- разумные предположения о допустимом проценте возвращающихся для обслуживания в гарантийный период единиц продукции — для потребителя продукции;
- сценарий выполнения задания и требуемой эффективности разработанной продукции в соответствии с ее установленным использованием — для военной продукции.
Эти действия не ограничиваются определением количественных или описательных целей или требований надежности. Важно определить функции продукции, а также все условия и приемлемые режимы эксплуатации. Необходимо оценить и определить критический отказ системы, снижающий эффективность или вызывающий незначительные отклонения в эксплуатации. Предполагается, что определения отказов или ухудшений эксплуатации являются различными для различных подсистем или их блоков.
Профиль использования или целевая задача продукции должны включать разработанные на основе исследований, потребностей и ожиданий заказчиков и пользователей детальную последовательность и значения параметров, характеризующих условия эксплуатации и окружающей среды, ожидаемых при использовании продукции. Эта информация должна использоваться при определении цели в сфере надежности продукции и для оценки ее надежности.
Для оценки первоначальной надежности продукции и установления достижимой цели надежности продукции проводят анализ данных эффективности эксплуатации аналогичной продукции.
Отчет о режимах отказов при эксплуатации аналогичной продукции должен использоваться как информация о потенциальных режимах отказов вновь разработанной продукции.
6.2.2 Определение и предварительный проект продукции
Включение целей по надежности в спецификацию продукции гарантирует их выполнение.
Требования надежности для ключевых компонентов должны быть такими, чтобы обеспечить выполнение целей надежности продукции. Требования по надежности должны определять максимально допустимые интенсивности отказов компонентов в соответствии с ожидаемыми условиями эксплуатации и быть включены в спецификации компонентов. Если информация о надежности ориентирована на нормальные условия (например, 25 °С), то они должны быть скорректированы по отношению к ожидаемым условиям окружающей среды с помощью теории Аррениуса или других применимых методов.
Начальные оценки надежности на этой стадии определяют на основе данных опытной эксплуатации аналогичной продукции, а также оценок надежности для предварительного проекта.
План и модель повышения надежности на этой стадии разрабатывают для того, чтобы определить действия, количество и величину улучшений проекта, необходимых для достижения целей надежности продукции за период разработки проекта.
Модель для планирования повышения надежности основана на идеализированной кривой повышения надежности, соответствующей степенному закону. Предположение, что повышение надежности на этапе проектирования описывается степенным законом, основано на том, что обычно режимы отказа с самыми высокими интенсивностями отказов заранее известны, а порядок снижения вероятности их появления соответствует эквивалентной интенсивности отказов для этих режимов отказов (причин) (ГОСТ Р 51901.16).
6.2.3 Этап проектирования
Оценки и моделирование надежности FMEA/FTA выполняются для определения надежности продукции на различных стадиях разработки проекта, а также идентификации и сокращения режимов отказов, уменьшения их последствий, которые могли бы представлять потенциальную проблему для эксплуатации продукции. Сокращение режимов отказов и соответствующих причин или минимизация их последствий способствуют повышению надежности продукции.
Анализ режимов и последствий отказов FMEA (ГОСТ 27.310) при проектировании должен выполняться для каждого вида продукции и обеспечивать оценку всех режимов отказов и соответствующих причин, включая вероятности их появления.
Для оценки вероятности отказа или вероятности безотказной работы системы в целом отдельные режимы отказов и их причины должны быть связаны с аппаратными средствами и представлены в виде фактической архитектуры системы. Для этого могут использоваться традиционные методы моделирования надежности для представления структуры аппаратных средств, в том числе ручные, с применением программных средств по прогнозированию надежности или с использованием построения дерева неисправностей (ГОСТ Р 51901.13 и ГОСТ Р 51901.5). Анализ дерева неисправностей (FTA) выполняют вручную или с использованием программного обеспечения.
