Конструкторско-технологический подход к обеспечению заданной надежности (на примере уникальных высокоответственных систем с малой наработкой)

Цель. Рассмотреть конструкторско-технологический подход к обеспечению заданной надежности на основе инженерных дисциплин и конструкторско-технологических способов обеспечения качества и надежности на примере уникальных высокоответственных изделий с малой наработкой. Такой подход, в отличие от статистических правил современной теории надежности, позволяет увязать расчеты показателей надежности с результатами расчетов параметров работоспособности и установленными расчетными критериями, которые должны быть выполнены в подтверждение заданных показателей надежности для изделий с неопределенным числом критичных элементов, каждый из которых функционирует с использованием разных по своей природе принципов действия. Методы. Рассмотрены предпосылки для реализации конструкторско-технологического подхода к надежности, такие как специфика обеспечения надежности уникальных высокоответственных изделий с малой наработкой, вопросы целесообразности применения конструкторско-технологического подхода к надежности, особенности влияния генезиса на обеспечение конструкторско-технологической надежности, модели поведения технических изделий в смысле надежности и особенности расчетов высокоответственных изделий. Выявлено, что для изделий с высоким уровнем заданной вероятности безотказной работы, превышающей трехсигмовый диапазон изменения случайной величины, расчеты надежности необходимо производить не путем определения функции надежности, а в виде доказательства того, что функция ненадежности меньше допустимой величины, что в конечном итоге и обеспечивает заданную надежность. Такой подход приводит к развитию методов раннего предупреждения отказов на основе процедур проведения конструкторско-технологического анализа надежности для достижения требуемых показателей функциональности, работоспособности и надежности изделий на базе обобщенной параметрической модели функционирования. Результаты. Конструкторско-технологический анализ надежности позволяет обосновать условия для безошибочного проектирования (выбора обоснованных принципов работоспособности и подтверждения инженерных решений для достижения заданных показателей надежности). Результат использования условий безошибочного проектирования в сочетании с соблюдением условий бездефектного проектирования (соблюдение общепринятых принципов, правил, требований, норм и стандартов разработки чертежей) и бездефектного производства (работы в строгом соответствие с требованиями чертежей без карточек разрешений на отступления) позволяет конструктору достигнуть заданных значений надежности без статистических методов современной теории надежности. Заключение. Надежность как комплексное свойство характеризуется вероятностью, которая, с одной стороны, определяет частоту возникновения возможных отказов, а, с другой стороны, указывает на число ошибок инженеров, совершенных при разработке, изготовлении и эксплуатации изделий, которые могут привести к отказам. Причем частота отказов определяется усилиями инженеров, которые направлены на исключение или смягчения последствий возможных отказов на каждой из стадий жизненного цикла. Чем больше будет предпринято таких усилий и чем раньше они будут применены, тем надежность изделий будет выше. В конечном итоге надежность обусловлена последовательным и методичным выполнением процедур безошибочного проектирования, бездефектного проектирования и бездефектного производства, эффективность которых никак не привязана к серийности изделий. Их эффективность и результативность определяется конкретными решениями и действиями инженеров, обеспечивающих выполнение изделием требуемых функций с заданными показателями надежности в установленных режимах и условиях применения. Для этого вполне достаточно использовать инженерные дисциплины и конструкторско-технологические способы обеспечения качества и надежности.

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

2. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990. 37 с.

3. Бирюков Г.П., Кукушкин Ю.Ф., Торпачев А.В. Основы обеспечения надежности и безопасности стартовых комплексов. М. : Изд-во МАИ, 2002. 264 с.

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

5. Похабов Ю.П. Конструкторско-технологический анализ надежности, Методическое пособие (на примере системы отделения космических аппаратов): препринт. Железногорск: АО «НПО ПМ МКБ», 2020. 57 с. [Выдано свидетельство о регистрации объекта интеллектуальной собственности № 3644 от 27.05.2020, зарегистрированное ООО «Сибкопирайт», г. Новосибирск] // Gnedenko e-Forum [сайт]. URL: https://gnedenko.net (дата обращения: 20.10.2021).

