Животкевич И.Н., Смирнов А.П. Надежность технических изделий - файл n1.doc

Животкевич И.Н., Смирнов А.П. Надежность технических изделий
скачать (1198.9 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3994kb.15.05.2011 21:14скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23
Животкевич И.Н., Смирнов А.П.
Надежность технических изделий
М.: Институт испытаний и сертификации

вооружений и военной техники, 2004 - 472 с.
Предисловие
В настоящей работе авторы поставили перед собой задачу представить читателю материал по оценке надежности и отказоустойчивости технических изделий общего и специального применения, которые разрабатываются, производятся и эксплуатируются в оборонных отраслях промышленности и машиностроительном секторе экономики Российской Федерации (в дальнейшем используется термин - технические изделия).
Рассмотрены теоретические основы надежности технических изделий, расчетные методы оценки, вопросы организации испытаний изделий, методическое обеспечение ускоренных испытаний и моделирование технического состояния отказоустойчивых систем. Отдельно рассмотрены вопросы обеспечения надежности при разработке, испытаниях и эксплуатации изделий.
Авторы выражают благодарность рецензентам - докторам технических наук, профессорам Бочарову Владимиру Васильевичу и Ищенко Владимиру Владимировичу, за рассмотрение рукописи работы и сделанные ценные замечания и предложения, которые авторы реализовали при подготовке монографии к изданию.
Авторы признательны Захарову И.В., Костюкову Н.П., Яковицкому А.Т., Хахулину Т.Ф. за обсуждение материалов, использованных в рукописи.
Авторы благодарны И.В. Печориной, К.Э. Зайцевой и Е.В. Огородниковой за помощь при подготовке рукописи к печати.
Главы 5, 7, 8, 9 написаны И.Н. Животкевичем; главы 2, 3, 4, 6, 10, 11, 12, 13 и разделы 1.3-1.5 главы 1 - А.П. Смирновым, разделы 1.1, 1.2 главы 1 написаны совместно И.Н. Животкевичем и А.П. Смирновым.

Список сокращений

БД - база данных

БСУ - бортовая система управления

ВБР - вероятность безотказной работы

ВВФ - внешние воздействующие факторы

ЖЦ - жизненный цикл

ИО - интенсивность отказов

ИС - интегральная схема

ИЭТ - изделие электронной техники

КИ - комплектующие изделия

КМОП - кремний-металл-окисел-полупроводник технология

ЛСИ - лабораторно-стендовые испытания

МП - микропроцессор

МСМ - многоуровневая система моделей

НС - надежностная структура

ОИ - объект испытаний

ОКР - опытно-конструкторская работа

ОУС - отказоустойчивая система

ОУ - отказоустойчивость

ПОН - программа обеспечения надежности

РК - резервный компонент

РЭА - радиоэлектронная аппаратура

СБИС - сверхбольшая интегральная схема

СКО - среднеквадратическое отклонение

СМК - структурно-модульная конструкция

СУБД - система управления базами данных

ТЗ - техническое задание

ТИ - технические изделия

ТКС - термокомпрессионное соединение

ТТЗ - тактико-техническое задание

ТЭО - технико-экономическое обоснование

ФСМО - физико-статистическая модель отказа

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

ЭО - электронное оборудование

ЭТХ - эксплуатационно-технические характеристики


Глава 1.

Надежность - комплексное свойство изделий

1.1. Значение надежности технических изделий

Массовое применение технических средств в ХХ-ом столетии, бурное развитие машиностроения, радиоэлектроники, автомобилестроения, авиации, космической и ядерной техники привлекли особое внимание общества к решению практических вопросов обеспечения высоких эксплуатационных характеристик и надежности различных изделий. С развитием электрификации значительные усилия были приложены к тому, чтобы обеспечить надежную передачу электроэнергии. Для этого отдельные электростанции были объединены в энергосистемы, которые в дальнейшем были объединены в единую энергосистему.
Проблема обеспечения надежности остро стоит как перед создателями энергетических объектов или угольных комбайнов, так и перед создателями телевизора или искусственной почки. В настоящее время нет такой отрасли техники, где бы эта проблема не была одной из актуальнейших.
Под техническими изделиями будем понимать многообразие технических устройств, объектов, аппаратов, приборов общего и специального применения, которые разрабатываются, производятся и эксплуатируются в оборонных отраслях промышленности, машиностроительном и энергетическом секторах экономики страны.
Большинство современных ТИ должны выполнять свои функции и задачи при воздействии на них различных видов ВВФ, действующих в течение любого календарного и суточного периода времени. Это обстоятельство определяет необходимость оценить эксплуатационные свойства изделий и в первую очередь - надежность.
Эффективность большинства ТИ, т.е. способность выполнять поставленные перед ними задачи, во многом определяется способностью объекта работать без отказов (или в условиях нормированного уровня отказов), при установленных условиях, в течение требуемого срока. Отказы ТИ вызывают большие потери средств, сил и времени из-за необходимости проведения ремонтно-восстановительных работ, связанных с отказами объектов, простоев другого оборудования, связанного с работой отказавшего ТИ, а также из-за причинения ущерба от невыполнения определенных задач.
Начиная с 50-х годов ХХ-го столетия, во всем мире, в том числе и в России были начаты активные работы по разработке основополагающих методов теории и практического обеспечения надежности ТИ. К настоящему времени разработаны основные методы теории надежности, а также методы практического обеспечения надежности для большинства видов техники.
Условно в проблеме обеспечения надежности ТИ можно выделить три направления:
I - методы количественной оценки уровней показателей,
II - организационное обеспечение,
III - методы физического обеспечения.
Первое направление связано с применением специальных математических методов при выполнении работ по оценке количественных уровней показателей надежности ТИ, при выполнении работ по обработке статистической информации и планировании испытаний.
Второе направление связано с разработкой организационных, программных документов по обеспечению надежности, обоснованием и выделением необходимых материальных ресурсов для проверки надежности, принятием соответствующих организационных мер по накоплению, хранению и использованию информации по свойствам комплектующих ТИ, элементов, типовых деталей, блоков и агрегатов, применяемых в конструкциях.
