Niezawodność elementów i systemów Sem. 8 Komputerowe Systemy Elektroniczne, 2009/2010 1
Niezawodność wyrobu (obiektu) to spełnienie wymaganych funkcji w określonych warunkach w ustalonym czasie Niezawodność jako dyscyplina naukowa (dział nauki) - lata 50. XX w. O Connor Practical Reliability Engineering - 1985 Stosowane są metody probabilistyczne: rachunek prawdopodobieństwa i statystyka matematyczna 2
Dlaczego metody probabilistyczne? Wytwarzanie wyrobów wyroby z tej samej partii produkcyjnej - czas Ŝycia wyrobów - moment uszkodzenia Czas pracy do uszkodzenia zmienna losowa Uszkodzenie wyrobu (obiektu) zdarzenie losowe Jakość wyrobów przemysłowych Jakość wyrobu (obiektu) to zdolność spełnienia przez wyrób określonych funkcji zgodnie z wymaganiami uŝytkownika Utrata zdolności spełnienia funkcji oznacza uszkodzenie wyrobu 3
WaŜne jest określenie warunków uŝytkowania Produkcja dawnej dziś Produkcja wielkoseryjna, masowa Dawniej małe serie, odbiorca znany, bezpośredni kontakt Dziś wyroby powszechnego uŝytku wytwarzane w duŝych seriach - elementy składowe wyrobów produkowane masowo, - wszystko musi być opłacalne (tanie), a jakość kosztuje Producent elementów producent finalnego wyrobu 4
Naturalne metody zapewnienia jakości są niewystarczające Postęp techniczny jest b. szybki, duŝa konkurencja między producentami InŜynieria niezawodności dział nauki, dyscyplina naukowa Zapobieganie uszkodzeniom, kontrola w czasie produkcji, Projektowanie pod kątem zapewnienia jakości, niezawodności Wkład producenta w zapewnienie jakości i niezawodności - koszty Fizyka uszkodzeń dział nauki, dyscyplina naukowa Badanie uszkodzonych wyrobów, sprawdzanie co jest powodem uszkodzeń 5
W trakcie przygotowania produkcji powinien działać zespół; technolog, elektronik, informatyk, matematyk, fizyk, chemik, ekonomista, specjalista od zarządzania, logistyki itd. Działania na rzecz niezawodności naleŝy zacząć w fazie opracowania nowych lub modyfikacji istniejących wyrobów. Dokument harmonogram technicznego przygotowania produkcji powinien zawierać program zapewnienia jakości - koszty!!! Wskazane jest gromadzenie informacji o wyrobach - koszty!!! 6
Podsumowanie Teoria niezawodności Początkowo tylko ocena niezawodności, wyznaczanie wskaźników niezawodnościowych, metod oceny niezawodności (testy) Obecnie jw. oraz ocena rozkładów uszkodzeń, modele niezawodnościowe, gromadzenie danych o wyrobach, analiza czasu Ŝycia wyrobów InŜynieria niezawodności Zapewnienia wysokiej niezawodności poprzez dobór procedur w czasie projektowania i wytwarzania wyrobu, tworzenie harmonogramu technicznego przygotowania produkcji, ocena kosztów, gromadzenie danych o wyrobach Fizyka uszkodzeń Analiza powodów uszkodzenia, tworzenie bardzo precyzyjnych metod sprawdzania powodów uszkodzenia, sprawdzanie procesu technologicznego Ocena jakości materiałów, elementów i podzespołów stosowanych w wyrobie 7
Niezawodność wyrobu Niezawodność wyrobu (obiektu) jest to spełnienie wymaganych funkcji w określonych warunkach w ustalonym czasie R ( t) = P{ t, φ, κ 0 t t1 } czas funkcje warunki eksploatacji R ( 0) = 1 8
