ZRÍNYI MIKLÓS NEMZETVÉDELMI EGYETEM Katonai Mőszaki Doktori Iskola PhD ÉRTEKEZÉS Katonai elektronikai rendszerek megbízhatóságelemzése dr. univ. Lendvay Marianna 2006
2 ZRÍNYI MIKLÓS NEMZETVÉDELMI EGYETEM Katonai Mőszaki Doktori Iskola PhD ÉRTEKEZÉS Katonai elektronikai rendszerek megbízhatóságelemzése Készítette: dr. univ. Lendvay Marianna Tudományos témavezetı: Prof. Dr. Turcsányi Károly CSc nyá. okl. mk. ezredes Budapest, 2006
3 Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék... 3 Bevezetés... 4 1. A minıség és megbízhatóság megvalósítása... 7 1.1. A minıség és megbízhatóság értelmezésének és megvalósításának fejlıdése... 7 1.2. A katonai minıségbiztosítás sajátosságai... 18 1.3. Összegzés... 22 2. Megbízhatóság-elemzési eljárások vizsgálata, összehasonlítása, értékelése... 24 2.1. Rendszerek megbízhatóság-elemzésének általános menete... 24 2.2. Megbízhatóság-elemzési eljárások vizsgálata, értékelése... 30 2.2.1. Hibamód és hatás elemzés (FMEA)... 31 2.2.2. Hibafa elemzés (FTA)... 35 2.2.3. Megbízhatósági diagram (RBD)... 39 2.2.4. Markov-elemzés (MA)... 42 2.2.5. Megbízhatóság elırejelzés (RP)... 46 2.2.6. Veszélyhelyzet és üzemeltethetıség vizsgálat (HAZOP)... 53 2.3. Az elemzési eljárások összehasonlítása, - különös tekintettel a katonai elektronikai rendszerekre való alkalmazás lehetıségére... 57 2.4. Összegzés... 62 3. Konkrét katonai elektronikai rendszerek megbízhatóság-elemzése... 64 3.1. Egy katonai épület tőzvédelmi rendszerének hibafa elemzése... 64 3.1.1. A fıesemények meghatározása, a hibafák szerkesztése, elemzése... 69 3.1.2. A rendszer mőködıképességét meghatározó tényezık megállapítása... 79 3.2. Egy katonai repülıgép tőzvédelmi rendszerének megbízhatósági diagramja. 80 3.2.1. A rendszer felépítése és mőködése... 81 3.2.2. A megbízhatósági diagram megszerkesztése, a modell kiértékelése... 84 3.3. Összegzés... 87 4. A kutatómunka összefoglalása, az elért tudományos eredmények... 89 Hivatkozott irodalomjegyzék... 94 Tudományos és publikációs tevékenység jegyzéke... 103 1. sz. Melléklet: Alapfogalmak... 109 2. sz. Melléklet: Hibamód, -hatás és kritikusság elemzés (FMECA) egy konkrét elektronikai termék gyártási folyamatára... 111
4 Bevezetés A technika fejlıdése napjainkban egyre bonyolultabb rendszerek létrehozását igényli. E bonyolult rendszerekben keletkezett hibák óriási anyagi kárt okozhatnak, sok ember életét veszélyeztethetik. Különösen az elektronikai rendszerek területén vált a mőszaki megbízhatóság kérdése igen jelentıssé. A megbízhatóság problémáinak elemzésével, megoldásával foglalkozó megbízhatóság-elmélet feladata Gnyegyenko 1 szerint: a megbízhatóság mennyiségi jellemzıinek megállapítása és tanulmányozása, a megbízhatósági vizsgálatok és a kiértékelést szolgáló módszerek kidolgozása, a megbízhatósági jellemzık és a gazdaságossági mutatók közötti kapcsolat feltárása, megfelelı eljárások kidolgozása az optimális megbízhatóság eléréséhez. A megbízhatóságra vonatkozó követelmények teljesítése a katonai elektronikai rendszerek esetében is kiemelt fontosságú. Hazánk NATO tagsága meghatározza a honvédelem stratégiai modernizációjának irányát és alapvetı tartalmát. A haditechnikai modernizáció fı erıkifejtése a NATO erıkkel való együttmőködést is biztosító korszerő eszközök beszerzésére, valamint az alapvetı rendszerben lévı eszközök felújítására, fejlesztésére összpontosul [1]. A NATO integrált rendszer-szemlélető minıségelvének az a célja, hogy olyan termékek kerüljenek beszerzésre, amelyek kielégítik az élettartam-elvbıl kiinduló minıségi és megbízhatósági követelményeket. E minıségpolitika szerint nagy hangsúlyt kell helyezni a tervezési, ellenırzési, minıségbiztosítási és minıségjavítási folyamatokra az élettartam minden szakaszában [2]. A haditechnikai eszközök minıségbiztosítása tárgyában eddig végzett hazai kutatások már foglalkoztak a magyar katonai minıségbiztosítás és irányítás feladataival és követelményeivel [3-7], a haditechnikai eszközök megbízhatóság-központú karbantartásával és üzemeltetési megbízhatóságával [8-10], valamint az üzemben-tartás minıségének javítására alkalmazható statisztikai módszerekkel [11]. Kutatási munkám tárgya a katonai elektronikai rendszerekkel szemben támasztott minıségi és megbízhatósági követelmények teljesítését támogató megbízhatóság-elemzési eljárások vizsgálata és konkrét rendszerekre történı alkalmazása. Az értekezés támaszkodik több mint 20 éves szakmai oktatási és kutatási tapasztalataimra, felhasználja és összegzi a minıség- 1 Gnyegyenko, B. V.-Beljajev J.K.- Szolovjev A.D.: A megbízhatóság-elmélet matematikai módszerei, Mőszaki Könyvkiadó, Budapest, 1970.
