6.4.2.2 Количество испытуемых объектов
Увеличение количества одновременно испытуемых объектов делает выборку более представительной. Чтобы получить существенное общее количество отказов в разумное время, необходимо испытать большее количество объектов. Обычно это приемлемо для объектов с низкой стоимостью и небольшими геометрическими размерами. Однако важно гарантировать, что испытания большого количества объектов позволят сократить продолжительность испытаний. Появление некоторых отказов зависит от времени (например, отказов, вызванных износом), и сокращение времени испытаний, даже при наличии большого количества испытуемых объектов, не позволяет этим отказам проявиться. По этой причине можно ограничить количество испытуемых объектов и назначить достаточное время ускоренных или других испытаний. Намного более безопасный подход состоит в том, чтобы сократить критические уровни и допустить количество отказов, определяемое требованиями к достоверности результатов испытаний.
6.4.2.3 Ускоренные испытания
Поскольку слабые места обычно проявляются через отказы, в программу повышения надежности включают стимуляцию появления отказов, исключение или снижение вероятности появления отказов, которые выявляют систематические слабые места. Однако преднамеренная стимуляция обычно применяется в лабораторных испытаниях, а не в эксплуатации.
Выбор соответствующих воздействий окружающей среды для стимулирования отказов должен проводиться в соответствии с МЭК 60605-2 [2]. Для стимулирования появления отказов необходимо применять методы ускоренных испытаний. При этом необходимо учитывать экстремальные значения характеристик проекта, которые не должны быть превышены. Если проектная спецификация содержит экстремальные значения параметров окружающей среды (больше или равные параметрам окружающей среды для некоторых компонентов или материалов), то эти значения параметров окружающей среды не должны применяться в течение специализированных испытаний на повышение надежности. Это требование должно выполняться даже в том случае, если соответствующие компоненты или материалы могут противостоять этим экстремальным нагрузкам в течение квалификационных испытаний с ограниченной продолжительностью. Например изделие, содержащее электролитические конденсаторы, рассчитанные на номинальную температуру 85 °С, может выдержать высокотемпературные квалификационные испытания до 85 °С, но те же самые конденсаторы могут отказать при увеличенной выдержке с той же самой температурой в процессе испытаний на повышение надежности. Рабочие напряжения также должны быть усилены, но не должны превышать максимум нагрузки компонентов в испытуемом изделии.
Напряжения от воздействия окружающей среды и рабочие напряжения должны соответствовать условиям использования объекта, но могут быть предназначены для усиленного выявления скрытых слабых мест. Необходимо проявить осторожность, чтобы не ввести механизмы отказа, нетипичные для нормального использования, что может сделать математическую модель неадекватной. Отдельная техническая оценка или квалификационные испытания в критических условиях, если они проводятся, являются источником дополнительных данных об отказах. Тип и степень используемого усиления нагрузок могут изменяться в соответствии с уровнем блоков.
Чтобы гарантировать обнаружение всех отказов, кроме испытательной спецификации, в процессе испытаний должен быть разработан подробный график испытаний на эффективность. Если элемент имеет встроенное программное обеспечение, то график испытаний должен охватывать все возможные режимы работы и их комбинации.
6.4.2.4 Продолжительность выполнения программы
Время, необходимое для достижения заданной надежности, может быть спрогнозировано только на основе данных прошлого опыта (собственного или опубликованного) с помощью моделирования повышения надежности. Математические модели позволяют спрогнозировать количество отказов, основываясь на оценках параметров модели, полученных по предыдущим программам. Этот график затем корректируют, чтобы учесть дополнительные отказы, то есть неуместные отказы, и повторение систематических отказов, вызванное наличием оставшихся слабых мест. Необходимо оценить среднее календарное время восстановления и проведения модификаций, а также необходимое время на непредвиденные обстоятельства, связанные с поломками оборудования, болезнью персонала и т.д.
Календарное время всей программы должно быть суммой:
- требуемой полной наработки, приведенной к календарному времени согласно максимальному количеству рабочих часов в неделю (или месяц);
- полного времени восстановления всех ожидаемых отказов;
- полного времени модификаций, необходимых для устранения всех ожидаемых систематических слабых мест.
