удовлетворительны, то можно переходить к установлению меры стабильности измеряемого свойства, а уже после этого, при необходимости, заняться критерием константности.
Остановимся на более подробном рассмотрении этих показателей, характеризующих с разных сторон надежность психодиагностической методики.
Определение надежности измерительного инструмента. От того, как составлена методика, насколько правильно подобраны задания с точки зрения их взаимосогласованности, насколько она однородна, зависит точность, объективность любого психологического измерения. Внутренняя однородность методики показывает, что ее задания актуализируют одно и то же свойство, признак.
Для проверки надежности измерительного инструмента, говорящего о его однородности (или гомогенности), используется так называемый метод «расщепления». Обычно задания делятся на четные и нечетные, отдельно обрабатываются, а затем результаты двух полученных рядов коррелируются между собой. Для применения этого способа нужно поставить испытуемых в такие условия, чтобы они смогли успеть решить (или попытаться решить) все задания. Если методика однородна, то большой разницы в успешности решения по таким половинкам не будет, и, следовательно, коэффициент корреляции будет достаточно высоким.
Можно делить задания и другим путем. Например, можно сопоставить первую половину теста со второй, первую и третью четверть со второй и четвертой и т. п. Однако «расщепление» на четные и нечетные задания представляется наиболее целесообразным, поскольку именно этот способ наиболее независим от влияния таких факторов, как врабатываемость, тренировка, утомление и пр.
Методика признается надежной, когда полученный коэффициент не ниже 0,75-0,85. Лучшие по надежности тесты дают коэффициенты порядка 0,90 и более.
Определение стабильности изучаемого признака. Определить надежность самой методики — это не значит решить все вопросы, связанные с ее применением. Нужно еще установить, насколько устойчив, стабилен признак, который исследователь намерен измерять. Было бы методологической ошибкой рассчитывать на абсолютную стабильность психологических признаков. В том, что измеряемый признак со временем меняется, нет ничего опасного для надежности. Все дело в том, в каких пределах варьируются результаты от опыта к опыту у одного и того же испытуемого, не приводят ли эти колебания к тому, что испытуемый по непонятным причинам оказывается то в начале, то в середине, то в конце выборки. Сделать какие-то конкретные выводы об уровне представленности измеряемого признака у такого испытуемого нельзя. Таким образом, колебания признака не должны иметь непредсказуемый характер. Если не ясны причины, по которым происходит резкое колебание, то такой признак не может быть использован в диагностических целях.
Для проверки стабильности диагностируемого признака, свойства используется прием, известный под названием тест-ретест. Он заключается в повторном обследовании испытуемых с помощью той же методики. О стабильности признака судят по коэффициенту корреляции между результатами первого и второго обследования. Он будет свидетельствовать о сохранении или несохранении каждым испытуемым своего порядкового номера в выборке.
На степень устойчивости, стабильности диагностируемого свойства влияют разнообразные факторы. Число их достаточно велико. Выше уже говорилось о том, как важно соблюдать требования единообразия процедуры проведения эксперимента. Так, например, если первое тестирование проводилось в утренние часы, то и повторное должно быть проведено утром; если первый опыт сопровождался предварительным показом заданий, то и при повторном испытании это условие также должно быть соблюдено и т. д.
При определении стабильности признака большое значение имеет промежуток времени между первым и вторым обследованием. Чем короче срок от первого до второго испытания, тем (при прочих равных условиях) больше шансов, что диагностируемый признак сохранит уровень первого испытания. С увеличением временного интервала стабильность признака имеет тенденцию снижаться, так как возрастает число посторонних факторов, влияющих на нее. Следовательно, напрашивается вывод, что целесообразно проводить повторное тестирование через короткий срок после первого. Однако тут есть свои сложности: если срок между первым и вторым опытом небольшой, то некоторые испытуемые могут воспроизвести свои прежние ответы по памяти и, таким образом, отойдут от смысла выполнения заданий. В этом случае результаты двух предъявлений методики уже нельзя рассматривать как независимые.
