Испытания ЭС на надежность

Испытания ЭС Лекция 9 Испытания ЭС на надежность Основные определения • Надежность, одно из важнейших свойств ЭС, оценивается с помощью количественных показателей. Количественный показатель надежности ЭС — числовое значение показателя, характеризующее одно или несколько свойств, составляющих надежность изделий (в отличие от качественной оценки надежности, когда она не может быть представлена в виде какого-либо числового значения). Количественные показатели надежности в зависимости от условий ее обеспечения могут изменяться на различных стадиях создания и существования ЭС — в процессах проектирования, производства и эксплуатации, что связано с качеством этих процессов, подготовки персонала и т. д. 2 Свойства надежности • Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени. • Ремонтопригодность - свойство объекта быть приспособленным к предупреждению и обнаружению отказов и повреждений, к восстановлению работоспособности и исправности в процессе технического обслуживания и ремонта. • Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с необходимым прерыванием для технического обслуживания и ремонтов. • Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение (и 3 после) хранения и (или) транспортировки. Общие сведения • Испытания на надежность проводятся как комплекс мероприятий по определению показателей надежности на этапах проектирования и производства с целью контроля надежности разрабатываемой и выпускаемой ЭА, а также с целью определения эффективности совершенствования ЭА и производства для повышения надежности изделий. • По назначению испытания на надежность могут быть определительными и контрольными. • Количественные показатели надежности могут быть единичными и комплексными. Единичный показатель характеризует одно из свойств (безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость), составляющих надежность изделия, а комплексный — несколько свойств. Комплексные показатели надежности служат для характеристики в основном восстанавливаемых ЭС. 4 Отличительные особенности испытаний на надежность • Испытания на надежность имеют общие и частные особенности, отличающие их от других видов испытаний. Общие особенности состоят в том, что: • - испытания являются, как правило, выборочными; • - характеризуются большим объемом испытаний. • В то же время разнообразие задач, решаемых при помощи испытаний на надежность, обусловливает некоторые различия в их содержании. Поэтому программы определительных и контрольных испытаний отражают указанные различия. • Первая особенность относится к выбору объекта испытаний. Выборочный метод позволяет судить о характеристиках всей генеральной совокупности изделий по характеристикам выборки, взятой из этой 5 совокупности. Выборки образцов при испытании • Основное требование к выборке состоит в том, что изделия, входящие в выборку, должны* в полной мере отражать характер и структуру генеральной совокупности, т. е. выборка должна быть представительной, или репрезентативной [2]. Выборки различают: по способу образования повторные, бесповторные; по преднамеренности отбора преднамеренные и случайные; по отношению ко времени образования единовременные и текущие и т. д. Рассмотрим смысл приведенных выше наиболее часто применяемых методик реализации выборок. Повторная и бесповторная выборки • Повторная выборка образуется путем извлечения изделий из генеральной совокупности с последующим их возвращением после определения параметров качества. Такое извлечение и возвращение может быть проведено многократно. • При бесповторной выборке извлеченные изделия не могут быть возвращены в генеральную совокупность. Это гарантирует невозможность попадания в выборку одного и того же изделия. Такие выборки необходимы в тех случаях, когда в результате испытания вырабатывается ресурс изделия. 7 Преднамеренный или случайный отбор • Если изделия отбираются преднамеренно (например, отбор изделия с заранее оговоренным признаком), то такую выборку называют преднамеренной. • Случайная выборка образуется при отборе изделий из партии генеральной совокупности, если для любого изделия обеспечивается равная вероятность быть отобранным и включенным в выборку. При определении показателей надежности генеральной, совокупности изделий обычно используют методику случайной выборки. Однако в тех случаях, когда есть необходимость выделить влияние какого-либо параметра качества на получаемую характеристику надежности, необходима преднамеренная выборка. 8 Единовременная и текущая выборки • Единовременная выборка образуется из партии изделий после их изготовления независимо от того, в какой момент времени изготовлено каждое изделие. Текущая выборка состоит из изделий, последовательно изготовленных за определенный промежуток времени. Методику текущей выборки необходимо применять при анализе стабильности производства. 9 Основные характеристики надежности • Вторая общая особенность испытаний на надежность — большой объем испытаний — является следствием статистического подхода к описанию закономерностей, проявляющихся при рассматриваемых испытаниях. Основными характеристиками надежности ЭА являются статистические: вероятность безотказной работы в течение заданного времени, вероятность пребывания аппаратуры в рабочем состоянии в заданный момент времени, средняя наработка на отказ и т. д. В табл. 5.5 и 5.6 приведены показатели, широко применяемые в качестве характеристик надежности для невосстанавливаемой и восстанавливаемой ЭА [26]. Показатели надежности невосстанавливаемых ЭС 11 Показатели надежности невосстанавливаемых ЭС (продолжение) 12 13 Выбор и применение критериев (показателей) надежности • • Рассмотренные критерии надежности позволяют достаточно полно оценить надежность невосстанавливаемых изделий. Они также позволяют оценить надежность восстанавливаемых изделий до первого отказа. Наличие нескольких критериев вовсе не означает, что всегда нужно оценивать надежность элементов по всем критериям. Наиболее полно надежность изделий характеризуется частотой отказов f(t) или a(t). Это объясняется тем, что частота отказов является плотностью распределения, а поэтому несет в себе всю информацию о случайном явлении - времени безотказной работы. • 14 Выбор и применение критериев (показателей) надежности • • • Средняя наработка до первого отказа является достаточно наглядной характеристикой надежности. Однако применение этого критерия для оценки надежности сложной системы ограничено в тех случаях, когда: - время работы системы гораздо меньше среднего времени безотказной работы; - закон распределения времени безотказной работы не однопараметрический и для достаточно полной оценки требуются моменты высших порядков; - система резервированная; - интенсивность отказов не постоянная; - время работы отдельных частей сложной системы разное. Интенсивность отказов - наиболее удобная характеристика надежности простейших элементов, так как она позволяет более просто вычислять количественные характеристики надежности сложной системы. 