5 biztosítás és a megbízhatósági vizsgálatok területén elért eredményeimet, amelyeket a közel 60 tudományos publikáció igazol. Kutatási célkitőzéseim: 1. Célom olyan megbízhatóság-elemzési eljárások tanulmányozása és összehasonlítása, amelyeket sikeresen alkalmaznak elektronikai rendszerek megbízhatósági vizsgálatainál. Az elemzési eljárások elınyeinek és hátrányainak értékelésébıl a katonai elektronikai rendszerek vizsgálatára alkalmazható eljárások megvalósításához kívánok hasznosítható következtetéseket levonni. 2. Kidolgozom konkrét katonai elektronikai rendszerek megbízhatóság-elemzését. Kutatási módszereim: - A minıség és megbízhatóság hazai és nemzetközi szakirodalmának, konferencia elıadásainak tanulmányozása, értékelése, következtetések levonása. - Szakmai konzultáció lefolytatása a Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem, a Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, a Budapesti Mőszaki Fıiskola, a Gábor Dénes Fıiskola, a HM Technológiai Hivatal, a HM Elektronikai, Logisztikai és Vagyonkezelı Rt. szakembereivel a minıség- és megbízhatóság-irányítás kérdéseirıl. - A minıség- és megbízhatóság-irányítási rendszerek nemzetközi szabványsorozatainak elemzése, értékelése, a következtetések levonása. - A katonai minıségbiztosítás tevékenységének vizsgálata, sajátosságainak elemzése. - A szakirodalomban elıforduló, leggyakrabban alkalmazott megbízhatóság-elemzési eljárások vizsgálata, összefüggéseik feltárása, tartalmuk elemzése és a levonható következtetések hasznosíthatóságának vizsgálata. - Kutatási eredmények folyamatos publikálása. Az értekezés felépítése: A Bevezetésben megfogalmazom a tudományos problémát, ismertetem a kutatási célokat, az alkalmazott kutatási módszereket.
6 Az 1. fejezetben ismertetem - a szakirodalom mélyreható áttanulmányozása alapján - a minıség értelmezésének és megvalósításának fejlıdését, a minıségirányítási rendszerek nemzetközi szabványsorozatának legfontosabb jellemzıit. Értelmezem a megbízhatóság fogalmát, mennyiségi mutatóit, kiemelem a katonai minıségbiztosítás sajátosságait. A 2. fejezetben a megbízhatóság-elemzési eljárások vizsgálata, összehasonlítása, értékelése alapján kidolgozom azt a szempontrendszert, amely egy adott katonai elektronikai rendszer vizsgálatára alkalmas megfelelı elemzési módszer kiválasztását segíti. A 3. fejezetben elkészítem konkrét katonai elektronikai rendszerek megbízhatóságelemzését, megállapítom a rendszerek mőködıképességét befolyásoló tényezıket a rendszerek kvalitatív elemzése alapján. A 4. fejezetben összegzem a célkitőzéseimmel összhangban elvégzett tudományos munkát és meghatározom az új tudományos eredményeket (téziseket). A Hivatkozott irodalomjegyzék fejezet a hazai és nemzetközi szakirodalom hagyományos és elektronikus adathordozóit tartalmazza, ezt követi a szerzı Tudományos és publikációs jegyzéke, valamint az 1.sz. és 2.sz. Melléklet. * Értekezésem kidolgozása során maximálisan figyelembe vettem és a dolgozatba beépítettem az értekezés-tervezetem mőhelyvitáján elhangzott szakmai véleményeket, az elı-opponensi bírálatokat, valamint a ZMNE KMDI igazgatójának Prof. Dr. Halász Lászlónak az észrevételeit. Ezúton is köszönetemet fejezem ki témavezetımnek, a Haditechnika Tudományszak vezetıjének Prof. Dr. Turcsányi Károlynak, a ZMNE Bolyai János Katonai Mőszaki Kar Villamos és Természettudományi Alapozó Tanszék vezetıjének Prof. Dr. Zsigmond Gyulának, a Repülımőszaki Intézet igazgatójának Prof. Dr. Óvári Gyulának, munkahelyi vezetımnek a BMF Kandó Kálmán Villamosmérnöki Fıiskolai Kar fıigazgatójának Dr. Turmezei Péternek, és mindazoknak, akik támogatták és hasznos javaslataikkal érdemben segítették értekezésem elkészítését.
