6.5 Загальна характеристика випробувань на надійність

Види випробувань. Розрізняють два види випробувань на надійність – контрольні та визначальні. Ці випробування проводять на зразках, які відбираються з серійно виготовлених електричних машин і трансформаторів, а у випадку одиничного виробництва – з виготовлених за типовою для підприємства технологією.

Контрольні випробування проводяться з метою визначення відповідності кількісних показників надійності вимогам нормативних документів, технічних умов або завдання. Періодичність їх проведення встановлена стандартами на даний технічний виріб. Контрольні випробування проводяться вибірково, тому при прийнятті рішення можливі помилки першого роду, коли добра партія бракується, і другого роду, коли погана партія приймається. Імовірність помилки першого роду a називається ризиком виробництва, а ймовірність помилки другого роду b – ризиком замовника (споживача)

Визначальні випробування проводять для заново виготовлених виробів або після їхньої модернізації. Вони проводяться для знаходження фактичних кількісних показників надійності. Крім того, при визначальних випробуваннях можна оцінити правильність прийнятих математичних моделей надійності відповідних виробів. Результати випробувань потрібні для оцінювання відповідності фактичних показників надійності технічним умовам.

Ресурс електричних машин складає (20¸50) тис. год, тому випробування на надійність можуть затягнутись на (5¸10) років. Для скорочення термінів випробувань використовуються методи форсування, однак при цьому повинна бути знайдена відповідність (визначені коефіцієнти прискорення) між випробуваннями в нормальних умовах і прискореними випробуваннями. Для цього проводять дослідження з визначення коефіцієнтів прискорення, тобто відношення часу випробувань в звичайних умовах до часу випробувань в прискорених режимах . При цьому повинна використовуватись умова рівності значень ймовірностей безвідмовної роботи в обох випадках, тобто .

Основна вимога, яка ставиться до прискорених випробувань, це ідентичність процесів старіння й зносу відносно нормальних умов, що у свою чергу, означає ідентичність законів розподілу. Для цього необхідно знати функціональні залежності коефіцієнтів прискорення й форсування впливових чинників , а також значення максимально можливих (з точки зору збереження адекватності фізики процесів старіння) коефіцієнтів прискорення.

Отже, в залежності від термінів і можливостей випробування можна проводити їх як в нормальних умовах, так і в прискорених режимах, базуючись на знанні коефіцієнтів прискорення.

Контрольні випробування. Розрізняють три основні методи проведення контрольних випробувань (незважаючи на залежність від рівня форсування): однократної та двократної вибірки й послідовного аналізу.

В деяких випадках проводяться прискорені контрольні випробування в нормальних умовах. Ці випробування базуються на відомій математичній моделі процесу.

Легше всього плануються контрольні випробування за методом однократної вибірки. Однак, з точки зору об’єму вибірки виробів, які необхідні для проведення випробувань, цей метод найменш економічний. Контроль за методом двократної вибірки більш економічний, але ця перевага виявляється лише при контролі великих партій з дуже низькою або дуже високою надійністю. Однак в цьому випадку оброблення результатів більш трудомістке, тому метод двократної вибірки використовується рідко. Найбільш економічним є метод послідовного аналізу, при використанні якого середній об’єм вибірки складає (50¸70)% від об’єму при однократній вибірці, але при дещо більшому часі випробувань (цей недолік можна усунути шляхом більш раціональної їх організації).

Склад контрольних випробувань на надійність в загальному випадку включає перелік показників надійності, які підлягають контролю. Крім того, для визначення кожного конкретного показника надійності необхідні такі дані: приймальний і бракоробний рівні ймовірностей безвідмовної роботи, ризики замовника b й виробника a, метод проведення випробувань, план випробувань, перелік параметрів, що характеризують стан виробу, умови випробувань (значення впливових чинників, їх послідовність, тривалість) і вирішальне правило. Основою для планування контрольних випробувань є таблиці залежності рівня підтвердженої ймовірності безвідмовної роботи від об’єму вибірки й приймального числа. Ці таблиці складаються на базі гіпергеометричного закону розподілення (таблиці 6.1¸6.3).

Можливий спрощений план випробувань. В цьому випадку початковими даними є кількість допустимих відмов c (приймальна кількість за час t випробувань); ймовірність безвідмовної роботи за час t і ризик замовника b. Перед випробуваннями проводять припрацювання машин (звичайно протягом 100 год), причому машини, які вийшли з ладу, замінюють новими. Іноді з метою зменшення об’єму вибірки збільшують тривалість випробувань. Число с вибирають невеликим, щоб не збільшувати об’єм вибірки n, який визначають за таблицями 6.1¸6.3.

В результаті випробувань кількість відмов d повинна бути не більше приймальної кількості, тобто (основне правило). Якщо правило не виконується (), то результати випробувань визнають негативними, тобто дана партія машин не задовольняє задані показники надійності.