6.4.2.5 Плановое повышение надежности и мониторинг
Пользователь должен определить целевое значение показателя надежности для испытуемого оборудования.
Для оценки продвижений в повышении надежности при выполнении программы необходимо подготовить плановую кривую повышения надежности. Она покажет надежность, ожидаемую в указанных точках программы в единицах календарного времени или наработок. Если программа разбита на отдельные этапы времени, то эти точки могут совпадать с концами этапов.
Плановое повышение надежности определяют с помощью идеализированной кривой повышения надежности, которую строят на основе принятой математической модели ГОСТ Р 51901.16. Параметры этой кривой отражают реальную скорость повышения надежности и определяются на основе предыдущего опыта. Если имеются отдельные этапы, то в пределах каждого этапа должна быть установлена своя цель. В указанных точках программы фактическое повышение надежности должно сравниваться с запланированным повышением (мониторинг повышения надежности).
6.4.3 Особенности для неремонтируемых, невосстанавливаемых объектов и компонентов
Принципы, которые применяются к программе повышения надежности ремонтируемых объектов, также применяют к программе повышения надежности неремонтируемых и невосстанавливаемых объектов или компонентов. Имеются, однако, некоторые различия. В этом случае наиболее используемыми показателями надежности являются интенсивность отказов и MTTF.
Объем каждой испытуемой выборки одного типа объектов должен быть как можно больше. Отказавший элемент не должен заменяться. Для выявления всех скрытых слабых мест испытания должны продолжаться параллельно с анализом систематических отказов. Для устранения систематических отказов должна проводиться корректирующая модификация объекта, после которой вся испытуемая выборка должна дорабатываться в соответствии с модификацией. Испытания должны возобновиться для проверки эффективности этой и других модификаций и продолжать выявлять скрытые слабые места. В некоторых случаях может быть принято решение продолжить испытания даже в том случае, когда начаты испытания после нового пересмотра проекта, чтобы выявить отказы, которые происходят только при более длинной наработке (например, связанные с износом).
Если износ объекта является существенным, то улучшение состоит в увеличении ресурса объекта (параметр положения распределения Вейбулла) и в уменьшении изменений ресурса (параметр формы распределения Вейбулла). Эти действия требуют применения других методов анализа, таких как анализ Вейбулла, МЭК 60605-4 [3].
6.4.4 Классификация отказов
Классы отказов, причины которых скрыты в проекте или конструкции, как описано в разделе 4, являются неуместными для корректирующей модификации, а также для моделирования и оценки повышения надежности. На первом этапе классификации необходимо идентифицировать и исключить неуместные отказы. На втором этапе необходимо разделить уместные отказы на систематические и остаточные отказы.
Классификация требует технического анализа, основанного на всей доступной информации исследований. Классификация пытается проследить назад концептуальную последовательность, описанную в 4.2, то есть от отказа до слабого места к характеру первоначальной причины.
6.4.4.1 Классы неуместных отказов
Неуместные отказы описаны в 7.2.1 МЭК 60300-3-5. В зависимости от специальных требований конфетных программ (как определено в соответствующей спецификации или плане), некоторые или все типы отказов, перечисленные ниже, могут быть классифицированы, как не требующие корректирующей модификации, а также как неуместные для оценки повышения надежности (см. 6.4.9).
Если отказы любого из следующих типов приводят к более широким изменениям значений надежности (например, отказы в интерфейсах, связанном оборудовании или испытательном оборудовании), они могут рассматриваться как уместные отказы для корректирующей модификации в этих областях, даже если они являются неуместными по отношению к главному элементу программы.
a) Зависимые отказы
Если отказ рассматривается как систематический, то он является уместным.
b) Эксплуатационные отказы
Если отказ рассматривается как систематический, то он является уместным.
c) Отказ в процессе корректировки или уже устраненный за счет корректировки
При использовании математических моделей для оценки повышения надежности, конкретные требования могут исключать или не исключать эти отказы.