Третье направление основывается на решении традиционных конструкторских и технологических задач по созданию высоконадежных ТИ и формированию системы технического обслуживания изделий на стадии эксплуатации, необходимой для поддержания ЭТХ.
Работы по этим направлениям проводятся на всех этапах разработки, производства и эксплуатации.
Проблема обеспечения надежности ТИ по своей сути является технической и непосредственно связана с процессами проектирования, испытаний, изготовления и эксплуатации. Свойства любого ТИ закладываются при разработке, обеспечиваются при изготовлении и поддерживаются в эксплуатации. Строгое выполнение этого правила оправдано. Недостатки в конструкции ТИ практически невозможно ликвидировать на последующих этапах жизненного цикла. Для их исправления могут потребоваться значительные материальные и временные затраты.
Особое внимание при создании ТИ уделяется вопросам обеспечения требуемых уровней ЭТХ на всех периодах эксплуатации. Основной упор по развитию методов обеспечения ЭТХ переведен на ранние этапы создания образцов и в первую очередь - на этап проектирования. Практически в полной мере ЭТХ той или иной подсистемы ТИ закладывается на этапе проектирования. В это время определяется структурная схема системы, функциональная связь ее частей, конструктивное исполнение и элементная база электронных блоков. Обычно дальнейшие доработки системы на этапе создания опытных образцов и испытаний не вносят коренных изменений. Ввиду этого большое внимание уделяется вопросам обеспечения ЭТХ на этапе проектирования. Одним из подходов оценки ЭТХ ТИ на этапе проектирования составляют методы расчетно-экспериментального прогнозирования отказов всей системы, когда определены свойства составных частей на разных иерархических уровнях.
Известные подходы [1,2,3] к решению проблемы обеспечения ЭТХ радиоэлектронного оборудования основаны на создании нескольких не связанных между собой проблемно-ориентированных моделей системы, в каждой из которых детально отображаются лишь локальные части, например, функционирование, эффективность, надежность. Остальные элементы представляются агрегировано для создания контура модели, обеспечивающие возможность оценки общего критерия. Такие подходы эффективно применяются в исследованиях с ориентированными целями, но при проведении комплексных исследований имеют недостатки в несогласованности моделей разных принципов построения и сложности вычислительного эксперимента и методов анализа. Часто это приводит к ориентации на упрощенные структурные схемы изделий, когда модели не в полной мере удовлетворяют требованиям по прогнозированию ЭТХ, особенно на этапе проектирования. Развитие методов оценки и анализа ЭТХ, выбора оптимальной НС ТИ с учетом ее специфики (возможность обеспечения ОУ, перестроения структуры, сохранение работоспособности при частичных отказах за счет структурной избыточности и т.д.) является актуальной задачей. Основными недостатками аналитических методов расчета является их большая трудоемкость, ограниченный охват перечня физических процессов, определяющих отказовую ситуацию в элементах системы, и, вследствие этого, ограниченная точность. При проведении расчетов требуется перебор большого числа различных состояний исследуемой системы и решение системы уравнений соответствующей размерности. Стремление упростить процедуры расчета вынуждают вводить допущения, снижающие достоверность результатов. При аналитических расчетах не учитывается динамика процесса возникновения отказов и сбоев, их временная последовательность, что особенно важно при анализе ЭТХ ОУС. Исследуемый объект как бы замораживается во времени, и используются усредненные ЭТХ с заданными законами распределения.
Применение имитационного моделирования позволяет учесть многие факторы, влияющие на достоверность и точность оценки ЭТХ ТИ, динамику процессов отказов и восстановления, а также влияние внешних и внутренних факторов, имеющих стохастический характер, взаимное влияние отказов элементов, блоков и подсистем. Кроме этого, в имитационных моделях возможен одновременный учет параметров ЭТХ элементов ТИ, полученных как в натурных испытаниях, так и на основе аналитических расчетов и имитационных моделей элементов. Ввиду этого имитационное моделирование признано наиболее перспективным подходом для оценки ЭТХ и надежности ТИ на этапе проектирования, когда решается задача о выборе ее оптимальной структуры, при частичном, а иногда и полном отсутствии экспериментальных данных о состоянии элементов.
При применении имитационного моделирования для решения задач комплексного исследования и оптимизации сложных систем возникает проблема разрешения противоречия между теоретической возможностью создания единой модели, отражающей детально (в части ЭТХ) все составные части системы, и практическими возможностями реализации модели на ЭВМ при проведении исследований в ограниченное время. Ввиду возрастания сложности проектируемых систем имитационное моделирование становится таким методом, без которого нельзя получить значимые результаты на всех этапах ЖЦ ТИ. Поэтому решение указанной проблемы позволит расширить возможности имитационного моделирования. В то же время, особенно при рассмотрении перспективных ТИ, построенных на базе микроэлектронной техники и позволяющих реализовать значительно большее поле возможностей, результаты использования имитационного моделирования могут выходить за рамки задач надежности. В этом случае оправданным представляется обращение к термину ЭТХ для охвата моделируемых свойств ТИ.
Большая дороговизна работ, отсутствие необходимого количества объектов испытаний, сложность организации натурных исследований заставляет развивать и переносить основную тяжесть работ на расчетные методы обеспечения ЭТХ ТИ.
Современное ЭО ТИ развивается в направлении увеличения решаемых функциональных задач, уменьшения массы и габаритов электронных блоков, роста быстродействия ИС и снижения потребляемой мощности аппаратуры. Важной особенностью элементной базы 5-го поколения является изменение значимости ВВФ, действующих на элементы ТИ. Пример влияния ВВФ на отказы элементной базы РЭА представлен в табл.1.[4]. Основным фактором, определяющим ЭТХ ЭО ТИ, является температура, воздействующая на электронные элементы во время эксплуатации.
Характеристика влияния ВВФ на отказы элементной базы РЭА