Прискорені випробування в нормальних режимах проводять таким чином. Допустимо, що виріб (звичайно це підсилювач, перетворювач або колекторний вузол) характеризується параметричними відмовами й має безперервну характеристику “вхід-вихід”. Як приклад задамо залежність вихідного параметра в функції часу:

. (6.31)

Якщо задана допустима зміна параметра , то можна знайти середній час , який необхідний для досягнення відхилення . Тоді з (6.31) отримаємо

. (6.32)

Для прискорених випробувань встановлюють більш вузькі межі відхилення , де . Отже, середній час , необхідний для досягнення , буде меншим , а його значення можна знайти з виразу (6.32).

Методика контрольних випробувань на надійність, розрахована на підтвердження ймовірності безвідмовної роботи виробу за час t, яке задане в технічних умовах. Комплектування вибірки здійснюється методом випадкових чисел з використанням відповідних таблиць. Методика дозволяє скоротити час випробувань за рахунок форсування впливових на зношування машини чинників під час випробувань (у випадку прискорених випробувань).

Планування випробувань. Зразки виробів для випробувань відбираються з числа прийнятих технічним контролем заводу з обов’язковим проходженням припрацювання. Випробування рекомендується проводити цілодобово у форсованому режимі. Під час випробувань проводять регламентні й профілактичні роботи, які передбачені інструкціями з експлуатації.

Задають приймальне число с і за таблицями 6.1¸6.3 при відомій з технічних умов ймовірності безвідмовної роботи за час t для відповідного значення b визначають необхідний для випробувань об’єм вибірки n, яка комплектується за таблицею випадкових чисел.

Нехай необхідно підтвердити при за год. Тоді за таблицею 6.3 для при й знайдемо, що об’єм вибірки .

Всі вироби, які входять в об’єм вибірки n, випробовують протягом часу й за результатами випробувань роблять висновки при відповідності даної партії машин заданим показникам надійності. Якщо кількість відмов при випробуваннях , то результат вважається позитивним, якщо – негативним.

У випадку негативного результату іноді вдається підтвердити показники надійності партії, для чого необхідно змінити план випробувань. Нехай для попереднього випадку кількість відмов . Змінимо план випробувань, прийнявши . Тоді за таблицею 6.3 знайдемо нове значення . Проводимо випробування нових виробів протягом часу , оскільки при цьому об’єм вибірки зменшується в порівнянні з заданим .

Прискорені випробування є циклічними. Рівні впливових чинників вибирають так, щоб забезпечити заданий коефіцієнт прискорення. Його значення задається в залежності від інтервалу варіювання впливових чинників, припущеної тривалості випробувань і можливостей його реалізації на даному підприємстві.

Визначальні випробування, як і контрольні, можуть проводитись в нормальних режимах або прискорених. Оскільки при визначальних випробуваннях необхідно розрахувати невідому ймовірність безвідмовної роботи Р або знайти закон розподілу відмов, їх тривалість перевищує тривалість контрольних випробувань. В низці випадків можна продовжувати контрольні випробування до відмови усіх машин вибірки , переводячи їх тим самим в розряд визначальних.

Планування випробувань. Планування при визначенні ймовірності безвідмовної роботи зводиться до визначення мінімальної вибірки (кількість дослідів), яка необхідна для забезпечення заданої достовірності Q і точності d оцінювання показника Р. При цьому використовуються такі співвідношення:

; (6.33)

, (6.34)

де – точкова оцінка ймовірності безвідмовної роботи; – її нижня межа.

Очевидно, що при невідомій апріорі величині об’єм вибірки n залежить від результатів випробувань. Тому при плануванні випробувань необхідно задатись деяким очікуваним значенням точкової оцінки на основі інформації про машину (результати розрахунків надійності, технічних умов тощо).

Потім за формулою (6.34) розраховують нижню межу . За таблицею, в якій нижня й верхня межі довіри Р зв’язані з величиною вибірки n і кількістю відмов d при заданій достовірності Q, відмічають всі клітинки, в яких значення n і d задовольняють умову:

. (6.35)

З цих клітинок вибирають ту, значення в якій найбільш близьке до розрахованого за формулою (6.34), і за нею з таблиці знаходять значення n.

Оброблення результатів випробувань. Точкова оцінка ймовірності безвідмовної роботи розраховується за формулою:

. (6.36)

За відомими значеннями Q, n і d з таблиці знаходять верхню та нижню довірчі межі , і визначають відносну довірчу похибку d:

. (6.37)

При визначенні закону розподілу відмов випробування проводяться до виходу з ладу усіх машин . При цьому фіксується час напрацювання експериментальних гістограм частоти відмов в функції часу, за якою за допомогою критеріїв узгодження визначається закон розподілу відмов.