О надежности высокоответственных невосстанавливаемых изделий космического назначения с малой наработкой на примере механических устройств одноразового срабатывания

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.

1. Spacecraft Systems Engineering // P. Fortescue, J. Stark, G. Swinerd. NJ.: John Wiley & Sons, 2003. 704 p.

2. Always P. Rockets of the Wold. Published by Saturn Press, 1999. 384 p.

3. Севастьянов Н.Н. Управление надежностью космических аппаратов с длительными сроками эксплуатации // Космонавтика и ракетостроение. 2017. № 3. С 133–148.

4. Горбенко А.В., Засуха С.А., Рубан В.И. и др. Безопасность ракетно-космической техники и надежность компьютерных систем: 2000–2009 гг. // Авиационно-космическая техника и технология. 2011. № 1. С. 9–20.

5. Похабов Ю.П. Теория и практика обеспечения надежности механических устройств одноразового срабатывания. Красноярск: СФУ, 2018. 338 с.

6. Патраев В.Е. Методы обеспечения и оценки надежности космических аппаратов с длительным сроком активного существования. Красноярск: СибГАУ, 2010. 136 с.

7. Патраев В.Е., Халиманович В.И. Надежность космических аппаратов космического обеспечения. Красноярск: СибГАУ, 2016. 208 с.

8. Патраев В.Е., Шангина Е.А. Надежность технических систем космических аппаратов. Красноярск: СФУ, 2019. 66 с.

9. Космические аппараты [Электронный ресурс] // АО «ИСС» имени академика М.Ф. Решетнева»: сайт. URL: iss-reshetnev.ru (15.03.2021).

10. Запуски: база данных [Электронный ресурс] // Ракеты-носители, спутники, самолеты, приборы: сайт. URL: http://ecoruspace.me/ (15.03.2021).

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

12. ATR-2009(9369)-1. Critical Clearances in Space Vehicles / Brian W. Gore. The Aerospace Corporation. 2008. 31 October. 41 р.

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

14. Туманов А.В., Зеленцов В.В., Щеглов Г.А. Основы компоновки бортового оборудования космических аппаратов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 344 с.

15. Модель и методика оценки влияния плановых мероприятий по предупреждению отказов конструкционного характера на надежность космических аппаратов в части отказов их механических устройств одноразового срабатывания. Инв. № 532-ОТ-МКБ-0031-19. № ГР 1920730200892217000241851. Железногорск: АО «НПО ПМ МКБ», 2019. 220 с.

16. Похабов Ю.П. Проблемы надежности и пути их решения при создании уникальных высокоответственных систем // Надежность. 2019. Т. 19. № 1. С. 10–17.

17. Похабов Ю.П. Надежность: взгляд конструктора // Надежность. 2020. Т. 20. № 4. С. 13–20.

18. Приложение (справочное) // ГОСТ 27.002–89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990. 37 с.

19. Рябинин И.А. Академик А.И. Берг и проблемы надежности, живучести и безопасности // Академик Аксель Иванович Берг (К столетию со дня рождения). М. Гос. политехн. музей, 1993. С. 6–25.

20. Рябинин И.А. Основы теории и расчета надежности судовых электроэнергетических систем. Л.: Судостроение, 1971. 456 с.

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

22. Волков Л.И., Шишкевич А.М. Надежность летательных аппаратов. М.: Высш. школа, 1975. 296 с.

23. Тимашев С.А., Похабов Ю.П. Новые методы анализа и оценки надежности изделий ракетно-космической техники // Безопасность и мониторинг техногенных и природных систем: материалы и доклады / VI Всероссийская конференция (18–21 сентября 2018, Красноярск). Красноярск: СФУ, 2018. С. 254–259.

24. «Роскосмос» снизит цены на пуск ракет на 30% из-за демпинга SpaceX Маска [Электронный ресурс] // РосБизнесКонсалтинг: сайт. URL: https://www.rbc.ru/technology_and_media/10/04/2020/5e90869c9a7947d4640156b7 (15.03.2021).

