CC BY
239
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ КОНТРОЛЬНО-ПРОВЕРОЧНОЙ АППАРАТУРЫ РАДИОВЫСОТОМЕРНЫХ СИСТЕМ НА ЭТАПЕ
РАЗРАБОТКИ
ОАО «УПКБ «Деталь»
Яблонских Н.С., Бухаров А.Е.
Как известно, в комплексе мероприятий по обеспечению надежности и поддержанию в состоянии постоянной исправности при эксплуатации радиовысотомерных систем (РВС), большое значение имеет оценка их работоспособного состояния при помощи контрольно-проверочной аппаратуры (КПА) [1]. В результате такой оценки возможно установить степень нормального функционирования РВС или обнаружить неисправность, определить место неисправности и предупредить появление отказа, принять решение о временном отключении аппаратуры до устранения дефекта или снять ее с эксплуатации для дальнейшего ремонта. Таким образом, КПА является основным инструментом для постоянного контроля работоспособности РВС в течение всего периода эксплуатации.
Учитывая важность КПА, при её проектировании в свою очередь также должны предъявляться такие требования по надёжности, выполнение которых позволило бы обеспечить работоспособность КПА в течение всего периода эксплуатации РВС. Следовательно, формирование требований по надежности и их последующая оценка - важнейшая часть работ по проектированию КПА.
В работе [2] представлена методика для технологической КПА, позволяющая сформировать требования по надежности в техническом задании (ТЗ) на разработку и произвести оценку надежности на всех этапах проектирования КПА, включая разработку опытного образца. Однако указанная методика не отражает специфики работы большинства КПА для РВС, а именно циклический характер их работы. С учётом этого, методика [2] была существенно доработана.
1 Формирование требований по надежности в ТЗ на разработку КПА для РВС
На всех этапах проектирования КПА подразделяются на простые изделия -вид I и сложные - вид II (см.таблицу 1 [2]). К изделиям вида I отнесены изделия, которые в процессе эксплуатации могут находиться либо в работоспособном, либо в неработоспособном состоянии (состоянии отказа). К изделиям вида II относятся изделия, которые в процессе эксплуатации помимо двух состояний (работоспособном или неработоспособном), могут находиться и в частично неработоспособном состоянии с некоторым снижением эффективности функционирования.
Таблица 1 - Показатели надежности КПА
Номенклатура показателей надежности Вид КПА Наименование показателя Обозначение показателя
Показатели безотказности I Наработка на отказ т
II Вероятность безотказной работы P(t)
Наработка на отказ т
Показатель ремонтопригодности I, II Время восстановления /в
Показатели долговечности I, II Средний ресурс Тср
Средний срок службы Тс.сл
Комплексные показатели I Коэффициент готовности Кг
II Коэффициент оперативной готовности Ко.г.
Коэффициент готовности Кг
Перед выбором показателей надежности КПА устанавливаются критерии предельного состояния изделия [3]. Под критерием предельного состояния изделия понимают признак или совокупность признаков, установленных в эксплуатационной документации и характеризующих факт перехода изделия в состояние, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна (из-за того, что для восстановления работоспособности требуется отправка изделия в ремонтный орган), либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно (из-за больших затрат на восстановление работоспособного состояния).
При отсутствии технических требований к надежности разрабатываемой КПА задание числовых значений показателей надежности в ТЗ производится ориентировочно по формулам [2]:
NSH У т L-i ан T /=1 " , (1)
т _ 1 N 1ср, (2)
t P(t) _ (3)
Nu У ± taai, ta _ — a NM , (4)
n У т»а, гг /_1 тйб _ n, (5)
Ё _ 6 а 6 + ta , (6)
II к (7)
где Tkii - наработка на отказ /-го аналога;
Na - количество рассматриваемых аналогов КПА;
N - ориентировочное количество элементов в разрабатываемой КПА;
2
Діб - усредненное значение интенсивности отказов элементов, при условии
их равнонадежности;
tS4i - время восстановления /-го аналога (определяется по результатам эксплуатации аналогичных КПА);
Т - наработка на отказ КПА;
ТЪ - средний ресурс ЭРИ /-го типа;
t. - среднее время восстановления;
P(t) - вероятность безотказной работы КПА за время t;
Е~ - коэффициент готовности;
Е- коэффициент оперативной готовности;
t - суммарное время непрерывной работы КПА за определенный период эксплуатации КПА.
