Испытания на надёжность

6.1. Виды и планы испытаний на надёжность при проектировании, производстве и эксплуатации изделий

Существует два основных вида испытаний на надёжность. Один из них - так называемые определительные испытания, задачей которых является оценка показа­телей надёжности. Задачу такого вида чаще всего решают для компонентов радиоэлектронной аппаратуры или для крупносерийных изделий. Другой вид испытаний - кон­трольные испытания, задачей которых является провер­ка соответствия техническим условиям показателя надёжности системы или автономных частей сложных систем [17, 23].

Испытания на надёжность проводятся с целью получения информации о показателях надёжности изготовленных или эксплуатируемых устройств (систем, элементов). Такие испытания необходимы по­тому, что на стадии проектирования устройства конст­руктор не располагает полными априорными сведения­ми, которые позволили бы заранее определить показа­тели надёжности с достаточно высокой достоверностью. Испытания на надёжность могут быть частью лабо­раторных или заводских испытаний, а также могут вхо­дить в программу государственных испытаний при сдаче изделия заказчику. Важным источником информации о надёжности является система сбора данных о работе изделий в процессе их эксплуатации. Проводимые на этой стадии испытания позволяют определить показа­тели надёжности, изменившиеся за счёт влияния внешних условий (температуры окружающей среды, ударов, вибраций, линейных ускорений, влажности, пыли, радиации и т.д.), а также за счёт процессов старения и износа. Контрольные выборочные испытания на надёжность комплектующих элементов, входящих в изделие, позволяют повысить надёжность изделия в целом. Эти испытания проводятся для входного контроля комплектующих элементов, поступающих на сборку изделия на производстве, и для входного контроля комплектующих элементов запасного имущества и принадлежностей (ЗИПа) изделия при его эксплуатации.

Следует отметить, что по мере повышения надёжности систем и их элементов испытания на надёжность усложняются, так как для получения приемлемых оце­нок и решений необходимо значительно увеличить объем испытываемой аппаратуры или продолжительность испытаний. Одним из эффективных способов преодоле­ния этих трудностей являются ускоренные испытания на надёжность, при которых применяются форсированные режимы (по сравнению с эксплуатационными режима­ми) [23].

При контроле готовой продукции необходимо определить: время испытаний t_И, объём выборки n и приемочное число С - максималь­ное число отказавших изделий за время испытания вы­борки, при котором партия принимается. Совокупность условий испытаний контролируемых изделий и правил принятия решений называется планом контроля. Под совокупностью условий испытаний пони­маются условия браковки и приемки, установленный объем испытаний и др. Правила принятия решений определяются методами контроля. Так как число сочетаний различных условий испытаний и правил принятия решений может быть значительным, то и количество различных планов весьма большое.

По целевому назначению планы статистического кон­троля надёжности можно подразделить на две группы [8 , 17, 34]:

- планы контроля вероятности отказа (вероятности безотказной работы) или числа дефектных изделий в партии;

- планы контроля уровня параметров законов рас­пределения отказов.

Продолжительность t_И определительного испытания на надёжность и число n ис­пытываемых изделий связаны соотношением:

n × t_И = k × t_СР, (6.1)

где k - коэффициент, зависящий от вида испытаний; t_СР - среднее время безотказной работы (для невосстанавливаемых изделий t_СР - это обычно средняя наработка до отказа Т₁, а для восстанавливаемых t_СР - это средняя наработка на отказ Т). Левая часть выражения (6.1) представляет объем испытаний V_И = n × t_И. Большой объем является одной из характерных особенностей испытаний на надёжность. Эта особенность обусловлена статистическим подходом к определению количественных показателей надёжности. При планировании определительных испы­таний на надёжность принципиально невозможно однозначно указать объем испытаний, так как точность оценок показателей надёжности при заданной достоверности зависит от объема полученной при ис­пытаниях информации, т.е. от числа отказов. Следовательно, зна­чение V_И может быть определено лишь ориентировочно исходя из априорного уровня надёжности РЭС.