Wszystkie badania są prowadzone na próbach (próbach reprezentatywnych) Próby reprezentatywne są pobierane losowo z populacji generalnej produkowanych wyrobów O cechach populacji generalnej wnioskujemy, stosując metody statystyki matematycznej, na podstawie wyników badań próby Wnioski będą prawdziwe, jeŝeli próba będzie podobna do populacji generalnej. A jak nie będzie podobna? 9
Wyrób (obiekt) element, podzespół, układ, urządzenie, system Funkcje określone w danych technicznych β Tranzystor - f, P, I CB, poziom szumów, 0 Rezystor - R, R, P, współczynnik temperaturowy Kondensator - C, C, U, współczynnik temperaturowy Układ pomiarowy zakres mierzonych wartości, dokładność, pasmo, parametry wejścia/wyjścia, itd Komórka - 10
Warunki eksploatacji dla wyrobu określone w danych technicznych Temperatura, wilgotność, itp. - kategoria klimatyczna Warunki wynikające z danych technicznych Warunki chłodzenia, radiatory Czas częściowo określony przez okres gwarancji: 1 rok, 3 lata, naleŝy spodziewać się, Ŝe im dłuŝsza gwarancja, tym dłuŝszy czas Ŝycia wyrobu i jego jakość Ocena niezawodności wskaźniki niezawodności JeŜeli znamy warunki ich oszacowania, to informacja jest dla nas waŝna 11
Podział wyrobów (obiektów) Podział wyrobów ze względu na moŝliwości usuwania uszkodzeń: - wyroby naprawialne (odnawialne), - wyroby nienaprawialne (nieodnawialne). Wyroby naprawialne: - z pomijalnym, krótkim czasem naprawy (odnowy), - z istotnym czasem naprawy, czas naprawy musi być uwzględniony w ocenie niezawodności tego wyrobu. 12
Wyroby (obiekty) z istotnym czasem naprawy moŝna oceniać poprzez : - stosunek średniego czasu trwania naprawy (odnowy) do średniego czasu między uszkodzeniami, - wielkość strat ponoszonych przez uŝytkownika w czasie trwania naprawy (odnowy). Sprzęt powszechnego uŝytku jest zaliczany do wyrobów o pomijalnym czasie naprawy (odnowy), nawet gdy naprawa trwa długo 13
Podział wyrobów (obiektów) ze względu na sposób pracy: - obiekty pracujące: - w sposób cykliczny, - w sposób ciągły, zasilacz impulsowy zasilacz analogowy - obiekty pracujące na Ŝądanie. Wyroby (obiekty) w stanie gotowości do pracy, zwykle krótkotrwałej Obiekty pracujące na Ŝądanie: - naprawialne (odnawialne), - nienaprawialne (nieodnawialne). Obiekty pracujące na Ŝądanie: - jednokrotnego uŝycia, - wielokrotnego uŝycia. pocisk, rakieta, gaśnica agregat 14
Rodzaje uszkodzeń: - uszkodzenia parametryczne, -- uszkodzenia zupełne (katastroficzne). następuje degradacja funkcji, które wyrób (obiekt) musi spełniać tranzystor: h 21, I CB0, rezystor: R, kondensator: C, tgδ koniec Ŝycia wyrobu (obiektu), bez moŝliwości odnowy, pełne zniszczenie wyrobu lub utrata właściwości w stopniu eliminującym wyrób z przewidywanego zastosowania - zwarcia, - zniszczenie termiczne warstwy czynnej, - przerwy spowodowane, np. korozją, uszkodzeniami mechanicznymi, - przebicia 15
Rodzaje uszkodzeń: - uszkodzenia nagłe, -- uszkodzenia stopniowe. - uszkodzenia trwałe, - uszkodzenia przemijające. 16
Rodzaje badań wyrobów (obiektów): - określające - kontrolne wyznaczamy wskaźniki niezawodności sprawdzamy wskaźniki niezawodności - metodą stałego obciąŝenia, - metodą stopniowanych obciąŝeń (badania przyspieszone). Badania są wykonywane według określonej normy, która definiuje uszkodzenia parametryczne, zupełne, określa czas pracy (badań), dobór warunków pracy, liczność prób, itd. 17
18