реальной эксплуатации.
Обычно при лабораторных испытаниях приборы системы подвергаются воздействию одной или двух определенных нагрузок. Это приводит к результатам, несколько отличным от полученных при реальной эксплуатации.
Совершенствование испытательного оборудования, имитирующего случайные нагрузки, позволяет приблизить лабораторные испытания к реальным условиям эксплуатации, что дает основание называть подобные испытания лабораторными испытаниями при случайных нагрузках.
В зависимости от величины нагрузки, воздействующей на приборы и системы, различают три вида лабораторных испытаний: на срок службы, ускоренные и на повреждающую нагрузку.
Испытания на срок службы по длительности близки к эксплуатационным. Но, как указывалось, на аппаратуру при этом воздействует не случайная, а определенная нагрузка.
При ускоренных испытаниях действующая нагрузка значительно больше эксплуатационной, что приводит приборы и системы к быстрому выходу из строя.
Испытания на повреждающую нагрузку заключаются в том, что приборы и системы подвергаются воздействию одной или ряда увеличивающихся нагрузок, приводящих к появлению отказа. В отличие от испытаний на срок службы в данном случае время испытаний мало. Недостатками рассмотренных видов испытаний являются необходимость наличия образцов или макетов приборов и систем, большие затраты времени, а также необходимость использования специального дорогого испытательного оборудования.
Испытания моделированием могут осуществляться методом, физического и математического моделирования.
Физическое моделирование заключается в том, что первичный параметр испытываемого устройства (процесс в элементе схемы или какое-либо внешнее воздействие) заменяется простой физической моделью, способной
21
имитировать изменения данного параметра. Физическое моделирование может осуществляться статистическими методами испытаний, частным видом которых являются граничные испытания.
Под граничными понимают такие испытания, при которых в определенных условиях наблюдают изменение выходных параметров модели при частных значениях входных параметров; частные значения входных параметров могут задаваться переменным сопротивлением или определенным образом регулируемой ячейкой. Конкретные условия работы модели могут задаваться с помощью термокамер, вибростендов и т. д.
Развитием граничных испытаний являются матричные испытания, при которых определяется надежность устройства в зависимости от совместных изменений значений первичных параметров в пределах установленных допусков.
Математическое моделирование процесса эксплуатации на электронных математических машинах позволяет сократить время, испытаний и исключить необходимость многократного их повторения.
Для осуществления математического моделирования необходима входная информация, получаемая в процессе реальной эксплуатации, в результате испытаний, а также путем теоретических и аналитических исследований. Сложность построения математической модели и определения необходимой информации пока ограничивает широкое применение этого метода.
При выборе метода испытаний приборов и систем следует исходить из требуемой степени достоверности результатов, а также из экономических соображений.
1.5. Ускоренные испытания
Ускоренные лабораторные испытания имеют целью выявить изменения электрических, механических и других параметров приборов и систем при сокращении длительности
22
испытаний и одновременном ужесточении условий эксплуатации, а также при форсировании режимов работы указанных средств. Осуществление более жестких условий эксплуатации может достигаться путем увеличения температуры (t, °C), процента влажности (r, %), механических и других воздействий. Форсирование режимов работы приборов и систем достигается путем повышения питающих напряжений или увеличения электрической нагрузки. При испытаниях аппаратуры, работающей в циклическом режиме, для его форсирования уменьшают время пауз, увеличивают частоту и количество включений.
Воздействие перечисленных выше ускоряющих факторов приводит к увеличению интенсивности отказов. В результате ускоренных испытаний оказывается возможным получить функциональную зависимость интенсивности отказов ( ) от внешних воздействий (t°, r%, р, мм. рт. ст. и т. д.). Основная трудность проведения ускоренных испытаний заключается в необходимости установления соответствия законов распределения отказов при ускоренных испытаниях с законами нормальной эксплуатации. При этом необходимо, чтобы интенсификация процессов старения и выработки ресурса не приводила к увеличению нагрузок сверх установленных допусков, при которых могут возникать отказы и поломки.
Выбор форсированных режимов ускоренных испытаний основывается на результатах теоретического и физикохимического анализа данных о работе приборов и систем. Сложность осуществления ускоренных испытаний заключается в том, что мы располагаем весьма малыми значениями физики отказов, имеющих место при различных условиях эксплуатации разнообразных приборов и систем. Одним из путей получения необходимых данных является сбор и анализ статистического материала, позволяющего установить законы распределения различного вида отказов, выявить причины их возникновения и установить подобие этих законов как для приборов и систем, так и для их
23
элементов.
Наличие указанной информации позволяет решить вопросы о возможности ускорения физико-химических процессов, происходящих в приборах и системах при проведении испытаний.
Известно, что одним из основных показателей надежности является случайная величина - среднее время безотказной работы Тср. Для определенных приборов и систем эта величина имеет некоторое функциональное распределение с математическим ожиданием .M[Тср] и дисперсией D.
Очевидно, что среднее время безотказной работы Тср зависит от совокупности различных, воздействующих на приборы и системы случайных факторов X.
Нашей задачей является установление функциональной зависимости
|
|
|
|
|
М[Тср]=М[ Х ], |
(1.1) |
|||
D = D |
|
. |
|
|
Х |
(1.2) |
|||
Однако решение данной задачи, даже при современном уровне развития науки, оказывается почти невыполнимым для приборов и систем в целом и трудно выполнимым для отдельных элементов. Решение несколько облегчается, если ограничиться рассмотрением воздействия отдельно действующего фактора при прочих неизменных. Но и в этом случае вывод зависимостей (1.1) и (1.2) для отдельных элементов требует ряда упрощений и допущений, в какой-то степени искажающих физику процессов. Источником информации, необходимой для проведения ускоренных испытаний, могут являться как данные эксперимента, так и литературные данные о частоте отказов различных элементов в зависимости от воздействия внешних или внутренних факторов.
Перед началом испытаний необходимо провести анализ
24
условий эксплуатации, хранения и транспортировки приборов и систем, установить, какие нагрузки может испытывать прибор и система (увеличение питающих напряжений, количество включений, длительность работы и т. д.), а также интенсивность воздействия отдельных факторов (температура, влажность, вибрация и т. д.).
На первом этапе испытаний экспериментально или теоретически, используя имеющиеся литературные данные, выбираются воздействующие факторы, наиболее ускоряющие износ изделия.
При выборе воздействующих факторов и пределов их изменения необходимо исходить из возможности максимального ускорения физико-химических процессов, происходящих в аппаратуре и элементах при эксплуатации, избегая появления побочных процессов, искажающих картину износа и старения. Рекомендуется выбирать один или два фактора, при действии которых осуществляют ускоренные испытания.
При необходимости проведения испытаний на воздействия ряда факторов, испытываемые изделия разбивают на несколько групп, каждая из которых испытывается на действие одного или двух факторов при неизменных остальных. Следует иметь в виду, что под действием какоголибо одного фактора в разнородных элементах приборов и систем могут возникать различные процессы, протекающие с различными скоростями. Поэтому необходимо учитывать, какие физико-химические протекают в элементах приборов и систем, и какой может быть зависимость интенсивности отказов от скорости этих процессов. Аналитическое рассмотрение данных зависимостей настолько трудно, что единственным путем решения поставленных задач является экспериментальное исследование, сочетающееся с теоретическим анализом.
На втором этапе испытаний приборов и систем подвергают воздействию выбранных факторов. По результатам испытаний определяют режим и объем
25