книги из ГПНТБ / Лазарев, Н. М. Пути обеспечения надежности при проектировании и изготовлении приборов, средств автоматизации и систем управления
.pdfчем выше степень стандартизации и унификации изделия, тем
изделие надежнее. Объясняется это тем, что в изделиях с высо кой степенью стандартизации и унификации используют неори
гинальные детали и узлы, уже хорошо отработанные как с кон структивной, так и с технологической точки зрения. Эти детали, как правило, прошли опробирование и всесторонние испытания.
Вприборостроении степень стандартизации и унификации
характеризуется числовыми показателями, коэффициентами стандартизации и унификации.
Вряде отраслей промышленности в настоящее время сте пень унификации и стандартизации нормируется. Это обуслов лено тем, что высокая степень унификации дает высокую эконо мическую эффективность и приводит к повышению надежности.
Таким образом, повышение степени унификации является одним из путей обеспечения высокой надежности приборов, средств автоматизации и систем управления.
Технологичность изделия характеризуется:
степенью использования типовых технологических процессов;
степенью однородности применяемых материалов по наиме
нованию, маркам и размерам; сложностью конфигурации деталей;,
простотой сборки, монтажа и регулировки отдельных узлов
и изделия в целом;
возможностью автоматизации сборки и монтажа сборочных
единиц и изделия в целом и т. д.
При этом уровень технологичности изделия является функ
цией технологичности всех деталей и узлов изделия.
К сожалению, до настоящего времени не существует едино го, общепризнанного количественного показателя, позволяюще го объективно оценить технологичность изделия. Оценка техно логичности пока производится экспертным методом.
Тем не менее, общепризнанным является мнение, что качест во изготовления изделий в значительной степени зависит от их
технологичности. Если учесть, что в настоящее время более 40% отказов изделий, выпускаемых приборостроительной от раслью промышленности, обусловлены недостаточным качест вом изготовления, то можно с полным основанием утверждать,
что повышение технологичности приборов, средств автоматиза ции и систем управления является одним из важнейших путей повышения их надежности. И не случайно, что уровень техноло гичности принимается сейчас в качестве одного из основных по казателей научно-технического уровня изделий.
Из изложенного очевидны и практические рекомендации по повышению надежности разрабатываемых приборов, средств автоматизации и систем управления. Это и повышение степени использования типовых технологических процессов, и повышение степени однородности применяемых материалов, и уменьшение
степени сложности конфигурации деталей, и |
обеспечение прос- |
2—1273 |
9 |
тоты сборки, монтажа и регулировки отдельных узлов и изде лий в целом, и обеспечение возможности автоматизации сборки и монтажа сборочных единиц и изделия в целом и др.
Разработчику необходимо помнить, что, повышая степень унификации и уровень технологичности, он тем самым повыша
ет и надежность разрабатываемого изделия.
5. КРИТИЧНОСТЬ СХЕМЫ И НАДЕЖНОСТЬ
Под степенью критичности схемы любого изделия, выпуска емого приборостроительной отраслью промышленности, пони
мается степень предельного изменения параметров комплектую щих изделий, при которой изделие в целом еще удовлетворяет основным требованиям технических условий. При этом чем вы ше степень предельного изменения параметров комплектующих изделий, тем меньше степень критичности.
Зависимость надежности изделий от степени критичности очевидна. Ведь любое комплектующее изделие с течением вре мени изменяет свои параметры либо за счет старения, либо за счет износа. И если изделие (схема изделия) имеет высокую степень критичности, то для него достаточно небольшого изме нения параметра какого-нибудь комплектующего изделия, что
бы произошел отказ, как правило, параметрический. А это зна чит, что критичные изделия более часто отказывают, чем некритичные. Таким образом, уменьшение степени критичности приборов, средств автоматизации и систем управления являет ся одним из важных путей повышения их надежности.
В настоящее время существуют расчетные методы определе ния степени критичности. Но наиболее точно степень критичнос ти определяется по результатам граничных испытаний.
Для повышения надежности изделий граничные испытания необходимо ввести как обязательные. К сожалению, в приборо строительной отрасли промышленности этого пока не сделано. Следует оговориться, что рекомендация относится к аналоговым приборам, средствам автоматизации и системам управления.
6.КАЧЕСТВО КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
ИНАДЕЖНОСТЬ
Качество конструкторской документации в узком смысле характеризуется степенью соответствия требованиям стандар тов и нормалей, качеством выполнения (размножения) и коли чеством и важностью ошибок, среди которых основными явля
ются: арифметические; ошибки в размерах и размерностях;
ошибки в сопряжении параметров и размеров элементов изде лия; в выборе материалов, режимов обработки и специальных
технологических процессов; ошибки в выборе номиналов пара метров элементов и др.
