Надежность материалов в теории надежности

УДК 620.18

Надежность материалов в теории надежности

Material Reliability in Reliability Theory

Государственные военные и национальные стандарты устанавливают различные стадии жизненного цикла. В [1, 2] предлагается следующая терминология стадий: «1. Концепция и определение»; «2. Проектирование и разработка»; «3. Производство и изготовление»; «4. Эксплуатация/техническое обслуживание» и «5. Улучшение-списание и снятие с эксплуатации». В стандартах по созданию военной техники предлагается несколько иная терминология определения стадий жизненного цикла: «1. Исследование и обоснование разработки»; «2. Разработка»; «3. Производство»; «4. Эксплуатация» и «5. Капитальный ремонт». Требования к надежности изделия должны быть установлены на стадии разработки.

Требования к надежности новых материалов, разрабатываемых для использования в технически сложных изделиях, должны быть заложены на этапе научно-исследовательской работы (НИР) по созданию материалов или опытно-конструкторской работы (ОКР) по созданию изделия (опытного образца изделия). Для работ по созданию материалов возможен еще один этап – опытно-технологические работы (ОТР) [3]. Требования ГОСТ РВ 52006 предусматривают ОТР, но только по созданию материалов военного назначения. При этом ОТР по созданию материалов военного назначения входят в состав НИР по созданию материала военной техники. Работа по выбору материалов является одним из методов обеспечения надежности при проектировании (конструкционная составляющая надежности). По требованию заказчика могут задаваться параметры оценки и методы контроля надежности материалов на всех стадиях их жизненного цикла.

Следует дать определение, что такое «надежность материала». В современных нормативных документах термин «надежность материала» отсутствует. Наиболее логичным представляется ввести такое определение, соответствующее терминологии межгосударственного стандарта ГОСТ 27.002-2015 [4] – это свойство материала сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих его качество в заданных режимах и условиях использования (хранения) в составе изделия. При этом надо учитывать, что надежность материала является комплексным свойством и включает долговечность и сохраняемость.

Долговечность материала – свойство материала, заключающееся в его способности сохранять во времени, в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих его качество, в заданных режимах и условиях использования в составе изделия.

Сохраняемость материала – свойство материала сохранять во времени, в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих его качество, в течение и после хранения, при заданных сроках и условиях хранения.

К показателям надежности материалов относятся: средний срок сохраняемости (показатель сохраняемости) Т_сох и средний срок службы (показатель долговечности) Т_сл. Средний срок сохраняемости определяется как математическое ожидание срока сохраняемости материала. Средний срок службы определяется как математическое ожидание срока службы материала.

Установление требований к надежности материалов – достаточно серьезная инженерная задача. Причем установление таких требований ко всем материалам будет излишним требованием. Безотказность как свойство объекта, применяемое в теории надежности, малоприменимо для материалов. А вот долговечность и сохраняемость для материалов очень важны. Особенно для неметаллических материалов (в том числе клеи, краски, смазки, топлива и т.д.).

Формирование требований к надежности материала осуществляется при разработке проекта тактико-технического (технического задания) (ТТЗ (ТЗ)) на выполнение НИР или ОКР (НИОКР). ТТЗ (ТЗ) на выполнение НИР для оборонной продукции разрабатывается на стадии жизненного цикла изделия «Исследование и обоснование разработки» согласно требованиям ГОСТ РВ 0015-101-2010. ТТЗ (ТЗ) на ОКР – уже по-другому ГОСТ РВ 15.201-2003. При этом приводится обоснование значений показателей надежности материала в соответствии с требованиями к конечному изделию, в составе которого будет применяться материал, а также значениями показателей долговечности и сохраняемости изделия в целом. Результатом формирования требований к надежности материала является отдельный раздел ТТЗ (ТЗ) на выполнение НИР по разработке материала «Требования к материалам».

