CC BY
20
Dr Siavko Pokomi, pukovnik, dip], inž. Vojoft tkademija, Beograd
ISKUSTVAIZ PROVERE ZAHTEVA ZA POUZDANOST ELEKTRONSKIH UREĐAJA U USLOVIMA EKSPLOATACIJE VAZDUHOPLOVA*
UDC: 621.38.004.15 : 623.746
Rezime:
V radu se analiziraju bitni elementi izrade i realizacije programa га laboratorijsku proven zahteva za srednje vreme izmedu otkaza za jedan elektronski uredaj za borbene <av/* one. Rezimirana su iskustva iz realizacije takvog programa i ukazano na povezanost prora-čunskog podatka о srednjem vremenu izmedu otkaza i izbora odgovarajućeg test-plana. od-nosno da je veoma važno da se obavi proračun srednjeg vremena izmedu otkaza pre obavlja-nja provere postavljenog zahteva и laboratorijskim uslovima.
Ključne reči: pouzdanost, ispitivanje pouzdanosti, eksponencijalna raspodela, elektronski uredaj, avion.
EXPERIENCES FROM RELIABILITY TESTING OF AIRCRAFT ELECTRONIC EQUIPMENT
Summary:
Some important details of creation and realization of a test program for the mean lime between failures for fighter aircraft electronic equipment are discussed. Experiences from such a reliability testing program, concerning the caclulated and required mean time between failures and choosing a proper test plan, are summarized. The conclusion stresses the importance of the calculation of the mean time between failures before testing.
Key words: reliability, reliability test, exponential distribution, electronic equipment, aircraft.
Uvod
Zahtevani nivo pouzdanosti koji se obično izražava numeričkom vrednoSću minimalno prihvatljivog srednjeg vreme-na izmedu otkaza ili zahtevanim srednjim vremenom izmedu otkaza, mora se ngra-diti još u toku projektovanja, a ispunjenje tog zahteva neopbodno je proveravati ka-ko u fazi prototipa, tako i u fazi serijske proizvodnje. Kod nas je takva obaveza
' Rad je saop&cn м s&uCdocd skupu TOC KoV .Jspiuva-nje kvtlitoa etdstava NVO", 18. novontfra2003. u Beogradu.
propisana za profesionalne uređaje [1], a realizacija ispitivanja obavlja se u skladu sa odgovarajućim standardima [2].
Nužnost i opravdanost laboratorij-ske provere ispunjenja zahteva za pouzdanost posebno dolazi do izražaja kod uređaja od čijeg pouzdanog rada zavisi bezbednost Ijudskih života ili čiji otkaz može izazvati velike materijalne štete.
Za reaiizaciju takvih ispitivanja po-treban je osposobljeni kadar, znatna ma-terijalna sredstva, odgovarajuća oprerna i vreme.
VOJNOTEHNIČKIGLASN1K 4-5/2003.
413
U ovom radu analiziraju se neki bit-ni elementi izrade programa za proveru zahteva za srednje vreme do/izmedu ot-kaza sa diskusijom rczultata ispitivanja za uređaj koji je namenjen za tc§ke i slo-žene uslove eksploatacije borbcnih avio-na, о Čemu se detaljnije može videti u [3, 4, 5). Urcdaj je projektovala i proizvela IRCA Energoinvest, a ispitivanje je spro-vedeno u Vazduhoplovnom zavodu ,,Orao“ [6].
Posebno se ukazuje na neophodnost proračuna srednjeg vremena izmedu otka-za, pre nego se pristupi izboru odgovara-jućeg test-plana, i cksperimentalnoj proven postavljenog zahteva za pouzdanost.
Program ispitivanja pouzdanosti
Program ispitivanja pouzdanosti, odnosno provere zahteva za pouzdanost nekog uredaja iii sistema, sastoji se u su-štini iz dva dela: programa ispitivanja pouzdanosti, i rezultata ispitivanja.