7 1. A minıség és megbízhatóság megvalósítása A fejezetben röviden ismertetem a minıség értelmezésének és megvalósításának fejlıdését, a minıségirányítási rendszerek nemzetközi szabványsorozatának jellemzıit, a megbízhatóság értelmezését, mennyiségi mutatóit, és kiemelem a katonai minıségbiztosítás sajátosságait. Az alkalmazott fogalmak pontos, szabványok szerinti meghatározását az 1. sz. Mellékletben található Alapfogalmak fejezet tartalmazza. 1.1. A minıség és megbízhatóság értelmezésének és megvalósításának fejlıdése A minıség értelmezése és megvalósítása: A minıség iránti igény nagyon régi kelető, fogalmát többféleképpen is meghatározták az elmúlt évtizedekben. A minıség fogalma és kapcsolatrendszere a fejlett gazdasággal és ezen belül a fejlett piaci viszonyokkal rendelkezı országokban alakult ki. [12]. Azokban a fejlett országokban tehát, ahol feltételezhetı a gazdasági verseny szabadsága, és a minıségfogalom mindig következménye a piaci viszonyoknak [13]. De nemcsak a piaci versenynek, hanem pl. a potenciális katonai ellenfelek közötti versengésnek, a mőszakilag élenjáró vállalatok közötti kapcsolatoknak is tulajdonítható kiemelkedı minıségő termékek elıállítása [14]. Filozófiai értelemben a minıség valamely termék valamennyi lényeges, más terméktıl megkülönböztetı sajátosságainak összessége [15-20]. A minıség döntı problémává, túlélési kritériummá az ipari forradalom óta vált, amikor a termelési és szolgáltatási kapacitások megsokszorozódása következtében jelentıs túlkínálat mutatkozott a kibocsátások területén, és csak a legjobb minıségő árukat lehetett tartós haszonnal eladni [21]. A céhes ipar felbomlása, a nagyipar kialakulása a termelékenységet jelentısen megnövelte, de a minıségre való hatása nem volt mindig egyértelmően kedvezı. Az árutermelés egyik velejárója az elidegenedés: a termelı elidegenedése a munka tárgyától, a termelési folyamattól odavezetett, hogy a minıségi munkára kényszeríteni kellett. A tömegtermelés gyakran együtt járt a minıség tudatos rontásával is. Ugyanakkor a piaci verseny az 1960-as és 1970-es években még a nagy monopol cégeket is kiváló minıségő termékek gyártására, hatásos és kiterjedt szerviz-hálózat kiépítésére ösztönözte. A gazdasági verseny növekedésével együtt járt a minıségcélok
8 változása, ezért a minıség fogalmára a minıségügy nemzetközi szaktekintélyei is más-más meghatározást alkalmaztak [22], attól függıen, hogy ık mire helyezték a hangsúlyt: o o o o az elıírásoknak (követelményeknek) való megfelelés, - Crosby a használatra való alkalmasság, - Juran a vevı igényeinek kielégítése (vevıi megelégedettség), - Ishikawa a vevı rejtett igényeinek kielégítése, - Shiba. A minıség szabvány szerinti definíciója [23] nem sorolja fel, hogy a minıség fogalma vonatkoztatható termékre, rendszerre és folyamatra egyaránt, és arról sem beszél, hogy kiknek a követelményeit kell teljesíteni. Kiemeli viszont azt, hogy saját (elválaszthatatlan) jellemzıkrıl van szó, szemben azokkal, amelyek esetleg kívülrıl hozzárendelt jellemzık. Alapvetıen fontos tehát az érdekeltek (tulajdonosok, részvényesek, alkalmazottak, beszállítók, vevık, társadalom) és a szervezet igényeinek és/vagy érdekeinek kiegyensúlyozott kielégítése [24]. Fontos az igények kielégítésére való képesség nem csak két különbözı szervezet között, hanem egy szervezeten belül is. A különféle minıség meghatározásoknak megfelelıen más és más tevékenységek váltak fontossá a minıségcélok elérése érdekében. Az elıírásoknak (követelményeknek) való megfelelést ellenırizni kell. A minıségellenırzés az a tevékenység, amellyel meghatározzák, hogy a termék vagy szolgáltatás jellemzıi megfelelnek-e vagy sem az elıírt követelményeknek [25]. Az ellenırzési tevékenység eszközei egyrészt a méréstechnikai eszközök (metrológiai eljárások), másrészt a matematikai statisztikai alapokra épülı méréses és minısítéses mintavételi tervek [26, 27]. A használatra való alkalmasság igénye megköveteli az ellenırzési tevékenység kibıvítését azzal, hogy a gyártásközi hibákat helyesbítik a gyártási folyamatba, illetve az azt megelızı tevékenységekhez (tervezés, fejlesztés stb.) való visszacsatolással, és így a hiba-okok megszüntetésével. Ez a tevékenység a minıségszabályozás, amely a termék-elıállító folyamatok gazdaságos megszervezését teszi lehetıvé. A minıségszabályozáshoz a szabályozó kártyák vezetésére és a folyamatképességi indexek számítására is kiterjedı statisztikai folyamatszabályozás (az ún. SPC) módszerét, valamint a különféle típusú megbízhatósági vizsgálatokat használják. A vevık igényeinek kielégítése a minıségbiztosítás tevékenységének létrehozását követeli meg, amely magában foglalja a minıségszabályozás tevékenységeit, ezen kívül pedig olyan
