ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ МАШИН
№ 6, 2009
УДК 62.192
© 2009 г. Труханов В.М.
НОВЫЕ МЕТОДЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ОБЪЕМОВ ИСПЫТАНИЙ НЕБРАКУЕМЫХ ДОРОГОСТОЯЩИХ ОБЪЕКТОВ ТИПА ПОДВИЖНЫХ УСТАНОВОК
Статья посвящена разработке нового подхода к планированию испытаний дорогостоящих объектов. Актуальность проблемы состоит в том, что известные методы планирования испытаний разработаны для изделий серийного и массового производства, когда в процессе испытаний можно браковать партию изделий. Суть нового подхода основана на небракуемости дорогостоящих объектов. В основу положена доработка отказавшего узла, элемента с повторением объема испытаний до доработки на стенде. Получены аналитические выражения объемов испытаний для различных законов распределения отказов. Приведены виды и объемы испытаний отдельных узлов, механизмов и изделий в целом. Результаты исследований апробированы многолетними испытаниями опытных образцов и внедрены в отраслевой стандарт.
Логическим продолжением расчетных методов достижения требуемой проектной надежности сложных систем, типа подвижных установок, является разработка новых методов планирования объемов испытаний опытных образцов. Компоненты методов планирования объемов испытаний показаны на рисунке.
В отличие от существующего метода планирования испытаний предлагаемый подход основывается на небракуемости дорогостоящих объектов за счет проводимых доработок с учетом управляющих воздействий. При планировании испытаний методом фиксированного объема с учетом небракуемости дорогостоящих объектов получены аналитические выражения для различных законов распределения отказов. Физическое обоснование небракуемости заключается в том, что риск поставщика (изготовителя) принимается равным нулю. Это связано с тем, что отказавший узел или элемент снимают с изделия и заменяют на аналогичный, если отказ носит производственный характер или доработанный, если отказ классифицируется конструктивным. Доработанный узел или деталь подвергаются испытаниям на стенде в объеме, равном объему испытаний до доработки, а само изделие не бракуют и после восстановления испытания продолжают. Установлено, что разработанный метод позволяет сократить объем испытаний на 25—30% по сравнению с существующим методом и обеспечить заданный уровень надежности. Это подтверждено многолетней практикой испытаний опытных образцов подвижных установок.
Рассмотрим математические выражения объемов испытаний для различных методов планирования и различных законов распределения отказов.
Планирование испытаний методом фиксированного объема. При экспоненциальном законе распределения отказов [1] суммарный объем испытаний определяется соотношением
^ = ( 2 т + 2) / 21п (1 р (¿о)),
где ^ — требуемая суммарная наработка изделий при наличии да-отказов, Ртр(?0) —
2
требуемая вероятность безотказной работы за заданное время ?0; Хр (2т + 2) — квантиль хи-квадрат распределения с числом степеней свободы (2да + 2); в — риск заказчика (в > 0).
При нормальном законе распределения отказов средний объем испытаний определяется из соотношения
2
£р = ПТ, где п = -£-2 [ щ - в + 0,8437 ]2
( То - Т,)2
— число отказов, зафиксированных в процессе испытаний; Т — средняя наработка на отказ; ст — заданное среднее квадратическое отклонение наработки на отказ; Т0 — требуемое значение наработки на отказ; Т1 — допустимое значение наработки на отказ; и1_ р — квантиль функции нормального распределения выбирают из таблиц в зависимости от в [1].
Для биномиального закона распределения средний объем вычисляется по формуле
2
п = Хв (2да + 2)/2д, где q — допустимая вероятность отказа, п — объем испытаний.
Планирование испытаний методом последовательного анализа. При экспоненциальном законе распределения отказов суммарный объем выражается соотношением
^0 - То
т
Т,
Т,
,1п (То) - V
То - т,; V Т,) У То - Т,
1п р
где т — число отказов, зафиксированных в процессе испытаний; Б0 — суммарный объем испытаний в зависимости от числа появившихся в процессе испытаний отказов.
Для биномиального закона распределения отказов средний объем испытаний выражается соотношением
по -
1п в
ЯоЫ Г + (1 - ?о) 1п V
у 4о; у 1 - Я о/
где q0, q1 — соответственно заданная и допустимая величина отказа.
При нормальном законе распределения отказов средний объем определяется по формуле
- пТо, где п -
2 ст2 1п в
(То - Т, ) 2
4 ПМ и НМ, № 6
97
Таблица 1
Виды стендовых испытании узлов, механизмов и других сборочных единиц
Вид стендовых испытаний Число опытных образов Продолжительность испытаний
На функционирование 30—40% заданного гарантийного ресурса
Специальные: на вибропрочность, пылевлагозащищенность, сопротивление изоляции и т.п. 3-5 3-х кратная проверка на функционирование после испытаний
Климатические в камерах тепла и холода 3-х кратная проверка на функционирование после достижения критической температуры —50° или +50°
Ускоренные с увеличенной нагрузкой, но не менее 1,25 номинальной 1 До полного износа или разрушения
Ресурсные 1-3 На гарантийный ресурс
1 Двойной гарантийный ресурс
Таблица 2
Виды испытаний, число испытываемых опытных образцов и продолжительность
испытаний объектов
Вид испытаний Число опытных образцов Продолжительность испытаний
Заводские в условиях завода-изготовителя Каждый опытный образец 20—30% заданного гарантийного ресурса
Межведомственные 6-12 40—60% заданного гарантийного ресурса
Государственные 6-10 10—30% заданного гарантийного ресурса
Ускоренные с увеличенной нагрузкой 1 Допускается использовать опытный образец, представленный на заводские, межведомственные и государственные испытания и совместить с этими испытаниями
Климатические в камерах тепла и холода или в реальных условиях холодной и жаркой зон 1-2 3-х кратная проверка на функционирование после достижения критической температуры -40° или +50°
Ресурсные Двойной гарантийный ресурс функционирования. Допускается использовать образцы, прошедшие государственные испытания
Метод испытаний с учетом проводимых доработок и ресурсно-временного запаса. Необходимый объем испытаний для подтверждения требуемого уровня надежности PTp(t0) определяется выражением
П = n\ t) = ln ( 1 - , 2h ln Ртр (t)
где у — доверительная вероятность (ß = 1 — у); h = n/t — коэффициент запаса; n — меньшая из значений наработки, превышающая t (длительность одного цикла испытаний).
Разработанный подход к планированию испытаний опытных образцов был внедрен в отраслевой стандарт, в котором рекомендованы виды и объемы испытаний узлов, механизмов и объектов в целом, представленных в табл. 1 и 2.
На этапе мелкосерийного и индивидуального производства дорогостоящих объектов с целью обеспечения заданного уровня надежности в нормативных документах предусматривают приемосдаточные испытания в объеме 2+3% гарантийного ресурса. Эти испытания позволяют выявить скрытые производственные дефекты и устранить их до передачи изделия в эксплуатацию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Труханов В.М. Надежность технических систем типа подвижных установок в процессе проектирования и испытаний опытных образцов. М.: Машиностроение, 2003. 320 с.
Волгоград Поступила в редакцию 16.rV.2008
4*
99
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.