СТАТИСТИЧЕСКОЕ ОЦЕНИВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ПРОЦЕССЕ ОПЫТНОЙ ОТРАБОТКИ

§ 5.1. ИЗМЕНЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

В ПРОЦЕССЕ ЕГО СОЗДАНИЯ

Надежность системы ЛА и всех ее составляющих частей или основных элементов можно рассчитать на каждом этапе созда­ния с использованием структурных или структурно-функциональ­ных схем. Некоторые приемы расчетов были предложены в гл. I, поэтому здесь рассмотрим возможности определения надежности любого изделия, будь то деталь или ЛА в целом, как элемента по той проектной или опытной информации, которая имеется на раз­личных этапах его создания.

В § 1.2 были даны количественные характеристики, которыми можно определять надежность любого изделия как элемента. В об­щем случае все эти характеристики в той или иной форме отра­жали вероятности возникновения отказов или восстановления из­делия в процессе его функционирования, т. е. зависели от времени или других аргументов, связанных с продолжительностью действия изделия. При этом надежность заданной совокупности изделий предполагалась неизменной. Однако при разработке системы ЛА, как любой сложной системы, имеет место и другой процесс. За счет доработок, вносимых в конструкцию и технологию производства каждого изделия, изменяется его качество и, в частности, надеж­ность; естественно, что изменения надежности отдельных изделий приводят к изменениям надежности системы, которую они состав­ляют.

Рассмотрим некоторые принципиальные особенности изменения надежности ЛА в процессе его разработки. На этапе ПАИ легко выделить два характерных периода: проведение конструкторско — доводочных и зачетных испытаний. Основная задача КДИ— со­вершенствование конструкции и технологии опытного производства изделия с целью улучшения его характеристик и надежности. Сле­довательно, изменение надежности изделия в ходе КДИ является принципиальной особенностью, иногда даже основной целью этого этапа создания. При проведении зачетных испытаний ставится за­дача, сохраняя неизменными характеристики надежности изделия,

оценить их по опытным данным. Таким образом, в ходе НАИ на­дежность изделия сначала целенаправленно изменяется, а затем поддерживается постоянной.

Аналогичную картину наблюдают при наземных комплексных испытаниях, наземной полигонной отработке комплекса и его лет­ных испытаниях. Этап летной отработки четко разделен на два пе­риода: летно-конструкторские испытания, при проведении которых существенно изменяется надежность Л А (комплекса), и зачетные испытания, при которых надежность остается постоянной. При НКИ летательного аппарата и наземной полигонной отработке комплекса такого резкого разделения задач испытаний, как пра­вило, не существует. Чаще всего в эти периоды надежность соответ­ствующих изделий, являющихся объектами испытаний, претерпе­вает заметные изменения, если при проведении испытаний не ста­вят задачу дополнительного контроля достигнутых уровней.

На этапе производства системы ЛА для каждой ее составляю­щей части или основного элемента может быть выделей период вы­пуска установочной партии. При этом также изменяется надежность соответствующих изделий в основном за счет отработки технологии. В остальное время серийного производства, как известно, пред­принимают целый комплекс мер, обеспечивающих стабильность всех характеристик товарной продукции, в том числе и надежности. В процессе эксплуатации надежность снижается за счет процессов старения и выработки изделиями ресурсов.

В принципе можно считать, что и на этапе проектирования из­меняется надежность изделий за счет разработки новых конструк­тивных решений, совершенствования схем на основе анализа дан­ных моделирования и лабораторных испытаний. Однако чаще всего надежность соответствующих изделий рассчитывают лишь в конце этого этапа при завершении эскизного процесса. Поэтому при про­ектировании надежность изменяется как бы в скрытом, не выра­женном количественно виде.

Следует отметить, что в ходе зачетных испытаний при наземной или летной отработке и в процессе серийного производства возмож­ны изменения надежности изделий. Это связано с доработками, проводимыми для улучшения характеристик, и необходимостью уст­ранения установленных причин отказов, которые иногда вскрыва­ются при зачетных испытаниях или контроле выпускаемой про­дукции.

