книги / Методы обеспечения надежности изделий машиностроения
..pdfВ |
первом |
приближении |
примем |
о/,.(/) = Хр ==2,5-10 3 ч |
1 |
|||||||||
2. |
Ходовой двигатель шасси Д12: |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
_ _S_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Я2( 0 = е |
Гр2 « 1 ~ J ^ = |
|
1 ~ |
Ш |
= |
1-0,1= 0,90; |
|
||||||
|
|
|
|
°рг(0 = |
- f — |
= |
3,3* 10-3 я " 1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Р2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Механические узлы крана Сб. 01: |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Р3(/) = |
е |
|
V |
Рз |
х* ' |
|
|
|
||
Время |
работы |
механических |
узлов |
крана |
составляет |
|||||||||
= 30 ч, /хрз = |
10 ч: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i.e e - io - 3 |
|
|
||
|
|
|
КРз = \ 0 |
- \ = |
|
1,66.10-6 ч -'; |
|
|
||||||
|
Р,(0 - |
Г |
(V* + |
|
|
ж |
, _ ч<[> _ |
|
|
|
||||
= |
1 — (1,66-10-3-30 -ь- 1,66-10~6- 10) = |
1 - |
0,0049 = 0,9951; |
|
||||||||||
|
|
|
а Р3 (1) = |
^р3 = |
1,66* 10-3 ч - 1 |
|
|
|||||||
4. |
Гидравлические узлы крана Сб. 02: |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Л (t) |
= |
е |
- |
й - + ¥ - ) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
' |
р |
хр ' |
|
|
|
|
|||
Время работы |
гидравлических |
узлов |
составляет |
/ру= 30 |
ч, |
|||||||||
/чР4 = |
10 ч: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч - Т — Ж - ° . 0 ° 2 = 2 - Ю-а |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
Р4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЯХР4 = 1 0 -% 4 = 2 .1 0 -в ч - ; |
|
|
|
||||||||
|
p . w |
- |
<V"' + ‘"' ч ) |
* |
1- |
( V |
., + |
к и ) |
- |
|
||||
|
|
= |
1 - |
(2-10“3-30 + |
2 -10“ 6. 10) = 0,94; |
|
|
|||||||
|
|
|
° р 4 ( 0 — Ч4— 2*10 |
3 ч |
1 |
|
|
|
81
Рис. 3.4. Структурная схема надежности системы электроавтоматики
5. |
Система электроавтоматики Сб.ОЗ приведена |
на рис. 3.4. |
|||
Блоки и пульты системы, в свою очередь, состоят из большого |
|||||
числа элементов с различными видами |
соединений (параллель |
||||
ным, |
смешанным, по принципу «два из трех», троированных и |
||||
т. п.). Используя справочные данные по интенсивности отказов |
|||||
элементов системы с учетом коэффициента нагрузки и схем |
|||||
соединений, |
рассчитываем |
значения |
интенсивностей |
отказов, |
|
ч-1: блока |
питания Л = 5-10-5; пульта |
управления А,2 = 3'10~5; |
|||
блокировки |
.1 |
Л-з = 10-10-5; |
пульта сигнализации |
||
отключения |
^4= 2 -10"5 По полученным расчетным значениям интенсивностей отказов
определяем вероятность безотказной работы системы электроав томатики, предварительно рассчитав общую интенсивность отка зов дублированных блокировок.