9 tevékenységeket is tartalmaz, amelyek célja a hibák létrejöttének megakadályozása [28]. E megelızı tevékenység azt a bizalmat kelti a vevıkben és a vállalat vezetıiben, hogy a terméket megfelelıen szervezett tevékenységek sorozatának rendszerében állítják elı. A minıségbiztosítás a matematikai statisztikai eszközök alkalmazását igényli az átvételi ellenırzésben, a statisztikai folyamatszabályozásban, valamint a probléma-megoldásban. A vevık kimondott igényein kívül a rejtett (látens) igények kielégítése hozta létre a minıségirányítás tevékenységét. Ez, vállalatvezetési feladatként, a vállalat minıségügyi célkitőzéseinek és minıségpolitikájának megvalósítását célozza a minıségirányítási rendszeren belül, olyan tevékenységek felhasználásával, mint a minıségtervezés, a minıségbiztosítás (ezen belül a minıségszabályozás) és a minıségfejlesztés. A minıségirányítási rendszerre vonatkozóan az ISO 9000: 2000-es szabvány nyolc alapelvet fogalmaz meg [29]. A teljes körő minıségirányítás (TQM) egy komplex vezetési, irányítási filozófia, melynek célja az, hogy olyan folyamatokat hozzon létre, amelyek a szervezet egészére kiterjedıen állandóan hatnak a minıségre, a minıség javítására [30-32]. Ezt a vállalat úgy hajtja végre, hogy összes tagját bevonja a szervezet minıségközpontú cselekvési programjába, és folyamatirányítást végez, azaz folyamatszervezési, -elemzési és -javítási módszereket használ a folyamatos fejlesztés érdekében [33]. Napjainkban a minıség szempontjából történı igény-kielégítés gyakran a minıségirányítási rendszerek létrehozására vezet, ugyanis a minıség megvalósításának egyik lehetséges eszköze a minıségirányítási rendszerek kifejlesztése, bevezetése és mőködtetése. [34] A minıségirányítási rendszerek eredetileg a hadiiparban alakultak ki, ahol a biztonság központi probléma, ahol a katonai erı fenntartása, alkalmazhatóságának megırzése és sajátos alkalmazása minden körülmények között különösen veszélyes üzemnek tekinthetı [35]. E területeken a hagyományos minıségellenırzési módszerek nem nyújtottak kellı biztonságot, ezért olyan rendszert kellett kiépíteni, amely nem elégszik meg a végellenırzéssel, hanem méréses gyártásközi ellenırzés bevezetésével minden eltérést idejében észrevesz és kiküszöböl. Ennek érdekében dolgozták ki 1941-44 között a MIL STD 105 mintavételi szabványt, amelynek lényegét ma is világszerte alkalmazzák [35] Az így bevezetett statisztikai minıségszabályozást a gyártás minden mőveletére kiterjesztették, és gondoskodtak az eredmények dokumentálásáról, hogy a rendszert ellenırizhetıbbé tegyék [36-39]. A létrehozott minıségbiztosítási rendszerrel a hibák többségét kellı idıben ki lehetett szőrni [40, 41]. Ezt a gondolatot terjesztette ki a civil szférára az 1987-ben megjelent ISO
10 9000-es nemzetközi szabványsorozat és az 1994-ben kiadott módosítása is [42-44], majd az új, átfogóbb minıségszemléletet képviselı 2000-ben megjelent szabványsorozat már a teljes körő minıségirányítás (TQM) gondolatiságát is célul tőzi ki [45-47]. Az egységes minıségirányítási rendszerekre vonatkozó ISO 9000-es nemzetközi szabványsorozat az alábbi elemekbıl áll [48]: ISO 9000:2000 Minıségirányítási rendszerek. Alapok és szótár: az irányítási rendszerek nyolc alapelvét és a fogalom-meghatározásokat tartalmazza. ISO 9001:2000 - Minıségirányítási rendszerek. Követelmények: a rendszert meghatározó alap követelményeket tartalmazza ISO 9004:2000 - Minıségirányítási rendszerek. Útmutató a mőködés fejlesztéséhez. Az új szabványok rugalmasan alkalmazkodnak a minıségirányítási rendszert bevezetı szervezet adottságaihoz, az eddiginél nagyobb hangsúlyt kap a vevıi megelégedettség, a többi érdekelt fél megelégedettsége és a folyamatos fejlesztés szükségessége Az irányítási rendszereken belül a kívánt eredményt hatékonyabban lehet elérni, ha a tevékenységeket és a velük kapcsolatos erıforrásokat folyamatként kezelik. Ennek az ISO 9000-es szabványban található részletesebb leírása felhívja a figyelmet arra, hogy az egyik folyamat kimenete gyakran egyben a következı folyamat közvetlen bemenete. A folyamatszemlélető megközelítést mutatja az 1.1. ábra [49] Ez az ábra azt is bemutatja, hogy a rendszerben a folyamatos fejlesztés is érvényesül. Az egymással összefüggı folyamatok rendszerként való azonosítása, megértése és irányítása hozzájárul ahhoz, hogy a szervezet eredményesen és hatékonyan valósítsa meg céljait. Az eredményes döntések az adatok és egyéb információk elemzésén alapulnak. A szabvány elıírja, hogy a szervezet győjtsön és elemezzen olyan adatokat, amelyek alkalmasak a minıségirányítási rendszer megfelelısségének és eredményességének meghatározására és fejlesztési intézkedések kitőzésére. Ez felöleli a mérési és figyelemmel kísérési tevékenységekbıl és más forrásokból származó adatokat.
