Answers_for_TCM

11

Состояния объекта

С позиций надежности объект может находиться в различных состояниях. Исправным называется такое состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации. Если имеет место несоответствие хотя бы одному из требований, то такое состояние называется неисправным. Признаком неисправного состояния является наличие или появление технического дефекта или повреждения при эксплуатации.

Работоспособным называется такое состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, соответствующие требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Изменение состояния объекта происходит под воздействием событий. Переход объекта из работоспособного в неработоспособное состояние происходит при наступлении события, называемого отказом. Событие, называемое повреждением, переводит объект из исправного состояния в неисправное.

Недопустимость или нецелесообразность дальнейшего применения объекта по назначению или его восстановления есть следствие исчерпания ресурса. Такое состояние объекта называется предельным и он подлежит списанию или капитальному ремонту.

Характеристика свойств надежности по показателям

Для количественной характеристики каждого из свойств надежности отдельного объекта служат показатели, определяющие такие временные понятия, как наработка, наработка до отказа, наработка между отказами, ресурс, срок службы, срок сохраняемости, время (трудоемкость) восстановления. Значения этих характеристик, полученные по экспериментальным данным, служат основой для последующего вычисления оценок таких показателей надежности, как средняя наработка до отказа, средний ресурс и др.

Наработка до отказа исчисляется от начала эксплуатации объекта до возникновения первого отказа. Наработка между отказами – исчисляется от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа.

Ресурс исчисляется как суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации до перехода в предельное состояние.

Срок службы исчисляется так же, как и ресурс, но выражается в единицах календарной продолжительности (чаще - в годах).

Срок сохраняемости исчисляется как календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования объекта, в течение и после которой значения показателей надежности сохраняются в установленных пределах.

Время восстановления характеризует календарную продолжительность операций по восстановлению работоспособного состояния объекта или продолжительность операций по техническому обслуживанию и ремонту.

Для количественной характеристики надежности используются показатели надежности. Номенклатура основных показателей приведена в табл. 3.2.

Как видно из таблицы, надежность, являясь сложным свойством, может быть количественно оценена достаточно большим числом показателей. Однако на практике обычно для каждого конкретного вида продукции (группы однородной продукции) используют не все, а лишь некоторые из перечисленных показателей. Это зависит от вида продукции, ее конструктивных и схемных решений, назначения, особенностей и условий ее использования.

По способу получения различают: расчетные показатели, получаемые на основе расчетных методов; экспериментальные, определяемые по данным испытаний; эксплуатационные, получаемые по данным эксплуатации; экстраполированные, получаемые методами экстраполирования на различные условия эксплуатации или на большую продолжительность эксплуатации (наработки).

По области использования показатели надежности могут подразделяться на нормативные и оценочные. Нормативные показатели регламентируются в нормативно-

12

технической или конструкторской документации. К оценочным - относятся фактические значения показателей надежности опытных образцов и серийной продукции, получаемые по результатам испытаний и по данным эксплуатации.

Наработка и ресурс устанавливаются на основе расчетных, эксплуатационных и других данных; в тоже время для определенных изделий значения этих показателей могут назначаться заказчиком.

Отличие назначенных показателей от установленных состоит в том, что после истечения назначенных показателей эксплуатация объекта прекращается, а после истечения установленных – может продолжаться. Например, назначенный ресурс – суммарная наработка, при достижении которой применение объекта по назначению должно быть прекращено независимо от его технического состояния. Под установленным ресурсом понимается обоснованная технико-экономически или заданная величина ресурса, обеспечиваемая конструкцией, технологией или эксплуатацией, в пределах которой изделие не должно достигать предельного состояния.

Как уже отмечалось, причиной перехода объекта из работоспособного состояния в неработоспособное является отказ [50]. Классификация отказов приведена в табл. 3.4.

Критерием отказа называется признак или совокупность признаков неработоспособного состояния объекта, установленные в нормативно-технической и (или) технической документации.

Критерием предельного состояния является признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные в нормативно-технической или технической документации.

13

Таблица 3.4.

