Answers_for_TCM

21

смазочного материала, упругой деформации, коррозионного износа, расслаивания и вспучивания.

Косвенными признаками отказов механических изделий являются: повышенные вибрации, различные заедания, заклинивания; повышенное искрение, оплавления, обрывы цепи, приваривания и другие явления; грязевые пробки, различные протечки, разрывы трубок и шлангов и др.

Естественно, основная цель конструктора не состоит в нахождении причины случившегося отказа, несмотря на необходимость решения и таких задач. Гораздо важнее четко и ясно представлять всю цепь причинно-следственных связей явлений, процессов, событий, которые могут иметь место в системе «оператор – изделие – среда» и прогнозировать возможные состояния конструкции и виды отказов.

Внастоящее время имеется достаточно обширный арсенал методов анализа, позволяющих решать эти задачи на основе построения моделей, логика и математический аппарат которых рассчитан на применение компьютерных программ обработки данных. Так как данный класс задач относится к числу трудноформализуемых, то наибольшую информативность, глубину и полноту проводимого анализа дает использование методов с элементами искусственного интеллекта. Применительно к рассматриваемой теме, целесообразно использование методов анализа, основанных на построении дерева событий, дерева отказов, причинно-следственных схем и диаграмм и т. п.

Вдереве событий представлены альтернативные последовательности следствий от действия определенного причинного события (см. рис.3.6). Для определения события А (верхнее событие), необходимо причины, следствия и событие А связать между собой логическими схемами И/ИЛИ. В качестве причин могут выступать дефекты, колебания параметров и режимов, ошибки оператора, внешние воздействия и др. Причины – это в данном случае первичные события, для которых принята гипотеза их независимого характера. Чтобы произошло событие А, достаточно наличие одного из причинных следствий (например,

неисправностей) S1 S2 ××× Sn , но следствие S1 возникает, если действуют одновременно причины p1 p2 p3. Важной характеристикой анализа является определение относительной

значимости первичных событий. Деревья событий могут использоваться для построения схем или алгоритмов поиска неисправностей, а при накоплении результатов стать основой большого дерева отказов.

Дерево отказов описывает причины (первичные события) определенного верхнего события. Название дерева происходит от видов рассматриваемых событий – это отказы на разных структурных уровнях конструкции. Независимое первичное событие – отказ элемента Эi (рис.3.7) характеризуется определенным признаком проявления, с которым оно соединяется ветвями И / ИЛИ в зависимости от вида связи в конструкции изделия. Таким образом, последующие промежуточные события и верхнее событие – состояние изделия (или модуля конструкции) носят зависимый характер. Дерево отказов имеет ряд достоинств, основное из которых – возможность использовать без затруднений вычислительную технику. Отсюда – эффективность его использования при анализе надежности сложных систем.

Каждое первичное событие характеризуется относительной значимостью, которая определяется в результате анализа чувствительности. Первичное событие может относиться к элементам системы с разными характеристиками восстановления. В случае восстанавливаемого элемента, используя марковский процесс восстановления, получаем:

где t – время, PEi - вероятность состояния отказа первичного события Еi. Выражение (1) дополняется начальным условием PEi (0) = 0.

Для решения (1) применяется численное интегрирование. Если

λi (t) = λi = Const и μi (t) = μi = Const, то процесс становится однородным. В этом случае

22

Для невосстанавливаемого элемента PEi (t)=1− exp(−λit) , где Θi - интервал времени между

двумя последовательными испытаниями (проверками).

Если система содержит несколько периодически проверяемых элементов с различными интервалами между проверками, то можно принять

PEi (t)= λiΘi / 2.

Первичное событие может относиться не только к элементам, но также и к природным явлениям или действиям оператора. В этом случае вероятность первичного события задается в виде постоянной или распределением вероятностей во времени.

Существует множество методов, разработанных для оценки вероятности верхнего события в сложной системе. Обычно предполагают, что первичные события первоначально находятся в работоспособном состоянии и независимы друг от друга.

Один из методов оценки состояния отказа верхнего события А основан на рассмотрении минимальных групп отключений (минимальной группы первичных событий), необходимых для возникновения верхнего события А – отказа системы.