Трудно четко ответить на вопрос, какой срок можно считать оптимальным для повторного эксперимента. Только исследователь, исходя из психологической сущности методики, условий, в которых она проводится, особенностей выборки испытуемых, должен определить этот срок. При этом такой выбор должен быть научно обоснован. В те-стологической литературе наиболее часто называются временные интервалы в несколько месяцев (но не более полугода). При обследовании детей младшего возраста, когда возрастные изменения и развитие происходят очень быстро, эти интервалы могут быть порядка нескольких недель.
Коэффициент стабильности методики должен быть достаточно высоким (не ниже 0,80).
Определение константности (относительной независимости результатов от личности экспериментатора). Поскольку методика, разработанная для диагностических целей, не предназначена для того, чтобы вечно оставаться в руках своих создателей, крайне важно знать, в какой мере ее результаты поддаются влиянию личности экспериментатора. Хотя диагностическая методика всегда снабжается подробными инструкциями по ее применению, правилами и примерами, указывающими, как проводить эксперимент, однако регламентировать манеру поведения экспериментатора, скорость его речи, тон голоса, паузы, выражение лица очень трудно. Испытуемый в своем отношении к опыту всегда отразит то, как сам экспериментатор к этому опыту относится (допускает небрежность или действует точно в соответствии с требованиями процедуры, проявляет требовательность, настойчивость или бесконтрольность и т. п.).
Хотя в тестологической практике критерием константности пользуются нечасто, однако это не может служить основанием для его недооценки. Если у авторов методики возникают подозрения по поводу возможного влияния личности экспериментатора на исход диагностической процедуры, то целесообразно проверить методику по этому критерию. При этом важно иметь в виду следующий момент. Если под воздействием нового экспериментатора все испытуемые в одинаковой степени стали работать немного лучше или немного хуже, то сам по себе этот факт (хотя и заслуживает внимания) на надежность методики не окажет влияния. Надежность изменится лишь тогда, когда воздействие экспериментатора на испытуемых различно: одни стали работать лучше, другие хуже, а третьи так же, как и при первом экспериментаторе. Другими словами, если испытуемые при новом экспериментаторе изменили свои порядковые места в выборке.
Коэффициент константности определяется путем корреляции результатов двух опытов, проведенных в относительно одинаковых условиях на одной и той же выборке испытуемых, но разными экспериментаторами. Коэффициент корреляции не должен быть ниже 0,80.
Итак, были рассмотрены три показателя надежности психодиагностических методик. Может возникнуть вопрос, нужно ли при создании методик осуществлять проверку каждого из них? На этот вопрос следует дать утвердительный ответ.
Так, авторы «Стандартных требований к педагогическим и психологическим тестам» в главе «Надежность» отмечают, что коэффициент надежности — это родовое понятие, включающее в себя несколько видов, и каждый вид имеет свой особый смысл. Разделяет эту точку зрения и К. М. Гуревич [32]. По его мнению, когда говорят о разных способах определения надежности, то имеют дело не с лучшей или худшей мерой, а с мерами разной по существу надежности. В самом деле, чего стоит методика, если не ясно, надежна ли она сама по себе как измерительный инструмент, или не установлена стабильность измеряемого свойства? Чего стоит диагностическая методика, если неизвестно, могут ли изменяться результаты в зависимости от того, кто ведет эксперимент? Каждый в отдельности показатель никак не заменит других способов проверки и, следовательно, не может рассматриваться в качестве необходимой и достаточной характеристики надежности. Только методика, располагающая полной характеристикой надежности, наиболее пригодна для диагностико-практического применения.
Добавить комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Надёжность
Надёжность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. [1]
Интуитивно надёжность объектов связывают с недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в «узком» смысле — свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Иначе говоря, надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле — комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.
Для количественной оценки надёжности используют так называемые единичные показатели надёжности (характеризуют только одно свойство надёжности) и комплексные показатели надёжности (характеризуют несколько свойств надёжности).
