Структурно-параметрический синтез конструкции

Лекция 5 2.5. Структурно-параметрический синтез конструкции Определением числа иерархических конструктивных уровней и разбиением всей схемы на модули завершается стадия анализа конструкции, но как метод - анализ еще неоднократно будет использован на последующих этапах. Следующий этап конструирования изделий принято называть синтезом. Он выполняется методами агрегатирования подсистем (т.е. объединением) и переплетается с детализацией и оптимизацией конструктивных решений различных составных частей (элементов) конструкции [6,32]. Задача структурного синтеза состоит в создании обобщенного облика конструкции изделия (макроописания), состоящего из обобщенных описаний элементов конструкции. Параметрический синтез заключается в координации, согласовании требований и конструктивных решений элементов конструкции, их локальную конкретизацию в соответствии с показателями качества, технологичности, микроминиатюризации, конструктивной надежности, теплового режима, механической прочности и т.п. Факторы, определяющие концепцию конструирования формируются на основе ТЗ и проведенных предварительных исследований. Для последующего уточнения ТЗ, конкретизации позиций, определения границ областей проектного задания, необходимо поставить в соответствие факторам, подлежащим учету при конструировании, перечень конкретных требований или ограничений, которые можно выразить количественно, т.е. перейти от вербального описания проектного задания к формализованным количественным признакам, характеризующим позиции задания. 3. НАДЕЖНОСТЬ ПРИБОРНОЙ АППАРАТУРЫ 3.1. Основные понятия и определения в области надежности Надежность - одно из свойств качества продукции. Это свойство изделий проявляется в процессе использования изделий по назначению и может рассматриваться, как свойство изделия сохранять качество (значения основных эксплуатационных и потребительских характеристик) во времени. В нормативно-технической документации надежность определяется как "свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования". Надежность является комплексным свойством и включает свойства безопасности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Рассмотрим в краткой форме основные стандартизованные понятия и определения в области надежности [16,25]. Свойства надежности В зависимости от вида изделия его надежность может включать только часть составных свойств надежности. Так, например, если изделие не подлежит ремонту (кинескоп монитора, компоненты электронных узлов приборов и др.), то для таких изделий в свойство надежности не включаются долговечность и ремонтопригодность, для них важно только свойство безотказности, а подлежащих длительному хранению – еще и свойство сохраняемости. Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Наработка – это временное понятие, служащее для количественной оценки надежности объекта и характеризует продолжительность или объем работы объекта. Она может измеряться в часах, числах циклов нагружения, километрах полета и других величинах, определяемых специфическими особенностями изделия. Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние изделия до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению предотказных состояний, отказов и повреждений, поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта. Сохраняемость – свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования. 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-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. Таблица 3.2. Номенклатура показателей надежности Характеризуемые свойства надежности Наименование показателя Обозначение Безотказность Вероятность безотказной работы Интенсивность отказов Установленная безотказная наработка Средняя наработка до отказа Средняя наработка между отказами Параметр потока отказов Гамма-процентная наработка до отказа Р(t) λ(t) Ту Тср Т0 ω(t) Тγ Долговечность Средний ресурс Гамма-процентный ресурс Назначенный ресурс Установленный ресурс (ресурс) Средний срок службы Гамма-процентный срок службы Назначенный срок службы Установленный срок службы (срок службы) Тр Тр.н Тр.у Тсл Тсл.н Тсл.у Сохраняемость Средний срок сохраняемости Гамма-процентный срок сохраняемости Назначенный срок хранения Установленный срок сохраняемости (срок сохраняемости) Тс Тс.н Тс.у Ремонтопри- годность Среднее время восстановления работоспособного состояния Вероятность восстановления работоспособного состояния Тв Рв(t) Несколько свойств (комплексные показатели) Коэффициент сохранения эффективности Коэффициент оперативной готовности Коэффициент технического использования Коэффициент готовности Удельная суммарная трудоемкость (продолжительность) технических обслуживаний Удельная суммарная трудоемкость (продолжитель-ность) ремонтов Кэф Ко.г Кт.и Кг S Sт.о (Sр) Таблица 3.4. Классификация отказов Признак классификации Вид отказа По значимости Критический Существенный Несущественный Зависимость отказов Зависимый Независимый Характер возникновения Внезапный Постепенный Характер обнаруживаемости Явный Скрытый Причина возникновения Конструктивный Производственный Эксплуатационный Деградационный