11 A minıségirányítási rendszer folyamatos fejlesztése Vevık (érdekelt felek) Információ A vezetıség felelıssége Vevık (érdekelt felek) Erıforrás gazdálkodás Mérés, elemzés, fejlesztés Elégedettség Követelmények Bemenet Termék/szolgáltat ás elıállítás Termék/ szolgáltatás Kimenet 1.1. ábra A folyamatszemlélető megközelítés modellje [49] Az ISO 9001-es szabvány a minıségirányítási rendszerekkel szemben támasztott követelményeket írja le, míg az ISO 9004-es szabvány arra ad tanácsokat, hogy miképpen lehet a már mőködı rendszert továbbfejleszteni. A szabvány bevezetıje rámutat a költségek és a kockázatok megfelelı kezelésének szükségességére, továbbá a szövegezésben mindenütt az eredményesség és hatékonyság kettıs szempontját említi ott, ahol az ISO 9001-es csak eredményességet követel meg. Az ISO 9004-es további jellemzıje, hogy a vevıközpontúság hangsúlyozása helyett mindenütt az összes érdekelt fél igényének kielégítését tartja a követendı célnak, tehát nagy fontosságot tulajdonít a munkatársak, a tulajdonosok, a beszállítók és a társadalom igényei figyelembevételének. Az ISO 9004-es a követelményszabvány minden egyes szakaszában foglaltakkal kapcsolatban felsorolja azokat a szempontokat, amelyeket célszerő megfontolni. Így például a vevık és a többi érdekelt fél igényeinek és elvárásainak számbavételéhez célszerőnek tartja megfontolni a termék megfelelısségén kívül annak megbízhatóságát, használhatóságát (rendelkezésre állását), szállítási feltételeit, vevıszolgálati ellátottságát, árát és a termék teljes életciklusa alatt felmerülı költségeket.
12 A megbízhatóság értelmezése: A megbízhatóság elméleti igényő vizsgálata a 40-es évek elején jelentkezik elıször a repüléstechnikában. A repülıgépek elektronikai alkatrészei nem biztosítottak kellı vezetési és forgalmi biztonságot. Kényszerően felmerült a hiba-okok módszeres vizsgálatának és elhárításának igénye. A megbízhatóság elméletnek tehát minıségbiztosítási gyökerei vannak. [50]. A megbízhatósági vizsgálatok fejlıdésének jelentıs lendületet adott az atomerımővek terjedésével egy idıben jelentkezı fokozott biztonság iránti igény, és az 1970-es évektıl megjelenik a vizsgálatok nagyipari alkalmazásának követelménye is, melyet a megbízhatóság-elmélet tudományos módszerei segítenek megvalósítani.[51, 52]. A megbízhatóság-elmélet az a tudományág, amely eszközökben, berendezésekben, rendszerekben fellépı meghibásodásokkal foglalkozik, kidolgozza a berendezések megfelelıségének számítási módszereit ismert minıségi mutatók alapján. Az utóbbi években ez a terület is az életciklus-megközelítést alkalmazza [53], azaz a vizsgálatok kiterjednek egy termék esetében annak tervezési, gyártási, tárolási, szállítási és felhasználási idıszakára, speciális esetben a felhasználás utáni idıciklust is elemzik. A vizsgálatok fıbb területei ezen ciklusokban bekövetkezı meghibásodások keletkezési okainak meghatározása, a meghibásodások elırejelzésének módjai, a megbízhatóság növelésének lehetıségei, továbbá a megbízhatóság ellenırzésének módszerei. A XX. század elsı felében megbízhatóságon a hibamentes mőködés valószínőségét értették. Az 1960-as évek közepén tekintélyes szovjet kutatók a megbízhatóságot a minıség idıbeli alakulásaként értelmezték. Az 1970-es években, pl. az MSZ KGST 292-76 szabvány a megbízhatóságot a hibamentesség, a javíthatóság, a tartósság és a tárolhatóság együtteseként határozta meg. A jelenleg érvényben lévı MSZ IEC 50(191):1992 szabvány [54] definíciója 2 szerint a megbízhatóság győjtıfogalom, amelyet a használhatóság és az azt befolyásoló tényezık, azaz a hibamentesség, a karbantarthatóság és a karbantartás-ellátás leírására használnak (1.2. ábra) 2 Az ISO 9000-es szabvány is ezt a fogalmat használja.
