Классификация отказов.

Статистические данные об отказах необходимо правильно классифицировать. Классификацию можно провести по различным признакам.

Похарактеру измененияпараметров изделия отказы подразделяются на внезапные и постепенные.

Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких заданных параметров изделия. Он может быть вызван резким изменением внешних воздействующих факторов - проколом автомобильной шины, попаданием посторонних предметов (камней, льда, птиц) во входной канал газотурбинного двигателя и др. Такой отказ может также произойти и за счет постепенного накопления повреждений, которые нельзя заранее обнаружить имеющимися в эксплуатации техническими средствами: например, постепенный рост трещины приводит к внезапному разрушению лонжерона, смазочное голодание — к внезапному разрушению сепаратора подшипника.

К внезапным отказам относятся также отказы, вызванные неправильными действиями операторов или обслуживающего технического персонала. Например, внезапный отказ может быть вызван быстрым переводом непрогретого газотурбинного двигателя с режима малого газа на максимальный. При этом в результате резкого увеличения подачи топлива, температура диска, вала турбины и внутреннего кольца подшипника быстро возрастает. Внутреннее кольцо расширяется, а так как корпус двигателя, в который впрессовано внешнее кольцо, еще холодный, то зазор в роликах уменьшается, что и приводит часто к надирам или внезапному полному разрушению заднего подшипника или ротора двигателя.

Иногда внезапный отказ может самоустраняться (например, временное засорение трубопровода). При многократном возникновении внезапный отказ называется перемежающимся (характеризуется сбоями в работе цифровых устройств).

Постепенный отказ характеризуется постепенным (медленным) изменением значений одного или нескольких параметров изделия. В основном эти изменения происходят в результате процессов старения материалов, изнашивания поверхностей сопряженных деталей, усталости материала, постепенного расходования резерва.

К категории постепенных относятся отказы, возникающие в элементах изделия в результате термической и механической усталости материала, а также в результате его коррозии и старения.

Если у изделия несколько основных функций, то используются понятия полного отказа (потеря всех функций) и частичного, когда какие-то функции еще могут выполняться. При частичном отказе изделие может функционировать, но с пониженной эффективностью.

Отказ на четырехмоторном самолете одного из двигателей по отношению к самолету будет повреждением, которое можно назвать частичным отказом, так как самолет с пониженной скоростью и на меньшей высоте может продолжить свой полет до ближайшего аэродрома.

По взаимосвязи отказы делятся на зависимые и независимые.

Зависимым называется отказ, обусловленный отказом другого изделия или элемента. Например, частые отказы подшипников двигателей и кинематических пар редукторов, вызванные отказами системы смазывания.

Независимый отказ не обусловлен отказом другого изделия или элемента.

По характеру изменения возможности выполнения изделием рабочих функций отказы подразделяются на отказы функционирования и параметрические.

После возникновения отказов функционирования изделие не может дальше выполнять своих рабочих функций. Большинство рассмотренных выше примеров относились к отказам функционирования, которые могли быть внезапными и постепенными, но приводили к тому, что дальнейшая эксплуатация изделия без ремонта становилась невозможной: заклинивал механизм, пробивал конденсатор, перетирался трос лебедки и т.п.

Однако для современных сложных и достаточно надежных изделий и технических систем все более характерными становятся отказы параметрические, при которых параметры изделия выходят за установленные в технической документации пределы, но само изделие в состоянии еще выполнять возложенные на него функции. При этом не обязательно немедленное прекращение эксплуатации изделия, хотя для нормальной работы требуется его отремонтировать или заменить.

Примером параметрического отказа является постепенное увеличение часового и километрового расходов топлива на самолетах и как следствие уменьшение дальности и продолжительности полета. Это явление вызвано в основном двумя причинами. По мере увеличения наработки и срока службы самолета ухудшается его аэродинамическое качество за счет роста коэффициента лобового сопротивления (увеличивается шероховатость поверхности, разрушаются уплотнения и др.). Кроме того, увеличивается удельный расход топлива двигателя в результате ухудшения газодинамических характеристик, вызванного эрозией и износовыми явлениями в проточной части ГТД.

По степени влияния на безопасность полета выделяют четыре вида отказов, приводящих к особым ситуациям в полете: катастрофической, аварийной, сложной или к усложнению условий полета.

Катастрофическая ситуация связана с потерей самолета или человеческими жертвами.

Аварийная ситуация в полете требует осуществления вынуж­денной посадки, при этом от экипажа требуется высокое профессио­нальное мастерство для предотвращения перехода аварийной ситуа­ции в катастрофическую.

При сложной ситуации требуются активные высококвалифицированные действия экипажа для предотвращения перехода ее в аварийную или даже в катастрофическую ситуацию, иногда экипаж вынужден изменить режим (скорость, высоту) или даже траекторию полета, полетное задание может быть не выполнено, но вынужденной посадки не требуется. Например, такая ситуация может возникнуть при отказе одного или двух двигателей в полете.

Усложнение условий полета требует от экипажа повышенного внимания, при этом увеличивается нагрузка на экипаж, но изменения режима полета не требуется (например, при отказе одного канала системы генерирования электроэнергии).

Особые ситуации в полете возникают, как правило, в результате нескольких отказов агрегатов или систем самолета, нарушающих их нормальное функционирование.

Однако наряду с высоким уровнем защищенности по отказам функционирования, к особым ситуациям на самолете могут приводить так называемые опасные отказы изделий, прямо влияющие на безопасность полета. Опасными называются отказы, которые приводят к пожару, выделению токсических газов, самопроизвольному (неуправляемому) движению механических устройств. Так, разрушение подшипника генератора не приводит к нарушению функционирования системы генерирования, но может вызвать пожар вследствие резкого повышения температуры; самопроизвольное открывание створок люка может привести к катастрофе.