Для нагруженного резервирования среднее время работы
определяем по формуле |
|
|
|
|
||
г- = т 0 + Т + Т + |
+ т ) |
|||||
В нашем случае используется резервирование двух элемен |
||||||
тов, поэтому получим |
|
|
|
|
||
7' - |
т ( ' + т |
) или |
1 |
3 |
||
* 3 ’ |
2 ’ |
|||||
лок |
2Хз |
А .1 0 .1 0 " 5 = 6,6-10"5 ч "1 |
||||
3 |
||||||
О |
|
|
|
|||
Вероятность безотказной работы системы электроавтомати |
||||||
ки равна: |
|
|
|
|
|
|
Я5(/)= е S <VP+*V.P) « |
1 _ [(5+ 3+ 6 .6+ 2) 10“ 5.30 + |
|||||
+ (5 + 3 + 6 ,6 + 2) 10“ *- 10_э10] = |
1 -0,005 = 0,995; |
|||||
|
оР#(0= |
16,6-10"5 ч -' |
|
|
82
Вероятность безотказной работы крана |
|
|||
илиI |
Р(0 = |
я, (t)P2(t)Ps(t)PAt)P5(t) |
||
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— Z ( + * р |
^ * р < ( * р ) |
5 |
|
|
|
|
/= I |
1=1 |
=1 — (2,5-10_3 + 3,3.10-3-30+1,66*10-3.30 +
+2-10_3-30 + 0,166-10_3*30-+-2,5-10_6-ЗОН-3,3-10“ 6- 10+
+ 1,66-10"6- 1 0 + 2 -Ю"6- 10+ 0,166-10“ 6- 10) = 0,814;
+ (1,66- I0~*f + (2 - 10“ 3)2 + (6,6- 10"5)2 = |
V23,78- 10-6= |
|
||||||||
|
|
= |
4,8* 10“ 3 = |
0,0048. |
|
|
|
|||
При определении коэффициента готовности воспользуемся |
||||||||||
той же структурной схемой надежности |
(см. рис. 3.3) |
и форму |
||||||||
лами (3.23) — (3.26): |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тг |
= £ |
Q,•(*)<„, = I |
[1 - |
P ,(t)K = |
0,0257-3 + 0,1-20 + |
|
||||
рем.ц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 0,049.5 + 0,06.4 + 0,005.2 = 2,36 ч. |
|
|
||||||
Среднему времени работы за один цикл |
(неделю) длителыюстью |
|||||||||
/ = 40 ч |
соответствует среднее |
время ремонта |
Трем.ц |
* |
* |
|||||
Так |
как |
регламент |
проводится |
с |
периодичностью эксп |
|
||||
= 3 мес., то суммарное время ремонта за |
этот период |
|
|
|||||||
где число 3 |
соответствует 3 |
мес.; |
число |
4 |
числу |
недель |
в |
|||
|
|
|
месяце. |
|
|
|
Таким образом, суммарное время ремонта на 3 мес. экс- |
|||
плуатации крана |
|
|
|
/С |
— Трем — 28>3 2 |
0013* |
|
рем |
TSKcn |
2160 |
° '013’ |
|
Г“ ®ГЛ |
___ 2 1 -= |
0,011; |
|
|
■_ л <ЛЛ |
7 |
|
|
2160 |
|
|
|
1 -(0,013 |
+ 0,011) = 0,976: |
83
Среднее значение наработки на отказ определим по формуле
где |
То = |
1А. |
k = Y , К |
= (2,5+3,3+1,6+2,0+0,166) 10-3 = 9,56-10_3 ч "1- |
|
Хт=1 |
тл п = |
= 115 ч. |
|
||
|
9,56-10” 3 |
Полученные показатели удовлетворяют заданным требо
ваниям: |
|
|
|
|
|
|
|
P(t) = |
0,814 > |
Ffi = |
0,80; |
Кг = |
0,976 > |
ф = |
0,95; |
oP{t) = |
0,0048 < |
ajfo = |
0,05; |
а*г = |
0,013 < |
ат*рг = |
0,03; |
|
|
Т0 = 115 > 100. |
|
|
3.7. ПРОГРАММА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ НА ЭТАПЕ РАЗРАБОТКИ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ И ИСПЫТАНИЙ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ
Разработка программы обеспечения надежности преду сматривается техническим заданием на изделие. Программа определяет комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на обеспечение заданных требований по надеж ности проектируемой технической системы на этапах разработки технической документации, изготовления опытного образца, проведения предварительных и приемочных испытаний, корректи ровки конструкторской документации, а также доработки опыт ного образца по результатам исытаний. С целью обеспечения надежности изделия число опытных образцов должно быть не менее трех.