Непосредственная зависимость надежности изделий от ка-
IO
чества выполнения конструкторской документации вряд ли мо жет вызвать сомнение хотя бы потому, что наличие дефектов в
конструкторской документации не может не отразиться на ка честве изготовления изделия. Но не это является главным C точки зрения обеспечения высокой надежности. Более серьезное
влияние на надежность эти дефекты могут оказать в связи с тем,
что они, как правило, в конечном итоге приводят к увеличению потока отказов за счет увеличения степени критичности, умень шения запаса прочности, увеличения износа, ухудшения режи мов работы комплектующих изделий, изменения теплового режима и т. п. В настоящее время почти во всех отраслях про-
мышленности повышение качества конструкторской документа ции достигается путем внедрения бездефектной системы разра ботки конструкторской документации. Основное внимание при
этом должно быть уделено контролю качества конструкторской
документации.
Особо следует остановиться на дефектах технических усло вий, выражающихся в неправильном указании номенклатуры и количества запасных частей, подлежащих поставке, посколь ку эти дефекты наиболее часто встречаются и приводят к серь езным последствиям.
Как известно, в некоторых приборах, средствах автоматиза ции и системах управления в целях повышения безотказности применяют нагруженное («горячее») резервирование. В этих
изделиях, особенно в резервированных по методу голосования,
предусматривается быстрая замена отказавших элементов на резервные, находящиеся в ЗИПе.
Очевидно, что номенклатура и количество запасных элемен тов (частей) для этих изделий должны определяться расчетным
путем, исходя из необходимости обеспечения заданных, как пра вило, очень высоких показателей надежности. Естественно, что
неправильное определение номенклатуры или объема запасных частей может привести к необеспечению заданных показателей надежности. Примерно такое же положение и с приборами,
средствами автоматизации и системами |
управления, у которых, |
||
обеспечение |
высоких показателей надежности |
осуществляется* |
|
за счет холодного резерва. |
средств |
автоматизации |
|
Заметим, |
что надежность приборов, |
||
и систем управления, у которых не предусмотрено никакого ре зервирования, также зависит от ЗИПа. Эта зависимость обу словлена следующими обстоятельствами. Недостаточность, обеспечения приборов, средств автоматизации и систем управле ния запасными частями приводит к тому, что в процессе эксплу
атации в них устанавливаются детали и узлы, изготовленные из
случайных материалов, без чертежей, по образу и подобию отказавших. Такое положение, конечно, не может не отразиться на надежности приборов, средств автоматизации и систем управления.
Для исключения возможности появления в конструкторской документации дефектов необходимо, чтобы как номенклатура,
так и количество подлежащих поставке запасных частей опре делялись расчетным путем по методике, разработанной на базе теории надежности, и исходя из требований, предъявляемых к изделию в части надежности. Должен быть обеспечен также жесткий контроль правильности установления номенклатуры и объема ЗИПа.
Рекомендации по этому вопросу можно найти в литерату
ре [5].
7.КАЧЕСТВО ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
ИНАДЕЖНОСТЬ
Качество эксплуатационной документации характеризуется
степенью соответствия требованиям стандартов и нормалей,
возможностью использования документации для изучения прин-. ципа действия и специфических особенностей изделия, качест вом выполнения (размножения), полнотой изложения возмож
ных отказов и алгоритма поиска неисправностей, количеством и значимостью ошибок в монтаже, в выборе режимов и условий эксплуатации, напряжения питания, сроков и объема профилак тических и регламентных работ.
Несоответствие эксплуатационной документации требовани ям стандартов и нормалей может проявляться в отсутствии не обходимых разделов, в несоблюдении требуемой формы и т. п.
Практически любое несоответствие эксплуатационной докумен тации требованиям стандартов или нормалей не может не отра зиться на, эксплуатации и качестве монтажа, что, в свою оче редь, повлияет на надежность изделия в работе.'
Если эксплуатационная документация не в полной мере обеспечивает возможность изучения по ней принципа действия и специфических особенностей изделия, то это, безусловно, ска
зывается на уровне подготовки обслуживающего персонала и в конечном итоге отражается на надежности изделия.
