Вероятностная и физико-химическая природа отказа технических изделий

Физико-химическая природа отказа технических изделий сложна, многофакторна и выявляется только при их эксплуатации или по результатам сложных, трудоёмких и дорогих испытаний [3, 5, 8].

В наиболее общей постановке отказы, не связанные с нарушением конструкторской, технологической и эксплуатационной документации определяются:

1. Неполнотой и не в должной мере обоснованностью документации на изготовление и контроль изделия и его составных частей с позиции надежности.

2. Стохастической природой технологических процессов, приводящих к рассеиванию значений технических показателей одинаковых изделий, изготавливаемых в одинаковых условиях.

3. С практической недостаточностью физических и математических моделей прогноза времени отказа изделий или их составных частей в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

4. Стохастической природой внешних воздействий на изделие и его составные части.

В связи с этим при испытаниях любой партии деталей, изготовленных из одной плавки по одной технологии, всегда наблюдается разброс значений в измеренных характеристиках. Так, коэффициент вариации (отношение стандартного отклонения параметра к значению его математического ожидания) предела прочности специальных образцов из сталей достигает 0, 07, коэффициент вариации предела выносливости образцов достигает 0, 15, а коэффициент вариации интенсивности изнашивания может достигать 0, 2. Значения же коэффициентов вариации этих же величин для деталей изделия могут быть существенно больше [1-3, 5, 7, 10, 11]. Поэтому, проводя расчет специального образца или детали изделия на предельные характеристики по какому-нибудь параметру возникает вопрос: какое значение предела прочности (предела усталости, интенсивности изнашивания и т.д.) необходимо подставить в расчет? Если мы подставляем наименьшее возможное, то это заведомо приводит к снижению эффективности изделия. Подстановка же максимального значения будет приводить к слишком частому возникновению поломок. Реальное же значение рассматриваемой характеристики для выбранной детали неизвестно. Его можно получить только после её испытания, но при этом деталь уже будет непригодна для эксплуатации в составе изделия.

Правильный ответ на такой вопрос может быть сформулирован только в вероятностном аспекте - подставляя выбранное значение параметра в расчет, необходимо указать или рассчитать вероятность возникновения отказа для этого значения параметра.

Аналогичная ситуация возникает при испытании самих изделий - отказы одинаково изготовленных изделий и испытываемых в одинаковых условиях также возникают через различные промежутки времени. В этом случае также возникает вопрос: какой ресурс назначить для этого изделия? Ответ на этот вопрос совпадает с ответом в предыдущем случае. Таким образом, анализ надежности изделия должен проводиться с учетом вероятностной природы обеспечения требуемого уровня характеристик материалов, изготовленных из них деталей и изделия в целом. При этом необходимо иметь в виду, что реально эксплуатируемое изделие находится под воздействием внешних нагрузок, значения которых также имеют разброс. Не менее важное влияние на параметры надежности и их дисперсию оказывают внутренние физико-химические процессы, протекающие при работе самого изделия [1-3, 5, 12, 13].

В связи с этим для обеспечения безотказности эксплуатации изделий важнейшее значение приобретают контрольные и испытательные регламенты на стадии изготовления, как отдельных деталей, так и всего изделия в целом. Обоснование этих регламентов (какие параметры контролировать, какими методами, на каких объёмах выборки и т.д.) с необходимостью получения достоверной, оперативной и обоснованной трудоёмкой информации также определяется физико-химической и вероятностной природой отказа.