Вопрос 2. Расчет упреждающих допусков

Для многих изделий АТ контролируемые (прогнозируемые параметры имеют нормальное распределение с математическим ожиданием и среднеквадратическим отклонением . Эти характеристики с течением времени часто меняются и процессы изменения выходных параметров являются нестационарными. При этом, в случае неполных отказов изделий, характер процессов изменения параметров является монотонным. Для таких процессов возможен расчет упреждающих допусков, необходимых в случае технической эксплуатации до предотказового состояния.

Значение упреждающего допуска при прочих равных условиях зависит от периодичности контроля параметров: чем больше время наработки объекта между очередными проверками, тем больше должна быть и величина упреждающего допуска.

Исходным условием определения значения упреждающего допуска на параметр является заданная вероятность его выхода за границу рабочего допуска, т.е. заданная допустимая вероятность неполного отказа.

Расчет упреждающего допуска выполняется в следующей последовательности:

1. Определяют время наработки изделия до первого профилактического контроля из условия заданной максимальной допустимой вероятности неполного отказа.

2. Выбирают периодичность контроля , исходя из условия, что и округляют его до стандартного значения.

3. По истечении периода в зоне упреждающих допусков находят параметры, которые за очередной межконтрольный период могут выйти за пределы вероятностным способом.

4. Определяют среднеквадратическое отклонение параметра за время наработки .

5. При первом контроле с наработкой определяют значение контролируемого параметра, сравнивают его с допустимым отклонением и определяют упреждающий допуск при .

6. Выполняют контроль с наработкой , сравнивают его с допустимым отклонением и упреждающим допуском при .

7. Используя среднеквадратическое отклонение, выбирают упреждающий допуск для заданного параметра.

Лекция 18. Прогнозирование испытаний на надежность

Вопрос 1. Виды испытаний на надежность

Испытания на надежность проводятся с целью получения информации о показателях надежности изготовленных устройств.

Показатели надежности явля­ются статистическими характеристиками, для их оценки необходим анализ данных эксплуатации или результатов специальных испыта­ний. Чтобы не допустить в эксплуатацию изделие с плохими харак­теристиками надежности перед началом проектирования нового изде­лия разрабатывается целый комплекс мероприятий, который носит на­звание программы обеспечения надежности.

После изготовления и отработки опытного образца он проходит предва­рительные испытания с целью оценки соответствия его характе­ристик заданным требованиям и определения возможности предъя­вления изделия на приемочные испытания, по результатам кото­рых решается вопрос о постановке его на серийное производство. На первых серийных образцах проводятся квалификационные испы­тания с целью оценки готовности предприятия к выпуску изделий в заданном объеме.

Для оценки соответствия изделия заданным в ТЗ или ТУ требо­ваниям к наработке на отказ, средней наработке до отказа или вероят­ности безотказной работы за заданное время проводятся контроль­ные испытания на безотказность в составе указанных выше видов испытаний.

Могут проводиться также контрольные испытания на долговеч­ность, сохраняемость и ремонтопригодность, а также определитель­ные испытания, задачей которых является определение значений по­казателей надежности с заданной точностью и достоверностью.

Оценку надежности (безотказности) серийно выпускаемых изде­лий целесообразно проводить по данным эксплуатации, так как ника­кие испытания не могут дать полной аналогии воздействия эксплуата­ционных факторов на надежность изделия.

Если при серийном изготовлении изделий обеспечена стабиль­ность технологического процесса, то нет причин для изменения их надежности, кроме изменения условий эксплуатации и качества те­хнического обслуживания. Последнее оценивается только по данным эксплуатации.

Для контроля стабильности технологического процесса прово­дятся периодические испытания (один-два раза в год).

В методологии испытаний на надежность различают два возмож­ных подхода, использующих принципиально разные технические кон­цепции. Метод эквивалентных испытаний предполагает подбор таких воздействующих факторов, результат воздействия которих эк­вивалентен некоторому периоду нормальной эксплуатации изделия. Изделие как бы помещается в условия, эквивалентные эксплуатации (механические и климатические воздействия в течение соответству­ющего времени, аналогичные режимы работы, частота включений). При этом может быть достигнуто ускорение испытаний относительно времени эксплуатации за счет ужесточения содействующих факто­ров и нагрузок, но не выше допустимых согласно технической доку­ментации (ТУ и РЭ). Целью испытаний является оценка безотказно­сти изделия на основе учета наработки и отказов.