Как известно, для ряда приборов, средств автоматизации и
•систем управления в процессе эксплуатации допускаются корот
кие перерывы в работе. Для таких изделий особенно важным является сокращение времени отыскания и устранения неис правностей. Достигается это за счет хорошо продуманного алго ритма поиска неисправностей. Естественно, что при недоработ ке алгоритма поиск неисправности будет затруднен, а это мо жет привести к превышению допустимого времени отыскания и устранения неисправностей, т. е. к ухудшению показателей на дежности.
Влияние на надежность изделий таких ошибок в эксплуата ционной документации, как монтажные, ошибки в выборе режи
мов и условий |
эксплуатации, сроков и объема профилактиче- |
Ï2 |
^ |
ских и регламентных работ, вполне очевидно и не требует до полнительных комментариев.
В целях повышения качества эксплуатационной документа ции приборов, средств автоматизации и систем управления представляется целесообразным, чтобы в каждом конструктор ском бюро для каждого вида (типа) изделия была разработана инструкция, содержащая подробные указания по форме и со держанию эксплуатационной документации. В этой инструкции должны быть изложены рекомендации по методам определения периодичности и объема регламентных и профилактических ра бот, методы разработки алгоритмов поиска неисправностей и
целый ряд других рекомендаций, учитывающих особенности конструкции и эксплуатации изделий. Разработке таких инст рукций должны предшествовать специальные исследования.
Целесообразно, чтобы в разработке таких инструкций при няли участие и специалисты-эксплуатационники.
Существующие в настоящее время руководящие материалы
по этому вопросу носят слишком общий характер и не могут
обеспечить высокого качества эксплуатационной документации.
Требования к эксплуатационной |
документации содержатся |
в ГОСТ 2.601—68. |
|
Глава |
2 |
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫСОКОЙ НАДЕЖНОСТИ ПРИБОРОВ, СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА СТАДИЯХ РАЗРАБОТКИ
Как показал опыт работы конструкторских бюро Ми нистерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления, надежность вновь разрабатываемых изделий в значительной степени зависит от системы организации работ при разработке. На обеспечение высоких показателей качества и надежности разрабатываемых изделий направлена практи чески вся научно-техническая деятельность конструкторских бюро, а она без высокой организации не может быть эффек тивной.
Комплекс работ, направленных на обеспечение высоких по казателей надежности разрабатываемых изделий, включает в себя:
научно-исследовательские работы по изысканию новых схем ных, конструктивных и технологических решений, новых более прогрессивных технологических процессов; по исследованию возможности использования новых материалов и комплектую
щих изделий; по изучению требований промышленности к на
дежности разрабатываемых изделий; по разработке государст венных стандартов, нормалей, руководящих технических мате
13
риалов; , по разработке частных вопросов теории надежности применительно к профилю КБ;
опытно-конструкторские работы по разработке новых высо конадежных комплектующих изделий;
работы по обеспечению высокой надежности разрабатывае мых изделий (расчеты надежности, ЗИПа, тепловых режимов, критичности схем и т. п.) ;
контроль правильности применения комплектующих изде
лий как в отношении номенклатуры, так и в отношении режи мов работы;
испытания деталей, узлов и изделий в целом на надежность; сбор и анализ статистических данных о работе изделий в
эксплуатационных условиях;
работы по модернизаций и повышению надежности ранее разработанных изделий и целый ряд других работ.
1. ЭТАПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫСОКОЙ НАДЕЖНОСТИ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ
Из приведенного перечня работ видно, что обеспечение вы соких показателей надежности разрабатываемого изделия осу ществляется на всех стадиях. Стадии разработки одновремен но являются этапами обеспечения надежности.
В соответствии с государственным стандартом (ГОСТ
2.103—68) установлены следующие стадии разработки изделий всех отраслей промышленности: техническое задание; техничес кое предложение; эскизный проект; технический проект; разра
ботка рабочей документации.
Организация работ по обеспечению высоких показателей на дежности на каждой стадии имеет свои специфические особен ности.
Основное значение для обеспечения высоких показателей на дежности приборов, средств автоматизации и систем управле ния имеют техническое задание, технический проект и разработ ка рабочей документации.
Стадия технического задания имеет решающее значение, по скольку в нем выставляются требования к надежности разраба тываемого изделия. Стадии технического предложения и эскиз ного проекта играют менее решающую роль для обеспечения высоких показателей надежности разрабатываемых приборов,
средств автоматизации и систем управления, поскольку на этих
стадиях можно произвести только сугубо ориентировочную
оценку уровня надежности разрабатываемого изделия.
В связи с изложенным при дальнейшем рассмотрении осо
бенностей организации работ по обеспечению высоких показате лей надежности мы ограничимся следующими стадиями: техни ческое задание, технический проект и разработка рабочей доку ментации.