Таблица 1



ВВФ

Доля отказов от общего числа

Температура

Вибрация

Влажность

Песок, пыль

Соль

Атмосферное давление

Механические удары

Не связанные с ВВФ

21

14

10

3

2

1

1

48


Влияние на ЭТХ и надежность полупроводниковых приборов и ИС теплового воздействия связано зависимостью их электрических параметров от температуры [5]. При длительной эксплуатации в условиях высоких рабочих температур многие современные материалы, выполненные на органической основе из стекла и керамики, претерпевают структурные изменения. Периодические и апериодические температурные воздействия создают локальные тепловые и механические нагрузки, что приводит к разрушению соединений, разрыву швов в местах спаев разнородных материалов и потере герметизации корпусов приборов.
Длительное воздействие пониженных температур способствует увеличению хрупкости металлических и пластмассовых конструкций, снижению их стойкости к вибрационным и ударным воздействиям. В ряде случаев причинами отказов могут явиться большие изменения внешних тепловых потоков вследствие изменения условий нагрева объекта, содержащих РЭА [6]. При высоких температурах многие современные материалы могут разлагаться, выделяя газы. При изменении температуры на 40°С базовые токи диодов и транзисторов, выполненные из германия, могут изменяться в два и более раза. Несколько меньшую зависимость имеют кремниевые полупроводниковые приборы, однако при температуре 150°С и у них наблюдается сильное изменение электрических параметров. Влияние механических нагрузок на элементную базу РЭА [5] обусловлено деформацией корпуса прибора и сопряженных с ним элементов внутренних соединений и проявляется в виде:
- знакопеременных механических напряжений на элементах структуры р-n перехода и полупроводникового кристалла,
- деформации проводящих элементов на поверхности полупроводникового кристалла, отслаивания и обрыва проводников,
- деформации переходного слоя между активным элементом и основанием, отрыва кристалла от кристаллодержателя,
- деградации активного элемента прибора, растрескивания и разрушения кристалла.
Вместе с этим вибрационные нагрузки представляют собой как бы катализатор ускорения процессов деградации свойств системы при действии комплекса ВВФ.
Воздействие влажности на РЭА связано с адсорбцией воды, содержащейся в окружающей атмосфере, на поверхности корпуса и выводов прибора [5]. Осаждаясь на поверхности корпусов приборов, влага образует пленку электролита. Интенсивность физических и химических процессов также связана со смачиваемостью поверхности материалов и способностью проникновения влаги во внутренние полости. При повышении температуры от 20°С до 80°С вязкость воды уменьшается почти в 2 раза, коэффициент диффузии увеличивается более чем в 3 раза. С повышением температуры возрастает химическая активность воды и способность растворять различные элементы. Часто важно сочетание действия влажности с меняющимся атмосферным давлением, окружающим ЭО ТИ.
При воздействии пониженного атмосферного давления [6] возникают отказы ЭО, обусловленные ухудшением отвода тепла за счет снижения конвекции, а также возникновением значительных механических напряжений в корпусных деталях за счет разности давления внутри и снаружи герметизированного корпуса. Ухудшение отвода тепла может привести к перегреву активной структуры прибора, возникновению тепловой неустойчивости и тепловому пробою, кроме того, с понижением атмосферного давления уменьшается электрическая прочность воздуха.
Из всех задач, стоящих перед исследователями ЭО ТИ, одной из сложных представляется прогноз ЭТХ РЭА в конкретных условиях применения [6]. Направленность современных методов исследований состоит в комплексном анализе причин и механизмов каждого отдельного типового физического процесса отказа элемента. Естественно, это требует расширения объема знаний о свойствах, параметрах и характеристиках ВВФ, применяемых материалах и пр.
Требуемые количественные значения показателей ЭТХ и надежности оказывают непосредственное влияние на конструктивное исполнение изделий. Это определяется применением ряда конструктивных мер, в частности: установлением необходимых запасов прочности; выбором элементной базы и обеспечением необходимых режимов работы для элементов; применением резервирования; проектированием соответствующей упаковки и выбором необходимых средств и метода консервации для обеспечения сохранности изделий при транспортировании и хранении и т.д. Кроме этого, номенклатура и количественные значения показателей надежности влияют на выбор конструкционных материалов, комплектующих элементов и готовых изделий. Применяемые конструктивные меры по обеспечению ЭТХ и надежности влияют на габариты и массу изделий, на технологию их изготовления, а также на их цену.
При определении принципов эксплуатации изделий ЭТХ влияют на параметры системы технического обслуживания, на виды и объем выполняемых работ при обслуживании изделий и периодичность их проведения, а также на приспособленность изделий к ремонту. Вследствие этого ЭТХ и надежность являются одними из главных факторов, определяющими в дальнейшем размеры экономических затрат на эксплуатацию.
При выполнении ОКР от значений показателей ЭТХ и надежности зависят требуемые объемы испытаний, а именно: необходимые виды испытаний, длительность их проведения, требуемое количество образцов для испытаний. ЭТХ и надежность влияют на величину суммарных экономических затрат на выполнение ОКР.
В серийном производстве показатели ЭТХ и надежности влияют на отдельные статьи, определяющие себестоимость изделий. Это, в частности, затраты на проведение различных видов контроля и испытаний, затраты на устранение брака, затраты, связанные с выполнением гарантийных обязательств и т.п.
На стадии эксплуатации от показателей ЭТХ и надежности зависят: затраты на приобретение необходимого количества запасных частей; затраты на выполнение работ по техническому обслуживанию и ремонту; затраты на продление сроков эксплуатации и другие виды работ.
Одним из основополагающих вопросов качества ТИ является описание и анализ отказа как с позиций условий его формирования и развития, так и со стороны последствий и ремонта. В этом плане представляет интерес подход, основанный на моделировании зарождения и развития отказа с использованием физико-статистических моделей. Развитием исследований причинно-следственных связей, формирующих отказовую ситуацию ТИ, является направление создания отказоустойчивых систем. Эти вопросы рассмотрены в работе на примере ЭО ТИ.
В последующих разделах приведены некоторые методы, которые используются при исследованиях оценки влияния показателей ЭТХ и надежности на экономические параметры.
Во многих случаях ЭТХ и надежность изделий влияют и на безопасность их эксплуатации, так как при возникновении отдельных видов отказов возможно возникновение тех или иных аварийных ситуаций.
ЭТХ и надежность любого ТИ являются одними из свойств, которые влияют как на технические параметры, так и на ряд экономических характеристик.
1.2. Основные понятия и показатели
Требования к качеству любого вида продукции являются объектом постоянного внимания как потребителей продукции, так и ее производителей (разработчиков и изготовителей). Показатели ЭТХ и надежности продукции являются одними из ключевых элементов, характеризующих ее качество.
В соответствии с принятой международной терминологией [7], надежность - собирательный термин, применяемый для описания свойств готовности и влияющих на него свойств безотказности, ремонтопригодности и обеспеченности технического обслуживания и ремонта. В примечании к этому определению указано: "Надежность используется только для общего его неколичественного описания".
Принятая в Российской Федерации терминология по ГОСТ 27.002-89 [8] определяет надежность следующим образом: "надежность - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств".
Как следует из приведенных выше определений, надежность любого технического объекта является его внутренним свойством и характеризуется рядом соответствующих показателей, имеющих определенные количественные значения.
ЭТХ - совокупность технических параметров (включая и надежность), определяющих способность ТИ выполнять предписанные функции, отраженные в соответствующих технических условиях и требованиях.
На рис. 1 схематично представлена связь ЭТХ ТИ.