Содержание
Основные определения
Надёжность как наука
Надёжность как наука развивается в трёх направлениях:
Теория надежности
Теория надежности является основой инженерной практики в области надежности технических изделий. Часто безотказность определяют как вероятность того, что изделие будет выполнять свои функции на определенном периоде времени при заданных условиях. Математически это можно записать следующим образом:
t\>=\int_
Программа обеспечения надежности
Для достижения необходимой надежности могут быть использованы различные методы и средства. Каждая система предполагает свой уровень допустимой надежности, так как последствия отказов различных систем могут значительно различаться. Так, надежность точилки для карандашей может превышать надежность пассажирского самолета, однако последствия и стоимость их отказов сложно сравнить.
Программа обеспечения надежности (ПОН) является документом, который определяет организационно-технические требования и мероприятия (задачи, методы, средства анализа и испытаний), направленные на обеспечение заданных требований к надежности, а также уточняет требования заказчика по определению и контролю надежности. Определение надежности (reliability assessment) заключается в определении численных значений показателей надежности изделия. Контроль надежности (reliability verification) состоит в проверке соответствия изделия заданным требованиям по надежности [ГОСТ 27.002-89]. Различают расчетный, расчетно-экспериментальный и экспериментальный методы определения и контроля надежности.
В расчетном методе определения надежности расчет надежности основан на использовании показателей надежности по справочным данным о надежности элементов, по данным о надежности изделий-аналогов и другой информации, имеющейся к моменту оценки надежности. Расчетно-экспериментальный метод определения надежности (Analytical-experimental reliability assessment) основан на процедуре определения показателей надежности элементов экспериментальным методом, а показателей надежности системы в целом – с использованием математической модели. Экспериментальный метод определения надежности (Experimental reliability assessment) основан на статистической обработке данных, получаемых при испытаниях или эксплуатации системы или ее составных частей и элементов.
ПОН разрабатывается на ранних стадиях проектирования и реализуется на всех этапах жизненного цикла изделия. В техническом плане основным объектом ПОН является оценивание и достижение готовности и стоимости эксплуатации (затраты на запасные части, техническое обслуживание и ремонт, транспортные услуги и т.п.). Зачастую требуется нахождение компромисса между высокой готовностью и затратами, или например, поиск максимального отношения «готовность/стоимость». В ПОН рассматриваются порядок и условия проведения испытаний на надежность, критерии их завершения и принятия решений по результатам испытаний.
Нормирование надежности
Прогнозирование и повышение надежности
Прогнозирование надежности (reliability prediction) включает в себя разработку соответствующих расчетных моделей для каждого показателя надежности системы и оценивание входных параметров этой модели в виде параметров надежности компонентов этой систем для решения конечной задачи – оценки выходных параметров надежности системы. Разработка расчетных моделей является частью общего процесса идентификации объекта, который включает в себя получение и анализ информации о критериях качества функционирования, отказов и предельных состояниях, структуре объекта, составе и взаимодействии элементов. Параметры модели надежности компонентов учитывают их уровни нагруженности, возможные режимы эксплуатации.
Прогнозирование надежности является одной из наиболее общепринятых форм анализа надежности (reliability analysis). Прогнозирование надежности используется для оценивания проектных возможностей системы, сравнения альтернативных проектных решений, определения областей потенциальных отказов и контроля процессов повышения надежности.
Прогнозирование надежности играет большую роль в инженерной практике, в том числе и при планировании мероприятий по повышению показателей надежности. Повышение надежности может быть осуществлено как при проектировании, так и при производстве объекта, а также непосредственно при его эксплуатации. Основными методами повышения надежности являются резервирование, уменьшение интенсивности отказов элементов, уменьшение среднего времени восстановления, мероприятия по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта.
Прогнозирование надежности позволяет также обосновать объем и номенклатуру запасных элементов.