Граничные (или предельные, или форсированные) испытания имеют главной целью оценку запасов работоспособности изделия и выявление его "слабых мест". Воздейстующие факторы могут превышать значения, допустимые по ТУ и РЭ, вплоть до получения от­каза изделия. Отказы изделия не являются браковочным признаком, а используются как информативные события для анализа слабых мест и доработок конструкции, если это окажется целесообразным.

Для оценки ускорения испытаний ввели коэффициент ускорения испытаний , который определяется как отношение продолжительности испытаний без уско­рения к продолжительности ускоренных испытаний: . На практике коэффициент ускорения не может быть очень большим, он колеблется в пределах от 1,5 до 10 и в среднем составляет 2,5. Это объясняется тем, что рабочие значения воздействующих фак­торов не очень сильно отличаются от предельно допустимых, а кроме того, сильное увеличение воздействующих факторов может изменить характер физико-химического процесса износа и старения изделия и вызвать побочные явления.

Перед испытанием изделий на надежность составляется программа, включающая в себя план и методику испытаний. План содержит указания о числе испытуемых изделий (объеме выборки), перечень действия, которые предпринимаются при возникновении от­каза, и указания о моменте окончания испытания. Методика испытаний содержит условия и режимы испытания изделий, порядок проведе­ния испытаний (последовательность и периодичность операций), кри­терии неисправностей (отказов и повреждений), перечень неучитыва­емых неисправностей, методы обработки и представления результа­тов испытаний на надежность.

По международному стандарту план кодируется тремя буквами латинского алфавита.

Первая буква обозначает число изделий, которое должно быть поставлено на испытание N.

Вторая буква указывает действия, которые нужно осуществить при возникновении отказа. Здесь могут быть три обозначения:

отказавшие изделия снимаются с испытания и новыми не заменя­ются — U (невосстанавливаемые изделия);

при возникновении отказа отказавшие изделия заменяются но­выми — ;

при возникновении каждого отказа работоспособность отказыва­ющего изделия восстанавливается — М (восстанавливаемое изделие).

Наконец, третья буква дает указания о том, когда необходимо закончить испытания:

испытания прекращаются, когда откажут все изделия — ;

испытания прекращаются, когда число отказавших изделий до­стигнет заранее заданного значения — ;

испытания прекращаются, когда наработка достигает заданного значения,— .

Рассмотрим для примера пять наиболее часто применяемых пла­нов испытания изделий на надежность.

План «NUN» (рис. 124,а) — испытываются однотипных из­делий; отказавшее изделие новым не заменяется; испытание прекра­щается, когда откажут все N изделий (на рисунке прямой сплошной линией обозначается безотказная работа, крестиком — момент воз­никновения отказа, волнистой линией — наработка после отказа и восстановление работоспособности).

План «Nur» (рис. 124,б) — испытываются N однотипных восстанавливаемых изделий; испытание прекращается, когда число отказавших изделий достигнет значения (для нашего примера =3).

Рис.124. Примеры планов испытании:

а — NUN; б— NUr; в — NRT; г — NUT; д — NMT

План «NRТ» (рис. 124, в) испытываются N однотипных изде­лий; отказавшие изделия заменяются новыми; испытания прекраща­ются при достижении наработки Т.

План «NUT» (рис. 124, г) — испытываются N однотипных невосстанавливаемых изделий; отказавшие изделия новыми не заменяются; испытания прекращаются при достижении наработки Т.

План «NMT» (рис. 124, д) — испытываются N однотипных вос­станавливаемых изделий; после возникновения каждого отказа рабо­тоспособность их восстанавливается; испытания прекращаются при достижении наработки — Т.

Для изделий авиационной техники основными показателями надежности, подтверждаемыми результатами испытаний, являются наработка на отказ (до отказа) и вероятность безотказной работы.

При контрольных испытаниях на безотказность для этих пока­зателей вводятся приемочный и браковочный уровни. Приемочным уровнем показателя надежности будет наименьшее значение, при котором партия изделий принимается, а браковочным уровнем — наибольшее значение показателя надежности, при котором вся партия бракуется.

При некоторых испытаниях изделий на надежность определяется также приемочное значение числа отказов — наибольшее число отказов, при котором партия изделий принимается.

Планы испытаний и интервальные оценки приведены в табл.5.

Таблица 5

NUN

NUT

d≠0

NUN

d=0

NUr

NMT

NMr