Вибірковий контроль при дослідженні надійності
1. Основні поняття в галузі технічного забезпечення
надійності
Надійність
являє собою поняття пов'язаний, насамперед, з технікою. Його можна
трактувати як "безвідмовність", "здатність виконувати певне завдання" або
як "імовірність виконання певної функції або функцій протягом
певного часу і в певних умовах ".
Як
технічне поняття "надійність" є ймовірність (в
математичному сенсі) задовільного виконання певної функції.
Оскільки надійність є ймовірність, для її оцінки застосовуються
статистичні характеристики.
Результати
вимірювання надійності доповіли включати дані про обсяг вибірок, про
довірчих межах, про процедури вибіркового дослідження та ін
В
техніці застосовується також поняття "задовільний виконання". Точне
визначення цього поняття пов'язане з визначенням його протилежності --
"Незадовільного виконання" або "відмови".
Відмови
системи можуть бути обумовлені конструкцією деталей, їх виготовленням або
експлуатацією.
В
сучасних умовах велика увага приділяється надійності електронного
обладнання.
Загальним
поняттю "надійності" протистоїть поняття "власне надійність" зразка
обладнання, яка являє собою ймовірність безвідмовної роботи в
відповідно до заданих технічними умовами при встановлених перевірочних
випробуваннях протягом необхідного проміжку часу. При випробуваннях надійності
вимірюється "власне надійність". Вона представляє по суті "операційну
надійність "обладнання і є наслідком двох чинників:" власне
надійності "та" експлуатаційної надійності ". Експлуатаційна надійність, в
свою чергу, зумовлена відповідністю апаратури її використання, порядком і
способом оперативного застосування та обслуговування, кваліфікацією персоналу,
можливістю ремонту різних деталей, факторами навколишнього середовища та ін
На
допуск, порушення якого розглядається як "відмова". Допуск, що визначає
відмову, має бути оптимальним з необхідною надбавкою на знос деталей, тобто
він повинен бути ширше нормального заводського допуску. Тому заводські допуски
встановлюють з урахуванням того, що деталі з часом зношуються.
Основними
поняттями, пов'язаними з надійністю є:
1.
Справність - стан виробу, при якому воно в даний момент часу
відповідає всім вимогам, встановленим як відносно основних
параметрів, що характеризують нормальне виконання заданих функцій, так і в
відносно другорядних параметрів, що характеризують зручності експлуатації,
зовнішній вигляд і т. п.
2.
Несправність - стан виробу, при якому воно в даний момент часу не
відповідає хоча б одній з вимог, що характеризують нормальне
виконання заданих функцій.
3.
Працездатність - стан виробу, при якому, при якому воно в даний
момент часу відповідає всім вимогам, встановленим у відношенні
основних параметрів, що характеризують нормальне виконання заданих функцій.
4.
Відмова - подія, що полягає в повній або частковій втраті виробом його
працездатності.
5.
Повна відмова - відмова, до усунення якого використання вироби за
призначенням стає неможливим.
6.
Часткова відмова - відмова до усунення якого залишається можливість часткового
використання виробу.
7.
Безвідмовність - властивість виробу безупинно зберігати працездатність в
протягом деякого інтервалу часу.
8.
Довговічність - властивість виробу зберігати працездатність (з можливими
перервами для технічного обслуговування і ремонту) до руйнування або іншого
граничного стану. Граничний стан може встановлюватися щодо змін
параметрів, за умовами безпеки і т. п.
9.
Ремонтопридатність - властивість виробу, що виражається в його пристосованості до
проведення операцій технічного обслуговування та ремонту, тобто до
попередження, виявлення та усунення несправностей і відмов.
10.
Надійність (в широкому сенсі) - властивість виробу, обумовлене безвідмовністю,
довговічністю і ремонтопридатністю самого виробу і його частин і
забезпечує збереження експлуатаційних показників виробу в заданих
умовах.
11.
Відновлючі - властивість вироби відновлювати початкові значення
параметрів в результаті усунення відмов і несправностей, а також
відновлювати технічний ресурс в результаті проведення ремонтів.
12.
Зберігання - властивість виробу зберігати справність і надійність в
певних умов і транспортування.
Для
передбачення відмов у майбутньому необхідні фактичні дані про частоту відмов
за час використання обладнання за призначенням.
При
обробці інформації застосовується величина зворотна частості відмов "середнє
час між відмовами ".
Для
дослідження надійності застосовуються досить складні аналітичні методики.
Наприклад, при дослідженні електронних систем інженер вибирає ряд ключових
характеристик, вибирає найбільш важливу з них, обирає варіанти дій і
один з цих варіантів, вивчає умови роботи та оцінює їх.