Существуют справочники и стандарты (например, MIL-HDBK-217, Bellcore/Telcordia для электронных изделий, NSWC для механических устройств), которые позволяют сформировать данные об интенсивности отказов или средней наработки между отказами (MTBF), которые используются в качестве входных параметров математической модели надежности системы. Для создания математической модели надежности технических систем наиболее часто используются программные средства, реализующие такие технологии, как анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО), структурные схемы надежности (ССН) или деревья неисправностей. Прогнозирование надежности позволяет также обосновать объем и номенклатуру запасных элементов.
Параметры системной надежности
При анализе параметров системной надежности учитывается структура системы, состав и взаимодействие входящих в нее элементов, возможность перестройки структуры и алгоритмов ее функционирования при отказах отдельных элементов.
Наиболее часто в инженерной практике рассматривают последовательное, параллельное, смешанной (последовательно- параллельное и параллельно-последовательное) соединение элементов, а также схемы типа «K из N», мостиковые соединения.
По возможности восстановления и обслуживания системы подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые, обслуживаемы е и необслуживаемые. По режиму применения (функционирования) – на системы непрерывного, многократного (циклического) и однократного применения.
В основном в качестве параметра надежности используется среднее время до отказа (MTTF), которое может быть определено через интенсивность отказов или через число отказов на заданном отрезке времени. Интенсивность отказов математически определяется как условная плотность вероятности возникновения отказа изделия при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не произошел. При увеличении интенсивности отказов, среднее время до отказа уменьшается, надежность изделия падает. Обычно среднее время до отказа измеряется в часах, но также может выражаться в таких единицах как циклы и мили.
В других случаях надежность может выражаться через вероятность выполнения задачи. Например, надежность полетов гражданской авиации может быть безразмерной, или иметь размерность в процентах, как это делается в практике системной безопасности. В отдельных случаях успешным результатом системы может являться единоразовое срабатывание. Это актуально для систем, которые рассчитаны на срабатывание всего 1 раз: например, подушки безопасности в автомобиле. В этом случае задается вероятность срабатывания или, как, например, для ракет, вероятность попадания в цель. Для таких систем мерой надежности является вероятность срабатывания. Для восстанавливаемых систем может задаваться такой параметр, как среднее время восстановления (ремонта) и время проверки (тестирования).Часто параметры надежности задаются в виде соответствующих статистических доверительных интервалов.
Моделирование надежности
Моделирование надежности – это процесс прогнозирования или исследования надежности компонент или системы до ее ввода в эксплуатацию. Наиболее часто для моделирования надежности систем используются методы анализа деревьев неисправностей и структурных схем надежности. Входные параметры для моделирования надежности систем могут быть получены из разных источников, то есть из справочников, отчетов об испытаниях и эксплуатации и т.п. В любом случае, данные должны быть использованы с большой осторожностью, так как прогнозы верны только тогда, когда данные получены при тех же условиях, при которых компоненты будут применяться в системе.
Часть данных о прогнозировании может быть получена по результатам исследований двух основных видов:
Для систем, в которых точно можно определить время отказа (что не дано для систем с плавающими параметрами), может быть определена эмпирическая функция распределения времени отказа Это делается чаще всего при проведении испытаний с повышенным уровнем стресса (ускоренные испытания). Эти испытания делятся на две основные категории:
Для исследования средней части распределения, которая чаще всего определяется свойствами материалов, необходимо применять повышенные нагрузки на достаточно малом отрезке времени. В таких видах ускоренных испытаний применяются несколько степеней нагрузки. Часто эмпирическое распределение этих отказов параметризируется законом Вейбулла или лог-нормальным распределением.
Общей практикой моделирования «ранней» интенсивности отказов является использование экспоненциального распределения. Это менее сложная модель для распределения времени отказа, содержащая только один параметр – постоянную интенсивность отказов. В этом случае для в качестве критерия согласия может быть использован критерий хи-квадрат для оценки постоянства интенсивности отказов. По сравнению с уменьшающейся интенсивностью отказов это довольно пессимистическая модель и требует проведения анализа чувствительности.