FTA является нисходящим анализом и выявляет все возможные пути неисправностей, которые могут приводить к отказу отдельных блоков с помощью клапанов более низкого уровня, представляющих режимы отказов программного обеспечения или аппаратных средств. Потенциальные причины режимов отказов обычно представляют основными событиями с соответствующей вероятностью появления. Значение вероятности, соответствующее вершине событий, позволяет определять вероятность отказа (вероятность безотказной работы) продукции. Преимущество методологии использования FTA состоит в том, что анализ режимов отказов и моделирование надежности выполняются одновременно. Самостоятельного моделирования надежности не требуется, а изменения проекта легко учесть.
Для определения приоритетов сокращения режимов отказов или снижения вероятности их появления оценивают величину и тяжесть последствий отдельных режимов отказов и их причин. Приоритет следует отдавать причинам режимов отказов, которые влияют на безопасность и имеют значимую вероятность появления. Режимы отказов, которые являются критическими для эксплуатации продукции и имеют высокую вероятность появления, также относят к приоритетным. Возможным решением может быть изменение надежности компонента, если она имеет существенное влияние на надежность системы в целом или ее блока. Правильный выбор ключевых компонентов гарантирует, что компоненты, которые существенно влияют на функции продукции, имеют требуемую надежность. Надежность этих компонентов обычно вычисляют на основе данных ресурсных испытаний, полученных от изготовителей компонентов с учетом условий использования продукции.
Сокращение режимов отказов является результатом тесного сотрудничества проектировщиков и специалистов по надежности в поиске решений повышения надежности продукции. Такое решение может включать изменения проекта и компонент, ограничение допустимых значений характеристик компонентов, изменение компоновки тепловых режимов и другие решения. Сокращение режимов отказов способствует повышению надежности продукции.
Вместо аналитического определения надежности компонентов могут проводиться испытания на надежность. Компоненты могут быть электронными компонентами, блоками или подсистемами продукции, а испытания могут проводиться для определения назначенной наработки, назначенного ресурса или выполнения задания. Это особенно полезно в случаях, когда проектируемая продукция включает много покупных компонентов. Испытания в этом случае предназначены для подтверждения надежности компонентов в соответствии с профилем использования продукции.
Формальный и неформальный анализ проекта при решении указанных вопросов надежности способствует тесному взаимодействию проектировщиков и специалистов по надежности для создания более надежной продукции (МЭК 61160 [4]).
Оценка ремонтопригодности должна подтвердить разумную трудоемкость и стоимость технического обслуживания продукции. Эти действия не способствуют непосредственному повышению надежности, но позволяют сократить количество отказов, которые могут потребовать обширного технического обслуживания.
Мониторинг повышения надежности состоит из построения графика достигнутой надежности продукции в соответствии с оценками, полученными в процессе проектирования, проведения время от времени улучшений проекта (изменений) и сравнения полученного графика с моделью повышения надежности, запланированной для продукции. Тогда любые действия, необходимые для достижения запланированного повышения надежности, можно выполнять своевременно.
6.2.4 Стадия подготовки производства и изготовления
Испытания компонентов и системы в целом для технической оценки производства, валидации, улучшений проекта или замены компонентов, а также запланированные испытания на повышение надежности являются частью последних действий до начала производства продукции.
Тщательный отбор воздействий окружающей среды может быть сделан на опытных образцах для оценки полноты производственных процессов или на образцах промышленной партии для улучшения процесса производства.
Валидационные испытания проводят на этапах подготовки производства или изготовления продукции для валидации использования продукции в критических условиях эксплуатации и окружающей среды.
Испытания на повышение надежности — это запланированный процесс для идентификации режимов отказов продукции, не идентифицированных при более ранних исследованиях. Поскольку это один из методов повышения надежности, он описан в 6.3.
Ресурсные испытания проводят, при необходимости, для определения ресурса или надежности продукции. Часто они проводятся на компонентах, которые не были проверены изготовителем и необходимы для замены в процессе улучшения проектируемой продукции.
