Работоспособность и надежность

Качество изделий по спо­собности выполнять свои функции характеризуется работоспособ­ностью и надежностью.

Показатели работоспособности и надежности относятся к груп­пе показателей качества, которые отражают степень пригодности изделия к использованию его по назначению, т.е. потребительскую стоимость изделия. Эти понятия определены в ГОСТ 27.001-81 «На­дежность в технике. Термины».

Работоспособное состояние (работоспособность) — состоя­ние объекта, при котором значения всех параметров, характеризую­щих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технических документов и (или) конст­рукторской документации.

Работоспособность может быть охарактеризована эксплуата­ционными показателями (показателями назначения). Для изделий эти показатели делятся на три группы:

- классификационные показатели, характеризующие при­надлежность изделия к определенной классификационной группе (предел измерения, цена деления, предельная погрешность прибора и др.);

- показатели функциональной и технической эффективнос­ти, характеризующие полезный эффект эксплуатации изделия (про­изводительность прибора, точность и прочность зубчатой передачи, светопропускание объектива и т.п.);

- показатели конструктивные, характеризующие возможность установки монтажа, совмещения с другими изделиями (например, габариты, напряжение питания, усилие перемещения ползуна и т.п.).

Показатели назначения являются составляющими качества изделия, но не тождественны ему. Например, нельзя считать, что мик­рометр по качеству выше штангенциркуля только на том основании, что его погрешность на порядок меньше. Качество в данном случае может быть охарактеризовано относительным показателем — запа­сом точности по отношению к норме, установленной стандартом.

При проектировании следует определять запасы мощности, производительности, прочности и т.п.

Одни показатели назначения (цена деления, габариты) стабиль­ны, другие (прочность, точность, светопропускание, усилие переме­щения) при эксплуатации, хранении или транспортировании могут измениться настолько, что имеющийся запас исчерпается и изделие будет работать с показателями, не соответствующими требованиям норм, или вообще не будет функционировать.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности, на­зывается отказом. Отказ следует отличать от дефекта — наруше­ния годности изделия, т.е. нарушение любого показателя, установ­ленного технической документацией, в том числе такого, который не влияет на нормальное функционирование изделия, например эс­тетичности (повреждение декоративного покрытия, царапина на корпусе часов).

Свойство изделия сохранять во времени в установленных пре­делах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транс­портировки, называется надежностью изделия.

Показателями надежности являются безотказность, ремон­топригодность, сохраняемость и долговечность, а также резерви­рование.

Под резервированием понимают введение в состав изде­лия резервных элементов, работающих параллельно или автомати­чески включающихся при отказе данного элемента.

Безотказность — свойство изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или неко­торой наработки.

Под наработкой подразумевается объем работы изделия, из­меряемый в часах, циклах, метрах, штуках и т.п.

Для изделий, неремонтируемых или заменяемых после перво­го отказа, а также тех, для которых по условиям безопасности отказ недопустим, показателями безотказности могут быть: вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, средняя наработка до отказа; для ремонтируемых — наработка на отказ, параметр потока отказов, вероятность безотказной работы.

Ремонтопригодность изделия — приспособленность из­делия к предупреждению, обнаружению и устранению неисправнос­тей и отказов путем технического обслуживания, ремонта. Она может характеризоваться вероятностью восстановления работоспо­собного состояния или средним временем восстановления.

К показателям ремонтопригодности относятся сохраняемость, долговечность, предельное состояние.

Сохраняемость — способность изделия сохранять работос­пособное состояние в течение заданного срока хранения и транс­портировки. Характеризуется средним сроком сохранности.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспо­собность до предельного состояния при установленной системе тех­нического обслуживания и ремонта.

Под предельным состоянием изделия понимается со­стояние, определяемое невозможностью его дальнейшей эксплуата­ции, обусловленное либо снижением эффективности либо требова­ниями безопасности, что оговаривается в технической документации.

В отличие от безотказности, которая рассматривает непрерыв­ную работу объекта без каких-либо вмешательств со стороны опера­тора — поднастройки, технического обслуживания, ремонта, долго­вечность учитывает сохранение работоспособности, включая время на проведение этих мероприятий. Показателями долговечности яв­ляются ресурс и срок службы.

Ресурсом называется наработка изделия до предельного со­стояния, оговоренного в технической документации. Методика рас­чета ресурсов конкретных составных частей изделий основывается на расчете их по условиям изнашивания, сопротивления усталости, старения и других аналогичных временных процессов потери рабо­тоспособности. Для некоторых элементов изделия наработка вхо­дит в стандартные расчетные формулы (зубчатые передачи, подшип­ники, клиновые ремни и др.).

Наряду с перечисленными единичными показателями для характеристики надежности применяются комплексные показате­ли — коэффициент оперативной готовности и коэффициент техни­ческого использования, которые отражают безотказность и ремонтнопригодность изделия в совокупности.

