CC BY
28
Мацалада металлургиялъщ цондыргыны жобалау кезтдегг APM WinMachine жуйестщ CAD/CAE тэж1рибел1к цолданысыныц тшмдшг1 усынылган.
The article presents the practical application of APM WinMachine system's CAD/CAE in design of the metallurgical equipment.
УДК 621.396
М. Ж. Асылбекова, С. Ю. Маркова
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, г. Павлодар
ОЦЕНКА БЕЗОТКАЗНОСТИ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ ВЫСОКОНАДЕЖНЫХ РАДИОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
В статье представлены материалы по показателям надежности радиоизмерительных приборов для применения расчетно-экспериментальной оценки для опытных образцов.
Оценка безотказности опытных образцов радиоизмерительных приборов (РИП) связывается с повышением продолжительности их испытаний для ее подтверждения. Для того, чтобы проверить выполняются ли указания по безотказности, контрольные испытания трех опытных образцов РИП с временем работы до поломки и последующего ремонта 10-20 тысяч часов могут продолжаться приблизительно от двух до четырех лет.
Показателями надежности радиоизмерительных приборов является совершенство схемно-конструкционной разработки и производственной технологии, качество радиодеталей. На сегодняшний день наблюдается точная, полученная опытным путем, основательно доказанная информация о надежности электрорадиоэлементов в виде ^-характеристик. Благодаря возможности применения компьютерных технологий и знания простых итерационных вычислений имеется возможность определить электронные компоненты, то есть радиодетали, которые гарантировали бы установленный уровень безотказности радиоизмерительных приборов.
Опытные образцы РИП разрабатывают эксперты, высококвалифицированные специалисты. При этом они не используют технологическое оборудование серийного производства. Отработка и улучшение технологии серийного производства выполняются во время проведения установочной серии.
Следствием является весомое различие безотказности испытываемых образцов от серийных приборов, примерно 40 %, на первом этапе производства. Благодаря этому при проведении контрольных испытаний испытываемых образцов необходимо опытным путем просчитать и определить, обеспечивают ли электронные компоненты, предпочтенную версию схемно-конструкционного построения прибора и производственная технология выполнение правил и условий по безотказности.
Существуют несколько главных задач испытаний на надежность опытных образцов испытываемых приборов.
Первая задача состоит в том, что, будучи частью некоторых этапов жизненного цикла, данные испытания должны обеспечивать урегулирование и решение совместных вопросов этой стадии. Так, в соответствии с ГОСТ 2.103-68. ЕСКД. Стадии разработки в процессе разработки опытные образцы изготавливаются для проведения испытаний и по их результатам доработки опытного образца, рабочей конструкторской и технической документации [1, 3 с].
Вторая задача заключается в том, что в ходе испытаний необходимо извлекать сведения, на основании которых утверждается результат о соответствии надежности необходимым условиям.
На основании этого была построена гипотеза о вероятности оценивания безотказности опытных образцов радиоизмерительных приборов расчетно-экспериментальным методом, который учитывал бы изложенные выше критерии. Суть такого метода состоит в установлении степеней, порядка и продолжительности влияния внешних факторов во время испытаний с учетом априорной информации об итогах испытаний приборов: выполнение испытаний в жестких условиях с целью максимально результативного обнаружения схемно-конструкционных недоработок (СКН) и изъянов, вызванных несовершенствами выбранной технологии серийного производства. По итогам испытаний рассматривают причины найденных недоработок и предпринимают меры для их ликвидации. Результативность таких мер впоследствии свидетельствуется последующими испытаниями. После этого определяют расчетно-экспериментальную оценку безотказности работы РИП.
Для того чтобы проверить данную гипотезу, проанализировали подобие расчетных оценок безотказности с оценками, полученными в результате эксплуатации нескольких типов РИП: В3-24, В3-41, В7-15, Г3-33, Г4-65А, Г4-70, Г4-102А и С1-68. Данные радиоизмерительные приборы были выбраны, так как они неплохо проработаны и не имеют недоработок, производятся долгое время, а также по данным РИП имеется точная информация о надежности в процессе использования.