Рис. 1. Схематичное изображение состава ЭТХ ТИ
Современные ТИ - это сложные технические объекты, включающие в себя, в зависимости от их назначения, механические, пневмогидравлические, электрические, радиоэлектронные, оптические и другие подсистемы и составные части.
ТИ имеют следующие типовые этапы эксплуатации:
- транспортирование всеми видами транспорта (автомобильным, железнодорожным, авиационным, водным);
- хранение в различных климатических условиях (отапливаемые и не отапливаемые хранилища, под навесом, на открытой площадке);
- работа изделий (в том числе в составе объекта) с выполнением своих функциональных задач;
- техническое обслуживание и ремонтно-восстановительные работы.
На каждом этапе эксплуатации на ТИ и их составные части действует комплекс различных внешних и внутренних воздействующих факторов (механические, климатические, биологические и другие факторы), в том числе: вибрации, удары, повышенная температура, влажность, пониженная температура, иней, роса, плесневые грибы, солнечное излучение, дождь, циклическое изменение температуры, пары специальных сред и другие виды воздействий.
Условия эксплуатации и функциональное назначение изделий определяют основные свойства, которые характеризуют надежность данного ТИ. Для этих свойств надежности в дальнейшем определяются как номенклатура показателей надежности для конкретного ТИ, так и принимаемые меры по их обеспечению.
В теории надежности все ТИ подразделяются на следующие группы:
- восстанавливаемые;
- невосстанавливаемые;
- ремонтируемые;
- неремонтируемые.
К восстанавливаемым относятся ТИ, для которых в конструкторской документации предусмотрено восстановление работоспособности. Восстановление работоспособности, как правило, осуществляется с использованием одиночного или группового комплектов запасных частей.
К ремонтируемым относятся ТИ, для которых в нормативно-технической или конструкторской документации предусмотрено проведение соответствующего вида ремонта. Цель ремонта - установление увеличенных значений показателей долговечности после его проведения или установление значений показателей, близких к первоначально установленным. Ремонт изделий осуществляется либо на ремонтных предприятиях, либо на предприятии-изготовителе.
К неремонтируемым и невосстанавливаемым относятся ТИ, для которых в нормативно-технической или конструкторской документации не предусмотрено проведение ремонта и восстановление соответственно.
Одним из важнейших понятий в теории надежности является понятие технического состояния ТИ, которое определяется как совокупность подверженных изменению в процессе производства и эксплуатации свойств изделий, характеризуемых в определенный момент времени признаками, установленными технической документацией.
Разделяется пять основных видов технического состояния изделий:
- исправное;
- неисправное;
- работоспособное;
- неработоспособное;
- предельное.
Переход изделий из одного вида технического состояния в каждый из последующих, указанных выше, происходит вследствие свершения событий: повреждение или отказ. Переход изделий из одного состояния в другое в обратной последовательности происходит вследствие проведения определенного процесса: восстановление или ремонт.
Исправное состояние - это состояние, при котором ТИ соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации. В этом состоянии ТИ выполняет все заданные функции и по всем параметрам удовлетворяет требованиям потребителя. Неисправное состояние - состояние, при котором ТИ не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и конструкторской документации. Переход ТИ из исправного состояния в неисправное состояние происходит вследствие повреждения, т.е. свершения события, заключающегося в нарушении исправного состояния ТИ при сохранении работоспособного состояния. Неисправное ТИ может быть работоспособным, а имеющиеся повреждения не влияют на его функционирование и выполнение им работы по назначению.
Работоспособное ТИ, в отличие от исправного, должно соответствовать только тем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации, выполнение которых обеспечивает нормальное применение ТИ по назначению. Под работоспособным состоянием понимается состояние ТИ, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Важнейшим понятием в теории и практике надежности является понятие отказа. По определению [8], под отказом понимается событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния ТИ.
В соответствии с [8] основные свойства надежности ТИ имеют следующие определения:
- безотказность - свойство ТИ непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки, а для некоторых изделий - также и в процессе хранения или транспортирования;
- ремонтопригодность - свойство ТИ, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта;
- долговечность - свойство ТИ сохранять работоспособное состояние в пределах определенного промежутка времени при установленной системе технического обслуживания и ремонта;
- сохраняемость - свойство ТИ сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности ТИ выполнять требуемые функции в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Для этих свойств ТИ, как для каждого в отдельности, так и для их сочетаний, устанавливаются конкретные виды показателей, которые имеют количественные значения. Количественные значения показателей надежности обеспечиваются при проектировании путем соответствующего конструктивного исполнения ТИ. На стадии проектирования, исходя из требований по надежности ТИ:
- осуществляются соответствующий выбор составных частей и формирование логики их совместной работы;
- проектируется соответствующая компоновка ТИ;
- определяется необходимость применения резервирования элементов и комплектующих изделий;
- выбираются конструкционные материалы и элементы и обеспечиваются необходимые режимы для их работы; определяются методы, порядок и объем технического обслуживания изделий в эксплуатации; обеспечивается техническая возможность выполнения работ по ремонту и т.д.
Важнейшим свойством, характеризующим надежность любого ТИ, блока, детали, элемента, является безотказность. Это свойство характеризует работоспособное состояние ТИ.
Надежность большинства ТИ по свойству безотказность характеризуется следующими показателями:
ВБР - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ ТИ не возникнет;
вероятность невозникновения отказа - вероятность того, что за время хранения (или транспортирования) в установленный промежуток времени (или расстояния) не возникнет отказ ТИ;
средняя наработка на отказ - отношение суммарной наработки систем ТИ к математическому ожиданию числа их отказов в течение этой наработки;
параметр потока отказов - отношение математического ожидания числа отказов систем ТИ за достаточно малую их наработку к значению этой наработки.
Свойство долговечности характеризует возможность применения любого ТИ в течение определенного времени до наступления предельного состояния. Предельным состоянием называется состояние ТИ, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. Для неремонтируемых ТИ предельное состояние достигается при возникновении отказа или при достижении установленного срока службы или суммарной наработки. Для ремонтируемых ТИ определить время наступления предельного состояния практически невозможно. Поэтому прекращение эксплуатации ремонтируемых ТИ производится по следующим причинам:
- невозможность обеспечения при дальнейшей эксплуатации минимально необходимого уровня безопасности, безотказности или эффективности;
- экономическая нецелесообразность дальнейшей эксплуатации ТИ, обусловленная значительными затратами на ремонт и восстановление;
- моральное старение ТИ или экономически невыгодная (неэффективная) дальнейшая эксплуатация.
Для многих изделий в связи с тем, что невозможно определить предельное состояние, в качестве показателей долговечности применяются временные понятия типа назначенный срок, назначенный ресурс и т.д. Цель установления назначенного срока службы или назначенного ресурса - обеспечение принудительного заблаговременного прекращения эксплуатации ТИ. По достижению назначенного срока или ресурса, в зависимости от назначения и особенностей эксплуатации, технического состояния и других факторов, ТИ может быть списано, направлено в средний или капитальный ремонт, передано для применения по другому назначению или может быть принято решение о продолжении эксплуатации в течение какого-то определенного времени, дополнительного к первоначальному.
По свойству долговечность в качестве показателей надежности используются:
назначенный ресурс - суммарная наработка систем ТИ, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от технического состояния (обычно устанавливаются следующие виды этого показателя: назначенный ресурс по наработке; назначенные ресурсы по дальности транспортирования для различных видов транспорта и технического состояния изделий при транспортировке);
назначенный срок службы - календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой эксплуатация ТИ должна быть прекращена независимо от его технического состояния;
назначенный срок хранения - календарная продолжительность хранения, при достижении которой хранение ТИ должно быть прекращено независимо от его технического состояния; как правило, для изделий устанавливаются назначенные сроки хранения в различных условиях (по типам хранилищ и видам защиты изделий от воздействия климатических факторов);
гамма - процентный ресурс - суммарная наработка, в течение которой ТИ не достигнет предельного состояния с вероятностью , выраженной в процентах;
средний ресурс - математическое ожидание ресурса;
гамма - процентный срок службы - календарная продолжительность эксплуатации, в течение которой ТИ не достигнет предельного состояния с вероятностью , выраженной в процентах;
средний срок службы - математическое ожидание срока службы.
При использовании показателей долговечности следует указывать начало отсчета и вид действий после наступления предельного состояния.
Свойство ремонтопригодности, с одной стороны, характеризует полноту конструкторских решений по предупреждению и обнаружению возможных отказов и, с другой стороны, характеризует, какой ценой по трудозатратам и по времени восстановления работоспособности обеспечивается требуемый уровень надежности ТИ в эксплуатации. Ремонтопригодность тесно связана со свойствами контролепригодности, эксплуатационной технологичности и технической диагностики ТИ.
Большинство современных изделий в процессе эксплуатации являются ремонтопригодными. Устанавливаются следующие показатели ремонтопригодности:
среднее время восстановления - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния ТИ после отказа;
средняя трудоемкость восстановления - математическое ожидание трудоемкости восстановления работоспособности ТИ после отказа.
Среди свойств, составляющих надежность, определенное место занимает сохраняемость, т.е. свойство сохранять значения показателей безотказности и ремонтопригодности в течение и после хранения. Необходимость обеспечения этого свойства лежит в основе разработки конструктивных специальных и технологических мероприятий по защите изделий от влияния отрицательных факторов, таких как: колебания температуры, влажность, атмосферные осадки и т.д.
В качестве показателей сохраняемости применяют:
гамма - процентный срок сохраняемости - срок сохраняемости, достигаемый ТИ с заданной вероятностью, выраженной в процентах;
средний срок сохраняемости - математическое ожидание срока сохраняемости.
Кроме приведенных показателей для характеристики надежности ТИ часто применяются комплексные показатели ЭТХ:
коэффициент готовности - вероятность того, что ТИ окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени кроме планируемых периодов, в течение которых применение ТИ по назначению не предусмотрено;
коэффициент оперативной готовности - вероятность того, что ТИ окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени кроме планируемых периодов, в течение которых применение ТИ по назначению не предусмотрено, и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение установленного времени;
коэффициент технического использования - отношение математического ожидания суммарного времени пребывания ТИ в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к математическому ожиданию суммарного времени пребывания ТИ в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом за тот же период;
коэффициент сохранения эффективности - отношение показателя эффективности использования ТИ по назначению за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы ТИ в течение того же периода не возникают.
В зависимости от назначения ТИ и условий его эксплуатации различные сочетания ЭТХ и надежности могут быть присущи ТИ в целом или его отдельным составным частям. Например, невосстанавливаемые ТИ, при эксплуатации которых допустим только один отказ, не имеют свойства ремонтопригодности, а их свойства безотказности и долговечности практически совпадают.
Конкретные виды показателей ЭТХ и надежности и их количественные значения, как правило, устанавливаются при формировании требований к вновь разрабатываемому ТИ. Ряд показателей может быть установлен для каждого конкретного ТИ в процессе разработки или производства.
1.3. Работы по обеспечению надежности