Prvi deo, odnosno program ispitivanja obuhvata:
1 - cilj ispitivanja - obično provera da li je zadovoljen zahtev za srednje vreme između otkaza prema zahtevima pro-pisa о kvalitetu proizvoda (PKP),
2 - podatkc neophodne za ispitivanje.
Detaljnije о elementima koje sadrži
program provere zahteva za pouzdanost uopšte i za uredaj о коте se ovde izlažu rezultati, može se videti u [2, 3, 4, 5, 7]. Ovde će biti date samo neke napomene koje autor smatra veoma važnim u kon-kretnoj realizaciji.
Za izbor statističkog plana redosled-nih ispitivanja koriste se odgovarajući standards
Moraju se precizno definisati i do-kumentovati uslovi razradc i ispitivanja (uslovi i trajanje uhodavanja odnosno starenja, podešavanje i kalibracija, uslovi rada i okoline pri ispitivanju uključujući termička, električna, mehanička i druga opterećenja, vremenski program — ciklu-se ispitivanja, parametre koji se provera-vaju sa dozvoljenim odstupanjima, vremenski program i način kontrole рагате-tara, uslova okoline, preventivno i когек-tivno održavanje pri ispitivanju, trajanje ispitivanja po uređaju i ukupno).
Razrada uređaja se vrši s ciljem pro-laska kroz period ranih otkaza koji se ja-vljaju usled grešaka u proizvodnji kompo-nenti i montaži uredaja. Ukoliko u ргосе-su uhodavanja dode do otkaza, uredaj tre-ba nakon poslednje opravke da izdrži naj-manje dva ciklusa ispitivanja bez otkaza.
Uslovi ispitivanja pri razradi treba da su takvi da se za minimalno vreme pojavi maksimalni broj otkaza, ali bez izazivanja otkaza koji se ne bi mogli ja-viti u normalnoj eksploataciji, već uz preciznu simulaciju uslova radne sredine.
Ciklusi i uslovi ispitivanja pri proven pouzdanosti treba da budu što vemiji stvamim uslovima u eksploataciji.
Proces definisanja postupka i uslova razrade i ispitivanja pouzdanosti uređaja predstavlja kritičan korak u izradi pro-grama i zahteva saradnju naručioca i no-sioca izrade programa, kao i dobro po-znavanje uslova u kojima će uređaj oba-vljati svoju funkciju, odnosno poznava-nje profila misije (zadatka) uredaja.
Definisanje otkaza je takode jedan od važnih koraka u izradi programa, koji zahteva poznavanje principa rada i funk-
414
VOJNOTEHNlCKI GLASNIK 4-5/2003.
cije uređaja, sarađnju nosioca izrađe pro-grama i projektanta uredaja.
Drugi dco programa obuhvata rezul-tate i analizu rezultata ispitivanja $a za-ključkom i predlozima.
Primer provere pouzdanosti
uredaja za borbene avione
Ovde će biti prikazani osnovni element! i tok realizacije programa provere zahteva za pouzdanost (srednjeg vremena između otkaza), kao i osnovna iskustva iz njegove realizacije, za uređaj za poboljša-nje stabilnosti i upravljivosti aviona (UP-SU), namenjen za borbene avione.
Osnovni zahtevi za pouzdanost i
program ispitivanja uredaja UPSU
Uređaj UPSU je namenjen za ugrad-nju na borbene supersonične avione su-periomih letnih karakteristika. Uređaj treba da ima pouzdanost izraženu mini-malno prihvatljivim srednjim vremenom izmedu otkaza od 1000 sati. Proizvodač i naručilac su prihvatili rizik od 20%, i faktor điskriminacije 1,5 [8]. To znači da je zahtevano srednje vreme izmedu otkaza 1000x 1,5 = 1500 sati. Na osnovu ovoga je, prema MIL-STD-781C [1], usvojen za ispitivanje statistički test-plan IIC redoslednog ispitivanja. Za ispitivanje su, iz nulte serije, od 9 uredaja koji su prosli proces uhodavanja, metodom slu-čajnog izbora odabrana za ispitni uzorak 3 uređaja (Sto je i minimalna veličina uzorka). Na osnovu izabranog test-plana IIC i uzorka od 3 uredaja, došlo se do sledećih kriterija za vreme ispitivanja u
pogledu prihvatanja postavljene hipoteze od 1000 sati:
- minimalno ukupno vreme ispitivanja ođ 4190 sati ili 1397 sati po uredaju, pod uslovom da se ne desi ni jedan otkaz,
— u slučaju nastanka jednog otkaza vreme ispitivanja bi se nastavilo do ukupno 5000 sati ili 1800 sati po uredaju, pod uslovom da se vi5e ne desi ni jedan otkaz.