13 Használhatóság Megbízhatóság Hibamentesség Karbantarthatóság Karbantartásellátás 1.2 ábra A megbízhatóság általános értelmezése A megbízhatóság számszerő értékeléséhez megbízhatósági mutatókat használnak. Ezek közül a hibamentességi mutatók képezik a klasszikus megbízhatóság-elmélet alapját, és gyakorlati szempontból is nagyon jelentısek. Számos elektronikai eszközre, a belılük felépített elektronikai rendszerre, a tapasztalatok szerint, a hibamentesség a legfontosabb megbízhatósági jellemzı. Tehát a megbízhatósági vizsgálatok célja a rendszerekben, berendezésekben fellépı meghibásodások keletkezésének meghatározása, ezek elırejelzésének megállapítása, a megbízhatósági jellemzık rendszeres ellenırzése, - e jellemzık közlése és szavatolása céljából [55-58]. A hibamentesség mutatói /az MSZ IEC 50(191):1992 szerint/: 1. A hibamentesség valószínősége / R(t 1, t 2 ) függvény /, annak valószínősége, hogy a termék elıírt funkcióját adott feltételek között, adott (t 1, t 2 ) idıszakaszban ellátja. Másként R(t) annak a valószínősége, hogy a meghibásodás idıpontja: T 1 a t idı után következik be R(t) = P {T 1 >t} (1.1) Az R(t) függvényeket csak a pozitív idıtartományra értelmezzük: R(t) 0, ha t<0, (1.2) A t = 0 idıpontban viszont tökéletesen hibamentesnek tekintjük a terméket: R(0) = 1. (1.3)
14 2. A meghibásodás valószínősége / F(t 1, t 2 ) függvény /, annak valószínősége, hogy az elıírt funkcióját adott feltételek között ellátó termék adott (t 1, t 2 ) idıszakaszban meghibásodik. Az R(t) komplemens valószínősége F(t) (meghibásodási függvény) : F(t) =1- R(t) és így F(0) = 0, valamint F( ) = 1 (1.4) Az F(t) eloszlásfüggvény deriválható, létezik az f(t) sőrőségfüggvény: f(t) = df(t)/dt = - dr(t)/dt (1.5) 3. Pillanatnyi meghibásodási ráta / λ(t) függvény /, annak a hányadosnak a határértéke t 0 esetén, amelynek számlálójában az a feltételes valószínőség van, hogy a termék meghibásodásának idıpontja a (t, t+ t) idıszakaszba esik, feltéve, hogy a termék az idıszakasz kezdı pontjában mőködıképes állapotban volt, nevezıjében pedig az idıszakasznak t hossza van, ha ez a határérték létezik: [ t < T ( t + t) T > t] Pr 1 1 λ ( t) = lim (1.6) t 0 t A meghibásodási ráta függvénye szemléletesen mutatja az adott termék mőködését az idı függvényében. Az alakjáról kád-görbének nevezett függvény három szakaszra bontható (1.3. ábra): λ(t) I. III. II. t T k T ö 1.3. ábra A meghibásodási ráta - idı függvény
15 I. szakasz: korai meghibásodások szakasza II. szakasz: stacioner meghibásodások szakasza III. szakasz: öregedés, kifáradás okozta meghibásodások szakasza Az elsı szakasz a termék rejtett hibáiból, gyenge pontjaiból adódik, - ennek a szakasznak a lerövidítése, esetleg kiküszöbölése a gyártó cégek feladata. Például elektronikai alkatrészek esetében beégetéssel elızik meg azt, hogy a korai hiba a felhasználónál következzen be: t < T K. A második szakaszt jó közelítéssel állandó meghibásodási ráta jellemzi Ez a hasznos mőködés vagy stabil üzem szakasza: T K < t < T Ö. A harmadik szakaszban a meghibásodási ráta gyorsan növekszik a termék elhasználódása, öregedése következtében: t > T Ö. Ezeknek a görbéknek a meghatározása megbízhatósági vizsgálatokkal történik. Ha e görbék ismertek, akkor lehetıvé válik, hogy ezekre alkalmazzuk a már kidolgozott matematikai valószínőség-eloszlásokat annak érdekében, hogy becsüljük, és elıre jelezzük adott termékek meghibásodási rátáit mintabeli adatokból. 4. Átlagos mőködési idı a meghibásodásig / MTTF /, a meghibásodásig tartó mőködési idı várható értéke: T F = M {T 1 } 5. Meghibásodások közötti átlagos mőködési idı / MTBF /, két, egymást követı meghibásodás közötti mőködési idı várható értéke. A karbantarthatóság mutatói: 1. Karbantarthatósági függvény / M(t 1, t 2 ) függvény /, annak valószínősége, hogy a terméken, adott használati körülmények között, adott karbantartási tevékenységet elıre meghatározott idıszakaszon belül elvégeznek, ha a karbantartást az elıírt feltételek között, elıre meghatározott eljárások és erıforrások felhasználásával hajtják végre. 2. Pillanatnyi javítási ráta / µ(t) függvény, annak a hányadosnak a határértéke t 0 esetén, ha ez a határérték létezik, amelynek számlálójában annak feltételes
