Глава 4. Выборочный контроль при исследовании надежности

4.1 Основные понятие в области технического обеспечения надежности

Надежность представляет собой понятие, связанное прежде всего с техникой. Его можно трактовать как безотказность способность выполнять определенную задачу или как вероят­ность выполнения определенной функции или функций в течение определенного времени и в определенных условиях.

Как техническое понятие «надежность» представляет собой вероятность (в математическом смысле) удовлетворительного выполнения определенной функции. Поскольку надежность представляет собой вероятность, для ее оценки применяется статистические характеристики.

Результаты измерения надежности должны включать данные об объеме выборок, о доверительных границах, о процедурах выборочного исследования и др.

В технике применяется также понятие «удовлетворительное выполнение». Точное определение этого понятая связано с оп­ределением его противоположности — «неудовлетворительного выполнения» или «отказа».

Под отказом понимают появление первых признаков неправиль­ной работы или неполадки в работе аппаратуры. Каждый отказ характеризуется определенным временем его возникновения.

Отказы системы могут быть обусловлены конструкцией де­талей, их изготовлением или эксплуатацией.

В современных условиях большое внимание уделяется на­дежности электронного оборудования.

Общему понятию надежности противостоит понятие «собст­венно надежность образца оборудования», которая представляет собой вероятность безотказной работы в соответствии с задан­ными техническими условиями при установленных проверочных испытаниях в течение требуемого промежутка времени. При испытаниях надежности измеряется собственно надежность. Она представляет по существу операционную надежность оборудо­вания и является следствием двух факторов: собственно на­дежности и эксплуатационной надежности. Эксплуатационная надежность в свою очередь обусловлена соответствием аппара­туры ее использованию, порядком и способом оперативного применения и обслуживания, квалификацией персонала, воз­можностью ремонта различных деталей, факторами окружаю­щей среды и др.

На каждую характеристику, подлежащую измерению, в тех­нических условиях задается допуск, нарушение которого рас­сматривается как отказ. Допуск, определяющий отказ, должен быть оптимальным с необходимой надбавкой на износ деталей, т. е. он должен быть шире нормального заводского допуска. По­этому заводские допуски устанавливают с учетом того, что дета­ли со временем изнашиваются.

Основными понятиями, связанными с надежностью, являются:

1. Исправность — состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям, уста­новленным как в отношении основных параметров, характери­зующих нормальное выполнение заданных функций, так и в от­ношении второстепенных параметров, характеризующих удобст­ва эксплуатации, внешний вид и т. п.

2. Неисправность — состояние изделия, при котором оно в данный момент времени не соответствует хотя бы одному из требований, характеризующих нормальное выполнение задан­ных функций.

3. Работоспособность — состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям, уста­новленным в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций.

4. Отказ — событие, заключающееся в полной или частич­ной утрате изделием его работоспособности.

5. Полный отказ — отказ, до устранения которого использо­вание изделия по назначению становится невозможным.

6. Частичный отказ — отказ, до устранения которого остает­ся возможность частичного использования изделия.

7. Безотказность — свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого интервала времени.

8. Долговечность — свойство изделия сохранять работоспо­собность (с возможными перерывами для технического обслу­живания и ремонта) до разрушения или другого предельного состояния. Предельное состояние может устанавливаться по из­менениям параметров, по условиям безопасности и т. п.

9. Ремонтопригодность – свойство изделия, выражающееся в его приспособленности к проведению операций технического обслуживания и ремонта, т.е. к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов.

10. Надежность (в широком смысле) — свойство изделия, обу­словленное безотказностью, долговечностью и ремонтопригодно­стью самого изделия и его частей и обеспечивающее сохранение эксплуатационных показателей изделия в заданных условиях.

11. Восстанавливаемость — свойство изделия восстанавли­вать начальные значения параметров в результате устранения отказов и неисправностей, а также восстанавливать технический ресурс в результате проведения ремонтов.

12. Сохраняемость — свойство изделия сохранять исправность и надежность в определенных условиях и при транспортировке.

Для предвидения отказов в будущем необходимы фактиче­ские данные о частоте отказов за время использования оборудо­вания по назначению.

