Юрий Павлович Похабов – кандидат технических наук; начальник центра научно-технических разработок
Железногорск, Красноярский край
Yuri P. Pokhabov, Candidate of Engineering, Head of Research and Development Center
Zheleznogorsk, Krasnoyarsk Krai
Цель. Рассмотреть вопросы обеспечения надежности высокоответственных невосстанавливаемых изделий космического назначения с малой наработкой, отказы которых определяются главным образом конструкторскими и технологическими ошибками и несоблюдением условий бездефектного производства при единичном или мелкосерийном изготовлении, а также определить методологический подход к обеспечению требуемой их безотказности. Методы. Проведен анализ вариантов повышения надежности изделий с малой наработкой на примере механических устройств одноразового срабатывания при использовании статистических подходов современной теории надежности, специальных методов обеспечения надежности механических подвижных узлов, методологии FMEA-анализа, концепции Stage-Gate и проведении наземной экспериментальной отработки на единичных отработочных макетах для каждого вида воздействий. Результаты. Сделан вывод о необходимости проведения дополнительных процедур по прогнозированию, смягчению и (или) исключению возможных отказов в процессе конструирования на основе точно таких же подходов, которые и приводят к отказам – конструкторских и технологических. Конструкторско-технологические подходы к надежности основаны на раннем выявлении возможных причин отказов, что требует выполнения квалифицированного и системного анализа по определению функциональности, работоспособности и надежности изделия с учетом критичных выходных параметров и вероятностных показателей, влияющих на выполнение требуемых функций с допустимой вероятностью отказов. Решение такой задачи осуществляют с использованием обобщенной параметрической модели функционирования и методики проведения конструкторско-технологического анализа надежности. Заключение. Для высокоответственных невосстанавливаемых изделий космического назначения с малой наработкой требования безотказности разумно рассматривать главным образом с позиций финансово-экономических, безопасностных и имиджевых рисков утраты космических аппаратов. С точки зрения инженера-конструктора число девяток после запятой (с учетом округления до меньшего числа девяток для повышения достоверности) следует воспринимать как индикатор для применения соответствующих подходов к обеспечению требуемой безотказности при разработке изделия. При двух заданных девятках после запятой вполне приемлемо использовать методики аналитической и экспериментальной верификации, принятые в ракетно-космической отрасли, – выполнение расчетов надежности статистическими методами современной теории надежности и параметров работоспособности, использование методологии FMEA-анализа и концепции Stage-Gate, проведение наземной экспериментальной отработки на единичных отработочных макетах для каждого вида воздействий. При увеличении числа требуемых девяток целесообразно дополнительно применять методики раннего предупреждения отказов, одной из которых является конструкторско-технологический анализ надежности, дающий возможность конструктору принимать обоснованные технические решения на основе инженерных дисциплин и конструкторско-технологических способов обеспечения качества и надежности. Выбор одной из двух указанных стратегий обеспечения надежности определяется исключительно осознанием и пониманием разработчиком потенциальных опасностей, что дает возможность управлять рисками возникновения возможных редких отказов либо обоснованно отказаться от такой возможности.
Aim. To consider matters of dependability of highly critical non-recoverable space products with short operation life, whose failures are primarily caused by design and process engineering errors, manufacturing defects in the course of single-unit or small-scale production, as well as to define the methodological approach to ensuring the required reliability.Methods. Options were analysed for improving the dependability of entities with short operation life using the case study of single-use mechanical devices and the statistical approaches of the modern dependability theory, special methods of dependability of actuated mechanical assemblies, FMEA, Stage-Gate and ground experiments on single workout equivalents for each type of effect. Results. It was concluded that additional procedures need to be conducted for the purpose of predicting, mitigation and (or) eliminating possible failures as part of the design process using exactly the same approaches that cause failures, i.e., those of design and process engineering. The engineering approaches to dependability are based on early identification of possible causes of failures, which requires a qualified and systemic analysis aimed at identifying the functionality, performance and dependability of an entity, taking into account critical output parameters and probabilistic indicators that affect the performance of the required functions with the allowable probability of failure. The solution is found using a generalized parametric model of operation and design engineering analysis of dependability.Conclusion. For highly critical non-recoverable space entities with short operation life, the reliability requirements should be considered primarily in terms financial, economic, safetyrelated and reputational risks associated with the loss of spacecraft. From a design engineer’s standpoint, the number of nines after the decimal point (rounded to a smaller number of nines for increased confidence) should be seen as the indicator for the application of the appropriate approaches to ensuring the required reliability at the stage of product design. In case of two nines after the decimal point it is quite acceptable to use analytical and experimental verification techniques common to the aerospace industry, i.e., dependability calculations using the statistical methods of the modern dependability theory and performance indicators, FMEA and Stage-Gate, ground experiments on single workout equivalents for each type of effect. As the required number of nines grows, it is advisable to also use early failure prevention methods, one of which is the design engineering analysis of dependability that enables designers to adopt substantiated design solutions on the basis of engineering disciplines and design and process engineering methods of ensuring quality and dependability. The choice of either of the above dependability strategies is determined solely by the developer’s awareness and understanding of potential hazards, which allows managing the risk of potential rare failures or reasonably refusing to do so.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.