В перечень мероприятий по обеспечению надежности должны включаться следующие виды работ:
уточнение требований к надежности по результатам ана лиза эскизного проекта;
уточнение расчета надежности по результатам окончатель ной схемно-конструктивной корректировки конструкторской до кументации;
корректирование силовых и прочностных расчетов элементов окончательно выбранного схемно-конструктивного построения изделия;
метрологическую экспертизу технической документации; расчеты размерных и метрологических цепей;
разработку и согласование комплексной программы экспе риментальной отработки и методик испытаний;
составление карт и проверку рабочих режимов комплектую щих радиоэлектронных элементов, расчет тепловых режимов узлов и блоков системы электроавтоматики;
84
входной контроль комплектующих изделий и материалов; анализ отказов и рекламаций покупных комплектующих из делий в процессе входного контроля и испытаний в составе технической системы;
расчет уровня стандартизации и унификации; оценку уров ня коэффициента применяемости;
уточнение состава и размещения запасных инструментов, принадлежностей (ЗИП); расчет-обоснование состава ЗИП; кор ректирование ведомости ЗИП;
разработку испытательного оборудования и средств контро ля для проведения испытаний;
периодическое рассмотрение отчетных материалов программ соисполнителей опытно-конструкторских работ по результатам уточненных расчетов надежности и испытаний; выдачу заклю чений; контроль реализации программы обеспечения надежности; разработку технических условий на изготовление, испыта
ние и сдачу изделий; анализ технологии изготовления изделий; контроль техно
логических процессов при изготовлении, сборке и испытаниях деталей и сборочных единиц опытных образцов;
авторский надзор за изготовлением опытных образцов; разработку эксплуатационной документации, устанавливаю щей требования по поддержанию надежности изделий при экс плуатации; практическую проверку эксплуатационной докумен
тации на опытных образцах; определение фактических значений показателей надежности
изделия и его составных частей по результатам предвари тельных и приемочных испытаний;
сбор, обработку и анализ сведений о неисправностях по результатам всех видов испытаний и рекомендации по их устра нению;
оценку влияния внешних воздействующих факторов на изде лие по данным климатических испытаний и других воздействий; экспериментальную проверку и подтверждение правильности конструктивных решений; проверку защитных средств от отказов по данным испытаний опытных образцов; проверку запаса по
ресурсу; корректирование конструкторской и технологической доку
ментации по результатам испытаний; составление отчета о достигнутых значениях показателей
надежности с учетом реализации программы обеспечения на дежности;
контроль реализации мероприятий, осуществляемый с целью выявления их полноты и качества, в указанный срок; при этом контроль осуществляет разработчик изделия с участием службы надежности и отдела технического контроля.
Г л а в а 4
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ИСПЫТАНИЙ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ
4.1. ОРГАНИЗАЦИЯ СОЗДАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ (ИЗДЕЛИЙ)
В результате научно-технического прогресса техниче ские возможности промышленности возрастают и возникает необ ходимость создания принципиально новых или модернизация существующих сложных технических систем, так как происходит быстрое моральное старение разработанной системы по сравнению с физическим износом. Это приводит к необходимости создания таких систем, которые бы учитывали возможность проведения двух-трех модернизаций.
Переход к принципиально новой конструкции изделия связан с большими изменениями процесса производства, что требует значительных затрат материальных средств и времени. Поэтому при создании нового изделия, способного выполнять более сложные технические задачи, стремятся модернизировать основные несущие узлы, механизмы, металлоконструкции, сохра няя по возможности без изменений (или с незначительными из менениями) остальные узлы и механизмы. Такой подход позво ляет в короткие сроки при небольших затратах создавать новые технические системы (изделия), способные решать более слож ные задачи.