16 valószínősége van, hogy a javítási tevékenység a (t, t+ t] idıszakaszban befejezıdik, feltéve, hogy a javítási tevékenység nem fejezıdött be az idıszakasz kezdıpontjáig, nevezıjében pedig az idıszakasz hossza szerepel. 3. Átlagos javítási idı / MRT /, a javítási idı várható értéke. A megbízhatósági mutatók alapösszefüggései: A fenti megbízhatósági jellemzık között matematikai összefüggések vannak. A meghibásodási ráta definíciójából következik a megbízhatóság elmélet egyik legalapvetıbb általános összefüggése: t R( t) = exp λ ( x) dx (1.7) 0 A meghibásodásig tartó mőködési idı (MTTF) : 0 T F = R( t) dt (1.8) Igen fontos gyakorlati eset, ha λ(t) = λ, állandó értékő, akkor (1.7) - bıl: R(t) = e -λt (1.9) Az (1.8) összefüggésbıl az exponenciális függvényt integrálva kapjuk: T F = 1/λ (1.10) A (1.9) és (1.10) összefüggések természetesen csak idıben állandó meghibásodási ráta esetén érvényesek. A megbízhatósági mutatók meghatározásának, mérésének módszerei alapvetıen különböznek a gyártmányok minısítı, minıségellenırzı méréseitıl, mivel a nyert adat nem közvetlenül az adott forgalmazott termékre lesz jellemzı, arra csak becslést ad. Egy újonnan alkalmazásba vett eszköz várható mőködési ideje korábban üzembe állított azonos típusú,
17 kellı számú eszköz, kellı idıtartamú üzemeltetési adataiból származó átlagos mőködési idıvel becsülhetı, akkor, ha a kérdéses újabb eszköz is azonos környezeti és üzemi körülmények között fog mőködni. A megbízhatósággal foglalkozó szabványokat kidolgozó Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság 56. Mőszaki Bizottsága (IEC/TC 56) azonban már új megbízhatóság-fogalom közzétételén dolgozik. E szerint a megbízhatóság a terméknek az a képessége, hogy ellátja (szolgáltatja) a megkövetelt funkciókat akkor, amikor azokat igénylik [59]. A szolgáltatás minıségét a szolgáltatás-ellátási képesség, a szolgáltatás mőködtethetısége, a szolgáltató képesség, a szolgáltatás teljessége és más egyéb tényezık határozzák meg. [60]. A szolgáltatással kapcsolatos képesség jellegő fogalmak szoros kapcsolatban vannak a termékekre (készülékekre, berendezésekre) vonatkozó képességfogalmakkal (használhatóság, hibamentesség, karbantarthatóság és karbantartás-ellátás). Közöttük kapcsolatot a hatékonyság teremt, azaz a terméknek az a képessége, hogy adott mennyiségi mérıszámmal jellemzett szolgáltatás-igényt kielégít. A hatékonyságot jellemzi a használhatósági tényezı és a használhatóság, ez utóbbit a hibamentesség, a karbantarthatóság és a karbantartás-ellátás képessége (1.4. ábra). Tehát a megbízhatóság-fogalom a termék olyan idıtıl függı jellemzıinek a leírására szolgál, amelyet nem mennyiségi értelemben használnak. A fogalmat alkotó egyes jellemzıket azonban lehet számszerősíteni a megfelelı mutatók segítségével. A megbízhatóság kifejezhetı a bizalom mértékeként vagy annak valószínőségeként, hogy a sikeres mőködés kritériumai teljesülnek. A megbízhatóságot alkotó jellemzık (használhatóság - hibamentesség, a hibatőrı-képesség, helyreállíthatóság, adatbiztonság, integritás, karbantarthatóság, tartósság, karbantartás-ellátás) kiterjednek a mőködési idıre, a felhasználás, a tárolás és a karbantartás feltételeire. Követelmények határozhatók meg a biztonságra, a hatékonyságra és a gazdaságosságra az életciklus során. A termékkel kapcsolatos elvárások felhasználóként és érdekelt felenként változnak. A megbízhatóságot mőszaki és irányítási tevékenységek alkalmazásával érik el, hogy meghatározzák, megszőntessék, vagy csökkentsék a termék sikeres mőködésével kapcsolatos kockázatokat.
18 Szolgáltatás minısége Szolgáltatásellátási képesség Szolgáltatás mőködtethetısége Szolgáltató képesség /Elérhetıség, folyamatosság/ Szolgáltatás teljessége Hatékonyság Használhatósági tényezı Használhatóság Hibamentesség Karbantarthatóság Karbantartás-ellátás Átlagos mőködési idı, meghibásodási ráta Átlagos javítási idı Átlagos munkaidı 1.4. ábra A megbízhatósági képességek és jellemzık 1.2. A katonai minıségbiztosítás sajátosságai A hadfelszerelési anyagokkal, és ezen belül a haditechnikai eszközökkel szemben támasztott szigorú követelmények miatt katonai területen a polgáritól eltérı minıségbiztosítási tevékenységet kell alkalmazni, melynek okai az alábbiak [61]: A hadsereg számára alapvetı követelmény a termékek megbízhatósága, mivel az általa használt eszközök, berendezések adott esetben bekövetkezı meghibásodása katasztrófához is vezethet. Nagyon fontos az elektronikus eszközökbıl felépülı rendszerek, a hozzájuk csatlakozó villamos rendszerek hibamentessége a biztonsági követelmények teljesítése szempontjából.