25. Крылов А.М. Сравнительный анализ космической деятельности России, Китая и Индии [Электронный ресурс] // МКК: сайт. [2010]. URL: http://mosspaceclub.ru/base/base.php (15.03.2021).

26. Белозерцев А.И., Эль-Салим С.З. Детерминированная модель повышения надежности аналитических систем // Надежность и качество: труды международного симпозиума. 2017. Т. 2. С. 396–399.

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

28. Кузнецов А.А., Золотов А.А., Комягин В.А. и др. Надежность механических частей конструкции летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1979. 144 с.

29. Шатров А.К., Назарова Л.П., Машуков А.В. Механические устройства космических аппаратов. Конструктивные решения и динамические характеристики. Красноярск: СибГАУ, 2006. 84 с.

30. Шатров А.К., Назарова Л.П., Машуков А.В. Основы конструирования механических устройств космических аппаратов. Конструктивные решения, динамические характеристики. Красноярск: СибГАУ, 2009. 144 с.

31. Романов А.В., Тестоедов Н.А. Основы проектирования информационно-управляющих и механических систем космических аппаратов. СПб.: Профессионал, 2015. 240 с.

32. Postma R.W. Force and torque margins for complex mechanical systems / Proceedings of the 37th Aerospace Mechanisms Symposium, Johnson Space Flight Center, May 19–21, 2004. P. 107–118.

33. Space Vehicle Mechanisms – Elements of Successful Design, Edited by Peter L. Conley. NJ.: John Wiley & Sons, 1998. 794 р.

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

35. Колобов А.Ю., Дикун Е.В. Интервальные оценки безотказности единичных космических аппаратов // Надежность. 2017. № 4. С. 23–26.

36. Похабов Ю.П. Надежность в цифровых технологиях // Надежность. 2020. Т. 20. № 2. С. 3–11.

37. Похабов Ю.П. Проектирование сложных изделий с малой вероятностью отказов в условиях Индустрии 4.0 // Онтология проектирования. 2019. Т. 9. № 1 С. 24–35.

38. Космические вехи: сб. науч. тр., посвященный 50-летию создания ОАО «ИСС» им. академика М.Ф. Решетнева». Красноярск: ИП Суховольская Ю.П., 2009. 704 с.

39. Design for reliability / Edited by Dana Crowe et al. NJ.: CRC Press LLC, 2001. 220 p.

40. Доронин С.В., Похабов Ю.П. Подходы к выбору расчетных случаев нагружения силовых конструкций технических объектов // Безопасность и мониторинг природных и техногенных систем: материалы и доклады / VII Всероссийская конференция (5–9 октября 2020, Кемерово); научн. ред. В.В. Москвичев. Новосибирск: ФИЦ ИВТ, 2020. С. 43–46.

41. Писцова Ю.П., Николаева Н.Г., Приймак Е.В. и др. Анализ видов и последствий несоответствий (FMEA) конструкторской документации // Вестник Казанского технологического университета. 2004. № 1. С. 411–415.

42. Исаев С.В. Такой FMEA нам не нужен! (проблемы при внедрении и «детские» ошибки) // Методы менеджмента качества. 2008. № 3. С. 30–32.

43. Анализ видов и последствий потенциальных отказов (дефектов) FMEA [Электронный ресурс] / авт.-сост. М.С. Стенгач, А.А. Горбунов, В.Н. Кобзев. Самара, 2011. 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

44. 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.

45. Тарасенко Ф.П. Прикладной системный анализ. М.: КНОРУС, 2017. 322 с.

46. Проектирование технологий автоматизированного машиностроительного производства / И.М. Баранчукова, А.С. Гусев, Ю.Б. Крамаренко и др. М.: Высш. шк.,1999. 416 с.

47. Герсеванов Н.М. Применение математической логики к расчету сооружений / Н.М. Герсеванов. Собр. соч. М.: Стройвоенмориздат, 1948. Т. 1. С. 123–203.