Время проведения контрольного испытания РЭС на надёжность обычно регламентировано гарантированным временем безотказной работы или выбирается произволь­но. При выборочных контрольных испытаниях существует риск α поставщика (изготовителя), равный вероятности того, что забракованная по выборочным испытаниям партия в действительности окажется годной (ошибка первого рода) и существует риск β заказчика (потребителя) равный вероятности того, что принятая по выборочным испытаниям партия в действительности окажется негодной (ошибка второго рода). Заказчику с доверительной вероятностью Р* = 1 - β гарантируется, что в принятой партии вероятность безотказной работы изделий не меньше нижнего браковочного уровня вероятности безотказной работы Р₂.

Поставщику с доверительной вероятностью Р* = 1- α гарантируется, что в забракованной партии вероятность безотказной работы изделий изделий меньше верхнего приёмочного уровня вероятности безотказной работы Р₁.

При планировании конт­рольных испытаний учитывают интересы либо постав­щика и заказчика - планирование по приемочному и бра­ковочному уровням, либо только заказчика - планирова­ние по браковочному уровню. В первом случае контроль осуществляют по двум заданным значениям Р₁ и Р₂ вероятности безотказной работы и соответствующим им рискам α и β поставщика (изготовителя) и заказчика (потребителя). Планирование по браковочному (гарантированному) значению Р₂ вероят­ности безотказной работы, т.е. минимальному значению вероятности Р₂ безотказной работы, применяют внутри предприятий-поставщиков для подтверждения соответ­ствия производственной надёжности изделий требовани­ям заказчика. В этом случае учитывают только интересы и риск заказчика.

План контроля должен позволять быстро оценивать с определенным риском заказчика или поставщика и за­казчика надёжность принимаемой партии. Время испы­таний не должно быть слишком длительным, а стремле­ние достигнуть минимальных значений α или β не долж­но приводить к чрезмерному увеличению объема выборки [20].

Существует три основных метода контроля надёжности [8, 17]:

- метод однократной выборки (одиночный контроль);

- метод двукратной выборки (двойной контроль);

- последовательный метод.

Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки и может быть использован в том или ином конкретном случае.

Контроль по методу однократной выборки легче пла­нируется и осуществляется. Однако это наименее эко­номичный метод, так как он требует относительно боль­шого объема контроля, особенно для партий с высокой или низкой надёжностью.

Контроль по методу двукратной выборки более эко­номичен, чем одиночный. Но это его главное преимуще­ство проявляется лишь при контроле больших партий с очень низкой или очень высокой надёжностью. Поэтому метод двукратной вы­борки применяется для целей контроля надёжности крайне редко.

Самым экономичным методом контроля надёжности является последовательный метод. Средний объем выборки обычно составляет 50-65% объема при одиноч­ном контроле для партий с высокой надёжностью. Техническое осуществление последовательного контроля не связано с какими-либо трудностями. Единственный не­достаток этого метода заключается в большем времени контроля, чем при предыдущих методах. Однако этот недостаток можно свести к минимуму рациональной организацией испытаний.

В связи с тем, что в практике контроля надёжности пользуются главным образом одиночным и последова­тельным методами, рассмотрим лишь эти два метода.

При выборе то­го или иного метода испытаний следует учитывать закон распределения контролируемого показателя надёжности (вероятности безотказной работы, наработки на отказ, интенсивности отказов), ограничивающий фактор или критерий прекращения испытаний, порядок замены или восстановления отказавшего изделия. При этом следует учитывать требования стандартов (ГОСТ 27.401-84. Надёжность в технике. Порядок и методы контроля показателей надёжности, установленных в нормативно-технической документации. Общие требования [16], ГОСТ 27.410-87. Надёжность в технике. Методы и планы контрольных испытаний на надёжность [17] и ГОСТ 27.402-95. Надёжность в технике. Планы испытаний для контроля средней наработки до отказа (на отказ). Часть 1. Экспоненциальное распределение. [34]).