Uslovi razrade uredaja
Razrada uredaja izvrSena je sa 80 časova po uređaju, kombinovanim pod-vrgavanjem uredaja vibracijama i tempe-ratumom cikliranju. Temperatumi ciklus, u pogledu gradijenata i nivoa a takode i vibracije bili su nešto blaži nego Sto se predvida u eksploataciji. Postupak razrade uredaja sastojao se od ciklusa vibraci-ja od 2 časa na početku i na kraju i 38 tempcratumih ciklusa izmedu, što je ukupno 80 Časova. Postavljen je uslov da se u posljednjih 10 časova ne javi kvar, inače se vreme uhodavanja produžava za јоб 10 ciklusa (20 časova).
Uslovi ispitivanja pouzdanosti
Uslovi ispitivanja pouzdanosti odre-deni su tako da simuliraju uslove prema profilu zadatka aviona na kojima će se uredaj koristiti, pri Čemu svaki ciklus re-prezentuje dva karakteristična profila le-ta: letnji i zimski.
Ispitivanje je predstavtjalo kombi-naciju dva osnovna ciklusa, od kojih ciklus „А44, slika 1, predstavlja kombino-van uticaj termičkih i električnih optere-ćenja, a ciklus ,,BU, slika 2, termičkih i električnih opterećenja i vibracija. Ciklus
VOJNOTEHNlCKI GLASNIK 4-5/2003.
415
uklj-
napajanje
isklj.
110%h
nom 90%
napon
H----------1---------1---------1—
2 3 4 5 1(h)
1 2 3 4 5 I (fa)
SI. / - Ciklus A kombinovanih termićkih i električnih opterećenja
„В“ se razlikuje, u suStini, od ciklusa ,Л“ u primeni slučajnih vibracija u traja-nju od 2 časa pri smženim temperatura-ma. Vodilo se računa da nivo i distribuci-ja opterećenja budu ravnomemi u jed-nom ispitnom ciklusu, slika 3.
Oprema za ispitivanje
Nepostojanje odgovarajućih termo-komora sa temperatumim gradijentom od najmanje 7,5 C/min, koliko su zahtevali uslovi ispitivanja, nametnulo je potrebu dogradnje i proširenja mogućnosti posto-jeće klima komore. Ovo je predstavljalo
originatno tehničko rešenje kojim su po-stignuti gradijenti do 15 C/min u fazi hladenja i 5 C/min u fazi grejanja. Pro-jektovan je i realizovan rashladni sistem sa tcčnim azotom, a za upravljanje je is-korišten procesor ugrađen u postojeću klima komoru VUK04/1000.
Rezultati provere zahteva za
pouzdanost
a) и toku razrade uredaja
U toku razrade 9 uredaja, 7 je prošlo proceduru bez otkaza, a na 2 su se desili otkazi nakon 20 ciklusa. Nakon otklanja-
416
VOiNOTEHNlČKl OLASNIK 4-W005.
80- - n*te>
60-
40-
20- 1 1 / • *r \
• 20-• 40--60- 1 1 I 1 2 / ГЛ 1 1 1 i 3 4 ' 1 1 5 t(h)
J
uklj. -isklj. .vibracije
1 2 3 4 5 t(h)
uklj. - napajanje
МП П
isklj. 1 llll _i 1 _Ш
napon 1 1 1 2 1 1 3 4 5 t(h)
nom. 90% “L
1
1 1 1 2 1 1 3 4 5 t (h)
Si 2 - Ciklus В kombinovanih termičkih i elektrićnih opterećenja j vibracija
uzorak 1.