Таким образом, можно считать, что в процессе создания систе­мы ЛА надежность формирующих ее изделий претерпевает мно­гочисленные изменения и лишь на отдельных интервалах остается постоянной. Следовательно, представление о характеристиках на­дежности как о мерах множества изделий с неизменным качеством является довольно приближенным. Постоянная надежность отра­жает качество изделия лишь в определенный момент или на узком временном интервале процесса его создания.

Понятие надежности изделия, как известно, неразрывно связа­но с условиями его работы. Так. например, увеличение нагрузок,
действующих на агрегат, может привести к потере его работоспо­собности. Однако если нагрузки не будут лежать в пределах, харак­теризующих нормальные заранее оговоренные условия работы, то потерю работоспособности нельзя рассматривать как отказ. Дру­гими словами, при изменении условий функционирования один и тот же объект может иметь разную надежность.

Важно также отметить, что проявление надежности зависит от объектов, работоспособность которых проверяют. Совсем не без­различно с точки зрения проверки количественных характеристик

надежности, испытывают ли, например, опытные или се­рийные образцы изделия.

В конечном итоге нужно, чтобы серийно изготовлен­ные образцы ЛА после неко­торого периода нормальной эксплуатации персоналом, имеющим соответствующую подготовку, в реальных ус­ловиях, установленных со­ответствующими документа­ми, показали требуемую на­дежность.

В процессе создания ЛА на всех рассмотренных этапах происходит изменение образцов, подвергающихся проверке, а также условий их испытаний. Так, при проведении НАИ проверяют функционирование опытных образцов отдельных агрегатов и систем ЛА в стендовых условиях. На комп­лексных испытаниях контролируют совместную работу опытных образцов при более сложных режимах, но также неполностью мо­делирующих реальные условия. В ходе ЛКИ в условиях полигона испытывают опытные образцы ЛА, а при переходе к зачетным ис­пытаниям — штатные ЛА. Аналогично, и при отладке серийного производства объекты испытаний могут претерпевать изменения.

Следовательно, в процессе создания ЛА можно выделить этапы проектирования, НАИ, НКИ и летной отработки, на которых конт­роль (проявление) надежности осуществляется в различных усло­виях. Между этими этапами происходит смена объектов испытаний (отдельные агрегаты, комплекс агрегатов, ЛА в целом). Надежность ЛА, проявляемая им в процессе создания и эксплуатации, может быть представлена сложной функцией P(t) (рис. 5.1). На рисунке показаны периоды: проектирования (t0, U) НАИ (tx, t3), включаю­щий КДЙ {tu t2) и зачетные испытания (t2, ts); НКИ (t^ £4); ЛКИ (f4, ?5)и летных зачетных испытаний (t5, t6) испытаний установоч­ной партии серийного производства (te, t7), экспулатации в тече­ние гарантийного срока Тг (t7, ts).

Падение функции P{t) при переходе от проектной надежности Рп к начальному значению Рсо в условиях стендовых испытаний вызвано изменением объектов и условий испытаний. При отработке
первых опытных образцов агрегатов и систем ЛА, как правило, не подтверждается высокая проектная надежность Яп, обычно совпа­дающая с требуемой Ятр, поэтому скачок функции надежности в момент ti достаточно большой. В результате внесения доработок и устранения причин отказов надежность каждого агрегата и систе­мы, а следовательно и ЛА в целом, повышается до величины Яс. При переходе к НКИ за счет утяжеления режимов работы и воз­никновения дополнительных источников отказов при совместном действии автономно отработанных агрегатов надежность ЛА умень­шается до величины Яко — Затем при проведении доработок надеж­ность возрастает до величины Як. Переход к летным испытаниям опытных образцов ЛА сопровождается снижением функции надеж­ности до значения Ял0. В процессе дальнейших доработок конструк­ции изделия надежность в летных условиях Ял растет. Аналогич­ный скачок надежности Я имеет место и при начале испытаний образцов установочных партий, так как принтом технологию опыт­ного производства заменяют новой технологией серийного производ­ства. В процессе эксплуатации ЛА его надежность Я з падает из-за старения и износа элементов.