Классификация отказов

14

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5

1. Требования к конструкции, определяемые назначением приборной аппаратуры

2.Методы обеспечения надежности

1.Требования к конструкции, определяемые назначением приборной

аппаратуры

Общий перечень требований по назначению Эта группа требований устанавливает первичную задачу, для реализации которой

собственно и выполняется разработка. Общий перечень таких требований затрагивает широкий круг вопросов и в ТЗ включается в подразделы 1,2 и 9 ("Состав изделия и требования к конструктивному устройству", "Показатели назначения", "Условия эксплуатации"). Общий перечень состоит из девяти групп:

1.Приборное функциональное назначение (системы управления силовыми установками, системы управления полетом).

2.Значение параметра, определяющего конструктивные решения (механические параметры поступательных и вращательных перемещений, силовые характеристики систем, передаточные функции, давление, температура, напряжение, ток, частота и др.).

3.Класс, к которому относится объект установки: наземный (для стационарных и подвижных объектов); морской (авианесущие корабли); бортовой (авиационное, ракетное оборудование и оборудование космических объектов).

4.Климатическое исполнение (девять основных климатических исполнений и возможные комбинации).

5.Категория размещения на объекте (пять укрупненных и шесть дополнительных категорий).

6.Массогабаритные характеристики (масса, габаритные и присоединительные размеры).

7.Закрепление на объекте (жесткое, быстросменное, на амортизаторах и др.).

8.Коммуникационные сети на объекте (сети питания, сети высокочастотных кабелей, вентиляционные сети и др.).

9.Электромагнитная защита на объекте (влияние других приборов и радиоэлектронного оборудования, экранирование, устранение наводок, защита от собственных помех).

Большинство требований названных девяти подгрупп зависит от особенностей конкретного ТЗ на разработку.

Помимо отмеченных классификационных признаков необходимо выделить признаки, определяемые объектом установки. Объект установки задает специальное функциональное назначение для ПА данной категории, класса или группы.

Категория характеризует ПА по продолжительности работы. Различают четыре категории ПА: многократного, однократного, непрерывного и общего применения. Приборная аппаратура категории многократного применения рассчитана на выполнение своих функций несколько раз по мере необходимости, однократного - один раз за период эксплуатации. Аппаратура непрерывного применения предназначена для непрерывной работы все время, за исключением плановых и вынужденных перерывов в работе. Авиационная ПА общего применения работает в смешанном режиме, как, например, некоторые штурманские приборы, некоторые блоки САУ и др.

Классы подразделяют ПА по трем глобальным зонам использования (суша, океан, воздушное и космическое пространство) и перечислены в третьей группе общего перечня по назначению.

Внутри классов будем различать специализированные группы в зависимости от детализации объекта установки. Классообразующий признак группы - комплексный: назначение и тактика использования, условия совместимости с объектом, требования к уровню показателей надежности, к защите от внешних воздействий и т.д.

15

Рис.1.4. Составляющие элементы конструкции изделия

2. Методы обеспечения на дежности

Смотреть билет 7 вопрос 2 и билет 8 вопрос 2.

16

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6

1.Характеристика условий эксплуатации специализированных групп приборной аппаратуры

2.Методы анализа причин отказов

1.Характеристика условий эксплуатации специализированных групп приборной

аппаратуры

Условия эксплуатации определяются классом, к которому относится объект установки (третья группа требований по назначению). Обзор условий эксплуатации рассмотрим на примере аэрокосмической ПА, разновидности которой относятся ко всем трем классам ПА [24,

38, 43, 54].

Класс 1 – наземная ПА. Класс наземной ПА включает в себя три основные группы: стационарная (постоянно работающая в помещениях), на подвижных объектах (возимая), переносная. Эти группы с позиций условий эксплуатации можно разделить на нормальные, наземные естественные, наземные транспортные. К группе переносной относится лабораторная, производственная и эксплуатационная контрольно-испытательная и диагностическая аппаратура, устанавливаемая на столах в помещениях лабораторий, цехов, полигонов, тренажерных центров, ремонтно-эксплуатационных предприятий и т.п. Стационарная ПА отличается, относительно большими габаритами, массой и характеризуется: 1) особой продолжительностью эксплуатации и необходимостью постепенной модернизации; 2) работой в помещениях с нормальными климатическими условиями: температурой воздуха 15-25.° С, относительной влажностью 45-75%, атмосферным давлением 96-106 кПа; 3) отсутствием механических перегрузок во время работы; 4) высокой ремонтопригодностью при ремонте на месте установки.