14 |
/ |
2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫСОКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ НА СТАДИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Как было отмечено, техническое задание имеет особое зна чение для обеспечения высокой надежности разрабатываемого изделия, поскольку в техническом задании выставляются требо вания к надежности изделия. В связи с этим при согласовании
технического задания следует произвести тщательный анализ
всех требований по надежности.
Впервую очередь должно быть проверено соответствие тре бований государственным стандартам и межотраслевым норма
лям как в отношении норм, так и в отношении методики провер
ки. Недопустимо,, чтобы указанные в техническом задании нор
мы по количественным показателям надежности были ниже норм, установленных на данное изделие стандартом и межве
домственной нормалью, а кроме того, они должны быть не ниже
норм, соответствующих высшей категории качества.
При анализе требований технического задания в отношении методики проверки соответствия разработанного изделия требо
ваниям технического задания особое внимание необходимо об ратить на возможность осуществления этой методики. При этом следует учитывать, что на опытных образцах ни контрольных, ни особенно определительных испытаний произвести, как прави ло, не представляется возможным. Обусловлено это тем, что для проведения указанных испытаний требуется большое число
образцов. Например, для определительных испытаний на на
дежность изделий, имеющих вероятность безотказной работы, равную 0,95, потребуется 280 образцов (при доверительной ве роятности 0,8 и относительной доверительной ошибке 0,3). Для проведения контрольных испытаний на надежность тех же изде
лий даже при риске заказчика и риске разработчика, равных
0,3, и браковочном уровне, равном 0,9, потребуется 23 образца. Изготовление такого большого числа опытных образцов в настоящее время не может позволить себе ни одно конструктор ское бюро. Да это и нецелесообразно делать, так как по полу ченным результатам испытаний опытных образцов еще нельзя судить о соответствии надежности разработанного изделия тре бованиям технического задания, поскольку опытные образцы изготовляются на оборудовании и по технологии, намного отли чающимся от оборудования и технологии серийного производст ва. Поэтому испытания на надежность должны проводиться на
образцах, выполненных на оборудовании и по технологии се рийного производства.
Всвете изложенного определение степени соответствия раз
рабатываемого изделия требованиям технического задания в отношении надежности следует производить расчетным путем.
Испытания же на надежность должны проводиться либо на об разцах установочной серии, либо на серийных образцах.
15
В связи с этим в техническом задании должны быть огово рены методика расчета, исходные данные для расчета и усло вия, для которых должен производиться расчет.
При согласовании вопроса о проведении определительных и контрольных испытаний следует иметь в виду, что проведение таких испытаний не всегда экономически целесообразно. Связа но это с тем, что для испытаний требуется очень большое число образцов, которое при малом серийном выпуске может оказать ся соизмеримым с объемом выпуска. Таким образом, испытания
на надежность, особенно определительные, не всегда следует
включать в качестве обязательных.
Для решения вопроса о проведении определительных и конт
рольных испытаний можно воспользоваться следующими реко мендациями: определительные испытания на надежность следу ет проводить, когда потребное число изделий для испытаний составляет не более 3—5% от предполагаемого общего выпус ка; контрольные испытания на надежность рекомендуется про водить при условии, что потребное число изделий для испыта ний составляет не более 3—5% от предполагаемого выпуска за период между контрольными испытаниями на надежность.
До сих пор при рассмотрении вопросов надежности, связан ных с техническим заданием, мы касались только показателей безотказности, т. е. рассматривали надежность в узком смысле этого слова. В соответствии с последней редакцией ГОСТ 13216—67 в качестве показателей надежности, кроме показате лей безотказности, включены основные показатели ремонтопри годности, сохраняемости и долговечности.
При составлении технического задания следует производить тщательный анализ требований и в отношении перечисленных
показателей надежности. При этом могут быть использованы почти все рекомендации, касающиеся показателей безотказнос ти. Требования ремонтопригодности имеют смысл только для изделий, восстанавливаемых в процессе эксплуатации на месте, т. е. для незначительной части изделий государственной систе мы приборов (ГСП). Большинство изделий ГСП после отказа заменяют другими, отказавшие же отправляют в ремонтные
мастерские, находящиеся в ведении служб K∏∏a. Для таких изделий гораздо большее значение имеет требование взаимоза меняемости, а не ремонтопригодности.
