Mat Luotettavuustekniikka (2,5 ov) L

Esitys aiheesta: "Mat Luotettavuustekniikka (2,5 ov) L"— Esityksen transkriptio:

1 Mat-2.118 Luotettavuustekniikka (2,5 ov) L
Luennot: Luennoidaan syksyllä Luennoidaan vuorovuosina Mat opintojakson kanssa. Luennot tiistaisin salissa Y429A, ensimmäinen luento Harjoitukset: Tiistaisin salissa Y429A . Opettaja: Dos. Urho Pulkkinen, VTT Tuotteet ja tuotanto, puh: , gsm: , Vastaanotto: Luentojen yhteydessä. 1 1 2 1

2 Assistentti: Sampsa Ruutu, gsm 050-351 0723, e-mail: sruutu@cc.hut.fi
Sisältö: Järjestelmien luotettavuusanalyysin perusteet, monimutkaisten järjestelmien analyyseissä käytettävät menetelmät, rakennefunktiot, Markov-mallit, luotettavuusdatan käsittely. Kirjallisuus: Höyland, A., Rausand., M.: System Reliability Theory. Models and statistical methods. Wiley, 1994 (kurssin sisältö löytyy luvuista 2-6, 9, 11), luentokalvot ja laskuharjoitukset. Kopio kirjasta löytyy matematiikan kirjaston lukusalista (U360b), josta sen voi lainata lyhyeksi ajaksi. Esitiedot: Mat tai Mat ja Mat-2.104 Tentit: Ilmoitetaan myöhemmin 1 1 2 1

3 Opintojakson tavoitteet
luotettavuuskäsitteiden omaksuminen luotettavuustekniikan kvantitatiivisten ja kvalitatiivisten menetelmien tuntemus luotettavuustekniikassa tarvittavien matemaattisten työkalujen omaksuminen yksinkertaisten luotettavuusongelemien ratkaisuvalmiuden saavuttaminen luotettavuustekniikan sovellusmahdollisuuksien tuntemus 1 1 3 2

4 Opintojakson sisältö ja arvioitu aikataulu
1 1 2 4

5 Luotettavuustekniikan historiaa
alkuajat, … 1920-luku: yksittäisiä ”luotettavuustarkasteluja”, lentokoneet, LUOTETTAVUUS ~ mekaaninen kestävyys, ”järjestelmä yhtäluotettava kuin sen heikoin osa” 1930-luku: tilastollinen laadunvalonta, valvontakortti. Pyrkimysyksittäisten komponenttien virheettömyyteen. 1940-luku: sotatekniset tarkastelut, V1-, V2-ohjukset Saksassa; todennäköisyysperustainen luotettavuustarkastelu, LUOTETTAVUUS ~ todennäköisyys, että kohde toimii halutulla tavalla halutuissa olosuhteissa 1 1 5 2

6 Luotettavuustekniikan historiaa
1940-luku: Robert Lusser: ”sarjajärjestelmän luotettavuus on osien luotettavuuksien tulo” => järjestelmän luotettavuus on pienenpi kuin sen heikoimman osan luotettavuus 1950- ja 1960-luvut: huollettavuustarkastelut sotateknisissä järjestelmissä; Korean sodan aikaan huomattiin, että huollettavuuskustannukset ovat merkittäviä ensimmäiset yritykset arvioida inhimillisten tekijöiden vaikutusta luotettavuuteen (ydinsukellusveneet, Swain) laajojen järjestelmien (ohjukset, avaruustekniset järjestelmät, tietokoneet) luotettavuusanalyysin menetelmät vikapuuanalyysi (Bell Laboratories) 1 1 6 2

7 Luotettavuustekniikan historiaa
1950- ja 1960-luvut: ensimmäinen luotettavuusalan lehti: IEEE Transactions on Reliability alan ensimmäiset perusoppikirjat (Barlow - Proschan) ensimmäiset yritykset tehdä laajoja riskianalyyseja (WASH-740) 1970-luku: ydinvoimalaitosten riskianalyysi, WASH-1400 Suomeen perustettiin KTM:n luotettavuusryhmä kemiallisen teollisuuden riskianalyyseja merkittäviä onnettomuuksia 1 1 7 2

8 Luotettavuustekniikan historiaa
1980- ja 1990-luvut: öljyteollisuuden riskianalyysit ydinvoimateollisuudessa riskianalyysista vakiintunut menettelytapa tehokkaita tietokoneohjemia luotettavuusanalyysia vartena riskitietoisen päätöksentekotavan omaksuminen ”elävät riskianalyysit” ohjelmistojen luotettavuusanalyysit luotettavuusanalyysit tuotekehittelyssä 2000 uudenlaiset toimintakonseptit aiheuttavat kehitystarvetta (esim. kunnossapidon ulkoistaminen, koneiden etäkäyttö jne.) 1 1 8 2

9 Miksi luotettavuusanalyysia ja -tekniikkaa tarvitaan?
monimutkaistuneet tekniset järjestelmät järjestelmien häiriintymisestä johtuvat riskit viranomaisvaatimukset (Seveso-direktiivi, ydinvoimalaitosten riskianalyysivaatimukset, jne.) tuoteturvallisuus luotettavuustakuut keskeytysvakuutukset jne. 1 1 9 2