2 Расчет надежности КПА для РВС на стадии эскизного проекта
На стадии эскизного проекта, в отсутствии полных данных о режимах и условиях работы электрорадиоизделий (ЭРИ), входящих в отдельные блоки, производится ориентировочный расчет надежности интенсивности отказов КПА [2]. При этом расчете учитываются только те элементы, которые входят в основную функциональную схему КПА.
Расчет на стадии эскизного проекта учитывает только влияние на надежность типа и количество применяемых ЭРИ.
На эскизном проекте интенсивность отказов КПА в условиях эксплуатации (2рЭ) рассчитывается как
L N
Дбу = XX Д/
1=1 i=1
где L - количество составных частей в КПА;
N - количество типов ЭРИ в составных частях;
Д - эксплуатационная интенсивность отказов ЭРИ /-го типа, приведена в справочнике [4];
П - количество ЭРИ /-го типа в l-ой составной части КПА.
Расчет надежности показателей безотказности и комплексных показателей производится по ориентировочным значениям ^-характеристик по формулам:
1
Д, (9)
п/
(8)
T =
Ъу 3
P(t) = g 1t
(10)
Е,
О
О + L
(11) (12)
Среднее время восстановления определяется по результатам испытаний макетного или опытного образца как [2]
Е,а = Е а • Щ)
3
N
U; • П
i=1
N
I
i=1
n,
(13)
где tai - среднее время восстановления i-й КПА, ч; ni - количество вариантов КПА.
Средний ресурс Тср показателя долговечности определяется по статистическим данным, полученным по результатам эксплуатации установок по формуле [2]
п
I У
T =
i=1
n . (14)
3 Расчет надежности КПА для РВС на этапах технического проектирования и разработки опытного образца
На этапе технического проектирования и разработки опытного образца, когда известны реальные режимы работы ЭРИ и блоков, производится полный уточненный расчет интенсивности отказов КПА [2]. Порядок расчета надежности КПА на этапах технического проектирования и разработки опытного образца следующий. Определяется принадлежность вида КПА (вид I или вид II). Для КПА вида II устанавливается число возможных уровней работоспособности. Составляется структурная схема расчета надежности. Для КПА вида II составляются расчетные схемы надежности для каждого уровня работоспособности.
Расчет интенсивности отказов ЭРИ, входящих в блоки, проводится с учетом влияния электрической нагрузки и температуры внутри блока.
На этапе технического проектирования и разработки опытного образца, при оценке надежности КПА, нельзя упускать из вида то обстоятельства, что большую часть времени при эксплуатации КПА может находиться в выключенном состоянии, хотя подвергается в это время довольно жестким воздействиям окружающей среды. Условия эксплуатации зачастую таковы, что КПА для РВС в основном включаются на короткие интервалы времени для контроля параметров. При циклической работе КПА в наибольшей степени подвержена отказам.
Значения интенсивностей отказов КПА рассчитываются по данным интенсивностей отказов комплектующих ЭРИ [4] по формулам:
- для режима работы:
L N
l = Ці,
n.
K pi •K a
для режима хранения:
l=1 i=1
L N
Q
П K
q=1
l = Ц1Жі • ni • Kбйё
/=1 i=1
(15)
(16)
где L - количество блоков в приборе;
N - количество типов элементов в l-ом блоке;
Лбі - базовая интенсивность отказов ЭРИ i-го типа в /-ом блоке в номинальном режиме работы;
t
а
4
пі - количество ЭРИ i-го типа в 1-ом блоке;
Крі - коэффициент режима, учитывающий электрическую и тепловую нагрузки ЭРИ i-го типа;
Кзі - коэффициент эксплуатации, учитывающий влияние механических, климатических воздействий окружающей среды на интенсивности отказов ЭРИ і-го типа;
Kqi - коэффициент q-го вида элемента i-го типа в режиме работы;
Q - количество видов коэффициентов, характерных для ЭРИ i-го типа в зависимости от электрических, тепловых, конструктивных факторов, методика подбора (расчета), которых приведена в справочнике [4];
Лбсгі - среднегрупповое значение интенсивности отказов ЭРИ i-го типа, находящегося в выключенном состоянии в нормальных условиях окружающей среды [4];
Кусл - коэффициент, учитывающий условия хранения.