1 I 1 1 l3putaA 1 1 1 • 1 1 1 I I
0 5 uzorak 2. 1 A 1 В 1 10 I I 15 1 1 20 1 1 25 1 1 1 1 30 35 40 12 pota A 1 1 1 1 45 1 1 50 1 1 55 1 1 60 1 I I 65 70 t<h) I I
0 5 uzorak 3. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 too
1 A . A ,B I 1 1 11 pula A 1 1 1 1
1 0 5 1 10 I 15 1 20 1 25 1 1 1 30 35 40 J 45 1 50 - T 55 1” 60 < I 65 70
i(h)
SI. 3 - Ciklus ispitivanja koji se ponavlja
VOJNOTEHNJĆKIGLASNIK 4-5/2003.
417
nja kvarova uredaji su prošli ponovljenu proceduru.
b) и toku ispitivanja pouzdanosti
Ispitivanju su podvrgnuta 3 uredaja od kojih je jedan namemo odabran od onih na kojima su se desili otkazi u toku razrade. Jedan uredaj je odradio 1475 da-sova bez ijednog otkaza, drugi ukupno 1305 dasova sa 2 otkaza (posle 210 i 1305 dasova), a tredi 1445 dasova takode sa dva otkaza (posle 180 i 1080 £asova). Dakle uređaji su odradili ukupno 4225 dasova, kada je prekinuto ispitivanje, po dogovoru, zbog velikih troSkova.
Na osnovu rezultata ispitivanja, ustanovljcno srednje vreme izmedu otkaza iznosi 1056 sati. Za interval povere-nja od 60%, donja granica srednjeg vre-mena izmedu otkaza iznosi 766 dasova, a gomja granica 1840 časova. Rezultati ispitivanja su ucrtani u grafik prihvatiti-od-baciti test-plana IIC, prema MIL-STD-781C, slika 4.
S obzirom na trenutak u kome je ispitivanje prekinuto nije se mogla doneti odiuka ni da je hipoteza potvrdena ni opovrgnuta, ved bi ispitivanje trebalo na-staviti. Medutim to je iziskivalo dodatne troškove. Da bi doSlo do odluke о pri-hvatanju, uredaji bi trebalo da izdrže bez otkaza bar jo5 ukupno 5000 dasova, a da bi brzo doSlo do odluke о odbacivanju trebalo bi da se za stotinjak sati desi bar joS 4 otkaza, Sto je na osnovu dotadašnjih rezultata ispitivanja bilo malo verovatoo.
Analizirajudi rezultate, može se uodi-ti da su prva dva otkaza nastala relativno rano (posle 180 dasova na jednom i 210 na drugom uredaju). S obzirom da su uslovi pri razradi bili blaži od uslova koji se odekuju u eksploataciji, odnosno pri is-
окцмо Ьго) сякд»
uivpco vitae и mulupbnw MTBF.
Si 4 - Grafik prihvaiiti-odbacili statističkog test--plana IIC sa uertanim podacima dobijenim na osnovu ispitivanja
pitivanju, verovatno nisu bili takvi da se eliminišu otkazi iz perioda ranih otkaza, ved su se pojavili u toku ispitivanja, i time uticali na rezultate. S obzirom da prime-njeni plan ispitivanja važi za period nor-malne eksploatacije, odnosno eksponenci-jalnu raspodelu vremena do otkaza, to se namede potreba pažljivog razmatranja uslova pri razradi uredaja, kako sa stano-vista nivoa opteredenja tako i u pogledu trajanja ispitivanja. Ovde bi period razra-dc trebalo da traje bar 200 dasova, Sto je prvobitno i predlagano. Medutim to pod-razumeva da takvu razradu produ uredaji pre nego Sto krenu u eksploataciju.