10 Peruskäsitteitä Dependability ~ luotettavuus: yleiskäsite
Käyttövarmuus/käytettävyys ~ Availability Toimintavarmuus/(luotettavuus) ~ reliability Kunnossapidettävyys/huollettavuus ~maintainability Riski ~ arvon menettämisen mahdollisuus Turvallisuus ~ vapaus menetyksiä aiheuttavista olosuhteista Security ~ suojattavuus 1 1 10 2

11 Peruskäsitteitä KÄYTTÖVARMUUSKÄSITTEIDEN HIERARKIA 1 1 11 2

12 Käyttövarmuuden mittoja
KÄYTTÖVARMUUDEN MITAT TOIMINTAVARMUUS vikataajuus , [h-1] MTTF = mean time to failure, [h] toimintatodennäköisyys, tn. että kohde toimii tietyn aikavälin vikaantumatta HUOLLETTAVUUS keskimääräinen korjausaika, a, MTTR, [h] 1 1 12 2

13 Käyttövarmuuden mittoja
KÄYTTÖVARMUUDEN MITAT KÄYTTÖVARMUUS kaytettävyys; todennäköisyys, että kohde on toimintakykyinen tarkasteluhetkellä, A epäkäytettävyys U = 1 - A U = *a = MTTR/(MTTF+MTTR) U = osuus ajasta, jonka kohde on epäkäytettävä em. mitat on standardoitu jatkossa mitoille annetaan todennäköisyystulkinta 1 1 13 2

14 Luotettavuustekniikan sovellusalueita
todennäköisyysperustainen turvallisuus/riskianalyysi käyttövarmuusanalyysi käyttövarmuussuunnittelu kunnossapidon ja käytön optimointi ympäristönsuojelu laadunarviointi 1 1 14 2

15 Luotettavuustekniikan osa-alueita
luotettavuusteoria = todennäköisyyslaskentaan perustuva luotettavuusanalyysin matemaattinen teoria komponenttien ja järjestelmien luotettavuusanalyysi rakenteellinen luotettavuusanalyysi inhimillisten tekijöiden luotettavuus ohjelmistojen luotettavuusanalyysi 1 1 15 2

16 Luotettavuustekniikka Suomessa
VTT Automaatio; Teollisuusautomaation ja rieskienhallinnan tutkimusalueet voimayhtiöt turvallisuusviranomaiset (STUK, TTK) vakuutusyhtiöt konsulttitoimistot (RAMSE, yksittäiset konsultit) Teknilliset korkeakoulut (HTKK, TTKK, LTKK) 1 1 16 2

17 Luotettavuus todennäköisyyskäsitteenä
komponettien ja järjestelmien vikaantumishetkeä ei voida ennustaa tarkasti etukäteen vikaantumishavainnot noudattavat tilastollisia lainalaisuuksia todennäköisyyslaskenta on luonnollinen satunnaisten vikaantumisilmiöiden kuvaustapa todennäköisyysmalleja on tulkittava eri tavalla kuin deterministisiä malleja: todennäköisyys on epävarmuuden malli todennäköisyyden tulkinnat: onko todennäköisyys luonnon vai havaitsijalla olevan tiedon ominaisuus? 1 1 17 2

18 Luotettavuus todennäköisyyskäsitteenä; vikaantumismallit
VIKAANTUMIS- TAI ELINAIKA: aika kohteen käyttöönotosta vikaantumiseen, T koska kyseistä aikaa ei tunneta tarkasti etukäteen, otetaan käyttöön TODENNÄKÖISYYSMALLI: elin- tai vikaantumisaika on ei-negatiivinen satunnaismuuttuja, T, aikaa voidaan mitata useilla eri yksiköillä kalenteriaika kohteen käyttöaika ajettujen kilometrien määrä käyttökertojen lukumäärä jne. 1 1 18 2

19 Luotettavuus todennäköisyyskäsitteenä; vikaantumismallit
VIKAANTUMIS- TAI ELINAIKA: kohteen tilaa voidaan kuvata myös tilamuttujalla: käyttöönotto hetkellä t = 0 1 1 19 2

20 Luotettavuus todennäköisyyskäsitteenä; vikaantumismallit
VIKAANTUMIS- TAI ELINAIKA: 1 1 20 2

21 Luotettavuus todennäköisyyskäsitteenä; vikaantumismallit
VIKAANTUMIS- TAI ELINAIKA: satunnaismuuttujaa luonnehditaan TODENNÄKÖISYYSJAKAUMALLA nyt puhutaan ELINAIKAJAKAUMASTA tai VIKAANTUMISAJAN JAKAUMASTA kertymäfunktio: tiheysfunktio, f(t): 1 1 21 2

22 Luotettavuus todennäköisyyskäsitteenä; vikaantumismallit
monesti ollaan kiinnostuneita arvioimaan millä todennäköisyydellä uutena (hetkellä t = 0) käyttöön otettu kohde toimii vielä hetkellä t > 0 kyseinen todennäköisyys voidaan arvioida vikaantumisajan jakauman avulla: R(t) = TOIMINTATODENNÄKÖISYYS, engl. RELIABILITY tai SURVIVABILITY 1 1 22 2

23 Luotettavuus todennäköisyyskäsitteenä; vikaantumismallit
VIOITTUVUUS- l. HASARDIFUNKTIO: z(t) = f(t)/R(t) on ns. vioittuvuus l. hasardi funktio 1 1 23 2

24 Luotettavuus todennäköisyyskäsitteenä; vikaantumismallit
toimintatodennäköisyys voidaan aina määritellä yksikäsitteisesti vioittuvuusfunktion avulla: 1 1 24 2