По причинам возникновения отказы делятся на конструкционные, производственные, эксплуатационные и отказы покупных комплектующих изделий.

Конструкционные отказы возникают в результате несовершенства методов конструирования, ошибок, допущенных при проектировании изделия, неточного учета фактических условий работы изделия в эксплуатации, несоблюдения государственных и отраслевых стандартов при проектировании, в частности, по унификации, взаимозаменяемости, а также вследствие неправильного выбора материала и технологии его упрочнения, низкого качества нормативно-технической документации.

Производственные отказы возникают вследствие несовершенства технологического процесса изготовления изделия и его нарушений, отсталой технологии изготовления деталей изделия, использования устаревшего станочного оборудования, низкой степени автоматизации технологического процесса, запущенного метрологического обеспечения процесса изготовления деталей. К этой же группе относятся отказы, связанные с несовершенством средств и методов технологического контроля, умышленной и неумышленной небрежностью его проведения.

Большой процент производственных отказов вызывается нарушением принятой технологии изготовления деталей изделия. Отклонение от установленного режима резания металла приводит к пластической деформации поверхностного слоя, образованию наклепа, перегреву и, следовательно, изменению структуры материала. Аналогичные необратимые процессы возникают при нарушении технологии отливки деталей, их термической обработки, шлифования и др.

Большая доля производственных отказов связана с низким качеством сборки отдельных узлов и изделия в целом. Несоблюдение установленных зазоров в сочленениях, невыдерживание соосности валов, параллельности рабочих и базовых поверхностей, неправильная затяжка и контровка резьбовых соединений часто бывают причинами производственных отказов.

Особую роль в проблеме снижения уровня производственных отказов играет человеческий фактор, т.е. качество труда.

Эксплуатационные отказы чаще всего возникают из-за нарушения установленных режимов работы изделия, несоблюдения инструкций по эксплуатации, небрежного хранения и др. Очень часто серьезные эксплуатационные отказы возникают вследствие несвоевременности и низкого технического уровня проведения профилактических и регламентных работ. Следует иметь в виду, что часто в эксплуатации отказы вызваны несовершенством эксплуатационной документации, превышением эргономических возможностей эксплуатирующего и обслуживающего персонала. В этом случае отказы правильнее относить к конструкционным. Например, неоднозначное толкование действий летчика в экстремальных условиях, превышение требований эргономики по объему воспринимаемой информации в единицу времени, требование больших физических усилий при монтаже оборудования и др.

Отказы покупных комплектующих изделий, в первую очередь электрорадиоизделий, выделяются в отдельную группу при условии их правильного применения согласно техническим условиям. В этом случае завод-поставщик должен анализировать возникающие в экс­плуатации отказы и разрабатывать мероприятия по повышению на­дежности своей продукции.

Однако, необходимо помнить, что изменение ТС изделия может по-разному оцениваться различными пользователями. В табл.1 приведены примеры возможной оценки: О – событие, воспринимающееся как отказ, П – событие, воспринимающееся как повреждение, «–» - событие не воспринимается как неисправность.

Таблица 1

Изделие	Событие	Комментатор
Пилот	Механик самолета	Пассажир	Механик АТБ	Завод-изготови-тель
Авиа-двигатель	Обрыв лопаток турбины	П	П	-	О	О
Коррозия топливного бака	-	П	-	П	О
Ложное выключение двигателя в полете	О	О	П	-	-
Кресло пассажира	Поломка регулиро-вочного механизма	-	О	П	О	О

9. «Жизненный цикл» объекта.

Каждое изделие за период своего существования расходует потенциальные свойства надежности, заложенные при проектировании. Изменение уровня надежности по этапам «жизненного цикла» изделия показано на рис.3. Поэтапное формирование уровня надежности отремонтированного объекта АТ в обобщенном виде может быть представлено следующей формулой:

где - уровень послеремонтной надежности; - уровень надежности, закладываемый при проектировании; - изменение надежности при серийном изготовлении из-за несоответствия технического уровня производства техническим требованиям на изделие; - изменение надежности при хранении (транспортировке) изделий; - изменение надежности в процессе эксплуатации; - приращение надежности, восстанавливаемой в ремонте; - приращение надежности, закладываемой при ремонте посредством конструктивной доработки АТ.

 

Рис.3. Поэтапное изменение надежности объектов:

1 – проектирование; 2 – изготовление; 3 – хранение (транспортировка);

4 – эксплуатация; 5 – ремонт (восстановление)

 

Все факторы, формирующие уровень надежности на различных этапах существования АТ, можно подразделить на объективные (воздействие окружающей среды, механические и другие внешние воздействия) и субъективные (выбор схемы расчета и материалов при проектировании, выбор режимов эксплуатации и т.д.). Очевидно, что для правильного учета объективных и максимального ограничения субъективных факторов снижения надежности изделий необходима количественная оценка свойств надежности.

Очевидно, что дажепри проектировании невозможно достичь уровня надежности, равного единице вследствие наличия дефектов в любом материале, применяемом для изготовления деталей не только в авиации, но и в машиностроении, приборостроении и т.д. Вследствие объективных и субъективных причин надежность техники будет все время уменьшаться. И на этапе ремонта уровень, заложенный конструктором, не достигается – не все детали и узлы на ВС меняются, при ремонте могут быть внесены дополнительные дефекты (неправильный монтаж) и т.д. Только этап может увеличить уровень надежности выше, определенного проектировщиком, за счет установки более надежных приборов, применения более прочных материалов, совершенствования средств контроля технического состояния.