В рамках проведения НИОКР исследуются способы обеспечения заданных показателей надежности материала в условиях производства и эксплуатации изделия, для которого создается материал, уточняются (при необходимости, по согласованию с разработчиком и заказчиком изделия) значения показателей надежности материала, определяются и обосновываются организационно-технические мероприятия по обеспечению заданных показателей надежности материала, к которым относятся:

• анализ режимов работы конечного изделия;
• определение внешних воздействующих факторов при функционировании изделия;
• обоснование возможных критериев отказов материала;
• анализ критичности последствий отказов материала;
• научное обоснование и экспериментальное подтверждение способов защиты материалов от воздействующих факторов (как внешних, так и внутренних);
• обоснование условий и продолжительности хранения материала до его применения в составе изделия (или составных частей изделий).

При выполнении НИР по разработке материала разрабатываются технические условия (ТУ) на опытную партию материала, по результатам испытаний которой оценивают показатели надежности материала.

Целью оценки надежности материала является получение оценок показателей по результатам испытаний образцов, изготовленных из опытной партии нового материала, и определение точности этих показателей.

Количество n образцов для испытаний должно быть достаточным для получения оценок показателей надежности с заданной точностью. Как правило, количество испытуемых образцов n должно составлять не менее 30 для подтверждения выборки.

Для оценки точности полученных показателей надежности материала используют среднеквадратическое отклонение (СКО) оценки среднего срока службы (среднего срока сохраняемости) материала.

Оценка показателей надежности материала может осуществляться различными методами в зависимости от способа получения исходных данных и назначения материала. На выходе, как правило, получают оценки Т*_сл и Т*_сох среднего срока службы материала Т_сл и среднего срока сохраняемости Т_сох соответственно, а также оценки D*_сл и D*_сох дисперсий этих значений.

Определение СКО оценки среднего срока службы (среднего срока сохраняемости) материала проводят по формуле:

В целях формулирования критериев принятия решения о соответствии опытной партии материала установленным требованиям в Программе и методиках испытаний материала устанавливают допустимые (максимально возможные) значения СКО оценки среднего срока службы (среднего срока сохраняемости) материала.

Библиографический список

1. ГОСТ Р 57193-2016 Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла систем. – М.: Стандартинформ.– 2016. – 98 с.
2. ГОСТ Р 51901.3-2007 Менеджмент риска. Руководство по менеджменту надежности. – М.: Стандартинформ.– 2020. – 57 с.
3. Необходимость выделения опытно-технологических работ в отдельный вид работ /
4. П.В. Рябчиков, И.А. Круглов, Ю.В. Круглова, М.М. Лобастов // Труды ФГУП «НПЦАП». Системы и приборы управления. – М: НПЦАП.– 2021. – №2. – С. 70–73.
5. ГОСТ 27.002-2015 Надежность в технике. Термины и определения. – М.: Стандартинформ.– 2016. – 23 с.

Рябчиков Павел Вячеславович – директор центра АО «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева». Тел. 8 (495) 689-95-94, доб. 23-09. E-mail: p.ryabchikov@tmnpo.ru / Riabchikov Pavel Viacheslavovich – Center Director of JSC «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev». Tel.: 8 (495) 689-95-94, ext. 23-09. E-mail: p.ryabchikov@tmnpo.ru

Лобастов Максим Михайлович – заместитель главного конструктора АО «НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко». Тел.: 8(495) 286-90-99. E-mail: Maksim.Lobastov@npoem.ru / Lobastov Maksim Mikhailovich – Deputy Chief Designer of JSC «NPO Energomash» named after academic V.P. Glushko». Tel.: 8(495) 286-90-99. E-mail: Maksim.Lobastov@npoem.ru

Шмелёва Алина Николаевна – специалист центра АО «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева». Тел.: 8 (999) 976-75-19. E-mail: shmeleva9696@mail.ru / Shmeleva Alina Nikolaevna – Center Specialist of JSC «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev». Tel.: 8 (999) 976-75-19. E-mail: shmeleva9696@mail.ru

Жуков Владимир Владимирович – руководитель направления Центра качества и технологической надежности АО «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева». Тел.: 8 (495) 689-95-94, доб. 23-93. E-mail: V.Zhukov@tmnpo.ru / Zhukov Vladimir Vladimirovich – Area Head of Center for Quality and Technological Reliability of JSC «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev». Tel.: 8 (495) 689-95-94, ext. 23-93. E-mail: V.Zhukov@tmnpo.ru