Дерево отказов может использоваться в качестве диагностической модели, а при накоплении результатов стать прогнозирующей моделью. Накапливаемые результаты – это вероятности отказовых состояний каждого первичного и верхнего события, а также относительные значимости каждого первичного события.

Анализ производственных отказов может быть проведен на основе построения системы исследования источников потенциальных дефектов. Методы определения частости причин отказов (проявления источников процессов деградации) достаточно хорошо известны [24,25,6]. Более сложной задачей, требующей большого числа исследований, наличия системы технического контроля производственного процесса и квалифицированного сбора и обработки данных, является построение достаточно полной схемы производственного процесса. Для анализа на уровне технологического процесса и операции необходимо определить состав технологических и прочих факторов, существенно влияющих на выполнение требований к j- му лимитирующему параметру технологического процесса (источнику процесса деградации). Такую задачу целесообразно решать с использованием схемы причинно-следственных связей (схемы Исикава) [25,6].

При построении схем причинно-следственных связей результат – лимитирующий параметр технологического процесса, избражается центральной стрелкой (рис.3.8). Явления (факторы), прямо или косвенно влияющие на результат, изображают в виде стрелок, направленных к центральной линии.

23

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7

1.Классификация климатического исполнения конструкций приборной аппаратуры

2.Нормирование требований к надежности

1.Классификация климатического исполнения конструкций приборной аппаратуры

В зависимости от макроклиматического района, в котором задано эксплуатировать ПА 1 и 2 классов, различают девять основных климатических исполнений изделий:

Исполнение У - для умеренного климата со среднегодовым максимумом и минимумом

температуры + 400 C и − 450 C .

Исполнение УХЛ - для умеренного и холодного климата при минимуме температуры, располагающемся ниже − 450 C .

Исполнение ТВ - для влажного тропического климата с температурой + 200 C и выше в сочетании с относительной влажностью 80% и выше, действующей на изделие более половины суток ежедневно в течение двух месяцев и более.

Исполнение ТС – для сухого тропического климата с температурой + 400 C , но не отнесенное к исполнению ТВ.

Исполнение М – для умеренного холодного морского климата при нахождении в морях и

океанах севернее 30 0 с.ш. или южнее 30 0 ю.ш.

Исполнение ТМ – для тропического морского климата при нахождении в морях и океанах

между 30 0 с.ш. и 30 0 ю.ш.

Исполнение О – общеклиматическое исполнение для суши.

Исполнение ОМ – общеклиматическое морское для самолетов морской авиации и корабельной авиации с неограниченным районом действий.

Исполнение В – всеклиматическое исполнение для суши и моря (кроме Антарктиды, для климата которой аппаратура разрабатывается и изготовляется по специальным заказам).

2. Нормирование требований к надежности

Под нормированием требований к надежности понимают задания в нормативно-технической и (или) технической документации количественных значений показателей надежности и (или) комплекса требований к конструкции, технологии изготовления и правилам эксплуатации, выполнение которых обязательно для обеспечения требуемого уровня надежности

[25,32,43,47].

Возможные качественные требования, предъявляемые к конструкции, технологии и эксплуатации, реализуются на основе методов, приведенных на рис. 3.3.

Рассмотрим нормирование функционально-эксплуатационных показателей (показателей назначения). Нормативные значения такого вида показателей (мощность, частота, амплитуда, расход, материалоемкость, габаритные размеры и т.п.) регламентируются в стандартах некоторой детерминированной величиной, позволяющей классифицировать изделия на соответствующие и не соответствующие требованиям нормативно-технической документации (на годные и бракованные). Если норма – детерминированная величина, то фактические значения функционально-эксплуатационных показателей качества у отдельного изделия являются случайными величинами, распределение которых может быть описано некоторым теоретическим распределением, например, нормальным.

Аналогичное положение имеет место в практике нормирования точности изготовления. Рассмотрим подробнее сущность показателей надежности, как количественной

характеристики данного свойства изделий.