При обработке информации применяется величина, обрат­ная частости отказов, — среднее время между отказами.

Для исследования надежности применяются достаточно сложные аналитические методики. Например, при исследовании электронных систем инженер выбирает ряд ключевых характе­ристик, выбирает наиболее важную из них выбирает варианты действий и один из этих вариантов, изучает условия работы и оценивает их.

В связи с высокими темпами современного научно-технического прогресса важно выбрать оптимальный момент для перехода от научных исследований и подготовительных работ к производству продукции. В условиях конкуренции удачно вы­бранное время запуска в производство является важным факто­ром, действующим в двух направлениях: слишком ранний за­пуск в производство может привести к таким же отрицательным последствиям, как и слишком поздний.

Причинами изготовления ненадежной продукции могут быть:

• отсутствие регулярной проверки соответствия стандартам;

• ошибки в применении материалов и неправильный контроль материалов в ходе производства;

• неправильный учет и отчетность по контролю, включая информацию об усовершенствовании технологией;

• не отвечающие стандартам схемы выборочного контроля;

• отсутствие испытаний материалов на их соответствие;

• невыполнение стандартов по приемочным испытаниям;

• отсутствие инструктивных материалов и указаний по проведению контроля;

• нерегулярное использование отчетов по контролю для усовершенствования технологического процесса.

Математические модели, применяемые для количественных оценок надежности, зависят от «типа» надежности. Современная теория выделяет три типа надежности:

1. Надежность мгновенного действия, например плавкие пре­дохранители.

2. Надежность при нормальной эксплуатационной долговечно­сти, например вычислительная техника. В исследованиях нор­мальной эксплуатационной надежности в качестве единицы из­мерения используют среднее время между отказами. Рекомен­дуемый в практике диапазон от 100 до 2000 часов.

3. Чрезвычайно продолжительная эксплуатационная надеж­ность, например космические корабли. Если требования к сроку службы свыше 10 лет, их относят к чрезвычайно продолжитель­ной эксплуатационной надежности.

При нормальной эксплуатационной надежности техническое предсказание надежности может быть теоретическим, эмпириче­ским и экспериментальным. Теоретический подход предполагает разработку схемы данной операции и проверку соответствия схе­мы с помощью математической модели. Если схема не соответствует операции, вносятся уточнения до тех пор, пока соответствие не будет достигнуто. Это так называемое научное исследование.

Эмпирический подход заключается в выполнении необходи­мых измерений в отношении фактически выпускаемой продук­ции и выводах о надежности.

Экспериментальный подход занимает промежуточное положе­ние между теоретическим и эмпирическим. При эксперимен­тальном подходе используют и теорию, и измерения. Широко применяют методы математического моделирования процессов, создавая на этой основе экспериментальные данные. После это­го информация подвергается статистическому анализу с приме­нением современных средств вычислительной техники, что обеспечивает надежность и достоверность выводов. Любому ви­ду испытания предшествует план эксперимента.

Поскольку надежность является вероятностной характери­стикой, количественные оценки используются для оценки сред­ней надежности, рассчитанной на основе выборок из всей совокупности, а также для предсказания будущей надежности. На­дежность исследуется с помощью статистических методов и поддается уточнению с их помощью.

Следует отметить, что продолжительность службы не являет­ся единственным показателем эксплуатационных свойств.

В ряде случаев надежность можно характеризовать другими по­казателями — километраж пробега, продолжительность активного использования и др. Продолжительность службы изделий зависит как от условий изготовления, так и от условий эксплуатации.

Надежность многих изделий может быть выявлена в условиях их потребления. Научно обоснованная система наблюдения за эксплуатацией изделий позволяет выявить дефекты, обусловлен­ные нарушениями технологического процесса у производителя. Производитель должен:

• применять статистический контроль качества;

• проверять через определенные интервалы состояние управляемости процессов;

• стремиться к повышению качества и надежности выпус­каемого оборудования;

• обеспечить правильное понимание требований заказчика и удовлетворение их.

Анализ различных определений надежности, имеющихся в ли­тературе, приводит к обобщенному выводу, что под надежностью понимают безотказную работу изделий при регламентированных условиях эксплуатации в течение определенного периода времени.