Отказы ЭС, проблематика испытаний, методы проведения испытаний

Испытания ЭС Лекция 3 Отказы ЭС, проблематика испытаний, методы проведения испытаний Отказы как причины нарушения работоспособности изделия • • • • • • Исправное состояние изделия - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и(или) конструкторской (проектной) документа. Неисправное состояние - состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской(проектной) документации. Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и(или) конструкторской (проектной) документации. Для сложных объектов возможно деление их неработоспособных состояний. При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично неработоспособные состояния, при которых объект способен частично выполнять требуемые функции. Предельное состояния - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. Критерий предельного состояния - признак или совокупность признаков предельного состояния объекта, установленные нормативно-технической и(или) конструкторской(проектной) документацией. Примечание. В зависимости от условий эксплуатации для одного и того же объекта могут быть установлены два и более критериев предельного состояния. 23.01.2022 2 Отказы. Основные термины • • • • • • • Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния. Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Критерий отказа - признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта, установленные в нормативнотехнической и(или) конструкторской (проектной) документации. Причина отказа - Явления, процессы, события и состояния, вызвавшие возникновение отказа объекта. Последствия отказа - Явления, процессы, события и состояния, обусловленные возникновением отказа объекта. Критичность отказа - Совокупность признаков, характеризующих последствия отказа. Примечание. Классификация отказов по критичности (например по уровню прямых и косвенных потерь, связанных с наступлением отказа, или по трудоемкости восстановления после отказа) устанавливается нормативнотехнической и(или) конструкторской (проектной) документацией по согласованию с заказчиком на основании технико-экономических соображений и соображений безопасности. 23.01.2022 3 Виды отказов • • • • • • • • • • • • Ресурсный отказ - Отказ, в результате которого объект достигает предельного состояния. Независимый отказ - Отказ, не обусловленный другими отказами. Внезапный отказ - Отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. Постепенный отказ - Отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта. Сбой - Самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора. Перемежающийся отказ - Многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера. Явный отказ - Отказ, обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению. Скрытый отказ - Отказ, не обнаруживаемый визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностики. Конструктивный отказ - Отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил и(или) норм проектирования и конструирования. Производственный отказ - Отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии. Эксплуатационный отказ - Отказ, возникший по причине, связанной с нарушением установленных правил и(или) условий эксплуатации. Деградационный отказ - Отказ, обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и(или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации. 23.01.2022 4 Проблемы проведения испытаний ЭС • • • • • • • Моделирование реальных условий эксплуатации, хранения и транспортирования ЭС. 2 класса свойств, определяющих качество продукции: - выявляемые за очень короткое время, и не претерпевающие существенное изменение во времени; - выявляемые во время работы изделия под нагрузкой в течение интервала времени. Изделия, в которых дефекты проявляются при работе под нагрузкой, называют потенциально ненадежными. Цель испытаний ЭС – выявление потенциально ненадежных изделий, дефектные могут быть быстро определены по результатам разовых проверок. Надежность – свойство изделия сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, обеспечивающих выполнение требуемых функций в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Свойства надежности: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Различают восстанавливаемые и невосстанавливаемые изделия. Надежность как свойство закладывается в ЭС на этапе проектирования и изготовления, при испытаниях по показателям надежности производится ее оценка и сопоставление с требованиями эксплуатации. 