19 A hadseregben rendszeresített berendezések túlnyomó többsége összetett és fejlett technológiát képviselı, veszélyt hordozó termékekre vonatkozik. Ez a körülmény kényszerít az integritás teljes körő hatásainak ismeretére és teszi tervezésüket, fejlesztésüket és gyártásukat bonyolulttá. A hadsereg által használt készülékek, berendezések különlegesen extrém körülmények között kerülnek alkalmazásra, úgymint szélsıséges klíma- és terepviszonyok, sérülésveszély, eltérı képzettségő és intelligenciájú kezelı állomány, stb.. Bármilyen minıségi hiba sokkal hamarabb bekövetkezik az igénybevétel ilyen jellegő intenzitása, az elkerülhetetlen terhelés mellett. A minıségbiztosítási tevékenységgel jelentıs költségek takaríthatók meg. Az eszközök életciklusához illeszkedı, megfelelıen tervezett és rendszeres tevékenységek, intézkedések biztosítékot nyújthatnak a hibamentességi és karbantarthatósági követelmények kielégítésére. A NATO vezetése 1967-ben deklarálta a tagállamok védelmi képességének és az ellátó rendszerek minıségének kapcsolatára, egységes szabályozására vonatkozó koncepciót. Megalkotta a Szövetség közös, szabványosított minıségbiztosítási modelljét, elıírta a NATOban rendszeresített eszközök minıségének és megbízhatóságának követelményeit a fejlesztéstıl a kivonásig terjedı idıszakra (STANAG 4107 Szabványosítási Egyezmény Az Állami Minıségbiztosítás kölcsönös elfogadására és az AQAP-k alkalmazására ) [62]. A NATO minıségbiztosításának alapelve szerint a védelmi képesség a védelmi rendszerek és eszközök minıségétıl és megbízhatóságától függ, így mind a felhasználóknak, mind a fejlesztıknek és gyártóknak közös érdeke a megfelelı minıség és megbízhatóság biztosítása [63-66]. Alapkövetelmény az is, hogy a minıség- és megbízhatóság biztosítása már a tervezés, a fejlesztés idıszakában vegye kezdetét, folytatódjon a gyártási fázisban, majd terjedjen ki a készgyártmányok megbízhatóság szempontjából történı ellenırzésére és a berendezések üzemeltetési megbízhatóságának a megvalósítására. A polgári és katonai szereplık közötti együttmőködést a NATO a tagállamok által ratifikált Szabványosítási Egyezmények (STANAG-ok), a Szövetségi Minıségbiztosítási Dokumentumok (AQAP-k) és a Szövetségi Megbízhatósági és Karbantarthatósági Dokumentumok (ARMP-k) útján mőködteti.
20 A NATO AQAP 100-as dokumentumok az ISO 9000-es szabványsorozat elıírásain alapultak és katonai kiegészítı követelményeket írtak elı. A kiegészítések elsısorban a hadfelszerelési eszközök beszerzésénél a katonai minıségbiztosítás hatáskörére, ellenırzési, vizsgálati és felügyeleti rendjére vonatkoztak. Az ISO 9000: 2000-es nemzetközi szabványsorozat érvénybelépésével átdolgozásra kerültek a NATO AQAP minıségbiztosítási dokumentumok is, és 2003-ban megjelent az AQAP 2000-es sorozat [67-72]. Az AQAP 2000 a minıség életciklust átfogó, integrált, rendszerszemlélető megközelítésének politikáját tartalmazza, amely a következı négy területre vonatkozik [73]: 1. Az idı terület, amely fıleg az életciklusokkal foglalkozik (AQAP 2000 2.1) 2. A funkció terület, amely fıleg az életciklusok folyamataival foglalkozik (AQAP 2000.2.2) 3. Az erıforrás terület, amely fıleg az életciklusokban résztvevıkkel foglalkozik (AQAP 2000.2.3) 4. A szervezet terület, amely fıleg az irányítási (vezetési) rendszerrel foglalkozik (AQAP 2000.2.7-9). A maximális hatékonyság elérése érdekében, az életciklusban résztvevı szervezeteknek egy hatékony és gazdaságos minıségirányítási rendszert kell létrehozniuk, amit dokumentálni, rendszeresen értékelni és tökéletesíteni kell. A NATO minıségpolitikája megkívánja, hogy az AQAP dokumentumok és a nemzetközi szabványok integrált követelményrendszert alkossanak a katonai alkalmazás során [74]. Az AQAP elıírásait elsısorban a hon- és rendvédelmi szervezetek ellátásában részt vevı alábbi szervezeteknél kell alkalmazni [75]: a fejlesztést irányító és beszerzést végzı katonai szervezeteknél, ahol meghatározzák a szállítókkal és a termékekkel szemben támasztott követelményeket, majd ellenırzik és igazolják (tanúsítják) a megfelelıséget, azoknál a szállítóknál, amelyek felelısek a szerzıdésben vállalt követelmények teljesítésért. Ennek érdekében tehát a szervezetek a nemzetközi minıségirányítási szabványoknak és a katonai normatíváknak megfelelı minıségirányítási rendszert építenek ki, mőködtetnek, tanúsíttatnak. A szabványalapú irányítási rendszerek különálló vállalati alrendszerként való