Основные работы по обеспечению надежности на всех стадиях жизненного цикла можно сгруппировать в следующие блоки:
- формирование номенклатуры и количественных значений показателей надежности;
- разработка организационно-технических документов по обеспечению надежности;
- разработка и внедрение необходимых конструктивно-технологических мероприятий;
- разработка необходимого методического обеспечения и выполнение расчетных работ по оценке показателей надежности;
- проведение необходимого объема экспериментальных работ по проверке и оценке показателей надежности.
Ответственным этапом является определение номенклатуры показателей надежности их количественных значений, так как от их величины зависит принятие необходимых конструктивных мер при проектировании ТИ и соответствующих технологических мер при изготовлении, а также величина экономических затрат на обеспечение и поддержание требуемой надежности изделий на всех стадиях жизненного цикла.
Выбор номенклатуры показателей надежности для каждого типа изделий и установление их количественных значений осуществляется на основе требований, предъявляемых к ТИ внешней и внутренней средами. К факторам внешней среды относятся:
- требования, предъявляемые потребителем;
- наличие конкурентных изделий;
- требования, установленные соответствующими законами Российской Федерации и государственными стандартами, распространяющиеся на данный тип ТИ, а также требования других нормативно-технических документов.
К факторам внутренней среды относятся:
- конструктивное исполнение ТИ;
- применяемые в конструкции материалы, элементы и готовые комплектующие изделия;
- производственные возможности и другие факторы.
Внешняя среда формирует требования типа: что необходимо, какие характеристики должны быть получены. Внутренняя среда формирует ответ типа: какие характеристики в настоящее время могут быть достигнуты, что возможно.
Взаимодействие этих сред определяет требования по надежности для каждого типа изделий, которые реально могут быть достигнуты в настоящее время. Выбор номенклатуры показателей надежности и определение их количественных значений производится на стадии научно-исследовательской работы или на стадии разработки аванпроекта.
При формировании количественных значений показателей надежности под воздействием факторов внешней среды основными видами работ являются:
- рассмотрение требований законодательства России, в основном по срокам службы и гарантийным обязательствам;
- рассмотрение требований, установленных в государственных стандартах и других нормативно-технических документах;
- изучение и анализ характеристик надежности, установленных и реально достигнутых по аналогичным отечественным и зарубежным ТИ;
- определение требуемых значений показателей надежности для обеспечения необходимых требований по эффективности ТИ.
Количественные значения показателей надежности, исходя из внутренних факторов, определяются с применением следующих методов:
а) метод аналогов, когда значения показателей определяются исходя из достигнутых значений по аналогам, с проведением соответствующей их корректировки, учитывающей степень соответствия аналога и нового образца;
б) расчетный метод, когда значения показателей определяются на основании предварительных расчетов показателей надежности составных частей, применяемых готовых комплектующих изделий и элементов.
Количественные значения показателей надежности для каждого типа изделий окончательно определяются заказчиком совместно с разработчиком ТИ, исходя из требований по обеспечению необходимых характеристик эффективности, а также возможностей существующей элементной базы, применяемых конструкционных материалов и накладываемых ограничений на конструкцию ТИ по габаритам, массе и объему. Конкретные значения показателей устанавливаются заказчиком или потребителем в ТТЗ на разработку ТИ.
На основе требований, предъявленных к изделию, формируются требования по надежности для всех составных частей. Эти требования устанавливаются разработчиком ТИ в ТЗ на их разработку.
Основными организационно-техническими документами по обеспечению надежности являются: ПОН, разрабатываемые для каждой стадии ЖЦ изделий; программа экспериментальной (стендовой) отработки опытных изделий; программа натурных испытаний опытных изделий, технические условия для серийных изделий; программа эксплуатационных испытаний лидерных изделий.
Важным и обязательным документом по организации, порядку выполнения и методическому обеспечению работ является Программа обеспечения надежности. Основными задачами ПОН являются определение необходимого перечня работ и мероприятий по обеспечению надежности, планирование работ и определение порядка руководства всеми работами в области надежности, обеспечение контроля выполнения работ и проведения периодических оценок показателей надежности. На практике ПОН, в большинстве случаев, состоит из следующих разделов.
Раздел 1. Общие положения. Содержит: исходные данные для разработки ПОН; перечень ПОН составных частей ТИ и другие условия.
Раздел 2. Работы и мероприятия по обеспечению надежности. Оформляется в виде таблицы, в которую входят:
- перечень работ и мероприятий с развертыванием их по этапам выполнения;
- сроки выполнения каждой работы;
- состав исполнителей по каждой работе или мероприятию;
- ссылки на нормативно-технические или методические документы, используемые при выполнении каждой работы.
Перечень работ и мероприятий, приводимых в разделе 2, рекомендуется группировать по следующим направлениям:
- организационно-технические мероприятия;
- расчетно-теоретические работы;
- экспериментальные работы (испытания);
- производственно-технологические работы;
- мероприятия по сбору, обработке, распространению информации по надежности.
ПОН предусматривают выполнение работ по всем показателям надежности, заданным в ТТЗ на разработку ТИ или установленным в технических условиях. В программах определяется также объем работ по ряду характеристик, взаимосвязанных с надежностью, в частности работы по расчетам необходимого количества запасных частей, расчетные и экспериментальные работы по обеспечению безопасности эксплуатации, расчетные работы по определению некоторых показателей, характеризующих качество контроля изделий, таких как полнота и достоверность контроля.
Раздел 3. Методическое обеспечение. Содержит полный перечень нормативно-технических и методических документов, используемых при выполнении работ и мероприятий, предусмотренных в разделе 2. Для документов, разработка которых предусматривается при выполнении работ по ПОН, указывается исполнитель и сроки выпуска документа, а также порядок его согласования и утверждения.
Раздел 4. Порядок контроля выполнения и корректировки ПОН устанавливает:
- план поэтапного контроля уровней показателей надежности;
- контрольные точки рассмотрения состояния работ по ПОН;
- порядок рассмотрения и согласования отчетных документов по ПОН;
- порядок внесения и согласования корректировок ПОН.
На стадии разработки программы обеспечения надежности выпускаются на все составные части, имеющие ТЗ на их разработку. Содержание этих программ соответствует ПОН на ТИ, но учитывает особенности работ по обеспечению надежности каждой составной части.
Программа экспериментальной отработки ТИ разрабатывается для опытных образцов и определяет: категории испытаний; перечень видов испытаний, проводимых по каждой категории; перечень программ-методик по проведению каждого вида испытаний; требуемое количество образцов для испытаний; ответственных исполнителей по разработке программ и проведению каждого вида испытаний; последовательность проведения испытаний; порядок контроля выполнения работ по программе; требования к отчетной документации; организационные вопросы по проведению экспериментальной отработки. Программа разрабатывается на этапе разработки эскизного проекта. По составным частям ТИ программы испытаний включаются в соответствующие разделы технических условий или оформляются в виде отдельных документов.
Программа натурных испытаний опытных образцов определяет объем и порядок проведения испытаний ТИ в реальных условиях и по своему составу и содержанию в основном соответствует содержанию программы экспериментальной отработки, приведенной выше.
Разработка конструктивно-технологических мероприятий по обеспечению надежности производится при разработке конструкторской и технологической документации и осуществляется путем выбора соответствующих конструкционных материалов, элементной базы, конструктивного исполнения агрегатов, деталей, схем, выбором режимов работы элементов, формированием требований к контролю показателей надежности при изготовлении, формированием системы технического обслуживания в эксплуатации и т.д.
На всех этапах разработки, производства и эксплуатации проводятся расчетные работы по оценке показателей надежности. При выполнении этих работ в качестве методической основы используются фундаментальные положения, разработанные отечественными и зарубежными специалистами по теории надежности, которые достаточно широко освещены в технической литературе, опубликованной в течение шестидесятых-девяностых годов [9-14], и др. Учитывая особенности каждого конкретного ТИ как в части его конструктивного исполнения, так и по условиям его эксплуатации и производства, для выполнения расчетных и теоретических работ разрабатываются отдельные методики расчета показателей надежности, а также методики оценки показателей по результатам испытаний, производства и эксплуатации. Некоторые из применяемых методов изложены в последующих разделах.