Переносная ПА работает, как и стационарное в нормальных климатических условиях.

К группе возимой относится, например, авиационная ПА аэропортов, стартовых комплексов, ракетных подвижных комплексов и т.п. Условия эксплуатации - наземные транспортные, т.е. наличие механических воздействий в виде различных колебаний, ударов, перепады некоторых климатических воздействий (давления, температуры, влажности), возможность воздействия пыли, песка и т.п.

Возимая ПА может эксплуатироваться в естественных наземных условиях (например, при "полевых" испытаниях), характеристики которых определяются климатической зоной и наземными транспортными условиями (условиями закрытых кабин транспортных средств).

Данная группа ПА имеет ограничение по мощности рассеяния. Нормальная мощность рассеяния на единицу объема фургона для естественного воздушного охлаждения составляет 0,5 кВт/м3; предельной является мощность 1 кВт/м3. Общая масса комплекса ПА для одного автофургона должна составлять примерно 2/3 грузоподъемности транспортного средства; остальная 1/3 идет на запас для проезда в сложных дорожных условиях, на ЗИП и бытовое оборудование операторов. Масса каждого моноблока не должна превышать 60 кг для осуществления демонтажа с автомашины в аварийных ситуациях.

Класс 2 – авиационная ПА, размещаемая на морских объектах. Этот класс включает в себя две основные группы: ПА для обслуживания корабельной авиации и ракет; бортовая ПА самолетов авианесущих кораблей, палубных вертолетов и гидросамолетов. Конструкции аппаратуры первой группы разрабатываются в морском исполнении, второй группы - в смешанном варианте (бортовом и морском). Эксплуатация ПА данного класса отличается тремя особенностями:

-комплексное воздействие климатических и механических факторов (100%-ная влажность при повышенной температуре и солевом тумане в сочетании с непрерывной вибрацией от двигателей, ударными перегрузками и линейными ускорениями);

-длительное автономное плавание с отрывом от ремонтных баз;

-акустические, магнитные и радиационные воздействия.

17

Необходимо учитывать чрезвычайно широкий спектр механических факторов, воздействующих на ПА, как во время полетов, так и при нахождении на борту корабля.

Таким же, постоянно действующим фактором, опасным для приборного оборудования, является морская среда, окружающая корабль. Соленость океанской воды велика, достигает 35 г солей на 1 л. Это обстоятельство активизирует разрушительные физико-химические процессы, протекающие при воздействии влаги на металлические и изоляционные материалы конструкций приборного оборудования.

Приборная аппаратура класса 2 должна разрабатываться в тропическом исполнении, рассчитанном на высокую коррозионную стойкость и плеснестойкость. Кроме того, на случай прямого попадания воды должна обеспечиваться водозащищенность и брызгозащищенность. Прямое воздействие воды наблюдается во время штормов, в аварийных ситуациях, при противопожарном и противорадиоактивном самоорошении помещений.

При конструировании ПА данного класса необходимо учитывать специфические требования:

-обеспечение высокого уровня типизации в целях упрощения материально-технического снабжения оборудования запасными частями;

-осуществление ремонта при минимальном количестве персонала и ограниченных контрольноизмерительных и ремонтных средствах без отправки на ремонтное предприятие;

-ограниченность размеров помещений, отсеков, проходов для обслуживания оборудования;

-обеспечение защищенности от сильных высокочастотных и низкочастотных электромагнитных полей (работа гидроакустических станций и большого числа локационных систем и передатчиков);

-повышенные значения вибростойкости, ударостойкости, стойкости к ускорениям.

Класс 3 – бортовая приборная аппаратура. Этот класс включает в себя группы ПА авиационной, космической и ракетной техники.

Вертолетная и самолетная ПА характеризуется относительной кратковременностью непрерывной работы, измеряемой часами. В остальное время ПА находится под контролем персонала аэродрома или ремонтной базы: подвергается периодическому осмотру и контролю, перед каждым вылетом производится предполетная проверка. Конструкция такой ПА должна обеспечивать свободный доступ к внутренним узлам (модулям) для уменьшения времени на поиск неисправности. Чем меньше времени расходуется на предполетную проверку, тем больший эффект от эксплуатации летательного аппарата. Отсюда вытекает требование высокой контроле- и ремонтопригодности конструкции.

