Проблема надежности и ее значение для современной техники

За последние 20-30 лет проблема надежности технических систем и входящих в нее элементов сильно обострилась. Это обусловлено главным образом следующими причинами:

1. Ростом сложности современных технических систем

2. Интенсивностью режимов работы системы или отдельных ее частей при высоких температурах, высоких давлениях, высоких скоростях

3. Сложностью условий, в которых эксплуатируются системы: низкие или высокие температуры, высокая влажность, вибрации, ускорение, радиация итд

4. Требования к качеству работы системы: высокая точность, высокая эффективность

5. Повышение ответственности функций, выполняемых системой, высокой технической и экономической ценой отказа

6. Полный или частичный автоматизацией и исключением непосредственного участия человека при выполнении систем ее функций

Одной из главных причин обострения внимания к причинам надежности является рост сложности современных технических систем.

Обеспечение надежности

Проблема обеспечения надежности связана со всеми этапами создания изделия и всем периодом его практического использования. Надежность изделия закладывается в процессе его конструирования и расчета и обеспечивается в процессе его изготовления, путем выбора правильной технологии производства, контроля качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, контроля режимов и условий изготовления. Надежность сохраняется применением правильных способов хранения изделий и поддерживается правильной его эксплуатацией, планомерным уходом, профилактическим контролем и ремонтом.

1. При проектировании изделия должны быть учтены следующие факторы

   1. Качество применяемых компонентов и деталей. Выбор комплектующих компонентов и деталей должен быть произведен с учетом условий работы изделия (климатических и производственных), элементы должны удовлетворять требованиям по своим функциональным свойствам и характеристикам, иметь необходимую механическую, электрическую и тепловую прочности, требуемую точность и надежность в заданных условиях эксплуатации. Разработка сложных изделий и систем показала, что при производстве унифицированных компонентов (детали, узлы, элементы) резко повышается надежность изделия (системы). Это связано с тем, что унифицированные элементы лучше отработаны в схемном и конструктивном отношении и имеют установившуюся и хорошо контролируемую технология изготовления. В настоящее время широко распространяется блочно-модульный (агрегатный) принцип построения схем и конструкций сложных изделий.

   2. Режимы работы компонентов и деталей. Они должны соответствовать их физическим возможностям. Использование компонентов и деталей в режимах, не предусмотренных для их применения, является одним из основных источников отказов.

   3. Доступность всех частей изделия и входящих в них компонентов для осмотра, контроля, ремонта или замены. Это является важным условием поддержания надежности в период эксплуатации. Поэтому применение блочно-модульного агрегатного принципа построения изделия позволяет легко заменить отдельные элементы. В случае сложных изделий и систем находит применение в устройствах для автоматического контроля исправности изделия (системы). Они могут быть встроены в систему или подключаться как отдельные переменные для проверки (диагностики).

   4. Защитные устройства. При проектировании изделий (систем) для автоматического управления необходимо такое построение схем и конструкций, чтобы отказ в работе элемента не приводил к аварийному состояния всего объекта. В случае, если этого не удается добиться при построении основной схемы, необходимо введение специальных элементов или устройств защиты, позволяющих предотвратить развитие аварийной ситуации (переход на более грубый режим работы, включение резерва в системы). Лучшим способом защиты является применение резервирования элементов, несущих ответственные функции или резервирование всей системы.

2. При производстве изделий должен соблюдаться ряд условий, связанных с поддержанием технологической дисциплины и соблюдение постоянства технологических процессов при изготовлении изделия:

   1. Должный контроль качества, то есть физико-химических свойств, характеристик и параметров материалов и комплектующих изделий, поступающих от смежников.

   2. Недопущение нарушения сортности материалов или недоброкачественной замены комплектующих изделий.

   3. Недопущение применения комплектующих изделий, подвергшихся хранению или транспортировки в неблагоприятных условиях.

   4. Соблюдение чистоты оборудования, рабочего места, необходимых санитарных норм работы.

   5. Недопущение нарушения режима при сложных технологических процессах.

   6. Недопущение нарушения технологий сборки и правил электрического монтажа.

   7. Должный контроль по операциям и при выпуске готовой продукции.

   8. Периодическая проверка качества и надежности готовой продукции.

3. При эксплуатации изделий основными факторами, влияющими на их надежность, являются:

   1. Условия эксплуатации - климатические и производственные

      1. Воздействие высоких и низких температур окружающей среды (их резкие перепады)

      2. Высокая влажность - туман, дождь, иней оказывают большое влияние на надежность аппаратуры, работающей вне помещений

      3. Размещение аппаратуры около крупных агрегатов и силовых установок или около крупных машин связано с воздействием на них механических и акустических колебаний

      4. Если ВТ устанавливается на подвижных объектах, к климатическим факторам прибавляется воздействие вибраций и ускорений

   2. Тщательно продуманная система обслуживания имеет существенное значение для сохранения надежности изделий. Следует отметить, что создание системы правильного обслуживания современных сложных систем ВТ часто требует больших предварительных исследований, что приводит к появлению новых научных направлений, связанных с разработкой теоретических основ и инженерных методов организации оптимального обслуживания.

   3. Верификация и ответственность обслуживающего персонала имеет важное значение для обеспечения надежности, долговечности и эффективности работы изделия. Исследование причин отказов и дефектов электронной аппаратуры показывает, что:

      1. 40-45% общего количества отказов происходит ошибок, допущенных при проектировании

      2. 20% при изготовлении

      3. 35% при эксплуатации

         1. 65-70% - человеческий фактор

         2. 20-25% - нарушение режимов использования и неправильное обслуживание

         3. 5% - естественный износ