Важнейшее значение в обеспечении надежности изделий имеют испытания, проводящиеся на стадии разработки. В связи с усложнением современной техники более 40% проблем, возникающих при ее создании, могут быть решены только посредством испытаний. Вопросы обеспечения надежности решаются при проведении всех видов испытаний. Однако проводится и ряд отдельных испытаний по проверке выполнения непосредственно значений показателей надежности, а именно: испытания на безотказность, испытания на сохраняемость и долговечность, испытания на ремонтопригодность. Наиболее широко при оценке показателей надежности изделий применяются методы, позволяющие проводить такие оценки по совокупности выполненных испытаний, что позволяет уменьшить затраты на опытно-конструкторскую работу.
На стадии производства основными работами по обеспечению надежности являются: сбор и обработка статистической информации по отказам и наработкам; оценка достигнутых уровней показателей надежности; разработка и внедрение мероприятий по устранению причин отказов.
Контроль соответствия ТИ и его составных частей установленным требованиям осуществляется по результатам входного контроля составных частей, приемо-сдаточных и периодических испытаний. По ряду составных частей в категории периодических испытаний проводятся испытания на надежность, в основном это испытания на безотказность.
На стадии эксплуатации проводится сбор статистической информации о надежности ТИ. По этой информации осуществляется контроль достигнутых значений показателей надежности, а также проводятся работы по разработке и, в случае необходимости, внедрению мероприятий по повышению надежности, а также проводится комплекс работ по увеличению количественных значений показателей сохраняемости и долговечности, исходя из технического состояния изделий.
Работы по продлению сроков службы и ресурсов проводятся по программе эксплуатационных испытаний лидерных изделий. Программа содержит: требования к сбору и обработке информации о надежности по результатам эксплуатации, контрольные значения показателей по этапам испытаний, порядок проведения работ по техническому освидетельствованию состояния изделий, объем и порядок проведения лабораторных исследований, объем и порядок проведения натурных испытаний лидерных изделий. Работы по программе выполняются поэтапно, в сроки, определенные совместно с потребителем, и начинаются, как правило, с начала опытной эксплуатации. Это обусловлено тем, что в процессе разработки получить достоверные результаты по показателям долговечности и сохраняемости не всегда представляется возможным вследствие ограниченного финансирования, выделяемого на ОКР, и ограничений по времени на стадию разработки.
Под лидерными ТИ будем понимать часть первых серийных образцов изделий, поставленных в эксплуатацию, по которым проводятся периодические наблюдения за их работоспособностью как со стороны разработчика, так и со стороны изготовителя и потребителя, и на этих изделиях осуществляется наиболее интенсивная выработка установленных видов ресурсов.
В связи с тем, что значения показателей надежности оказывают существенное влияние и на ряд экономических параметров, при выполнении работ по обеспечению надежности проводятся также работы по оценке влияния этих показателей на экономические параметры с целью принятия соответствующих мер по обеспечению надежности.
1.4 Формирование требований по надежности
Формирование требований к надежности ТИ является одной из важнейших задач на стадии проектирования. В процессе формирования требований по надежности производится следующий комплекс работ:
- определение свойств надежности, которые характерны для данного ТИ;
- рассмотрение режимов и условий эксплуатации ТИ и определение необходимой номенклатуры показателей надежности для каждого свойства;
- рассмотрение планируемого конструктивного исполнения ТИ, принципов его работы, составление предварительной структурной схемы надежности, подбор изделий аналогов;
- формирование количественных значений показателей надежности;
- определение порядка проверки и подтверждения количественных значений показателей надежности;
- определение требований по надежности для составных частей ТИ.
По результатам предварительных исследований требования по надежности включаются в ТТЗ на разработку ТИ или в контракт на выполнение ОКР.
Определение требований к надежности изделий производится на стадии выполнения научно-исследовательских работ и аванпроекта, когда еще только формируется конструктивный облик будущего ТИ. На этом этапе еще не всегда определен полностью состав ТИ до элементов и не определены режимы их работы, в связи с чем при выполнении работ по формированию требований к надежности необходим тщательный анализ характеристик надежности по аналогам ТИ.
После определения состава ТИ в эскизном проекте и его конструктивного исполнения, на основе требований потребителя по условиям и режимам эксплуатации, проводится анализ и определение, каким свойствам надежности должно соответствовать данное ТИ. И на основе этого анализа формируется необходимая номенклатура показателей надежности по каждому свойству: безотказности; долговечности; сохраняемости; ремонтопригодности. Виды показателей надежности определяются по отношению к определенным режимам и условиям эксплуатации. Номенклатура показателей надежности не должна быть избыточной, так как физически надежность является функцией от конструкции и условий работы (эксплуатации) ТИ и одни показатели надежности могут быть выражены через другие.
Для всех, без исключения, изделий важнейшим является свойство безотказности, и для каждого ТИ определяется номенклатура показателей, характеризующих это свойство.
Свойство долговечности, также как и безотказность, присуще всем ТИ, и в зависимости от условий эксплуатации формируется номенклатура показателей долговечности.
Показатели ремонтопригодности устанавливаются только для изделий, работоспособность которых в случае отказа в эксплуатации может быть восстановлена посредством проведения соответствующих работ. Для изделий одноразового использования показатели ремонтопригодности не устанавливаются.
Показатели сохраняемости устанавливаются для изделий, которые в эксплуатации имеют режим хранения и, как правило, без выполнения каких-либо работ по техническому обслуживанию и восстановлению работоспособности могут быть применены по назначению.
В технике в качестве показателей надежности изделий по свойству безотказности широко применяются средняя наработка на отказ и ВБР при установленных условиях и времени эксплуатации. Значение средней наработки на отказ должно быть связано со временем, в течение которого и при каких условиях оно должно сохраняться, а также с условиями эксплуатации. Следует отметить, что ВБР является более информативным параметром, чем средняя наработка на отказ. Для некоторых типов изделий количественные значения этих показателей установлены в соответствующих государственных стандартах или в межотраслевых нормативно - технических документах.
Однако законодательством значения этих показателей не предусмотрены. Основным методом количественной оценки необходимых значений показателей безотказности является предварительный расчет и сравнение возможных значений с показателями, достигнутыми на ТИ - аналогах. Для проведения предварительного расчета на основе проекта будущего ТИ составляется структурная схема надежности. Как правило, в целях упрощения расчетных работ, при разработке структурных схем надежности принимаются меры к представлению их в виде последовательного соединения систем или составных частей и КИ. По всем элементам и составным частям ТИ определяются значения показателей безотказности или путем расчета, или по характеристикам изделий аналогов. И на основе этих материалов производится оценка возможных количественных значений показателей безотказности для будущего ТИ.
Для изделий военной техники, требуемые значения показателей безотказности определяются на основе материалов исследований по боевой эффективности, а по некоторым ТИ - исходя из влияния показателей безотказности на экономические характеристики или на безопасность эксплуатации.
Показатель безотказности средняя наработка на отказ применяется для изделий, работоспособность которых может быть восстановлена в случае появления отказов. Эксплуатация таких изделий описывается следующим образом: в начальный момент времени ТИ начинает работать и работает до первого отказа; после отказа происходит восстановление работоспособности, и ТИ вновь работает до отказа и т.д. Этот показатель устанавливается в ТТЗ или в ТЗ на разработку ТИ и его составных частей.
Статистическая оценка средней наработки на отказ определяется по формуле:
, (1)
где t - суммарная наработка ТИ;
r(t) - число отказов, фактически происшедших за суммарную наработку t.
Показатель ВБР определяется в предположении, что в начальный момент времени (t=0) ТИ находится в работоспособном состоянии. ВБР в интервале от 0 до t включительно определяется как
(2)
где t - случайная величина наработки от начального момента до возникновения первого отказа;
t - суммарная наработка ТИ.
Р(t) - ВБР является функцией времени t.
Распределение требований по средней наработке на отказ между составными частями ТИ производится по формулам;
(3)
(4)
где - установленное в ТТЗ значение средней наработки на отказ для ТИ;
- требуемое значение средней наработки на отказ для i-ой составной части;
- значение средней наработки на отказ для ТИ аналога;
- значение средней наработки на отказ для аналога i-ой составной части;