Как уже отмечалось в гл. 1, процесс создания нового из делия включает в себя следующие этапы: техническое предложе ние, эскизное проектирование, техническое проектирование. При сложившейся практике разработки сложных технических систем, выпускаемых небольшими партиями, главными являются вопросы не только опытной отработки первых образцов, но и мелкого серийного производства, а также обслуживания их в эксплуатации.
Совместные исследования и проработки заказывающих и про ектирующих организаций позволяют определить круг задач и способы их решения. Одновременно с этим принимают совместное решение о числе изготовляемых опытных образцов, позволяющих произвести всестороннюю проверку их работоспособности и на дежности. При разработке новой конструкции сложной техни ческой системы, как показывает практика, наиболее оптимальным
86
является изготовление 10—12 опытных образцов, а при модерни зации такой системы — 2—3 опытных образца.
На этапе создания технической системы головная организа ция совместно с предприятиями-смежниками проводит разра ботки в виде технических предложений, после рассмотрения которых окончательно утверждают и согласовывают техническое задание или технические требования на создание новой техни ческой системы (изделия). Такую систему (изделие) можно представить в виде ряда иерархических уровней (рис. 4.1).
К первому уровню относят само изделие, которое требуется спроектировать. Второй уровень представляют основные узлы, механизмы и другие сборочные единицы, которые выполняют в виде отдельных компоновочных бункеров, агрегатов, установок блоков. Основные сборочные единицы (ответственные узлы и ме ханизмы) проектируют и отрабатывают, как правило, специали зированные предприятия на стендовом оборудовании, а затем в составе изделия на головном предприятии. На третьем уровне располагаются комплектующие элементы, т. е. детали, мелкие узлы и узлы, входящие в состав основных сборочных единиц.
На этапе технических предложений и эскизного проектиро вания головная проектная организация в соответствии с техни ческим заданием или техническими требованиями разрабаты вает для смежных организаций и предприятий технические задания на основные сборочные единицы.
В соответствии с техническим заданием головное предприя тие и смежные предприятия проводят анализ и выбор конструктив ных схем, а также необходимые проектные расчеты. Принятые решения обосновывают в ходе моделирования работы отдельных узлов, механизмов в лабораторных условиях, а также исполь зованием математического моделирования на ЭВМ. Одновременно разрабатывают документацию на изготовление макетных образцов соответствующих механизмов, узлов, сборочных единиц. На этом практически заканчивается эскизное проектирование, т. е. вы полнение в основном расчетных работ.
Следующим этапом является техническое проектирование, которое предусматривает выпуск рабочих чертежей на изготовле ние деталей, узлов, механизмов. По завершении технического проектирования изготовляют опытные образцы основных сбороч ных единиц для опытной отработки.
Систему опытной отработки строят на совокупности испы таний всех элементов иерархических уровней, начиная с самого низшего до самого высокого. Вместе с тем отработка может проводиться одновременно на разных уровнях, т. е. испытания комплектующих элементов и основных узлов могут проводиться одновременно на соответствующих предприятиях-изготовителях.
После успешной отработки комплектующих элементов и ос новных узлов переходят к испытаниям изделия. Программа испы-
87
Рис. 4.1. Иерархическая схема изделия (сложной технической системы)
таний как комплектующих элементов, основных узлов, так и из делия в целом должна охватывать весь спектр задач, стоящих перед изделием при эксплуатации.
Следует отметить, что изготовление основных узлов и из делия проводят по документации главного конструктора на стен довом оборудовании в условиях предприятия-изготовителя опыт ных образцов. В ходе испытаний по мере появления неисправ ностей их анализируют и принимают конструктивные меры по совершенствованию основных узлов и комплектующих элементов изделия. Проводимые конструктивные изменения вводят в техни ческую документацию опытных образцов изделия. После завер шения стендовых испытаний комплектующих элементов и узлов их монтируют на изделие, а затем приступают к предварительным испытаниям на проверку работоспособности.