Повышение работоспособности и надежности изделий может быть достигнуто с помощью ряда конструктивных, технологических и организационно-технических мер:

1) упрощением принципи­альной схемы изделия, уменьше­нием количества ее элементов или, наоборот, дублированием элементов, работающих парал­лельно (резервирование);

2) применением рациональ-_ ных форм и взаимного располо­жения деталей; конфигурацией, обеспечивающей равномерность распределения нагрузок и напря­жений, плавными переходами, ус­траняющими концентрацию на­пряжений; применением форм сечений, обеспечивающих повы­шенную жесткость, и др.;

3) изменением размеров дета­лей;

4) повышением точности эле­ментов изделия, точности изделия в целом;

5) применением материалов с более высокими показателями по данному свойству взамен уни­версальных;

6) использованием эффектив­ных методов обработки — терми­ческая обработка, покрытие, уп­рочнение и т.п.;

7) применением организационно-технических мероприятий.

С этой целью в технические требования закладываются условия ухода за изделием: регулярность смазывания, допустимое превышение на­грузок и других параметров режима работы, регулировка и т.п.

3.8. Обеспечение нормального теплового режима в конструкциях приборов и аппаратов

Тепловой режим характеризуется совокупностью температуры отдельных точек блока, узла и т.п., называемый температурным полем. Тепловой режим создается как внешним температурным воздействием окружающей среды, так и тепловой энергией, выделяемой радиоэлементами.

В зависимости от стабильности во времени тепловой режим может быть стационарным и нестационарным.

По характеру направленности теплового потока разделяют термоактивный и термопассивный элементы. Термоактивный служит источником температурной энергии, а теплопассивный — её приёмником.

Нормальный тепловой режим — это режим, который при изменении внешних температурных воздействий обеспечивает изменение параметров и характеристик конструкций в пределах, указанных в технических условиях. Изменение температуры на каждые 10°С приводит к порче оборудования.

Способы охлаждения:

1) кондукция – процесс переноса тепловой энергии между находящимися в соприкосновении телами или частями тел за счёт их теплопроводности;

2) конвенция – перенос энергии макро-частицами газов или частицами;

3) перенос теплоты излучением – за счёт превращения тепловой энергии в энергию излучения.

Все эти способы характеризуются коэффициентом теплоотдачи.

3.9. Влагозащита приборов и аппаратов

В процессе производства, эксплуатации и хранения элементы могут подвергаться воздействию влаги, содержащейся в окружающем пространстве, внутренней среде отдельных блоков материалов и конструкций.

Воздействие влаги может привести к отказам работы устройства и выражается в увеличении диэлектрической проницаемости ξ, уменьшением электрической и механической прочности, изменением геометрических размеров форм, изменением свойств смазки.

Способы влагозащиты:

1) применение влагозащитных оболочек;

2) пропитка – для защиты обмоток электродвигателей, катушек трансформатора. При пропитке вытесняется воздух и пространство заполняется лаком или компаундом;

3) заливка – сплошная упаковка компонента или узла в изоляционную массу путём заполнения ею свободного промежутка;

4) обволакивание – применяется для защиты от влаги печатных плат, микросборок;

5) опрессовка – защита изделия от влаги толстым слоем полимерного материала.

3.10. Защита приборов и аппаратов от механических воздействий

Корпуса приборов

Они предназначены для установки и крепления всех механизмов и деталей приборов, а также для защиты их от действия окружающей среды. Корпус воспринимает все внутренние и внешние нагрузки. Корпус служит для установки крепления прибора на другом механизме. Он состоит из основания, на котором монтируется механизм прибора, и одного или нескольких защитных кожухов. Форму корпуса выбирают в зависимости от условий эксплуатации и компоновки прибора. Основание изготавливают литьём, а кожухи – штамповкой. На основании закрепляют штепсельный разъём и штуцера. На кожухе наносят необходимые надписи и, в случае необходимости, смотровое окно. Кожух, кроме основного значения, выполняет роль магнитопрвода или магнитного экрана.

Типы корпусов (классификация):

1) по конструктивным признакам:

- цельные,

- сборные;

2) по форме;

3) по степени защищённости от механических нагрузок:

- вибростойкие,

- ударопрочные;

4) по степени защищённости от действий окружающей среды:

- обыкновенные (защищают механизм от загрязнений и механических повреждений),

- пылезащищённые (защищают прибор не только от загрязнений, но и от попадания пыли),

- брызгозащищённые (когда прибор во время эксплуатации может попасть под действие влаги),

- герметичные (защищают от попадания воды при полном погружении).

Способы герметизации:

1) герметизация плоскостей разъёма — достигается путём установки уплотнителя, завольцовкой, пайкой или сваркой;

2) герметизация токопровода — обеспечивается применением герметичных штепселей разъёмов;

3) герметизация механических выводов — достигается установкой манжетных уплотнителей, изготовленных из вакуумированной синтетической резиной или кожухом и армированной металлическими кольцами;

4) герметизация стенок корпусов.

Требования к корпусам:

На материал корпусов не должны влиять бензин, керосин и другие различные смазочные масла. Корпус должен предохранять прибор от механических воздействий и атмосферных влияний. Они должны обеспечивать герметичность прибора: совершенно изолировать внутреннюю полость прибора от внешней среды, обеспечить газо- и водонепроницаемость, взрывобезопасность, пыленепроницаемость и, в некоторых случаях, защиту прибора от воздействия внешних магнитных полей, а также исключить влияние магнитного поля прибора на другие приборы, установленные на приборной доске.

3.11. Основы инженерной психологии. Средства отображения информации