- предполагаемая стоимость ТИ, ;

Ci - предполагаемая стоимость i-ой составной части;
L - количество составных частей (комплектующих изделий), между которыми распределяются требования.
Требуемые значения по ВБР для составных частей ТИ определяются по формулам
(5)
, (6)
где - требуемое значение ВБР для ТИ;
- требуемое значение ВБР для i-ой составной части;
- значение ВБР для ТИ аналога;
- значение ВБР для аналога i-ой составной части.
Формирование требований к показателям долговечности осуществляется на основе требуемых режимов и условий эксплуатации. В качестве критерия для установления количественных значений показателей долговечности используются, главным образом, экономические характеристики, а также критерии по безопасности и безотказности. Возможные методы для определения и оценки влияния показателей долговечности на экономические характеристики приведены в последующих разделах. Юридические аспекты по установлению требований к долговечности изделий изложены в разделе 1.5. Для всех составных частей ТИ, которые разрабатываются вновь, номенклатура показателей долговечности соответствует номенклатуре показателей, установленных для ТИ. При этом количественные значения показателей для составных частей имеют увеличенные значения по сравнению с требованиями для ТИ, что обусловлено технологическим циклом изготовления изделий.
Значения показателей ремонтопригодности устанавливаются только для изделий и их составных частей, работоспособность которых в случае отказа при эксплуатации может быть восстановлена. Количественные значения показателей ремонтопригодности определяются по результатам расчетов или исследований по оценке их влияния на экономические параметры или по ТИ - аналогам с проведением соответствующей корректировки, исходя из компоновки, конструктивного исполнения и требований по безотказности для проектируемого ТИ.
Комплексные показатели надежности, как правило, в ТТЗ на разработку многих изделий не устанавливаются, а оцениваются на этапах проектирования для различных моделей эксплуатации, согласованных с потребителем (заказчиком). Согласование расчетной модели эксплуатации с потребителем или заказчиком необходимо, так как расчетных моделей может быть сформировано достаточно большое количество, а от выбранной модели зависят количественные значения комплексных показателей. На практике комплексные показатели надежности на стадии разработки применяются для выбора оптимальной системы технического обслуживания, обеспечивающей максимальное значение конкретного показателя, а на стадии эксплуатации - для оценки реальных значений показателей надежности.
Под расчетной моделью эксплуатации понимается совокупность этапов эксплуатации и принимаемая для расчетов временная продолжительность каждого этапа эксплуатации в течение установленного назначенного срока службы. Например, для расчета коэффициента оперативной готовности некоторого ТИ принимается следующая расчетная модель эксплуатации: в течение назначенного срока службы, равного 10-ти годам, принято, что ТИ будет храниться 5 лет в отапливаемом хранилище, с выполнением регламентных работ 1 раз в год; затем ТИ будет храниться в течение 4-х лет под навесом с проведением регламентных работ 1 раз в год; затем ТИ в течение одного года работает по назначению. Схема этой расчетной модели эксплуатации приведена на рис. 2.


Рис. 2. Расчетная модель эксплуатации (О - проведение регламентных работ)
В ТТЗ на разработку ТИ должен быть определен порядок проверки выполнения требований по каждому показателю надежности. Это необходимо в связи с тем, что объемы работ по проверке показателей надежности могут оказать существенное влияние на суммарные экономические затраты для выполнения ОКР и на время ее выполнения. Для серийной продукции методы проверки выполнения требований по надежности устанавливаются в технических условиях.
Для проверки соответствия достигаемых значений показателей надежности установленным требованиям применяются следующие методы:
- расчетный метод;
- экспериментальный метод;
- расчетно-экспериментальный метод.
При расчетном методе проверка соответствия производится по материалам выполненных расчетов. При экспериментальном методе проверка производится по результатам отдельных испытаний на надежность по каждому свойству ТИ. При расчетно-экспериментальном методе проверка соответствия производится по результатам расчетов показателей надежности по результатам проведенных испытаний ТИ. Наиболее длительным и трудоемким является экспериментальный метод проверки соответствия, особенно для проверки выполнения требований по безотказности. В связи с этим, для многих изделий для проверки требований по безотказности устанавливаются соответствующие контрольные уровни, имеющие значения меньшие, чем требуемые, что позволяет уменьшить объемы испытаний. Достаточно широко на практике применяются и расчетно-экспериментальные методы. Более подробно методы оценки соответствия требований по надежности рассмотрены в главе 6.
1.5. Надежность изделий и требования законодательства

