Jak już wspominano w rozdz. 2. do działań wchodzących w skład systemu racjonalnego oddziaływania na niezawodność obiektu w fazie jego projektowania należy zaliczyć:

1. budowę niezawodnościowego modelu obiektu
2. budowanie niezawodności głównie teoretyczne przeprowadzone na zbudowanym modelu
3. typowanie najkorzystniejszych rodzajów ulepszeń

Zasady i sposoby realizacji działań a) i b) omówiono szczegółowo w rozdziałach 3, 4 i 5 niniejszej pracy.

Trzecim z podstawowych działań proponowanego systemu ra­cjonalnego oddziaływania na niezawodność (i bezpieczeństwo) obiektu jest typowanie najkorzystniejszych rodzajów ulepszeń. Podstawą do takich działań konstruktora są wyniki badań nie­zawodności (i bezpieczeństwa), na przykład w postaci wykresów zależności wybranego wskaźnika niezawodności od różnych czyn­ników projektowych, technologicznych i eksploatacyjnych. Ulepszenia polegają głównie na odpowiednich zmianach wartości tych czynników.

W ogólnym przypadku wybór czynnika, którego wartość powin­na ulec zmianie, nie powinien być jednak oparty na kryterium niezawodności, gdyż zmiana ta może wywołać nie tylko podwyż­szenie poziomu niezawodności, lecz również jednoczesne pogor­szenie innych cech obiektu, np. bezpieczeństwa, ciężaru, kosz­tu wykonania, kosztu eksploatacji itd. O wyborze takim powinno więc decydować globalne kryterium oceny obiektu, uwzględniają­ce najważniejsze jego cechy. Jest nią tzw. funkcja do­broci, uwzględniająca różne istotne cechy obiektu, różne ich ważności, a także losową zależność niektórych cech od czasu. Dla czasu  t  wynosi ona:

(104)

gdzie: X_k(t) jest k-tą cechą świadczącą o dobroci obiektu (ciężar, koszt wykonania  C_w,  straty wywołane zawodnością C(t),  inne koszty eksploatacyjne  C (t),  zagrożenie [1-B(t)] itd.;  w_k(t)  jest wagą k-tej cechy;  x_k^*(t)  jest górną warto­ścią graniczną k-tej cechy  (większą od zera), której przekro­czenie jest niedopuszczalne lub niepożądane;  l  jest liczbą. istotnych cech obiektu;  J(t)  jest wartością zadania wykony­wanego przy użyciu obiektu.

Niektóre sposoby ustalania wartości x_k^*  oraz  w_k  są przedstawione w pracy [25]. Ustalanie wartości x_k^*  polega na odpowiednim wyborze tych wartości z zakresu występowania wartości cech  X_k  obiektów podobnych (do rozpatrywanego) eks­ploatowanych w podobnych warunkach w jednakowym czasie. Na podstawie umowy oraz pewnych ograniczeń technicznych i nie­technicznych za wartość x_k^* przyjmuje się największą obserwo­waną wartość cechy  X_k,  jej wartość średnią lub inną, w za­leżności między innymi od prowadzonej polityki w zakresie po­stępu technicznego.

Najważniejszą czynnością przy ustalaniu wartości współczyn­ników ważności  w_k  (wg sposobu podanego w [25]) jest upo­rządkowanie przez zespół ekspertów zbioru obiektów podobnych (do rozpatrywanego) eksploatowanych w podobnych warunkach w jednakowym czasie według na przykład rosnącej dobroci oraz przypisanie im odpowiednich wartości funkcji dobroci. Jest to podstawą do ułożenia odpowiedniego układu równań (104), z któ­rego wyznacza się następnie wartości w_k.  Taka metoda polega­jąca na ustaleniu porządku preferencji jest stosowana między innymi w teorii użyteczności.

W wymienionych pracach przyjmuje się za funkcję kryterium, służącą do oceny dobroci, albo wartość oczekiwaną  EY funkcji dobroci, albo ryzyko a przekroczenia przez tę funkcję pewnej wartości granicznej (lub przyjętego poziomu odniesienia) y*. Jeśli więc funkcją kryterium, służącą do oceny jest na przy­kład EY (dla określonego czasu eksploatacji), to zmiany war­tości czynnika projektowego, technologicznego lub eksploa­tacyjnego w celu poprawy niezawodności mają  sens, gdy

D(EY) = (EY)₂ – (EY)₁ < 0                                                                          (105)

gdzie indeks „1” oznacza obiekt przed zmianą, a indeks „2” oznacza obiekt po zmianie. Warunkiem decydującym o wyborze ro­dzaju czynnika do zmiany w pierwszej kolejności jest w tym przypadku warunek

(106)

gdzie

(107)

Indeks „2” oznacza obiekt po zmianach wartości czynnika g, przy czym g należy do zbioru  G  rozpatrywanych czynników, dla których spełnione są warunki (105).