Надежность на этапе проектирования
Надежность на этапе проектирования является новой дисциплиной и относится к процессу разработки надежных изделий. Этот процесс включает в себя несколько инструментов и практических рекомендаций и описывает порядок их применения, которыми должна владеть организация для обеспечения высокой надежности и ремонтопригодности разрабатываемого продукта с целью достижения высоких показателей готовности, снижения затрат и максимального срока службы продукта. Как правило, первым шагом в этом направлении является нормирование показателей надежности. Надежность должна быть «спроектирована» в системе. При проектировании системы назначаются требования к надежности верхнего уровня, затем они разделяются на определенные подсистемы разработчиками, конструкторами и инженерами по надежности, работающими вместе. Проектирование надежности начинается с разработки модели. При этом используют структурные схемы надежности или деревья неисправностей, при помощи которых представляется взаимоотношение между различными частями (компонентами) системы.
Одной из наиболее важных технологий проектирования является введение избыточности или резервирование. Резервирование – это способ обеспечения надежности изделия за счет дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций (ГОСТ 27.002). Путем введения избыточности совместно с хорошо организованным мониторингом отказов, даже системы с низкой надежностью по одному каналу могут в целом обладать высоким уровнем надежности. Однако, введение избыточности на высоком уровне в сложной системе (например, на уровне двигателя самолета) очень сложно и дорого, что ограничивает такое резервирование. На более низком уровне системы резервирование реализуется быстро и просто, например, использование дополнительного соединения болтом.
Существует много методик анализа надежности, специфических для отдельных отраслей промышленности и приложений. Наиболее общие из них следующие.
Инженерные исследования проводятся для определения оптимального баланса между надежностью и другими требованиями и ограничениями. Существенную помощь при инженерном анализе надежности могут оказать программные комплексы для расчета надежности.
Испытания на надежность
Испытания на надёжность проводятся для того, чтобы на более ранних этапах жизненного цикла изделия обнаружить потенциальные проблемы, обеспечить уверенность, что система будет отвечать заданным требованиям.
Испытания на надежность могут проводится на разных уровнях. Сложные системы могут испытываться на уровне компонент, устройств, подсистем и всей системы в целом. Например, испытания компонент на воздействие внешних факторов может выявить проблемы перед тем, как они будут обнаружены на более высоком уровне интеграции. Проведение испытаний на каждом уровне интеграции до испытания всей системы с одновременным развитием программы испытаний позволяет снизить риск неудачи такой программы. Расчет надежности производится на каждом уровне испытаний. При этом часто используются такие методы как анализ роста надежности и системы отчета и анализа отказов и корректирующих действий (FRACAS). Недостатками таких испытаний являются время и затраты. Заказчики могут пойти на некоторый риск и отказаться от испытаний на более низких уровнях.
Некоторые системы принципиально не могут подвергаться испытаниям, например, из-за чрезмерно большого числа различных тестов или жестких ограничений по времени и затратам. В таких случаях могут быть использованы ускоренные испытания, методы планирования экспериментов и моделирование.
Отметим, что сегодня все чаще и чаще применяются так называемые ускоренные испытания в динамически меняющейся среде для оценивания качества и надежности высококачественной и высоконадежной продукции, в том числе и структурно-сложных систем с учетом их старения, усталости, износа и деградации в ходе их эксплуатации. Для этого за последние двадцать лет в статистике ускоренных испытаний разработаны специальные модели ускорения жизни (см., например,Nelson (1990), Meeker and Escobar (1998), Singpurvalla (1995)), которые хорошо адаптированы для статистического анализа данных об отказах, наблюденных как при меняющихся во времени стрессах (нагрузках, ковариантах), так и при наличии деградационных процессов, которые также могут зависеть от этих стрессов.