Анализ представленной на рис. 5.1 качественной картины из­менения надежности позволяет сделать ряд практических выводов. Так, если выполняется условие ЯП=ЯС0, то процесс стендовой отра­ботки агрегатов и систем ЛА с точки зрения обеспечения надеж­ности оказывается излишним, так как в этом случае при проекти­ровании полностью учитывают и исключают причины отказов, связанные с конструктивными и технологическими просчетами, а сле­довательно, можно сразу же проводить НКИ. К сожалению, несо­вершенство моделей, как аналитических, так и физических, с кото­рыми имеют дело проектанты, а также слабое отражение м этих моделях особенностей технологии производства приводят обычно к большому падению функции надежности в момент t.

Аналогично, при Яс=ЯКо можно полагать, что НКИ не дают новой информации о надежности ЛА. Это может быть вызвано неудачным выбором режимов комплексных испытаний, а также от­сутствием дополнительных источников отказов за счет взаимодей­ствия отдельно отработанных агрегатов ЛА. Если бы удалось по­лучить Як=Яло, то, с точки зрения обеспечения надежности ЛА, можно было бы отказаться от летных испытаний. Такой путь пред­ставляется основным при создании дорогостоящих тяжелых ракет — носителей космических аппаратов. Наконец, при ЯЛ = Я0 нет необ­ходимости в организации испытаний ЛА установочной партии.

Таким образом, скачки функции надежности характеризуют сте­пень несоответствия объектов и режимов испытаний, а также качест­во отработки ЛА на предыдущих этапах. Рост надежности в ходе однотипных испытаний отражает эффективность усилий персонала, ведущего отработку Л А.

Анализ характера изменения надежности ЛА позволяет если не решить, то хотя бы поставить еще один важный практический во­прос. На рис. 5.1 показано пунктиром значение требуемой надеж­ности. Нетрудно понять, что на различных этапа)? создания ЛА величина Ятр может существенно изменяться, поэтому требуемую — надежность нужно задавать вместе с указанием условий ее под­тверждения и характеристикой объектов, к которым ее относят. В конечном итоге желательно обеспечить требуемую надежность ЛА в условиях эксплуатации серийных образцов. Следовательно, для контроля надежности на каждом этапе необходимо уметь пересчи­тывать полученные количественные характеристики на другие ус­ловия и объекты испытаний. Так, например, часто принимают, что интенсивности отказов электронной аппаратуры в полете в тысячу раз больше, чем при лабораторных испытаниях, а при режиме хранения — в тысячу раз меньше, чем во время работы.

Проведенный выше анализ характера изменения надежности относится к ЛА. Однако также обстоит дело и с надежностью опыт­ного комплекса или системы Л А. Такой подход можно распростри’-• нить и на изменение критерия эффективности системы ЛА в про­цессе создания опытного комплекса. Кроме того, функции изме­нения соответствующих показателей надежности йлй критериев эффективности можно построить и для этапа эксплуатации, в про­цессе которого происходит старение техники (уменьшение надеж­ности и эффективности), а также повышение надежности и эффек­тивности за, счет ее восстановления при плановом и внеплановом обслуживании.

Таким образом, для контроля качества отработки и полноты выполнения требований ТТЗ необходимо получить аналитическую модель изменения надежности как отдельных агрегатов, так и ЛА (опытного комплекса) на всех этапах создания. Функция надеж­ности ЛА, представленная на рис. 5.1, включает в себя: участки1 изменения (роста) надежности (to, tx), (th t2), (t3, tA), (14, £5)„ (to, t7); интервалы, на которых надежность остается постоянной (t-г, t3), (/5, г6); скачки при переходе к новому этапу отработки в сечениях t, t3, /4, te. Следовательно, для описания всей функции необходимо найти модели, которые бы отражали эти три характер­ных проявления надежности. Далее будут рассмотрены вопросы, связанные с разработкой и применением аналитических моделей роста надежности.