23.01.2022 5 Адекватность условий испытаний реальным условиям эксплуатации • • • • • - Несоответствие внешних воздействий, моделируемых на испытаниях, реальным условиям при эксплуатации; - наличие различных методик и критериев установления отказов; - отличие эксплуатационных режимов ЭС от режимов на испытаниях. Основной причиной несовершенства методик испытаний является ограниченная выборка образцов ЭС, подвергаемых испытаниям в лаборатории, что является следствием роста трудоемкости испытаний. Предельно допустимое значение воздействующей нагрузки – нагрузка выбранная с запасом и рекомендованная потребителю при эксплуатации ЭС. 23.01.2022 6 Оценка результатов испытаний • • • • • • • • При оценке результатов испытаний с помощью условных критериев можно не рассматривать все значения параметров. Достаточно выбрать для наблюдения наиболее информативные. Параметры изделия, по которым его признают годным или условно отказавшим называют параметрами – критериями годности. Для обеспечения заданного показателя надежности изготовитель при сдаче продукции потребителю вынужден устанавливать нормы – условные критерии – на параметры изделий, отличающиеся от реальных значений в сторону расширения пределов. Запас по нормам – производственный запас – необходим чтобы исключить поставку изделий, не соответствующих заданным в ЧТУ нормам. Нормативный запас зависит от скорости изменения параметров во времени при воздействии на изделие внешних факторов. Запас по параметрам изделия, установленный в зависимости от их технологического разброса и конструктивных особенностей изделия называют конструктивно-технологическим запасом. Коэффициент конструктивно-технологического запаса для верхнего и нижнего контрольных пределов: Кзн=(Хн-Хнчту)/(Мх-Хн); Кзв=(Хвчту-Хв)/(Хв-Мх). Хн и Хв – наименьшее и наибольшее значения параметра в реальном распределении; Хнчту и Хвчту – нормы по ЧТУ, Мх – номинальное (среднее) значение параметра х, заданное НТД. 23.01.2022 7 Проблема снижения трудоемкости испытаний • • • • • • • • Трудоемкость, стоимость, длительное время испытаний. Решение проблемы идет по трем направлениям: - развитие математических, физических и физико-статистических методов прогнозирования надежности; - автоматизация испытаний с применением вычислительных средств; - развитие методов неразрушающего контроля. Физико-статистические методы прогнозирования основаны на тщательном изучении физико-химических процессов, протекающих в изделии в разных режимах его работы, и ускорение протекания физико-химических процессов, обуславливающих деградацию параметров ЭС, для сокращения времени наработки на отказ. Автоматизация направлена на снижение стоимости и повышение достоверности результатов испытаний. Неразрушающий контроль ведет к повышению точности оценки качества и надежности, эффективное средство диагностики при сплошном или выборочном контроле изделий. 23.01.2022 8 Проблема снижения трудоемкости испытаний 23.01.2022 9 Методы проведения испытаний 23.01.2022 10 Испытания с использованием моделей • Физическое моделирование заключается в том, что первичный параметр объекта испытаний (процесс в элементе схемы или внешний фактор) заменяется простой физической моделью, способной имитировать изменение данного параметра. • Математическое моделирование базируется на использовании уравнений, связывающих входные и выходные параметры объекта испытаний. Эти уравнения выводят на основании изучения конкретного ЭС и его внутренних функциональных связей, после чего и осуществляется математическое описание установленных связей с учетом ВВФ на ЭС. • Более подробно остановимся на статических методах испытаний, частным видом которых являются граничные испытания. 23.01.2022 11 Граничные испытания • Граничные испытания проводятся для определения зависимости между предельно допустимыми значениями параметров объекта и режимами эксплуатации. Они являются экспериментальным методом, основанным на физическом моделировании области значений первичных[1] параметров, при которых выходные параметры ЭС находятся в пределах допуска, т.е. в области безотказной работы ЭС. Однако определение области безотказной работы ЭС при одновременном изменении многих первичных параметров не представляется возможным, поэтому на практике находят граничные точки области безотказной работы ЭС при изменении какого-либо первичного параметра ЭС (параметр граничных испытаний), сохраняя значения других неизменными. 23.01.2022 12 Граничные испытания 23.01.2022 13 Граничные испытания • • • • • Метод граничных испытаний применяется для исследования ЭС или его узлов на стадии макетирования образцов аппаратуры с целью правильного подбора параметров комплектующих элементов, выбора оптимальных вариантов схем и режима работы ЭС, а также предсказания места и времени появления постепенного отказа элемента или ЭС в целом. Недостатком метода граничных испытаний является невозможность количественной оценки надежности, а также большая трудоемкость проведения экспериментов, не позволяющая получить данные об изменении выходных параметров ЭС при изменении комплекса внешних воздействий и взаимодействии элементов. Развитие метода граничных испытаний привело к появлению матричных испытаний. Они заключаются в составлении матрицы ситуаций, которая содержит число столбцов, равное числу моделируемых параметров, а число строк, равное числу перебираемых ситуаций. Результаты испытаний записываются в виде матрицы-столбца с числом элементов матрицы, равным числу реализаций ситуаций. Использование ЭВМ дает возможность проводить матричные испытания полностью автоматически, что ускоряет перебор ситуаций, проверку работоспособности ЭА в каждой ситуации в соответствии с заданными критериями отказа, регистрацию числа и характера отказов. Недостатком метода матричных испытаний также является невозможность получения количественной оценки надежности и, в отличие от граничного метода, определения запас надежности. 23.01.2022 14