d) Идентичные неустойчивые отказы
После первого появления любого типа отказов такие отказы могут быть неуместными. Слабые места, вызывающие отказы, вероятно, являются систематическими и, следовательно, уместными.
e) Отказ, требующий регулирования или технического обслуживания (используется только обычный оператор)
Отказы, которые могут быть исправлены этими средствами, могут быть неуместны. Если рассматривается систематический отказ, то он является уместным.
f) Компоненты, отказывающие при проведении специфических испытаний, но выполняющие свою функцию
Если общая эффективность единицы оборудования не снизилась, то отказы, которые могут быть обнаружены в процессе исследования, могут рассматриваться как неуместные.
g) Отказы, которые произошли после установленного срока службы
Отказы объектов, подверженных износу, которые отказывают после указанного минимального срока службы, могут быть неуместными.
h) Отказы в процессе разбраковки по надежности
Эти отказы должны быть неуместными для оценки повышения надежности. Однако отказы, выявляющие новые систематические слабые места при разбраковке по надежности, всегда требуют исследования и возможно корректирующей модификации.
6.4.4.2 Классы уместных отказов
Уместные отказы должны быть классифицированы как систематические или остаточные:
- для решения о необходимости корректирующей модификации;
- для некоторых методов моделирования повышения надежности, чтобы обеспечить определением ввод категории отказа.
При классификации отказов полезно использовать следующие основные правила:
a) Систематические отказы
Систематические отказы после анализа физических обстоятельств или проекта — условие или модель отказа, которые могут вызвать повторные отказы. Это может подтверждаться фактическими повторениями отказа после достаточно длительного времени испытаний. Например, компонент, который находится в условиях повышенных нагрузок в состоянии слабого повышения нагрузок из-за ошибки в проекте, может проявляться в виде текущего отказа в течение достаточно длительного периода.
b) Остаточные отказы
Остаточный отказ — это отказ, который не вызывает повторного отказа и причины не указывают на то, что это вероятно (например, случайная ошибка мастера).
Классификации должны постоянно пересматриваться, поскольку более поздние события могут давать новые основания для проведения переклассификации. Это наиболее часто происходит в систематических отказах категории В (см. рисунок 8).
6.4.4.3 Категории уместных отказов
Систематические отказы должны быть отнесены к категориям А или В:
a) Отказы, не сопровождающиеся корректирующими модификациями, потому что ожидаемые результаты не устранили бы проблемы стоимости, времени или технические трудности;
b) Отказы, сопровождающиеся корректирующей модификацией, направленной на предотвращение их повторения.
6.4.5 Процесс совершенствования надежности на этапе испытаний на повышение надежности
На рисунке 8 показана последовательность выполнения диагностики отказа, ремонта или замены, классификации и, при необходимости, дальнейших исследований и корректирующих модификаций. Тот же самый процесс должен применяться и в случае, когда источником информации является иная программа или действие, не имеющее целью повышение надежности.
Испытания должны быть приостановлены при появлении отказа на время, достаточное для диагностики, ремонта, изъятия или замены испытуемого объекта. Насколько возможно исследование систематических отказов и модификаций проекта должно проводиться параллельно с испытаниями, несмотря на то, что существует вероятность отказа того же самого типа, пока слабое место сохраняется.
Систематические отказы категории В должны всегда сопровождаться корректирующей модификацией. Когда модификация разработана, она может быть проведена в ближайший удобный момент (то есть при появлении другого отказа или другой приостановки испытаний).
Однако можно достичь большей эффективности, если программа разделена на несколько отрезков времени и модификации (особенно крупномасштабные) проводятся после каждой стадии. Эта схема показана на рисунке 8.
Рисунок 8 — Процесс испытаний на повышение надежности
После отказа сменные части могут быть заменены на резервные для восстановления работоспособности системы. Это позволяет включить модификацию в запасной модуль и сэкономить время, не прибегая к прерыванию испытаний. Наличие набора таких запасных модулей очень удобно, но, пока эти модули не включают всех предыдущих модификаций, они должны использоваться только временно.