Отчет о надежности необходим для регистрации и документирования всех действий, относящихся к анализу надежности продукции, проведенных улучшений, испытаний и их результатов, достигнутого повышения надежности и всех результатов исследований, которые могут использоваться при проектировании другой продукции.
6.2.5 Стадия эксплуатации продукции
Следует уделять внимание наблюдению и анализу отказов в процессе эксплуатации. Эти отказы должны фиксироваться, так как они могут использоваться при разработке новой продукции на стадии концепции, при проведении улучшений эксплуатируемой продукции, пересмотре проекта или при введении замен.
Повышение надежности эксплуатируемой продукции описано в разделе 7.
6.3 Действия по повышению надежности на стадии валидации
На стадии валидации проводят оценку продукции с точки зрения пользователя. Результаты испытаний на этой стадии трудно использовать для количественной оценки повышения надежности, если только условия испытаний не были предназначены для моделирования условий эксплуатации продукции. На стадии валидации продукция часто используется персоналом изготовителя или выбранными заказчиками (опытная эксплуатация). Даже, когда результаты этих испытаний не могут использоваться для количественных оценок повышения надежности, идентифицированные режимы отказов и проблемы могут косвенно, через список действий, влиять на процесс повышения надежности
6.4 Испытания на повышение надежности
6.4.1 Общие положения
В пределах реальных экономических затрат и ограничений времени не все слабые места могут быть устранены. Систематические и остаточные неустраненные слабые места определяют поток отказов или вероятность отказа проектируемой продукции. Цель программы повышения надежности при проектировании и на стадии испытаний — устранение систематических слабых мест или снижение вероятности их появления до установленного значения. Необходимость выполнения специализированной программы испытаний на повышение надежности определяется следующими основными причинами:
a) необходимостью продолжения повышения надежности продукции, подвергая ее условиям ускоренной эксплуатации для выявления слабых мест, которые были не замечены при анализе проекта;
b) требованием заказчика демонстрации надежности продукции. В этом случае классическая демонстрация надежности с установленной продолжительностью испытаний заменяется специализированными испытаниями на повышение надежности, допускающими улучшения продукции и в то же время позволяющими подтвердить его требуемую надежность. Эти испытания могут иметь вид периода приработки или приемочных испытаний с продолжительностью, установленной в контракте.
Обычно общее время испытаний для совершенствования надежности зависит от параметра потока отказов (или MTBF), деленного на коэффициент ускорения (МЭК 60300-3-5 [1]), если надежность не была улучшена с помощью аналитических методов или испытаний, направленных на выявление возможных режимов отказов в подсистемах или блоках.
Организационные усилия, используемые в испытаниях на повышение надежности, — это отчет об отказах и система корректирующих действий, называемые иногда анализом отчета об отказах и системой корректирующих действий (FRACAS). Это система закрытого цикла, когда анализируют каждый зарегистрированный отказ. Если установлено, что отказ связан с проектом, то определяют корректирующие действия для улучшения проекта и сокращения количества отказов. Эта система допускает активное повышение надежности за счет устранения недоработок. Корректирующие действия проводятся только после валидации действий по уменьшению количества отказов.
6.4.2 Планирование испытаний
6.4.2.1 Общие положения
Для обеспечения своевременной поставки всех необходимых объектов и средств планирование испытаний на повышение надежности должно начинаться на ранней стадии выполнения программы. При подготовке плана испытаний программы повышения надежности, необходимо принять решения относительно:
- количества испытуемых объектов каждого типа и статуса/пересмотра соответствующего проекта;
- испытательного оборудования (стандартного и специального);
- запасных частей (модулей и компонентов);
- средств обеспечения условий и испытаний окружающей среды;
- ожидаемой продолжительности программы в календарном времени и наработке;
- трудовых ресурсов для подготовки, испытаний, обмена информацией, ремонта, анализа, исследований и модификации.