Orijentacionim proradunom pouzdanosti, prema metodologiji datoj u [9, 10, 11] dobija se za srednje vreme izmedu otkaza 1490 dasova, Sto je blisko zahte-vanom. Medutim iskustvo pokazuje da se u postupku detaljnog proraduna uvek do-bijaju niže vrednosti (i do 2 puta).
Zakljudak
Ovo je, po saznanju autora, još uvek prva kod nas realizovana provera zahteva za pouzdanost elektronskih uredaja za
418
VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 4-5/2003.
uslove eksploatacije na borbenim vazdu-boplovima.
Rad na izradi programa ispitivanja (provere) pouzdanosti i analiza rezultata pokazali su da su od posebnog značaja pravilno defmisanje uslova i trajanja raz-rade uređaja i usiova ispitivanja pouzdanosti. Pri tome uslovi (nivoi opterećenja) i vreme trajanja razrade treba da su takvi da za kratko vreme doveđu do prolaska uređaja kroz period ranih otkaza, a da ne izazivaju otkaze koji se u normalnoj eks-ploataciji (s obzirom na opterećenja) ne bi mogli desiti.
Takode, uslovi ispitivanja pouzdanosti treba da su precizna simulacija uslova eksploatacije, koji su za borbene avione veoma složeni i teSki, pa je u pr-vom planu korektnost usiova i moguć-nost opreme za ispitivanje.
Takode, kao problem javlja se izbor test-plana, koji će za razumno vreme i ri-zike naručioca i proizvođača dovesti do korektne odluke. U vezi sa tim je i zah-tev za pouzdanošću (srednje vreme izme-du otkaza) koja se u postupku projekto-vanja mora ugraditi i računski proveriti proračunom prognostičke pouzdanosti.
Razrada programa ispitivanja pred-stavlja originalnu i kreativnu primenu zahteva i kriterija definisanih standardi-ma, u skladu sa konkretnim uslovima pri-mene uredaja.
Uterarura:
[ 11 Military Standard M1L-STD-781C, Reliability Design Qualification And Production Acceptance Tests: Exponential Distribution. USA Department of Defense, 1977.
(21 SNO 4264/84, POUZDANOST - Proven zahteva za srednje vreme izmedu otkaza и shiCaju eksponeneijatoe raspo-dele. Si. vojni list br. 8/84.
(3) Pokomi, S.: Provera zahteva za pouzdanost elektronskih uređaja za vazduhopktvc, Kvalitet i standarduaeija, 19 (1991), str. 17-21.
(4) Pokomi, S.: Provera ispunjenja zahteva za pouzdanost elek-tronskih uredaja savremenih avion*, VojnotchniĆki glasnik 1/1993. str. 45-52.
(5) Pokomi, S.: Ispitivanje pouzdanosti ekktronskih uredaja za vazduhoplove, XXXIV konfereneija ETAN-a. 11—111 sve-ska. str. 107-113.1990.
|6i Eiaborat о proven pouzdanosti uredaja UPSU. VZ „ORAO" Rajlovac, 1990.
(7) Pokomi, S.: Mctodotogija ugradnje zahtevane pouzdanosti elektronskih uredaja na vazduhoptovima, XXXI konfereneija ETAN-a, II sveska str. 155-163. 1987.
|8| PKP 2826/88. Uredaj za pobotjSanje stabilnosti i upravlji-vostt aviona, Energoinvest Sarajevo.
[9] MIL-HDBK-217D. Reliability Prediction of Electronic Equipment, 1982.
[10] Pokomi. S.: Pouzdanost i odrfavanje tehniCkih sistenu, GŠ VJ, Uprava za ikolstvo i obuku, Vojna akademija. Beograd, 2002.
[11] Pokomi, S.: Pristup odredivanju pouzdanosti elektronskih uredaja и uslovima cksptoatacije vazduhoptova. magistar-ski rad, ElektrotehniCfci fakuhet u Sarajevu. 1985.
VQJNOTEHNlCKI GLASNIK 4-5/2003.
419