При отсутствии в справочниках характеристик на некоторые ЭРИ расчет ведется по формуле:
L N
Лб = ZZ1™ • Пі • Kyi . (17)
1=1 i=1
Расчет наработки на отказ КПА в условиях эксплуатации проводится по формуле [5]
T =
1
Лб Г 1- t„ Л N. 1
1 + -°- ■ ° + °
t Лб t б Лб 1б )
(18)
где Лр, Лхр - интенсивности отказов КПА в режимах работы и хранения соответственно;
Лц - интенсивность отказов КПА на цикл включения-выключения
(Лц - Лр) [5];
tp - наработка КПА за рассматриваемый срока эксплуатации;
?х - время хранения (нахождения в выключенном состоянии) за рассматриваемый срок эксплуатации;
N - количество циклов включения в работу за срок эксплуатации.
Расчет надежности КПА ведется для рассчитанных значений коэффициента нагрузки ЭРИ, характеризующих наиболее тяжелые условия работы ЭРИ в составе КПА при максимально допустимой температуре внутри блоков.
Расчет ремонтопригодности производится по формуле (13).
Расчет показателей Кг и Каг в общем виде производится по формулам [2]:
л
о
О+Ё > (19)
Е.
Е,а = Еа ■ т) (20)
а при наличии встроенного автоматического контроля производится с учетом того, что расчетные формулы Кг зависят от схемно-конструктивного построения КПА [6]. Если установка контролируется полностью и непрерывно, то [2]
5
Е_ =^°_=-^ О+tk М + 1д ’
(21)
где
[2]
ц - интенсивность восстановления, определяется как отношение числа восстановленной системы за период времени к суммарному времени восстановления за тот же период.
Если КПА контролируется полностью через равные промежутки времени, то
Е* =■
1 - а1О
go.id + - (1+а-18 О)
m
(22)
где Тпр - периодичность контроля КПА;
Y - полнота контроля, которая представляет собой условную вероятность обнаружения факта отказа КПА, если КПА действительно отказала.
Если КПА контролируется через случайные промежутки времени, распределенные по экспоненциальному закону, то [2]
Е,
1
- +1 +1 , v m
(23)
где v - параметр экспоненциального распределения между контрольными проверками.
Если часть КПА контролируется непрерывно, а другая часть проверяется через случайные промежутки времени, распределенные по экспоненциальному закону, то [2]
Е =•
m(1 +n)
(1 +n)(m+i)+1 (m+v+1)'
(24)
1 =1-1
где Лк, Лн - интенсивности отказов контролируемой и неконтролируемой части КПА соответственно.
Если часть КПА контролируется непрерывно, а другая (неконтролируемая) проверяется только при возникновении отказа в контролируемой части, то [2]
г mi ■ 1
Еа = 1? +1 ч • (25)
1(m + 1ё)
Заключение
Отметим, что предложенная методика, устанавливающая номенклатуру основных показателей надежности КПА и порядок расчета этих показателей, может быть использована для ориентировочной и уточненной оценки надежности при разработке и изготовлении как для КПА для РВС, так и для КПА других систем, имеющих циклический характер работы.
Материалы расчетов надежности, согласно программе обеспечения надёжности на этапе разработки (ПОНр), выполненной в соответствии по [7], и в соответствии с вышеприведённой методикой, оформляются в виде отчета (пояснительной записки) с расчетом надежности.
6
ЛИТЕРАТУРА
1 Смирнов Н.Н, Андронов А.М. и др. Эксплуатационная надежность и режимы технического обслуживания самолетов. - М.: «Транспорт», 1974.
2 Морозов Ю.П., Кузьмичев М.А. и др. Инженерная методика расчета надежности технологической контрольно-измерительной аппаратуры // Вопросы радиоэлектроники. Технология производства и оборудование, № 2, 1985. - 119125.
3. ГОСТ РВ 15.702-94. СРППП. Военная техника. Порядок установления и продления назначенных ресурса, срока службы, срока хранения.
4 Надежность электрорадиоизделий. Справочник. 22 ЦНИИИ Минобороны России, РНИИ «Электронстандарт», 2006 г.
5 Бухаров А.Е. Иофин А.А., Смирнова Г.И. Оценка надежности при циклической работе радиовысотомеров на различных этапах испытаний, отработки и эксплуатации // Надежность и качество: тр. междунар. симп. в 2-х томах. т. 2. -Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ, 2006. - С. 30-32.
6. ОСТ4 ГО.012.031. Системы управления автоматизированные. Методика расчета надежности. Редакция 1-73.
7. ГОСТ РВ 27.1.02-2005 Надёжность ВТ. Программа обеспечения надёжностью. Общие требования.
8. Шор Я.Б., Кузьмин Ф.Н.Таблицы для анализа и контроля надежности. -М.: «Советское радио», 1968.
7
