3.5.7. Информационный запас качества и его взаимосвязь со сроком службы изделия

Атомную структуру изделия можно рассматривать как своеобразную матрицу памяти, в которой «записано» функциональное назначение изделия. Функциональное качество этой «записи» определяется начальной физической (конфигурационной) энтропией S_о = k H_t, где k - постоянная Больцмана.

В процессе эксплуатации изделия, в нем непрерывно протекают процессы деградации на атомном уровне, что приводит к возрастанию физической энтропии изделия, и, следовательно, к «стиранию» начальной функциональной памяти (процесс деградации можно рассматривать как процесс нежелательной «технологии» с энтропийными показателями, представленными в позиции № 6 таблицы 1). В результате протекания процессов деградации происходит снижение степени упорядоченности, как специфики пространственного расположения атомов в изделии, обеспечивающей появление функционального назначения (качества) изделия.

Скорость процесса деградации изделия (по критерию его функционального качества) всецело зависит от интенсивности протекания нежелательных элементарных физико-химических процессов, приводящих к изменению элементного состава и атомно-молекулярной структуры материалов в элементах конструкций изделия. В свою очередь интенсивность упомянутых элементарных физико-химических процессов всецело зависит от энергии активации и температурных режимов (если речь идет о термоактивационном механизме деградации) эксплуатации изделия. Подробнее вопросы кинетики протекания (по термоактивационному механизму) элементарных физико-химических процессов представлены в подразделе3.3. Уместно отметить ключевую роль статистических факторов в вопросах кинетики протекания процессов деградации.

Для обеспечения длительного срока службы изделия необходимо, чтобы в изделии был изначально заложен определенный информационный запас качества, который будет расходоваться в процессе эксплуатации изделия.

Суммарное возрастание энтропии изделия S, имеющее место в процессе эксплуатации изделия, может быть определено с помощью параметра «скорости производства энтропии» - :

,

(20)

где - длительность (срок службы изделия) процесса эксплуатации.

Введя в рассмотрение понятия о критических уровнях физической и информационных энтропий ,при которых наступает полная потеря функционального качества изделия, и используя условие:

,

(21)

можно определить ожидаемый срок службы изделия в виде следующего уравнения интегрального типа:

(22)

Таким образом, параметр , выступает в качестве информационного запаса качества изделия, обеспечивающего его функциональное качество на протяжении срока службы изделия.

Следует отметить, что в настоящее время практическое использование выражения (22) может быть распространено только на ряд частных случаев, для которых известны (как правило, с помощью экспериментальных методов исследования) кинетические коэффициенты в рамках модели линейных неравновесных процессов. В этом случае, как было показано выше, скорость производства энтропии (в удельном представлении) определяется с помощью выражения:

(23)

где:

(24)

Проблематика использования выражений (23) и (24) усугубляется тем немаловажным обстоятельством, что в настоящее время, как правило, конструктор изделия не располагает уверенными данными относительно пространственного распределения термодинамических сил в пределах объема изделия.

Рассмотренные выше представления, относятся к случаю «постепенного отказа» изделия, характерной особенностью которого является непрерывное монотонное накопление микродефектов атомно-молекулярного масштаба. (Помимо этого типа отказов, на практике имеют место и «внезапные отказы», появление которых обусловлено либо грубыми просчетами в конструкции или технологии производства изделия, либо существенным нарушением штатных режимов эксплуатации изделия. Характерной особенностью внезапного отказа изделия является его чрезвычайно высокая скоротечность (- 10^-3 с), что обусловлено лавинообразным характером протекания процессов деградации изделия (наиболее ярким примером является электрический пробой конструкционных материалов в сильных электрических полях).