В
зв'язку з високими темпами сучасного науково-технічного прогресу важливо
вибрати оптимальний момент для переходу від наукових досліджень і
підготовчих робіт до виробництва продукції. В умовах конкуренції вдало
обраний час запуску у виробництво є важливим чинником, що діє в
двох напрямках: "дуже ранній" запуск у виробництво може призвести до
таким же негативним наслідки, як і "дуже пізній".
Причинами
виготовлення ненадійною продукції можуть бути:
відсутність
регулярної перевірки відповідності стандартам;
помилки
в застосуванні матеріалів і неправильний контроль матеріалів в ході виробництва;
неправильний
облік і звітність з контролю, включаючи інформацію про вдосконалення
технології;
НЕ
відповідають стандартам схеми вибіркового контролю;
відсутність
випробувань матеріалів на їх відповідність;
невиконання
стандартів з приймальних випробувань;
відсутність
інструктивних матеріалів і вказівок щодо здійснення контролю;
нерегулярне
використання звітів з контролю для вдосконалення технологічного
процесу.
Математичні
моделі, які застосовуються для кількісних оцінок надійності, залежать від "типу"
надійності. Сучасна теорія виділяє три типи надійності:
1.
"Надійність миттєвої дії", наприклад, плавких запобіжників.
2.
Надійність при нормальній експлуатаційної довговічності. Наприклад,
обчислювальної техніки. У дослідженнях нормальної експлуатаційної надійності
в якості одиниці вимірювання використовують "середній час між відмовами".
Призначений в практиці діапазон від 100 до 2000 годин.
3.
Надзвичайно тривала експлуатаційна надійність. Наприклад, космічні
кораблі. Якщо вимоги до терміну служби понад 10 років, їх відносять до надзвичайно
тривалої експлуатаційної надійності.
При
нормальної експлуатаційної надійності технічне прогноз надійності
може бути теоретичним, експериментальним і емпіричним. При теоретичних
засобах випробування розробляю схему даної операції і перевіряють відповідність
схеми за допомогою математичної моделі. Якщо схема не відповідає операції,
вносяться уточнення до тих пір, поки відповідність не буде досягнуто. Це так
зване наукове дослідження.
Емпіричний
підхід полягає у виконанні необхідних вимірювань у відношенні фактично
що випускається, і висновки про надійність.
Експериментальний
підхід займає проміжне положення між теоретичним і емпіричним. При
експериментальному підході використовують і теорію та вимірювання. При цьому широко
застосовують методи математичного моделювання процесів, створюючи на цій
основі експериментальні дані. Після цього інформація піддається
статистичного аналізу з застосуванням сучасних засобів обчислювальної
техніки, що забезпечує надійність і достовірність висновків.
Будь-якому
увазі випробування передує план експерименту.
Оскільки
надійність є ймовірнісної характеристикою, кількісні оцінки
використовуються для оцінки "середньої надійності", розрахованої на основі вибірок з
всієї сукупності, а також для передбачення майбутньої надійності. Надійність
досліджується за допомогою статистичних методів і піддається уточненню з їх
допомогою.
Слід
зазначити, що тривалість служби не є єдиним показником
експлуатаційних властивостей.
В
ряді випадків надійність можна характеризувати іншими показниками (кілометраж
пробігу, тривалість активного використання та ін) тривалість
служби виробів залежить як від умов виготовлення, так і умов експлуатації.
Надійність
багатьох виробів може бути виявлена в умовах їх споживання. Науково
обгрунтована система спостереження за експлуатацією виробів дозволяє виявити
дефекти, зумовлені порушеннями технологічного процесу у виробника.
Виробник
повинен:
застосовувати
статистичний контроль якості;
перевіряти
через певні інтервали стан керованості процесів;
прагнути
до підвищення якості та надійності устаткування, що випускається;
забезпечити
правильне розуміння вимог замовника і задоволення їх.
Аналіз
різних визначень надійності, що є в літературі, призводить до
узагальненому висновку, що під надійністю розуміють безвідмовну роботу виробів при
регламентованих умовах експлуатації протягом певного періоду
часу.
2. Показники надійності
Найбільше
поширення в дослідженнях надійності отримав показник - інтенсивність
відмов. Він позначається (лямбда):
,
де
n
- Число тих, хто вибув з ладу виробів;
N
- Загальна кількість виробів;
- середнє
час випробувань.
Середнє
час випробувань визначається за формулою:
,
де
ni
- Число виробів у випробувальній групі;
ti
- Тривалість випробувань цієї групи.