Показатели сохраняемости и долговечности практически не могут быть экспериментально проверены в связи с очень боль
шими их значениями (сохраняемость — более 10 лет, срок служ бы— до 20—25 лет). В техническом задании должно быть ого ворено, что испытания на сохраняемость и долговечность не проводят, а указанные значения гарантируют (или обосновыва
ют) |
на основании опыта эксплуатации аналогичных изделий |
|
или |
фактических показателей сохраняемости и |
долговечности |
комплектующих изделий. Заметим, что значения |
сроков служ- |
|
.16
бы, указываемые в технических условиях на комплектующие из делия, характеризуют не долговечность, а их безотказность, по скольку под сроком службы понимают время, в течение которо го гарантируется, что из определенного числа комплектующих
изделий откажет не больше допустимого.
В связи с этим в техническом задании должно быть оговоре но, что разработчику предоставляется право устанавливать значения показателей долговечности изделия независимо от значений сроков службы, указанных в технических условиях на
комплектующие изделия, если, конечно, они не ограничивают фактическую долговечность комплектующих изделий.
Часто заказчики в связи с длительностью испытаний на дол говечность и сохраняемость требуют проведения ускоренных испытаний, забывая, что такие испытания имеют смысл только как контрольные, и возможны они при условии, что известен коэффициент пересчета. Для определения же коэффициента пе ресчета должны быть проведены определительные испытания как при нормальных, так и при форсированных условиях и ре
жимах работы.
Из изложенного ясно, что требования технического задания в отношении надежности подлежащего разработке изделия не обходимо согласовать со специалистами по надежности. В ря де конструкторских бюро подпись отдела (лаборатории) на дежности под техническим заданием введена в качестве обяза тельной. Такое решение вопроса представляется единственно
правильным.
В заключение можно сказать, что ' введение согласования
технических заданий с отделом (лабораторией) надежности — один из важных организационных путей обеспечения высоких показателей надежности приборов, средств автоматизации и систем управления.
3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ НА СТАДИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА
Стадия технического проекта играет основную роль в обес печении высокой надежности разрабатываемых приборов, средств автоматизации и систем управления. Обусловлено это тем, что на стадии технического проекта разрабатывают прин
ципиальную схему изделия и производят воздействие на основ ную часть факторов, влияющих на надежность. На стадии тех нического проекта высокие показатели надежности обеспечива
ются за счет:
использования при разработке изделия новейших достиже ний науки и техники, результатов предыдущих исследований по
изысканию новых схемных решений, новых принципов работы изделий, опыта родственных НИИ и КБ по разработке анало гичных изделий;
применения наиболее перспективных высоконадежных комп
лектующих изделий и только в облегченных (оптимальных C
точки зрения надежности) режимах работы; обеспечения строгого соответствия условий работы комплек
тующих изделий требованиям технических условий на комплек тующие изделия;
введения в принципиальную схему необходимого резервиро вания для обеспечения заданных показателей надежности;
обеспечения минимально возможной критичности схемы; разработки нескольких вариантов схем и выбора наиболее
надежной из них;
учета опыта эксплуатации аналогичных изделий; тщательного исследования предполагаемых условии работы
разрабатываемого изделия;
полного учета требований заказчика к надежности разраба
тываемого изделия;
обоснованного подхода к определению состава запасных ча стей как в отношении номенклатуры, так и в отношении объема;
разработки наиболее оптимальной методики эксперимен
тальной проверки соответствия надежности изделий требовани ям ТЗ (ТУ);
установления оптимального времени технологической нара
ботки;
тщательного экспериментального исследования макета и др.
4. КОНТРОЛЬ ЗА ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ЗАДАННОЙ НАДЕЖНОСТИ НА СТАДИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА
Контроль за обеспечением заданной надежности на любой стадии разработки изделия, в том числе и на стадии техническо го проекта, должен быть своевременным, достаточным и дейст венным.
Требование своевременности контроля диктуется необходи мостью своевременного внесения изменения, если при контроле
будет обнаружено какое-либо отклонение по надежности.
Требования достаточности и квалифицированности контроля очевидны и не требуют каких-либо пояснений.
Требование действенности контроля обусловлено необхо димостью обеспечения эффективной обратной связи между про цессом разработки и процессом контроля надежности, что явля ется одним. из важнейших условий получения действительно высоконадежного изделия.
Наиболее действенным был бы, по-видимому, контроль, при котором проверялось бы воздействие на каждый фактор, влияю щий на надежность разрабатываемого изделия. Но «поопераци онная» проверка обеспечения надежности при разработке не представляется возможной, хотя уже сейчас можно рекомендо вать такую организацию контроля за обеспечением надежности, которая недалека от «пооперационной».
18