Анализ указывает на то, что значения оценок средней наработки на отказ исследуемых приборов по итогам эксплуатации на 30 % превышают значения оценок, принятых расчетным путем. Данный анализ свидетельствует о том, что применяемые расчетные методы позволяют получить точные оценки надежности при условии определения и ликвидации схемно-конструкционных недоработок и производственных несовершенств.
Таким образом, для того, чтобы применять расчетно-экспериментальную оценку для доказательства заданного уровня надежности приборов, необходим метод испытаний, который позволял бы с высокой точностью найти СКН и технологические несовершенства, и после этого найти и предпринять меры по их ликвидации.
При разработке такого метода испытаний исследуются данные и итоги испытаний и эксплуатации более 40 типов РИП.
В итоге было выявлено, что СКН и технологические несовершенства ярче всего отображаются и раскрываются в ходе промежуточных испытаний на устойчивость к влиянию механических и климатических факторов. Испытания на надежность, которые проводятся с помощью метода последовательного анализа при нормальных
условиях в течение продолжительного периода, безрезультатны для обнаружения СКН и технологических недостатков, не обеспечивают должными сведениями для разработки дальнейших мер усиления надежности и практически представляют собой только вид достигнутой степени надежности в благоприятных условиях. Гистограмма распределения количества выявленных СКН, построенная по анализируемой выборке, а также ее аппроксимация теоретической функцией ф (К) показаны на рисунке 1. Аппроксимация статического распределения получена в виде функции
2<Т2
где К - количество СКН; о = 2,9 - среднее квадратическое отклонение.
Из рисунка 1 следует, что для получения вероятности выявления СКН (Р<1) нужно испытать прибор на выявление числа К СКН, определяемого из уравнения
(1)
Расчеты указывают на то, что для получения вероятности Р = 0,98 продолжительность испытаний должна быть такой, чтобы обнаружить до семи возможных СКН прибора [2, 383 с].
Для увеличения достоверности оценки по формуле 1 определяется также количество К выявляемых СКН, после рассчитывается продолжительность испытаний по формуле
(2)
и л'
где X - интенсивность выявления СКН.
Рисунок 1 - Гистограмма распределения количества выявленных СКН
Вместе с тем при анализировании данных промежуточных испытаний опытных образцов приборов рассматриваемой выборки выявлено, что средняя продолжительность испытаний, необходимая для определения одной СКН при влиянии внешних факторов, составляет 220 ч. Для обеспечения вероятности
выявления СКН Р = 0,98 общая продолжительность испытаний должна составлять 1540 ч при влиянии механических и климатических факторов. Это говорит о том, что при испытании трех опытных образцов радиоизмерительных приборов всякий из них должен пройти испытания продолжительностью более 500 ч. При ежесуточной наработке каждым из трех приборов 16 ч продолжительность испытаний будет составлять 32 дня. Если также включить принятие мер по ликвидации причин появления СКН и повторных испытаний суммарная продолжительность испытаний будет длится около двух месяцев.
В данном случае за оценку уровня безотказности (средняя наработка на отказ Т0) зачисляется расчетно-экспериментальная оценка с доверительной вероятностью 0,98. Точность оценки эквивалентна точности, получаемой при испытаниях длительностью 6Т0.
Гистограмма распределения выявленных СКН от периода испытаний 1;0, построенная для приборов анализируемой выборки, приведена на рисунке 2, где { - функция распределения выявленных СКН.
Исследование гистограмм показывает, что испытания продолжительностью более 1500 ч бесполезны для обнаружения СКН и неэффективны для принятия мер по повышению надежности. Для того, чтобы принять решение о соответствии безотказности РИП установленным нормам, необходимо получить другую, дополнительную информацию. Для этого ведется учет отказов.
Допускаемое число учитываемых отказов КН в зависимости от значения средней наработки на отказ рассчитывается по формуле
где Ку - коэффициент ускорения, рассчитанный по результатам испытаний приборов - аналогов анализируемой выборки; ТО З - значение средней наработки на отказ, записанное в проекте технических условий.