Показатели надежности при таком подходе следует подразделять на две группы: фактические значения показателей, характеризующие надежность реально изготовленных

24

изделий, и показатели надежности, регламентированные в качестве норм, т.е. нормативные показатели. Показатели надежности реально изготовленной продукции могут характеризовать надежность одного изделия или их совокупности (партии). Надежность единичного образца изделия характеризуется наработкой до отказа, наработкой между отказами, ресурсом (сроком службы), сроком восстановления. Эти характеристики являются случайными величинами и их точные значения могут быть определены только по данным эксплуатации или испытаний. В общем случае значения этих показателей различны у каждого изделия.

Если закон распределения наработок (ресурса) неизвестен, то можно пользоваться следующим правилом:

нормальный закон – для изделий, у которых основным видом разрушения является износ и коррозия; распределение Вейбула и логарифмически-нормальное – при отказах из-за усталостного разрушения;

экспоненциальное распределение – для устройств электронной приборной аппаратуры, имеющих большое число элементов.

Статистически показатели надежности совокупности (партии) реально изготовленной продукции определяются по показателям надежности единичных изделий, входящих в данную совокупность. При этом показатели надежности такой совокупности могут получаться в виде точечных оценок доверительных интервалов. Необходимость построения доверительных интервалов связана с ограниченностью объемов выборок, по которым имеются данные о надежности единичных изделий.

При регламентации показателей надежности необходимо четко разграничивать события, происходящие в изделии: повреждение и отказ.

К повреждениям относятся события, заключающиеся в нарушении исправного состояния изделия при сохранении его работоспособности, а к отказам – события, приводящие к нарушению работоспособного состояния. Одновременно с регламентацией показателей надежности должны указываться критерии отказов и предельных состояний, которые должны регламентировать, какие дефекты относятся к повреждениям, а какие к отказам. Во всех случаях критерии отказов должны назначаться с учетом функционального назначения изделий, экономической целесообразности и должны быть согласованы с потребителем.

От правильно выбранной номенклатуры нормируемых показателей надежности зависят конструктивно-технологические решения, принимаемые при разработке новых изделий. Конкретный состав нормируемых показателей надежности должны устанавливаться для каждого вида изделий с учетом особенностей его использования, последствий отказов, принятой системы технического обслуживания и ремонта и по согласованию с потребителем.

Возможная форма организации проверки соблюдения установленных показателей показана на рис. 3.4.

25

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 8

1.Поиск конструкторских решений

2.Порядок и методы отработки изделий на надежность при выполнении НИОКР

1.Поиск конструкторских решений

Процесс поиска конструкторских идей и решений является трудно формализуемым эвристическим трудом конструкторов.

Конструирование авиационной приборной аппаратуры в сравнении с конструированием других промышленных изделий отличается особой сложностью функциональных внутренних связей между частями конструкции [2,27,38], кроме пространственных и механических необходимо устанавливать сложные электрические связи, связи, обусловленные большим количеством внешних воздействующих факторов и ограничивать электромагнитные поля, температуру и температурный градиент на заданных участках внутри изделия.

Оценка значимости связей, рассматриваемая в определенном контексте (необходимые, лишние, вредные), целиком зависит от решаемой конкретной задачи. В общем виде необходимыми функциональными связями являются: электрические, определяемые монтажными соединениями; пространственные и механические, определяемые функциональными параметрами, компоновкой и закреплением элементов. Лишними связями, которые в конструкции должны быть ограничены верхним пределом, являются электромагнитные и тепловые связи. Эти связи возникают как побочный результат формирования первых трех необходимых связей.

Установление структуры проектируемой конструкции и связей в ней представляет собой процесс синтеза. Процесс синтеза при конструировании всегда сопровождается анализом получаемых результатов и процедура сводится к логико-математическому поиску оптимума при последовательном, шаговом совершенствовании (коррекции) исходного варианта, сформулированного в первом приближении в техническом предложении.

Одно, строго оптимальное решение находится редко. Чаще определяется область практически близких разумных решений, в пределах которых может быть сделан окончательный выбор.

Чтобы сравнить между собой по эффективности разные решения, нужно иметь количественный критерий - показатель эффективности, или целевую функцию. При поиске конструкторских решений ставится обратная задача исследования операций: при заданном комплексе условий Х найти такое решение у=у*, которое обращает показатель эффективности в максимум. Максимум показателя эффективности обозначим F*, тогда F* есть максимальное значение А(Ху) взятое по всем решениям, входящим в множество возможных решений Y:

F * = max{ F ( X , y )} ,

y Y

где у – группа параметров, определяющих конструкторское решение. Если в у входят функции, то величина F(X,y) является функционалом.

При конструировании задача всегда многокритериальна. При этом приходится придавать весовые коэффициенты частным критериям, что неизбежно вносит субъективность. Чтобы среди большого числа рациональных (оптимизированных по частным критериям) вариантов найти оптимальный, нужна формализованная информация о предпочтительном сочетании значений показателей по каждому варианту. Информация о предпочтительности сочетаний формализуется трудно из-за неполной однозначности оценок. Чем сложнее конструкция, тем оценка предпочтительности сочетаний формализуется труднее, так как возрастает неоднозначность оценок.

26

Рассматриваемые принципы поискового конструирования базируются на методологии системного подхода (анализ и синтез систем). Системный подход включает в себя системный анализ, применяемый для решения таких сложных задач проектирования, как определение границ системы (то есть границ между системой и внешними средами – эксплуатационной и производственной), структуры системы, связей в системе, состояний системы и др.

2. Порядок и методы отработки изделий на надежность при выполнении НИОКР

Общий порядок проектирования изделий регламентирован комплексом стандартов по порядку их разработки и постановки на производство. Однако вопросы отработки изделий на надежность имеют ряд особенностей, которые специфичны для отдельных видов техники и выходят за рамки целей данной общетехнической системы стандартов.

Этап НИОКР является основным при отработке изделия. На этом этапе должно обеспечиваться, и подтверждается соответствие достигнутого уровня надежности разрабатываемого или модернизируемого изделия нормативным требованиям; на этом же этапе должны быть выявлены все основные слабые элементы конструкции, установлены отдельные причины отказов. Проводимые на этой стадии мероприятия по повышению надежности должны учитывать и быть взаимосвязаны как с технологией изготовления, так и со стратегией технического

обслуживания и ремонта техники. Типовая последовательность проведения мероприятий по отработке изделий на надежность на различных стадиях приведена в табл.3.5.

Различают отработку изделия на безотказность, ремонтопригодность и долговечность [25]. Для изделий авиационной техники и, в частности авиационных приборов и приборных

комплексов в качестве конечной цели отработки на безотказность ставятся требования, чтобы: любое отказное состояние (функциональный отказ) приводящее к возникновению

катастрофической ситуации, оценивалось как событие не более частое, чем практически невероятное или чтобы суммарная вероятность возникновения катастрофической ситуации, вызванной отказными состояниями (функциональными отказами), для самолета в целом не

превышало значения соответствующего 10−7 на один час полета; суммарная вероятность возникновения аварийной ситуации, вызванной отказными

состояниями (функциональными отказами) для самолета в целом не превышала 10−6 на один час полета; при этом рекомендуется, чтобы любое отказное состояние (функциональный отказ), приводящее к аварийной ситуации оценивалось как событие не более частое, чем крайне маловероятное;

суммарная вероятность возникновения сложной ситуации, вызванной отказными

состояниями (функциональными отказами), для самолета в целом не превышала 10−4 на один час полета; при этом рекомендуется, чтобы любое отказное состояние (функциональный отказ), приводящее к сложной ситуации, оценивалось как событие не более частое, чем маловероятное.

В электронной промышленности принята отработка элементной базы на основе минимальной наработки, понимая под этим наработку, в пределах которой изготовитель обеспечивает работоспособное состояние изделия. В дополнение к этому показателю нередко задают предельно допустимое значение интенсивности отказов в пределах этой наработки.

Для технических объектов, состоящих из большого числа элементов (что характерно для авиационной электронной приборной аппаратуры), и от функционирования которых требуется только, чтобы у них число отказов было не слишком велико, конструкция изделия отрабатывается по величине интенсивности отказов.

Отработка изделий на ремонтопригодность отличается от отработки изделий на безотказность и долговечность рядом специфических особенностей.