Якщо
кількість виробів, які вибули з ладу перевищує 5-10%, то в розрахунок вводиться
коректива:
,
де
- кількість
які відмовили виробів у даній групі;
- кількість
відмов за одне і теж час випробувань;
--
тривалість випробувань для виведення вироби з ладу.
Для
розрахунку середньої інтенсивності відмов важливо вибрати правильний інтервал
часу, тому що звичайно щільність відмов змінюється в часі.
Приклад.
При випробуванні певної деталі електронної апаратури може визначатися
через 1000-2000 годин. Проводиться випробування 4 груп по 250 виробів протягом
2000 годин.
Результати
випробувань наступні:
№ рядків
Вийшло з ладу через
Всього вийшло з ладу
500 год.
1000 год.
1500 год.
1
3
2
2
7
2
3
2
-
5
3
3
-
1
4
4 2 2 - 4
Розрахуємо
:
годин.
Всього
за час випробувань вийшла з ладу 20 виробів (7 +5 +4 +4)
Тоді
на 1000 годин.
Деталі
й вузли можуть виходити з ладу через дефекти виробництва та з інших
причин.
При
постійному рівні частоти відмов за одиницю часу розподіл ймовірностей
проміжків безвідмовної роботи виражається показовим законом розподілу
експлуатаційної довговічності.
3. Вибірковий контроль
Характерною
особливістю контролю при дослідженні надійності є те, що можливості
складання вибірок обмежені нечисленністю одиниць апаратури на ранніх
стадіях її освоєння. Як правило, кількість одиниць для випробування вибирає замовник.
При це рівень достовірності результатів випробування варіює в залежності від
числа перевірених одиниць. Такий же вплив має тривалість
передбачуваного оперативного часу і ступінь зносу зразків під час випробування.
На
практиці складання вибірок для випробування надійності виробляють відповідно
до плану, який спочатку (а потім кожен раз, коли потрапила у вибірку
виріб характеризується зниженим середнім часом безвідмовної роботи)
передбачає 10%-вий ризик споживача при рівні прийнятної якості,
відповідному 10% одиниць, з надійністю нижче норми. Відзначимо деякий
відмінність між статистичним контролем якості та вибірковими перевірками в
зв'язку з технічним забезпеченням надійності. В останньому випадку крім питань
показності вибірки виникає питання про необхідний час випробувань.
Природно,
стовідсоткове випробувань партій до повного зносу зразків неможливо. Тому
схеми вибіркового контролю, що застосовуються при вивченні надійності,
передбачають поточну вибіркову перевірку продукції, що випускається з ослабленим
режимом контролю до тих пір, поки не буде виявлена продукція з
характеристиками нижче норми. Іншими словами, ослаблена процедура контролю
продовжується до тих пір, поки у вибірці не з'явиться дефектний примірник. При
виявленні одиниці продукції, що випускається із зниженою проти норми
характеристикою відновлюється нормальний режим контролю, який може
перейти в режим посиленого контролю в залежності від кількості браку,
виявленого у вибірці. Як правило, подібні плани вибіркового контролю
розробляються з урахуванням заданого середнього часу безвідмовної роботи і
розмірів щомісячного випуску продукції.
При
дослідженні надійності для вирішення питання про приймання або забраковиваніі партії
нерідко використовують метод послідовного аналізу. Перш за все, виявляють, що
середній час безвідмовної роботи при заданих умовах знаходиться на рівні
встановленого мінімуму або перевищує його. Такі випробування плануються після
того, як призначені до випробування зразки і дослідницька апаратура пройшли
належну перевірку. Випробування припиняються, як тільки приймається рішення про
приймання. Але вони не припиняються, якщо прийнято рішення забракувати партію. У
останньому випадку вони продовжуються відповідно до точно певним планом
статистичного контролю.
Під
відмовою розуміють появу перших ознак неправильної роботи або неполадки в
роботі апаратури. Кожна відмова характеризується певним часом його
виникнення.
Результати
дослідження надійності мають значення при сертифікації продукції та систем
якості.
Висновки
Надійність
являє собою поняття, пов'язане з технікою. Як технічне поняття
надійність є ймовірність задовільного виконання
певної функції. Звіти про вимірах надійності повинні включати дані про
обсязі вибірок, про довірчих інтервалах, про процедури вибіркового контролю.
При обробці фактичних даних про частоту откахзов за час роботи
устаткування використовується показник, зворотний частості відмов "середнє
час між відмовами ". Дослідження надійності є об'єктом статистичних
методів, допускає їх застосуванні і піддається уточненню з їх допомогою. При
проведення вибіркового контролю надійності поряд з питанням про
представництві вибірки вирішується питання про необхідний час випробувань.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.cfin.ru/