15 Выбор и применение критериев (показателей) надежности • Наиболее целесообразным критерием надежности сложной системы является вероятность безотказной работы. Это объясняется следующими особенностями вероятности безотказной работы: - она входит в качестве сомножителя в другие, более общие характеристики системы, например, в эффективность и стоимость; - характеризует изменение надежности во времени; - может быть получена сравнительно просто расчетным путем в процессе проектирования системы и оценена в процессе ее испытания. 16 Критерии надежности восстанавливаемых ЭС • • • Пусть в работе находится N элементов и пусть отказавшие элементы немедленно заменяются исправными (новыми или отремонтированными). Если не учитывать времени, потребного на восстановление системы, то количественными характеристиками надежности могут быть параметр потока отказов w(t) и наработка на отказ tср. Параметром потока отказов называется отношение числа отказавших изделий в единицу времени к числу испытываемых при условии, что все вышедшие из строя изделия заменяются исправными (новыми или отремонтированными). Параметр потока отказов и наработка на отказ характеризуют надежность восстанавливаемого изделия и не учитывают времени, необходимого на его восстановление. Поэтому они не характеризуют готовности устройства к выполнению своих функций в нужное время. Для этой цели вводятся такие критерии, как коэффициент готовности и коэффициент вынужденного простоя. 17 Коэффициент готовности • Коэффициентом готовности называется отношение времени исправной работы к сумме времен исправной работы и вынужденных простоев устройства, взятых за один и тот же календарный срок. Эта характеристика по статистическим данным определяется • где tр - суммарное время исправной работы изделия; tп суммарное время вынужденного простоя. Времена tр и tп вычисляются по формулам • где tрi - время работы изделия между (i-1)-м и i-м отказом; tпi время вынужденного простоя после i-го отказа; n - число отказов (ремонтов) изделия. Для перехода к вероятностной трактовке величины tр и tп заменяются математическими ожиданиями времени между соседними отказами и времени восстановления соответственно. Тогда 18 где tср - наработка на отказ; tв - среднее время восстановления. • Коэффициент простоя • Коэффициентом вынужденного простоя называется отношение времени вынужденного простоя к сумме времен исправной работы и вынужденных простоев изделия, взятых за один и тот же календарный срок. • • или, переходя к средним величинам, Коэффициент готовности и коэффициент вынужденного простоя связаны между собой зависимостью Коэффициент готовности имеет смысл вероятности застать изделие в исправном состоянии при установившемся процессе эксплуатации. В некоторых случаях критериями надежности восстанавливаемых систем могут быть критерии невосстанавливаемых систем, например: вероятность безотказной работы, частота отказов, средняя наработка до первого отказа, интенсивность отказов. Такая необходимость возникает: - когда имеет смысл оценивать надежность восстанавливаемой 19 системы до первого отказа; • • Испытания на долговечность • • Испытания на безотказность скорее служат для определения стабильности параметров ЭС и отчасти — стабильности производственного процесса. Для получения количественных показателей производственной надежности проводят испытание на долговечность и определение гамма-процентного ресурса при значениях ПКГ, установленных с учетом конструктивно-технологических запасов. Как правило, испытание осуществляют до наступления предельного состояния ЭС. При этом критерии предельного состояния могут существенно отличаться от критериев предельного состояния, установленных при приемосдаточных испытаниях, соответствуя в большей степени критериям, установленным для эксплуатации ЭС. Например, могут быть расширены допустимые пределы изменения параметров ЭС до значений, превышающих установленные в ТЗ и ТУ для приемосдаточных испытаний, или увеличена трудоемкость (длительность) ремонта сверх ранее установленного предельно допустимого значения и т. д. 20 Показатель надежности при испытаниях на долговечность • Под гамма-процентным ресурсом понимают наработку, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью g. Опытное значение g подсчитывают по формуле где d — число отказов за время испытания; пд — объем выборки при испытании на долговечность 21 Испытания на сохраняемость • • Испытание на длительное хранение проводят, как правило, в отапливаемом складе, размещая изделия на стеллажах В отдельных случаях, оговариваемых в НТД, испытание может проводиться под навесом (испытание в полевых условиях), что фактически соответствует ужесточению условий испытания на длительное хранение. Целями проведения испытания на сохраняемость являются: проверка ЭС на сохраняемость, установленную в НТД; накопление информации о техническом ресурсе сохраняемости; уточнение норм на показатели сохраняемости; разработка рекомендаций по повышению сохраняемости. 22 Показатель сохраняемости • • • • В качестве критерия оценки сохраняемости принимают значение гамма-процентного срока сохраняемости— срока сохраняемости, которого изделия достигают с заданной вероятностью g (%). Опытное значение гамма-процентного срока сохраняемости определяется формулой где d — число изделий, отказавших за время хранения; пс — объем выборки, необходимый при испытании на сохраняемость. Результаты испытания оценивают как положительные, если значение гамма-процентного срока сохраняемости превышает установленное в ТУ или ТЗ. По окончании испытания на длительное хранение изделия могут быть оставлены в тех же условиях для определения фактического времени сохраняемости. 23 Ускоренные испытания на надежность • Позволяют сократить продолжительность испытаний. Ускоренные испытания ЭС основаны на прогнозировании их состояния и применении форсированных рабочих режимов. 24