При отработке изделий на ремонтопригодность должно обеспечиваться выполнение следующих требований:

требования доступности, в соответствии с которыми в конструкции должен предусматриваться свободный доступ к местам технического обслуживания (ТО) и ремонта (Р) без демонтажа и разборки других изделий, входящих в техническую систему;

27

требования к легкосъемности, предусматривающие рациональное расчленение составных частей для операций ТО и Р, применение блочно-модульного принципа компоновки изделия, применение легкоразъемных способов крепления составных частей, подлежащих разборке;

требования к эргономическим свойствам изделия, включающих: обеспечение при проведении ТО и Р, учета физиологических и антропометрических свойств человека;

требования к восстанавливаемости составных частей предусматривающие возможность восстановления изношенных деталей, смену компонентов, применение сменных изнашивающихся поверхностей;

требования к контролепригодности, предусматривающие возможность выявления мест отказа, возможность использования встроенных диагностических средств;

требования к уровню стандартизации и унификации, обеспечивающие ограничение количества используемых типоразмеров средств для контроля состояния изделия, сборки и разборки, ограничение наименований изолирующих и смазывающих материалов, использование типовых технологических процессов ТО и Р;

требования безопасности при ТО и Р, предусматривающие возможность самопроизвольного включения движущихся частей и электрообеспечения, ограничения на использование пожаровзрывоопасных веществ при ТО и Р.

29

30

Во всех случаях число и трудоемкость ремонтных работ будут тем ниже, чем выше показатели безотказности и долговечности.

Испытания на ремонтопригодность заключаются в выполнении на испытываемых образцах определенного объема работ по ремонту, производимых с соблюдением требований технической документации и с регистрацией величин, необходимых для оценки показателей ремонтопригодности, эксплуатационной (ремонтной) технологичности и комплексных показателей, характеризующих ремонтопригодность и другие свойства надежности.

Испытания на ремонтопригодность подразделяются на испытания с возникающей необходимостью в проведении ремонта и с искусственно создаваемой необходимостью в проведении ремонта.

Испытания на ремонтопригодность с возникающей необходимостью в проведении ТО и Р изделий заключаются в том, что испытываемые образцы подвергаются нормальной или ускоренной эксплуатации в пределах установленной в программе испытаний наработки или срока службы, а необходимую для оценки ремонтопригодности информацию получают путем наблюдения за устранением возникающих в процессе испытаний отказов и неисправностей и выполнением плановых ТО и Р с периодичностью, предусмотренной технической документацией.

Испытания с создаваемой необходимостью в проведении ТО и Р заключаются в том, что необходимость в ТО и Р создают по заранее принятому плану путем преднамеренного внесения отказов и неисправностей в испытываемые изделия либо имитацией проведения ТО и Р на исправном изделии.

Опытные образцы вновь разрабатываемых изделий подлежат обязательным контрольным испытаниям на ремонтопригодность, являющимся составной частью предварительных испытаний.

Изделия серийного и массового производства подвергают контрольным испытаниям в случае модернизации изделий, приводящей к изменению показателей и характеристик ремонтопригодности.

Исследовательские испытания на ремонтопригодность проводят с целью: определения фактических количественных значений показателей и качественных

характеристик ремонтопригодности (в том числе показателей и характеристик, включаемых в эксплуатационную и ремонтную документацию на изделие и используемых для разработки нормативов по ремонтопригодности изделий и для его аттестации по уровню ремонтопригодности);

выявление неудачных конструкторских решений ухудшающих приспособленность изделий к ТО и Р и выработки рекомендаций по их устранению и с другими целями.

Испытания на ремонтопригодность, как правило, совмещают с испытаниями других видов (например, с испытаниями на безотказность, долговечность, сохраняемость).

Методика испытаний должна содержать следующие разделы:

способ создания необходимости в проведении ТО и Р испытываемых образцов; условия проведения испытаний и выполнения работ по ТО и Р; требования к относительной ошибке и доверительной вероятности определения показателей ремонтопригодности;

формулы для расчета показателей ремонтопригодности, требования к точности вычислений; перечень регистрируемых величин при наблюдениях за выполнением работ по ТО и Р;

методы обработки результатов наблюдений; перечень испытательного и контрольного оборудования; формы для представления результатов испытаний.

Способ определения необходимости в проведении ТО и Р выбирают в зависимости от конструктивных особенностей изделия. Для изделий, у которых значительная доля затрат