Действующим в России законодательством [15, 16] определены требования по порядку установления одного из показателей надежности - срока службы (годности) изделий, а также правовые вопросы по порядку устранения различных недостатков ТИ в процессе эксплуатации, в том числе и по порядку восстановления работоспособности в случае отказа ТИ. Основными характеристиками, которые регулируют во времени взаимоотношения между изготовителем (поставщиком) и потребителем ТИ, являются:
- гарантийные обязательства изготовителя (поставщика), включающие гарантийный срок или гарантийную наработку;
- срок службы (годности) или ресурс ТИ.
Значения этих показателей должны быть установлены либо в договоре поставки (статьи 470, 472 [15]), либо в выходных документах на ТИ (статья 18 [16]).
Гарантийные обязательства являются важной характеристикой любого ТИ. Гарантийные обязательства - это реальные обязательства безвозмездно устранить недостатки изделий, в течение установленного срока.
Рассмотрим подробнее требования законодательства по гарантийным обязательствам и сроку службы.
В требованиях [15] определено:
Статья 477. Сроки обнаружения недостатков переданного товара.
1. Если иное не установлено законом или договором купли-продажи, покупатель вправе предъявить требования, связанные с недостатками товара, при условии, что они обнаружены в сроки, установленные настоящей статьей.
2. Если на товар не установлен гарантийный срок или срок годности, требования, связанные с недостатками товара, могут быть предъявлены покупателем при условии, что недостатки проданного товара были обнаружены в разумный срок, но в пределах двух лет со дня передачи товара покупателю либо в пределах более длительного срока, когда такой срок установлен законом или договором купли-продажи. Срок для выявления недостатков товара, подлежащего перевозке или отправке по почте, исчисляется со дня доставки товара в место его назначения.
3. Если на товар установлен гарантийный срок, покупатель вправе предъявить требования, связанные с недостатками товара, при обнаружении недостатков в течение гарантийного срока.
В случае, когда на комплектующие изделия в договоре купли-продажи установлен гарантийный срок меньшей продолжительности, чем на основное изделие, покупатель вправе предъявить требования, связанные с недостатками комплектующего изделия, при их обнаружении в течение гарантийного срока на основное изделие.
Если на комплектующее изделие в договоре установлен гарантийный срок большей продолжительности, чем гарантийный срок на основное изделие, покупатель вправе предъявить требования, связанные с недостатками товара, если недостатки комплектующего изделия обнаружены в течение гарантийного срока на него, независимо от истечения гарантийного срока на основное изделие.
4. В отношении товара, на который установлен срок годности, покупатель вправе предъявить требования, связанные с недостатками товара, если они обнаружены в течение срока годности товара.
5. В случаях, когда предусмотренный договором гарантийный срок составляет менее двух лет и недостатки товара обнаружены покупателем по истечении гарантийного срока, но в пределах двух лет со дня передачи товара покупателю, продавец несет ответственность, если покупатель докажет, что недостатки товара возникли до передачи товара покупателю или по причинам, возникшим до этого момента.
Более конкретные требования, определяющие взаимоотношения между потребителем и изготовителем в течение гарантийных обязательств, установлены в [16]. Следует отметить, что требования распространяются на продукцию, приобретаемую потребителем для личных бытовых нужд.
Данный закон устанавливает следующие требования.
Статья 17. Последствия продажи товаров с недостатками.
Потребитель, которому продан товар с недостатками, если они не были оговорены продавцом, вправе по своему выбору потребовать:
а) безвозмездного устранения недостатков товара или возмещения расходов на исправление недостатков потребителем либо третьим лицом;
б) соразмерного уменьшения покупной цены;
в) замены на товар аналогичной марки;
г) замены на такой же товар другой марки с соответствующим перерасчетом покупной цены;
д) расторжения договора и возмещения убытков.
Статья 18. Сроки предъявления требований по поводу недостатков товара.
1. Потребитель вправе предъявить требования, установленные статьей 17, если недостатки товара были обнаружены в течение гарантийного срока, установленного изготовителем.
По товарам, на которые гарантийные сроки не установлены, потребитель вправе предъявить изготовителю указанные требования, если недостатки были обнаружены в течение 6 месяцев, а в отношении недвижимого имущества - не позднее двух лет со дня передачи его потребителю, если более длительные сроки не установлены законодательством или договором.
Статья 19. Устранение недостатков товара.
Недостатки, обнаруженные в товаре, должны быть устранены изготовителем (предприятием, выполняющим его функции) в течение двадцати дней с момента предъявления соответствующего требования.
Статья 21. Ответственность за просрочку выполнения требований потребителя.
За каждый день просрочки указанных в статьях 19 и 20 настоящего закона сроков, а также за каждый день задержки выполнения требования потребителя о предоставлении на время ремонта (замены) аналогичного товара продавец, изготовитель (предприятие, выполняющее функции), допустившие такие нарушения, выплачивают потребителю неустойку в размере одного процента стоимости товара в порядке, предусмотренном пунктом 5 статьи 11 настоящего закона.
Для предприятия - изготовителя условия гарантийных обязательств (гарантийного срока или гарантийного ресурса) определяет размер экономических издержек, связанных с гарантийным обслуживанием. Величина этих издержек определяется:
- затратами на проведение работ по устранению отказов, которые зависят от трудоемкости этих работ и характеристик ремонтопригодности ТИ;
- затратами на изготовление, приобретение, хранение, доставку к месту выполнения ремонтных работ отказавших систем, комплектующих изделий, деталей, элементов;
- затратами на выплату неустойки за несвоевременность выполнения работ по устранению недостатков;
- затратами на устранение недостатков по комплектующим ТИ, имеющим гарантийный срок меньший, чем гарантийный срок для ТИ;
- затратами на возмещение убытков потребителю.
Приведенные выше виды затрат изготовителя в первую очередь зависят от возможного количества отказов ТИ, которые могут произойти в течение гарантийного срока. Возможная величина этого количества отказов непосредственно зависит от показателей безотказности ТИ. Величина издержек изготовителя на гарантийное обслуживание влияет на себестоимость ТИ и его цену.
Приведенные выше требования законодательства Российской Федерации по гарантийным обязательствам и ответственности при их выполнении могут быть использованы в качестве основы для разработки методики расчета и оценки возможных количественных значений показателей надежности.
В отношении срока службы изделий в [15] установлено:
Статья 472. Срок годности товара.
1. Законом, иными правовыми актами, обязательными требованиями государственных стандартов или другими обязательными правилами может быть определен срок, по истечении которого товар считается не пригодным для использования по назначению (срок годности).
Более развернутые и конкретные требования в части срока службы изделий установлены в [16]:
Статья 4. Качество товара.
Пункт 2. Изготовитель (исполнитель) обязан обеспечить возможность использования товара по назначению в течение срока их службы, установленного им самим или по соглашению с потребителем, а если срок службы не установлен - в течение десяти лет.
Пункт 3. Изготовитель обязан обеспечить возможность ремонта и технического обслуживания товара в течение всего срока его производства, а после снятия товара с производства - в течение сроков, указанных в части 2 настоящей статьи.
Статья 5. Право потребителей на безопасность товаров.
Пункт 2. На товары, использование которых по истечении определенного срока представляет опасность для жизни, здоровья потребителей, окружающей среды, или может причинить вред имуществу потребителей, должны устанавливаться сроки службы.
Потребитель должен быть предупрежден о сроке службы (годности) товара, необходимых действиях по его истечению и возможных последствиях при невыполнении указанных действий.
Пункт 3. Изготовитель обязан обеспечить безопасность товаров в течение установленного срока службы, а если срок службы не установлен - в течение десяти лет.
Статья 12. Имущественная ответственность за вред, причиненный вследствие недостатков товара.
1. Вред, причиненный жизни, здоровью или имуществу потребителя вследствие конструктивных, производственных, рецептурных и иных недостатков товара, подлежит возмещению в полном объеме, если законодательными актами Российской Федерации, республик в составе Российской Федерации не предусмотрен более высокий размер ответственности.
2. Часть 2. Вред, причиненный жизни, здоровью или имуществу потребителя, подлежит возмещению в течение установленного срока службы (годности), а если срок службы не установлен - в течение десяти лет с момента изготовления товара.
5. Изготовитель освобождается от ответственности если докажет, что вред причинен вследствие непреодолимой силы или нарушения потребителем правил пользования или хранения.
Статья 18. Сроки предъявления требований по поводу недостатков товара
6. Потребитель вправе предъявить изготовителю требование о безвозмездном устранении недостатков товара по истечении гарантийных сроков. Указанное требование может быть предъявлено в течение установленного срока службы, а если срок службы не установлен - в течение десяти лет, если в товаре были выявлены существенные недостатки, допущенные по вине изготовителя.
Преамбула закона. Определения.
Существенный недостаток - недостаток, который делает невозможным или недопустимым использование товара в соответствии с его целевым назначением, либо не может быть устранен в отношении данного потребителя, либо для его устранения требуются большие затраты труда и времени, либо делает товар иным, чем предусмотрено договором, либо проявляется вновь после его устранения[15].
Исходя из требований, установленных в законодательстве, величина срока службы взаимосвязана со свойствами изделий: безопасностью эксплуатации, безотказностью ТИ, ремонтопригодностью ТИ.
Под безопасностью ТИ в дальнейшем будем понимать возможность возникновения в процессе эксплуатации опасных ситуаций, при возникновении которых возможно причинение вреда жизни и здоровью потребителя, имуществу потребителя, окружающей среде. Для ТИ возникновение опасных ситуаций может быть вызвано возникновением отказов, которые создают опасную ситуацию.
Свойства безопасность и безотказность ТИ взаимосвязаны. При определении срока службы показатели безотказности влияют как на характеристики безопасности, так и на количество отказов, которые могут быть отнесены к существенным недостаткам. Исходя из определения существенного недостатка, приведенного в [15], можно сделать вывод, что в течение срока службы изготовитель обязан безвозмездно устранить отказы по системам ТИ, которые не включаются в состав запасных частей, или провести их капитальный ремонт, или поставить взамен отказавшего ТИ другое работоспособное ТИ. В соответствии с действующим законодательством изготовитель или поставщик ТИ в течение установленного им срока службы, как и по гарантийным обязательствам, может нести определенные экономические издержки. В состав этих издержек можно включить:
- затраты на возмещение возможного вреда, причиненного жизни или здоровью потребителя;
- затраты на возмещение возможного вреда, причиненного имуществу потребителя;
- затраты на возмещение возможного вреда, причиненного окружающей среде;
- затраты на устранение возможных существенных недостатков;
- затраты на выплату неустойки за несвоевременное устранение существенных недостатков;
- затраты на изготовление и хранение запасных частей, необходимых для проведения ремонта в течение срока службы, после прекращения производства изделий.
Все эти виды затрат зависят от возможного количества отказов ТИ в течение срока службы, то есть от характеристик безотказности, как основного свойства надежности изделий.
Методика оценки возможных значений гарантийных обязательств и срока службы изделий, исходя из требований законодательства Российской Федерации, с учетом характеристик надежности ТИ, на основе экономического критерия рассмотрена в главе 3.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации