Методы обеспечения надежности изделий машиностроения

81

Рис. 3.4. Структурная схема надежности системы электроавтоматики

^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

82

=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;

83

Среднее значение наработки на отказ определим по формуле

Полученные показатели удовлетворяют заданным требо­

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

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

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

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

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