Глава 5. Особенности исследования надежности при проектировании

5.1. Задачи проектного исследования надежности

Стадии проектирования, начиная с разработки технического задания на систему и кончая выпуском технической документации на опытное и (или) серийное производство, являются ключевыми в общей проблеме обеспечения надежности техники.

Тщательно проработанный с позиций обеспечения требуемого уровня надежности проект изделия и его элементов сравнительно легко реализуется на последующих стадиях жизненного цикла. Проектирование - поисковый творческий процесс, включающий:

осознание целей и задач разработки изделия, массовости, условий и способов его применения;

проектную проработку возможных опорных вариантов элементов, оценку технических возможностей реализации каждого варианта и требуемых затрат ресурсов; выбор наиболее эффективного варианта изделия и каждого элемента; детальную дальнейшую разработку выбранного варианта, включая выпуск конструкторской документации, изготовление опытных образцов и испытания.

На каждой последующей стадии работ сокращаются направления поиска, но увеличиваются глубина и детализация проектной и конструкторской проработки изделия.

Исследования надежности, являясь составной частью проектирования, также имеют поисковый прогностический характер, они также разнообразны, как и процесс проектирования.

Основные задачи исследования надежности заключаются в установлении обоснованных требований по надежности к изделию и его элементам, выборе принципиальных направлений и рациональных стратегий (способов) проектного обеспечения надежности, проработке вопросов обеспечения надежности для последующих стадий создания и использования техники, установлении порядка контроля на каждой стадии создания достигнутого уровня надежности. При переходе к следующей стадии фронт работ по исследованию и обеспечению надежности расширяется, в решение задач надежности вовлекаются новые подразделения предприятия.

Исследование надежности начинается с момента выбора облика изделия и его основных элементов, установления потребности, условий и способов применения.

Эти предварительные сведения являются исходными для оценки возможности создания изделия в требуемые сроки с учетом достигнутой на период разработки системы надежности материалов, комплектующих элементов, изделий-аналогов и позволяют приступить к разработке технических заданий на элементы систем, включая обоснование требований по надежности. Проектная проработка возможных опорных вариантов (эталонов) элементов изделия и оптимизация основных проектных параметров каждого из них должны проводиться с учетом надежности и последствий отказов, так как это позволяет точнее оценить технические возможности, ресурсы, необходимые для реализации каждого варианта. выбрать оптимальный вариант и уточнить требования по надежности к изделию в целом и к его основным элементам. Процедуру установления требований по надежности элементов изделия с учетом требований по надежности к изделию в целом и затрат тех или иных ресурсов на их обеспечение называют нормированием требований по надежности элементов изделия.

Как правило, требования по надежности сложной технической системы (изделия) задаются в техническом задании (ТЗ) головному разработчику системы в количественной (вероятностной) форме в виде определенной номенклатуры и количественных значений показателей надежности изделия с указанием порядка и условий их подтверждения по стадиям создания.

Требования по надежности элементов изделия устанавливаются в ТЗ в виде номенклатуры и количественных значений показателей надежности. а также ряда качественных (детерминированных) организационно-технических (конструктивных и программных) требований, которые выступают в качестве ограничений (норм) и которые необходимо выполнить в процессе создания элементов.

Качественные требования по надежности являются дополнением к количественным требованиям и учитывают ту часть работ по обеспечению надежности техники, которую при современном состоянии теории и практики надежности не всегда удается формализовать. Измерить «вклад» в надежность каждого такого отдельного мероприятия часто бывает затруднительно в условиях и в сроки конкретной разработки изделия. Однако опыт обеспечения надежности изделий-аналогов к прототипов свидетельствует о необходимости и полезности реализации совокупности качественных требований.

В связи с этим в каждой отрасли промышленности разрабатываются нормативные документы по вопросам проектного обеспечения надежности.

Сравнительный анализ и выбор технических решений и мер, направленных на обеспечение надежности изделия и его элементов, осуществляют предварительно при разработке технических предложений. На этой же стадии разрабатывают предварительную программу обеспечения надежности.

На стадиях разработки эскизного и технического проектов меры по обеспечению качества и надежности включают в себя: выбор материалов и элементов и режимов их использования в составе изделий, резервирование (структурное, функциональное, алгоритмическое, программное, временное, нагрузочное или их сочетания), использование контролепригодной и ремонтопригодной конструкции, выбор рациональных средств контроля и диагностики при отработке, в производстве и эксплуатации, уточнение программы обеспечения надежности и обоснование программы экспериментальной отработки, обоснование системы обеспечения надежности в производстве и эксплуатации, уточнение порядка подтверждения надежности и выполнения количественных и качественных требований по надежности на последующих стадиях создания. Все перечисленные задачи ставят и решают с учетом конструктивно-технологических особенностей элементов системы, располагаемой информации, требуемой детализации исследования с использованием наиболее пригодных методов и моделей. Системный подход в исследовании надежности при проектировании реализуется путем разработки и использования в итеративном режиме основных типов моделей изделий и их элементов, позволяющих оценить полные затраты времени и средств на создание каждого из альтернативных вариантов и выбрать варианты, удовлетворяющие ограничения на располагаемые ресурсы.

Модель функционирования дает представление о поведении единичного экземпляра каждого элемента в реальных условиях применения. Модель применения позволяет получить представление о поведении изделия в целом, в состав которого может входить большое количество однотипных и разнотипных элементов,

Модели отработки и изготовления позволяют оценить затраты на наиболее трудоемких стадиях создания.

Весь перечисленный комплекс задач выполняет головной разработчик системы, на стадии разработки технических предложений — самостоятельно, на последующих стадиях – совместно с предприятиями-соисполнителями.

Для разработчика элемента изделия перечень задач несколько отличается. Во многих случаях ему нет необходимости заниматься первоначальными задачами исследования надежности. Получив техническое задание от го­ловного разработчика, в котором определен облик элемента, заданы основные проектные параметры и установлены требования к его надежности и ограничения, он сразу приступает к этапу выбора и обоснования такой конструкции элемента, которая удовлетворяет требованиям ТЗ (в том числе требованиям по надежности) при минимальных затратах располагаемых ресурсов на его создание и использование.

Важной работой, регламентирующей взаимоотношения всех участников разработки изделия, является обоснование программы обеспечения надежности (ПОН) изделия в целом, его составных частей и элементов, а также выработка и согласование порядка подтверждения требований по надежности на всех стадиях создания. С этой целью используют модели ПОН, типовые ПОН и модели (процедуры) подтверждения надежности. После выбора основных проектных, схемных и конструкторско-технологических решений перед окончательным оформлением проекта службой надежности предприятия совместно с подразделениями-разработчиками осуществляется оценка (экспертиза) результатов проектирования с позиций обеспечения надежности и корректировка принятых решений.

Во многих случаях анализ надежности принятых схемных и проектно-конструкторских решений осуществляют с помощью метода экспертных оценок, даваемых ведущими специалистами предприятия и отрасли промышленности, в некоторых случаях требуется проведение дополнительных расчетов и моделирования.