Надежность и безопасность
Надежность в инженерной практике отличается от безопасности отношением к видам опасностей, с которыми она имеет дело. Надежность в технике главным образом связана с определением стоимостных показателей. Они относятся к тем опасностям в смысле надежности, которые могут перерасти в аварии с частичной потерей доходов для компании или заказчика. Это может произойти из-за потери по причине неготовности системы, неожиданно высоких затрат на запасные части и ремонт, перерывов в нормальной работе и т.п. Безопасность относится к тем случаям проявления опасности, которые могут привести к потенциально тяжелым авариям. Требования по безопасности функционально связаны с требованиями по надежности, но характеризуются более высокой ответственностью. Безопасность имеет дело с нежелательными опасными событиями для жизни людей и окружающей среды в том же смысле, что и надежность но не связана напрямую со стоимостными показателями и не относится к действиям по восстановлению после отказов и аварий. У безопасности другой уровень важности отказов в обществе и контроля со стороны государства. Безопасность часто контролируется государством (например, атомная промышленность, космос, оборона, железные дороги и нефтегазовый сектор).
Отказоустойчивость
Надежность может быть увеличена при использовании резервирования «2 из 2» на уровне компонент или системы, но это может привести к снижению безопасности за счет увеличения вероятности ложной тревоги (например, ложное срабатывание тормозной системы поезда). Отказоустойчивые мажоритарные системы (логика голосования «2 из 3») может увеличить как надежность, так и безопасность на системном уровне. Такие методы являются общей практикой в аэрокосмических системах, в которых требуется постоянная готовность и недопустимость опасных отказов
Оценка надежности техники при эксплуатации
После того, как система изготовлена, осуществляется мониторинг ее надежности, оцениваются и корректируются недоработки и недостатки. Мониторинг включает в себя электронное и визуальное наблюдение за критическими параметрами, выявленными на стадии проектирования при разработке дерева неисправностей. Для обеспечения заданной надежности системы данные постоянно анализируются, используя статистические методы, такие как Вейбулл-анализ и линейная регрессия. Данные о надежности и оценки параметров являются ключевыми входами для модели системной логистики.
Одним из наиболее общих методов для оценивания надежности техники при эксплуатации являются системы отчетов, анализа и коррекции действий (FRACAS). Систематический подход к оцениванию надежности, безопасности и логистики основан на отчетах об отказах и авариях, менеджменте, анализе корректирующих/предупреждающих действий.
Организация работ по надежности
Системы любой сложности разрабатываются организациями, такими как коммерческие компании или государственные учреждения. Организация работ по надежности (инжиниринг надежности) должна быть согласована со структурой компаний или учреждений. Для небольших компаний работы по надежности могут быть неформальными. С ростом сложности задач возникает необходимость формализации функций по обеспечению надежности. Так как надежность важна для заказчика, заказчик должен видеть некоторые аспекты организации этих работ.
Существует несколько типов организации работ по надежности. Менеджер проекта или главный инженер проекта может иметь в непосредственном подчинении одного или более инженеров по надежности. В более крупных организациях обычно образуется отдельное структурное подразделение, которое занимается анализом надежности, ремонтопригодности, качества, безопасности, человеческого фактора, логистикой. Так как работа по обеспечению надежности особенно важна на этапе проектирования, часто инженеры по надежности или соответствующие структуры интегрированы с проектными подразделениями.
В отдельных случаях компания создает независимую структуру, которая занимается организацией работ по надежности.
Обучение инженеров по надежности
Некоторые высшие учебные заведения подготавливают инженеров по надежности. Другой формой подготовки специалистов в области надежности могут быть аккредитованные при высших учебных заведениях или колледжах учебные программы или курсы. Инженер по надежности может иметь профессиональный диплом именно по надежности, но для большинства работодателей это не требуется. Проводятся многочисленные профессиональные конференции, реализуются отраслевые программы подготовки кадров по вопросам надежности. К международным организациям инженеров и ученых в области надежности относятся IEEE Reliability Society, American Society for Quality (ASQ) и Society of Reliability Engineers (SRE).