Постоянная потребность в усложнении функций ПА бортового класса ограничивается возможностями летательных объектов по массогабаритным показателям, поэтому уменьшение габаритов и массы бортовой ПА считается одной из важнейших задач при конструировании. Приборная аппаратура, располагаемая вне гермоотсеков, должна работать в условиях разреженной атмосферы. На большой высоте воздух разрежен (на высоте 26 км - до 2 кПа), что

приводит к снижению электрической прочности элементов конструкции. Независимо от места установки ПА на летательном объекте, на нее воздействует

значительное количество внешних факторов, среди которых можно выделить следующие основные группы: механические, климатические, биологические, термические, электромагнитные, радиационные и специальные среды.

Подробная, классификация внешних факторов, воздействующих на бортовую ПА и определяющих условия ее эксплуатации, приведена на рис.1.5-1.8.

Условия эксплуатации бортовой ПА в значительной степени зависят от вида летательного аппарата, его скоростей и высоты полетов. Так, температура корпуса самолета изменяется в широких пределах. Летом на аэродроме в южных районах корпус нагревается более чем до 50° С. При взлете и подъеме температура резко падает, достигая минус 50° С на высоте 10 км. На сверхзвуковых самолетах при полете в плотных слоях атмосферы корпус может нагреваться до 150° С. В результате ПА, расположенная вне гермоотсека, испытывает тепловые удары.

18

Вибрационные ударные и линейные перегрузки для конструкций самолетной ПА значительны. Во всех случаях задается диапазон частот вибрации, так как нижние частоты возникают во время движения самолета по взлетно-посадочной полосе, а верхние связаны с работой двигателя. На взлете и при посадке образуются ударные перегрузки с хаотическим чередованием ударов. При любом изменении скорости возникают линейные перегрузки.

Ккосмической и ракетной ПА, помимо общих требований к бортовому классу, предъявляют дополнительные требования: I) особой ограниченности объема и массы в связи с необходимостью иметь минимальную массу ракеты-носителя; 2) чрезвычайно высокой безотказности; 3) высотой ремонтопригодности в предстартовый период; 4) совместного действия вибрационных и линейных нагрузок во время старта.

Кнаиболее характерным факторам, воздействующим на ПА на больших высотах и в космическом пространстве относятся: глубокий вакуум, лучистые тепловые потоки, невесомость, радиоактивные излучения, широкие пределы изменения температур.

Приборная аппаратура искусственных спутников Земли относится к группе космической, но является необслуживаемой.

Эта аппаратура характеризуется:

особой продолжительностью эксплуатации без обслуживания (годы); работой в условиях атмосферы с постоянным газовым составом низкой влажности или в вакууме; циклическим изменением температуры;

отсутстви-ем механических нагрузок во время работы; 5) опасностью воздействия радиации. Дополнительные отличительные черты ракетной ПА:

разовость использования; необходимость в особой кратковременности предстартовой проверки и высокой

ремонтопригодности в предстартовых условиях; работа в условиях быстрого возрастания окружающей температуры на обшивке ракеты (до нескольких сотен градусов); длительная сохраняемость при многолетнем хранении ; большие ударные нагрузки.

Исходные нормы внешних воздействий, на основе которых устанавливаются нормы для групп бортовой ПА:

-диапазон температур окружающей среды от -60 до + 50° С;

-влажность 98. ..100% при температуре + 350 С ;

-пребывание в условиях инея и росы и работоспособность через 5 - 10 мин после включения;

-разрежение воздуха до 750 Па,

-вибрационные воздействия в диапазоне частот от 5 (с перегрузками 4-5 g ) до 2000 Гц (с

перегрузками до 10 g );

- вибрационные воздействия на одной частоте (обычно в районе 40 -50 Гц с перегрузками 4-5 g ) длительные;

-ударные перегрузки с длительностью удара до 80мс и перегрузками до 10-15 g ;

-линейные ускорения с перегрузками до 15 g ;

-акустические шумы до 130 - 160 дБ;

-прочие специальные воздействия по ТЗ.