Metoda kolejnych zmian wartości wspomnianych czynników konstrukcyjnych, technologicznych i eksploatacyjnych (np. zgodnie z warunkiem (106) w kolejności wzrastania D(EY) może być metodą optymalizacji rozwiązania technicznego obiektu o przyjętym schemacie projektowym. Za jej pomocą możliwe jest na przykład wyznaczenie optymalnego rozkładu poziomów nieza­wodności na poszczególne PK obiektu. W tym celu zmiany pozio­mów niezawodności poszczególnych PK przez zmiany wartości czynników ze zbioru G należy przeprowadzać dotąd, aż speł­nione zostaną w przybliżeniu warunki

(108)

tzn. dotąd, aż zmiany wybranego czynnika nie przestaną popra­wiać wartości oczekiwanej funkcji dobroci. To zagadnienie syn­tezy niezawodnościowej obiektu jest przedstawiane nieco ob­szerniej w pracach [25].

Wybór najkorzystniejszego rodzaju ulepszenia, odbywający się przy wykorzystaniu warunków (105) i (106), wymaga znajo­mości matematycznej postaci kryterium, np. wartości oczekiwa­nej funkcji dobroci (104). W wielu przypadkach o dobroci obiektu decydują tylko względy ekonomiczne, a wartość wykony­wanego zadania  J(t)  nie zmienia się przy zmianie wspomnia­nych czynników projektowych, technologicznych i eksploatacyjnych. Łatwo uzasadnić , że wówczas funkcja dobroci w postaci (104) może być zastąpiona funkcją

Y(t) = C_w + C_e(t) + C(t).                                                                                (109)

Jeśli o dobroci obiektu decydują nie tylko względy ekono­miczne, to należy korzystać z postaci (104) funkcji dobroci. Jednakże może być to niewygodne z powodu trudności w określe­niu współczynników ważności  w_k(t).  Proponuje się, aby wów­czas przy wyborze rodzaju ulepszenia korzystać z funkcji

(110)

gdzie bezpieczeństwo B_b(t). Jeśli zamierzone ulepszenia obiektu nie zmieniają wartości wielkości  B_b(t),  to w przypadku wspomnianych trud­ności proponuje się korzystać zamiast z postaci (110) funkcji dobroci – z postaci

(111)

lub z postaci (109).

Algorytm tych podstawowych działań proponowanego systemu jest  przedstawiony poglądowo na rys. 8. Na rysunku tym zazna­czone są również ważniejsze sprzężenia w przepływie informacji między tym systemem i różnymi etapami fazy projektowania oraz fazami wytwarzania i eksploatacji. Między innymi wskazane są te etapy fazy projektowania, w których możliwe są racjonalne działania na rzecz niezawodności i bezpieczeństwa obiektu za pomocą systemu przedstawionego w niniejszym opracowaniu.

Wpływanie na poziom niezawodności projektowanego obiektu możliwe jest już we wcześniejszym etapie fazy projektowania, mianowicie w etapie tworzenia i wyboru projektu koncepcyjnego, ale jedynie w sposób jakościowy. Oddziaływanie na poziom nie­zawodności w tym etapie może być realizowane przez wybór ta­kiej koncepcji, w której przewiduje się:

• małą liczbę elementów, a właściwie – fragmentów obiektu szczególnie narażonych na niesprawności;
• małą liczbę takich fragmentów obiektu, w których szyb­kość przebiegu zjawisk fizycznych prowadzących do niesprawno­ści może być duża;
• małą liczbę takich fragmentów obiektu, których niespraw­ności stanowią duże zagrożenie dla ludzi i dla obiektu;
• racjonalne zastosowanie zabezpieczeń, ograniczników i wskaźników;
• łatwą wymianę elementów (profilaktyczną i poawaryjną);
• łatwy sposób diagnozowania;
• modułową konstrukcję niektórych fragmentów obiektu, a nawet całego obiektu;
• małą wrażliwość na błędy wykonania i na błędy eksploata­cji itd.

Jak już wspomniano w rozdz. 4, racjonalne oddziaływanie na niezawodność i bezpieczeństwo obiektu, oddziaływanie z za­mierzonym i wymiernym efektem, możliwe jest jednak dopiero po wykonaniu projektu wstępnego i zbudowaniu na podstawie tego projektu niezawodnościowego modelu obiektu.

Następnym etapem fazy projektowania, w którym można od­działywać na tworzony obiekt za pomocą proponowanego systemu jest etap tworzenia projektu technicznego (rys.8). Bywa tak, że ten etap wymusza pewne zmiany w rozwiązaniu projektowym obiektu. Jeśli zmiany te mogą być istotne z punktu widzenia niezawodności, to konieczne jest uwzględnienie ich w modelu niezawodnościowym i zbadanie ich wpływu na poziom niezawodno­ści projektowanego obiektu.

Zaproponowany system może też być wykorzystany do oddzia­ływania na niezawodność (i bezpieczeństwo) obiektu w pozosta­łych etapach fazy projektowania oraz w fazach wytwarzania  i eksploatacji (rys.8). W tym przypadku wyniki teoretycznych badań niezawodności mogą służyć do potwierdzania i uzupełnia­nia wyników eksperymentalnych badań prototypów i serii infor­macyjnej oraz wyników eksploatacyjnych badań produkowanych obiektów.

Rys.8. Racjonalne oddziaływanie  na niezawodność obiektu w fazie jego projektowania

Celem prowadzenia takich badań jest doskonalenie obiektu w kolejnych etapach i fazach jego tworzenia i istnie­nia przez: wykrywanie słabych ogniw, wyjaśnianie przyczyn nie­sprawności, wskazywanie najbardziej efektywnych sposobów do­skonalenia rozwiązania konstrukcyjnego obiektu itd.