Три периода жизненного цикла изделия

 

Интенсивность отказов – условная вероятность отказа изделия в единицу времени. В дальнейшем мы более подробно рассмотрим этот важнейший показатель надежности, а для понимания текущего вопроса этого определения достаточно.

Жизненный цикл изделия можно разделить на три периода в зависимости от основных причин возникающих отказов и характера изменения со временем их интенсивности (рис. 3). При этом рассматривается отработанное изделие, в котором устранены основные ошибки проектирования.

 

 

Рис.3. Три периода эксплуатации

 

Первый период жизненного цикла — изделие новое, только что начало эксплуатироваться. Казалось бы, поскольку изделие новое и прошло соответствующую проверку на заводе, оно должно иметь самую высокую надежность, т.е. отказы должны возникать очень редко и лишь спустя достаточно большое время. Однако часто на практике надежность нового изделия в первый период его эксплуатации ниже, а интенсивность отказов выше, чем в последующий период. Это объясняется тем, что несмотря на достаточно совершенные средства и методы технического контроля, в изделие попадают элементы с не-выявленными и пропущенными дефектами (микротрещинами, раковинами, посторонними включениями в материале, изменениями микроструктуры, наклепами, ожогами, остаточными напряжениями, непропаянными соединениями и др.). Имеет место также низкое качество сборки изделий, отклонения от принятой технологии ее проведения (не выдержаны необходимые зазоры в сопряженных кинематических парах и параллельность базовых поверхностей, не обеспечена надежность контровок, герметичность соединений в гидравлических, воздушных или топливных магистралях, плохо проведена регулировка параметров).

Отказы, возникающие в начальном периоде эксплуатации из-за дефектов производства, называются приработочными, так как они возникают и устраняются в период приработки (обкатки) изделия.

Наибольшее число приработочных отказов возникают в начальном периоде работы изделия, а затем по мере их проявления и устранения интенсивность отказов начнет снижаться до тех пор, пока кончатся элементы с производственными дефектами. В первом периоде могут возникать конструкционные отказы, а также внезапные отказы, вызванные внешними факторами, т.е. не связанные с дефектами производства. Суммарная интенсивность будет складываться из интенсивности приработочных отказов и интенсивности отдельных случайных отказов по разным причинам, которая, как правило, не меняется по мере наработки.

Главными факторами, наиболее сильно влияющими на уровень приработочных отказов изделий, являются:

степень соответствия технологии современному уровню;

достигнутая точность изготовления изделий;

степень автоматизации производства (в том числе использование станков с программным управлением, что исключает возможность субъективных ошибок при изготовлении деталей машин);

уровень технологической дисциплины (соблюдение установленной технологии изготовления, термообработки и сборки изделий);

совершенство технического контроля (автоматизация, добросовестность, требовательность и др.);

уровень унификации (использование отработанных узлов и дета­лей);

степень использования и соблюдения стандартов;

качество приемо-сдаточных испытаний изделий перед передачей их в эксплуатацию;

степень эффективности системы управления качеством продукдни на производстве.

К сожалению, многие типы изделий имеют высокий уровень при-работочных отказов и длительный период их устранения (электрон­ов блоки, например, порядка 100... 300 ч наработки).

В целях повышения эксплуатационной надежности период приработки включают в технологический цикл изготовления изделия, исключая тем самым приработочные отказы из периода эксплуатации. Для этого перед поставкой в эксплуатацию изделие подвергается так называемой тренировке — испытаниям по специальной программе.

Второй период жизненного цикла работы изделия называется периодом нормальной эксплуатации. После выявления и устранения приработочных отказов изделие еще "молодое", в это время износовые и усталостные отказы появиться еще не могут. Наступает период работы изделия, в течение которого в нем в основном могут возникать отдельные отказы, вызванные различными случайными факторами.

Многочисленные статистические данные и специальные испытания показывают, что интенсивность отказов при неизменных условиях эксплуатации изделия во втором периоде сохраняется примерно постоянной.

Теперь рассмотрим вопрос, можно ли понизить уровень интенсивности отказов в этот период, и какие главные факторы влияют на этот уровень?

К первой группе таких факторов относится конструктивное совершенство изделия, т.е. одной из важных задач конструкторов является задача сделать изделие менее чувствительным к воздействию различных случайных факторов.

Как уже отмечалось выше, одним из распространенных отказов двигателей самолетов является попадание в их входной канал твердых посторонних предметов — мелких камней, кусков льда, случайно оказавшихся,на взлетной полосе болтов, гаек и др. Ударяясь с большой скоростью о поверхности лопаток компрессора, они приводят к образованию недопустимых забоин, вмятин и трещин. Поэтому, если конструктор самолета располагает двигатели высоко, например на пилонах над крылом, то интенсивность отказов, связанных с разрушением лопаток компрессора, снижается. Это объясняется тем, что разряжение на поверхности аэродрома в зоне работы двигателей существенно уменьшается, и крупные посторонние предметы в двигатель уже не попадают. Другим примером влияния конструкции изделия и его элементов на уровень внезапных отказов может служить разработка и применение достаточно эффективной системы охлаждения сопловых и рабочих лопаток турбины. Такие лопатки имеют не только более длительный ресурс, но они и менее чувствительны к случайным забросам температуры газа в проточном тракте газотурбинного двигателя.

Ко второй группе факторов, влияющих на уровень интенсивности отказов, относятся условия эксплуатации изделия. Очевидно, что чем эти условия тяжелее, тем интенсивность отказов будет выше при одном и том же конструктивном совершенстве изделия. К условиям эксплуатации относятся атмосферные условия, при которых эксплуатируется изделие — это температура, давление, влажность, чистота окружающего воздуха, а также условия применения изделия на самолете — уровень вибрации, максимальные перегрузки, местные перегревы и др.

Отказы, вызванные ошибками в действиях технического персонала, относятся к разряду внезапных; квалификация, дисциплина и практические навыки лиц, допущенных к эксплуатации авиационной техники, также влияют на интенсивность отказов.

Несмотря на то, что случайные отказы вызываются заранее неизвестными и случайными факторами, их возникновение не является чем-то неизбежным и непреодолимым.

Третий период жизненного цикла работы изделия связан со старением изделия.

Как только новое изделие начало выполнять свои рабочие функции и стала возрастать наработка, в его элементах появляются необратимые процессы, связанные с износом, усталостью, коррозией, изменением свойств материалов. Влияние каждого из перечисленных факторов для различных изделий неодинаково. Например, для авиационных газотурбинных двигателей приближение к предельному состоянию определяется термической и механической усталостью материала элементов проточной части двигателя и их газовой коррозией.

В течение второго периода работы изделия эти необратимые процессы начинают накапливаться, степень повреждения элементов растет, но до определенного времени она не достигает предельного значения и постепенные отказы практически не возникают. Однако после некоторой наработки они начинают проявляться и доля их постепенно увеличивается.

Ресурс изделий целесообразно ограничивать первыми двумя периодами их работы, т.е. в третьем периоде они не должны работать. Однако требуемые ресурсы авиационной техники постоянно растут, несмотря на наличие явлений старения (третий период). Определение наработки, при которой начинает заметно сказываться старение изделия, является ответственной и сложной задачей, на ее основе решается вопрос о назначении ресурса. При этом в первую очередь должны учитываться экономические соображения и условия обеспечения безопасности полета.

Начало третьего периода жизненного цикла и крутизна возрастания интенсивности отказов для одного и того же типа изделия зависят от условий его эксплуатации (эксплуатационный фактор), совершенства конструкции и технологии изготовления.