2. Методы анализа причин отказов

Причина отказа - это явления, процессы, события и состояния, обусловившие возникновение отказа объекта. Чтобы построить качественную модель воздействия внешних факторов на изделие и внутренних источников деградационных процессов, необходимо и достаточно просто представлять свойства и параметры, определяющие работоспособное состояние изделия [6,7,32,54]. Укрупненная схема представляющая виды свойств и параметров, определяющих работоспособность некоторых классов изделий, представлена на рис.3.5.

19

К явлениям, вызывающим отказы механизмов приборного оборудования, могут быть отнесены: пластическая деформация, радиационное облучение, разупрочнение поверхностей и т.п. Отказы электронной приборной аппаратуры могут вызываться такими явлениями, как радиационное и электромагнитное облучение, механические деформации и др. Отдельные явления приводят к появлению процессов и событий, вызывающих отказы. К процессам могут быть отнесены: изнашивание, рост трещин, коррозия, действие линейного расширения материалов, старение материалов и т. п. Событиями, приводящими к отказам, могут являться: появление перегрузок, ударов, изменения питающих напряжений, превышение допустимых значений внешних климатических воздействий, попадание абразива в масло, схватывание сопрягаемых поверхностей, нарушение установленных режимов и правил эксплуатации и т.п. Состояниями изделий, являющихся причиной отказов, могут быть: отсутствие защиты от попадания пыли и влаги, макро и микротрещины, дефекты сборки и пайки, наличие остаточных напряжений и т. п.

При установлении причин отказа необходимо определять явления, процессы, события и состояния, приводящие к их появлению, а также возможное сочетание этих факторов. В зависимости от причин отказов, последние могут быть классифицированы на конструкционные, производственные и эксплуатационные. Характеристика типичных отказов электронной приборной аппаратуры приведена в табл. 3.8.

К конструкционным относятся отказы, возникающие в результате несовершенства или нарушения установленных правил, норм, методик конструирования объекта (неправильный выбор конструкционных и изоляционных материалов, смазок и покрытий; незащищенность узлов

Таблица 3.8

Характеристика типичных отказов электронной приборной аппаратуры

20

трения; наличие концентраторов напряжений и т. п.). Конструкционные отказы обычно проявляются при эксплуатации изделий.

К производственным относятся отказы, возникшие в результате несовершенства или нарушения установленного процесса изготовления или ремонта изделия. Отказы такого рода не связаны с качеством комплектующих изделий, а являются следствием недостатков производства. К наиболее типичным дефектам технологии стоит отнести [54,28,29]:

дефекты материала (включения, поры, раковины, расслоение, состав и т.п.); дефекты литья заготовок и деталей (пористость, усадочные раковины, неметаллические включения и т.п.);

дефекты механической обработки (задиры, заусеницы, прорезы, избыточная локальная пластическая деформация); дефекты сварки, пайки (трещины, остаточные напряжения, «холодная» пайка, «непровар» при

сварке, термическое повреждение соседних участков материала или компонентов и т.д.); дефекты термообработки (перегрев, закалочные трещины, избыточные остаточные аустениты и

т.д.);

дефекты при обработке поверхностей (химическая диффузия, водородное охрупчивание, снижение механических свойств материала и т.д.); дефекты сборки (повреждения поверхностей, задиры, внесение абразива, несоответствие размеров деталей, напряженность соединения и др.);

дефекты монтажа (смещения компонентов на контактных площадках, повреждения выводов, повреждения корпусов компонентов, брак металлизации, некачественная отмывка и т.п.).

К эксплуатационным относятся отказы, возникшие в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации изделия (нарушения программы технического обслуживания, некачественные запасные части, появление перегрузок, использование не по назначению). Эти отказы не характеризуют свойств надежности изделий.

При исследовании причин отказов в первую очередь должен быть проведен анализ режимов, условий эксплуатации и действующих нагрузок. Нагрузки, воздействующие на изделие могут быть подразделены на две группы:

нагрузки, обусловленные внешними воздействующими факторами; нагрузки, обусловленные функционированием самого изделия.

Рассмотрим для примера виды отказов механических и электромеханических изделий авиационной приборной аппаратуры. К основным видам отказов таких изделий относятся отказы вследствие усталости, износа, тепловой нагрузки, коррозии, эрозии, отсутствия