Надежность в цифровых технологиях

Цель. Переход на цифровые технологии индустрии 4.0 позволит в недалеком будущем создавать все больше изделий с уникальными потребительскими свойствами «с первого предъявления» (фактически без материальных затрат на экспериментальную отработку и доработку конструкций по результатам испытаний). Обеспечить расчеты показателей надежности таких изделий достоверными статистическими данными будет крайне затруднительно. Однако потребность в надежных изделиях останется. При этом сами подходы к цифровым технологиям на основе физических моделей и инженерных знаний дают возможность создать прогнозные методы обеспечения надежности (исходя из недопустимости либо, наоборот, умышленного программирования отказов). Это неизбежно ведет к смене парадигмы современной теории надежности, связанной с вынужденным отходом от математических моделей теории надежности в качестве базовых. Методы. В отечественных традициях принято определять надежность путем задания требуемых функций набором параметров, характеризующих способность их выполнения, и допустимых пределов изменения значений этих параметров. Если критерии каких-либо из требуемых функций не могут быть установлены с помощью параметров, то можно использовать прием, согласно которому функционирование объекта подменяют информационной моделью в виде черного ящика, в котором выполнение требуемых функций характеризуют вероятностными показателями отказов (статистическими, логическими, байесовскими, субъективными). Чтобы с единых позиций учесть параметры и вероятности выполнения требуемых функций, нахождение значений параметров в допустимой области можно характеризовать вероятностью, как степенью уверенности в совершении такого события, например с учетом конструктивных запасов. В этом случае выполнение всех требуемых функций может быть охарактеризовано аддитивным показателем надежности, который определяют методом структурной схемы надежности. Такой показатель в полной мере характеризует прогнозный уровень надежности. Результаты. Оценку прогнозируемой надежности производят с помощью методики конструкторско-технологического анализа надежности (КТАН). Эта методика позволяет с помощью набора алгоритмизированных методов представить конструкторскую (по ГОСТ 2.102) и технологическую (по ГОСТ 3.1102) документацию технического объекта в виде обобщенной параметрической модели функционирования. Такая модель позволяет учитывать индивидуальные конструктивные особенности изделий исходя из единства функциональности, работоспособности и надежности, и на этой основе оценивать вероятности возможных отказов. Алгоритмы проведения КТАН и цифровых технологий проектирования полностью совместимы и обусловлены общими задачами по обоснованию конструкторских решений для исключения (снижения вероятности) ошибок, способных вызвать отказы, на основе аналитической, расчетной и экспериментальной верификации. Выводы. Цифровые технологии предоставляют реальную возможность прогнозировать, смягчать или исключать возможные отказы. Достичь этого можно точно такими же подходами, которые подчас и приводят к отказам, – конструкторско-технологическими. Для этого необходимо создавать новые приложения современной теории надежности на базе инженерных дисциплин и конструкторско-технологических методов обеспечения качества и надежности изделий.

цифровые технологии, теория надежности, прогнозирование надежности, уникальная высокоответственная система, конструкторско-технологический анализ надежности (КТАН)

1. Ushakov I.A. Is Reliability Theory Still Alive? [Электронный ресурс] // Reliability: Theory & Applications: сетевой журн. 2017. No. 3(46). Vol. 12. P. 45-68. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/is-reliability-theory-stillalive-1/viewer (дата обращения 15.04.2020)

2. Ушаков И.А. Надежность: прошлое, настоящее, будущее: пленарный доклад на открытии конференции «Математические методы в надежности» (MMR-2000), Бордо, Франция, 2000 // Надежность: Вопросы теории и практики: сетевой журн. 2016. No. 1(1). P. 17-27. URL: http://www.gnedenko.net/Journal/2006/RTA_1_2006.pdf (дата обращения 15.04.2020)

3. Похабов Ю.П., Ушаков И.А. О безаварийности функционирования уникальных высокоответственных систем // Методы менеджмента качества. 2014. № 11. С. 50-56.

4. Шваб К. Четвертая промышленная революция. М.: Эксмо, 2016. 138 с.

5. Левенчук А. Системноинженерное мышление в управлении жизненным циклом [Электронный ресурс] // Лабораторный журнал: [сайт]. [2014]. URL: https://ailev.livejournal.com/1121478.html (дата обращения: 15.04.2020)

6. Боровков А.И., Рябов Ю.А., Кукушкин К.В. Цифровые двойники и цифровая трансформация предприятий ОПК // Оборонная техника. 2018. № 1. С. 6-33.

7. Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. 592 с.

8. Hilbert D. Mathematical Problems // Bulletin of the American Mathematical Society: journal. 1902. Vol. 8. No. 10. P. 437-479.

9. Кулешов А.П. Преодолеть сопротивление материалов: интервью 2 Февраля 2018 г. [Электронный ресурс] // Стимул: журнал об инновациях в России [сайт]. [2018]. URL: https://stimul.online/articles/interview/preodolet-soprotivlenie-materialov/?sphrase_id=1295 (дата обращения: 15.04.2020)

10. Доронин С.В., Похабов Ю.П. Повышение достоверности оценок прочности конструкций технических объектов // Вестник машиностроения. 2013. № 6. С. 85-88.

11. Болотин В.В. Применение методов теории вероятности и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1971. 255 с.

12. Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 704 с.

13. Лернер Э. Альтернатива «запуску на авось» // Аэрокосмическая техника. 1987. № 9. С. 157-160.

14. Похабов Ю.П. Теория и практика обеспечения надежности механических устройств одноразового срабатывания. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2018. 338 с.

15. Плахотникова Е.В., Сафонов А.С., Ушаков М.В. Проектирование изделий с учетом требований к показателям надежности // Известия ТулГУ: Технические науки. 2015. Вып. 7. Ч. 1. С. 134-139.

16. Похабов Ю.П. Проектирование высокоответственных систем с учетом надежности на примере поворотной штанги // Журнал СФУ: Техника и технологии. 2019. Т. 12. № 7. С. 861-883.

17. Тимашев С.А., Похабов Ю.П. Проблемы комплексного анализа и оценки индивидуальной конструкционной надежности космических аппаратов (на примере поворотных конструкций). Екатеринбург: АМБ, 2018. 38 с.

18. Гладкий В.Ф. Вероятностные методы проектирования конструкции летательных аппаратов. М.: Наука, 1982. 524 с.

19. Золотов А.А., Похабов Ю.П., Гусев Е.В. Обеспечение проектной надежности раскрывающихся конструкций космических аппаратов // Полет. 2018. № 7. С. 36-45.

20. Похабов Ю.П. Способ выбора привода для поворота конструкции в шарнирном узле: пат. 2198387 Рос. Федерация. № 2000129330/28; заявл. 23.11.2000; опубл. 10.02.2003, бюл. № 4.

21. Похабов Ю.П., Гриневич В.В. Способ закрепления изделий: пат. 2230945 Рос. Федерация. № 2002113143/11; заявл. 18.05.2002; опубл. 20.06.2004, бюл. № 17.

22. Похабов Ю.П., Наговицин В.Н. Способ закрепления изделий статически неопределимой системой связей: пат. 2125528 Рос. Федерация. № 5067373/28; заявл. 29.09.1992; опубл. 27.01.1999, бюл. № 3.

23. Похабов Ю.П. Что понимать под расчетом надежности уникальных высокоответственных систем применительно к механизмам одноразового срабатывания космических аппаратов // Надежность. 2018. Т. 18. № 4. С. 28-35.

24. Hecht H., Hecht M. Reliability prediction for spacecraft: Report prepared for Rome Air Development Center: no. RADC-TR-85-229, Dec. / Rome Air Development Center. 1985. 156 р.

25. Saleh J.H., Caster J.-F. Reliability and Multi-State Failures: A Statistical Approach, First Edition. NJ.: John Wiley & Sons, 2011. 206 р.

26. Тестоедов Н.А., Михнев М.М., Михеев А.Е. и др. Технология производства космических аппаратов. Красноярск: СибГАУ, 2009. 349 с.

27. Dhillon B.S., Singh C. Engineering reliability. NJ.: John Wiley & Sons, 1981. 339 р.

28. Bowden M.L. Deployment devices // Space Vehicle Mechanisms: Elements of Successful Design: Edited by Peter L. Conley. NJ.: John Wiley & Sons, 1998. P. 495-542.

29. Кузнецов А.А. Надежность конструкции баллистических ракет. М.: Машиностроение, 1978. 256 с.

30. ECSS Standard. Space product assurance. Failure modes, effects (and criticality) analysis (FMEA/FMECA) (6 March 2009). ECSS Secretariat, ESA ECSS-Q-ST-30-02C. 74 р.