Получены следующие цифровые значения КН при заданных значениях ТО З 103ч - 2; 5; 7; 10; 15; 20 при КН 9; 4; 3; 2; 1; 1 соответственно.
Следовательно, подытожив вышеизложенное, получим интегральную оценку безотказности опытных образцов приборов, включающая расчетно-экспериментальную оценку, необходимая точность которой обеспечивается надлежащей продолжительностью испытаний, и экспериментальную оценку по допускаемому числу отказу. Таким образом правило принятия решения о соответствии опытных образцов заданным требованиям по безотказности формулируется так: опытный образец радиоизмерительных приборов будет соответствовать требованиям по безотказности в случае выполнения неравенства ТО Р >ТО З , где ТО Р - расчетно-экспериментальное значение средней наработки на отказ, и число учитывающих отказов не превышает значения, которое приводится выше для соответствующего уровня наработки на отказ.
Рисунок 2 - Гистограмма распределения выявленных СКН от периода испытаний ^
Для проверки и последующего одобрения изученного способа оценки средней наработки на отказ проводились опытные исследования испытателей полупроводниковых приборов Л2-23 и генераторов сигналов низкочастотных Г3-106. Итоги экспериментальных исследований сопоставляли с итогами эксплуатации.
Испытания проводили пятью циклами суммарной продолжительностью 2000 ч. Степень и продолжительность влияния внешних факторов соответствовали установленным в технических условиях на указанные РИП для условий эксплуатации и испытаний. Для обеспечения жестких условий испытаний и приближения их к истинным условиям эксплуатации внешние факторы в каждом цикле испытаний устанавливали в следующем порядке: ударные нагрузки, вибрационные нагрузки, повышенная влажность при повышенной температуре, пониженная температура, повышенная температура; циклическое воздействие температур [3, 85 с].
При испытаниях приборов Л2-23 получено три отказа, два из которых - схемно-конструкционные. Они были выявлены на 190 и 373 ч испытаний. Причиной отказа послужил ошибочный выбор измерительной головки - прибора М93, группа исполнения которой различается от группы исполнения прибора Л2-23. Наличие СКН у прибора дает возможность объяснить, почему расчетное значение средней наработки на отказ (7000ч) значительно больше оценки, полученной по результатам эксплуатации (4440 ч).
В ходе испытаний приборов Г3-106 отказов не наблюдалось. Расчетная оценка наработки на отказ Г3-106 сходится с оценкой, которая была получения в результате эксплуатации.
В итоге, следствия эксперимента показали возможность использования предложенной оценки безотказности опытных образцов высоконадежных радиоизмерительных приборов.
Данная оценка характеризуется уменьшением продолжительности испытаний испытываемых образцов высоконадежных РИП с 2-4 лет до 1,5-2 месяцев, независимостью продолжительности испытаний опытных образцов от достигнутого уровня наработки на отказ, значительной результативностью обнаружения схемно-конструкционных недоработок, и, тем самым, ростом безотказности приборов до уровня, зависящего от качества применяемой элементной базы, повышением достоверности оценки средней наработки на отказ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 ГОСТ 2.103-68. ЕСКД. Стадии разработки.
2 Шор, Я. Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. - М. : Сов. радио, 1962.
3 Юбиш, Г. Защита радиоэлектронной аппаратуры от влияния климатических условий. - М. : Энергия, 1970.
Материал поступил в редакцию 10.04.14.
М. Ж. Асылбекова, С. Ю. Маркова
Жогары сен1мд1 радиоелшепш ^рылгылардыц тэж1рибел1 Yлгiлердiц мYлтiкdздiгшщ багасы
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к.
Материал 10.04.14 баспаFа тYстi.
M. Zh. Asylbekova, S. Yu. Markova
Evaluation of reliability of the prototypes of highly reliable radio devices
S. Toraighyrov Pavlodar state university, Pavlodar.
Material received on 10.04.14.
Мацалада тэжiрибелiк улглердщ есептж-эксперементалды багаларда крлданылуы ушт радиоолшегш аспаптардыщ сешмдтк кврсеткш бойынша материалдары усынылган.
The article presents the material on the reliability of radio equipment for the computational experimental evaluation for prototypes.