В процессе предварительных испытаний на функционирова ние выявляются замечания и неисправности, на основании кото рых корректируют конструкторскую и эксплуатационную доку ментации.
Следующим этапом являются межведомственные испытания, в
ходе которых проводят всестороннюю проверку основных узлов в совместном их взаимодействии с изделием при выполнении работ. По результатам испытаний выявляют замечания и неисп равности, на основании которых проводят изменения конструк торской и эксплуатационной документаций и одновременно с этим идет разработка технической документации на серийное производство изделия.
Завершающим этапом являются ресурсные испытания, которые предназначены для всесторонней проверки изделия в реальных условиях эксплуатации. После завершения ресурсных испытаний совместно с данными предварительных испытаний принимают решение о пригодности вновь созданного изделия для исполь зования по назначению.
Недостатки, обнаруженные в процессе всех видов испытаний, устраняют путем проведения доработок конструкторской и экс плуатационной документации, которые учитывают при разработке технической документации для серийного производства.
Серийное производство сложных технических систем органи зуется на предприятиях, имеющих достаточные мощности, при этом изготовление изделий производится с учетом принятых кон структивных изменений на этапе ресурсных испытаний. В целях отладки технологического процесса на серийном предприятии вначале выпускают установочную партию изделий, по которой проводится тщательный анализ и контроль серийной документа ции, а также качество выпускаемой продукции. По результатам изготовления установочной партии изделий окончательно кор ректируют технологию производства и методы контроля серийной продукции. Объем выпуска серийной продукции предусматри
89
вается заказывающим ведомством с учетом возможности предпри- яния-изготовителя по ее производству, а также в зависимости от спроса на расширение производства этого предприятия или возможности подключения к производству других подобных предприятий, способных изготовлять такие изделия.
Рассмотренные выше этапы создания сложных технических систем отличаются неодинаковыми затратами материальных средств и времени. Так, если все расходы, связанные с выпол нением программы по созданию изделия, составляют 100 %, то
на |
разработку технического |
задания, |
технических |
предложений |
и |
эскизное проектирование |
затраты |
не должны |
превышать |
5—10 %, на техническое проектирование 10—20 %, и соответ ственно на изготовление опытных образцов и испытания затраты материальных средств и времени должны составлять 70—85 %.
При создании новых изделий практика показывает, что с увеличением сложности создаваемой системы существенно возрас тают средства и время на опытную отработку. В свою очередь, это обязывает более подробно анализировать процесс опытной отработки и искать возможности управления за счет обеспечения направленных доработок и оптимизации объемов испытаний.
4.2. ПРОГРАММА И ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Целью программы испытаний является распределение задач опытной отработки изделия по видам испытаний, сроку и порядку их проведение. Программа испытаний предусматривает проверку параметров изделия, определенных техническим зада нием. В процессе всех видов испытаний отработку опытных образ цов проводят по разработанной программе. Практика экспери ментальной отработки сложных систем подтверждает необхо димость следующих видов испытаний (ГОСТ 16504—81): пред варительные (лабораторно-стендовые, ресурные) испытания ос новных узлов, механизмов, сборочных единиц; предваритель ные заводские испытания изделия; межведомственные испытания изделия; ресурсные испытания изделия. Рассмотрим цели и за дачи каждого из перечисленных выше видов испытаний.
Целью предварительных (лабораторно-стендовых) испытаний
является экспериментальная проверка и отработка узлов, ме
ханизмов и |
сборочных единиц на соответствие конструктивным |
и расчетным |
характеристикам. |
Экспериментальными работами должны быть подтвержены допустимые режимы эксплуатации комплектующих элементов и материалов, а также гарантийные сроки службы узлов, меха низмов и сборочных единиц. Испытания проводятся на стендовом оборудовании (табл. 4.1).
Число опытных образцов (сборочных единиц) и продолжи тельность каждого вида испытаний на стендовом оборудовании различны (табл. 4.2).
90