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

7. Похабов Ю.П. О надежности высокоответственных невосстанавливаемых изделий космического назначения с малой наработкой на примере механических устройств одноразового срабатывания // Надежность. 2021. Т. 21. № 3. С. 3-12.

8. Artyushenko A.G., Pokhabov Yu.P. Design and technology reliability analysis: fork // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 862(2). P. 022001(1-6). https://doi.org/10.1088/1757-899X/862/2/022001

9. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Изд-во лит. по строительству, 1971. 255 с.

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

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

12. Тестоедов Н.А., Косенко В.Е., Выгонский Ю.Г. и др. Космические системы ретрансляции. М.: Радиотехника, 2017. 448 с.

13. Fusaro R.L. NASA Space Mechanisms Handbook - Lessons Learned Documented // Research & Technology 1998. NASA/TM - 1999-2088815. P. 138-140.

14. Shapiro W., et al. Space Mechanisms Lessons Learned Study, Volume I - Summary. NASA/TM-107046, 1995.

15. Shapiro W., et al. Space Mechanisms Lessons Learned Study, Volume II - Literature Review. NASA/TM-107047, 1995.

16. Gore B.W. Critical Clearances in Space Vehicles. The Aerospace Corporation ATR-2009(9369)-1, 2008. 41 р.

17. Harland D.M., Lorenz R.D. Space systems failures: disasters and rescues of satellites, rockets and space probes. Berlin: Springer, 2005. 368 p.

18. Штокал А.О., Рыков Е.В., Добросовестнов К.Б. и др. Пути повышения надежности работы узлов раскрытия космических аппаратов с отложенным срабатыванием // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2017. № 4. С. 60-67.

19. MerstallingerA., Sales M., Semerad E., et al. Assessment of Cold Welding between Separable Contact Surfaces due to Impact and Fretting under Vacuum. ESA STM-279. Nordwijk, 2009.

20. Похабов Ю.П., Макаров В.П., Колобов А.Ю. и др. Особенности обеспечения надежности функционирования механических устройств раскрытия и фиксации конструкции посадочных модулей // Актуальные вопросы проектирования космических систем и комплексов. Сборник научных трудов. Вып. 20. 2019. С. 151-166.

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

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

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

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

25. Отказы ракетно-космической техники [Электронный ресурс] // Ракеты-носители, спутники, самолеты, приборы: [сайт]. URL: http://ecoruspace.me (дата обращения: 20.10.2021).

26. Левенчук А. Системноинженерное мышление в управлении жизненным циклом [Электронный ресурс] // Лабораторный журнал: [сайт]. [2014]. URL: https://ailev.livejournal.com/1121478.html (дата обращения: 20.10.2021).

27. Hecht H., Hecht M. Reliability prediction for spacecraft, Report prepared for Rome Air Development Center: no. RADCTR-85-229. Rome Air Development Center, 1985. 156 р.

28. 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.

29. Севастьянов Н.Н., Андреев А.И. Основы управления надежностью космических аппаратов с длительными сроками эксплуатации. Томск: Издат. Дом ТГУ, 2015. 266 с.

30. Ван-Желен В. Физическая теория надежности. Симферополь: Крым, 1998. 318 с.

31. Куриленко А.М., Ледовский А.Д. Качество судовых динамических систем управления. СПб.: Судостроение, 1994. 176 с.

32. Кулешов А.П. Преодолеть сопротивление материалов: интервью 02.02.2018 // Стимул: журнал об инновациях в России: сетевой журн. 2018. URL: https://stimul.online/articles/interview/preodolet-soprotivleniematerialov/?sphrase_id=1295 (дата обращения: 20.10.2021).

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

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

35. Гедер Г. Конструирование и расчеты: пособие при практ. работах конструкторов и обучающихся: пер со 2-го (нем.) изд. Л.Я. Бершадский. СПб.: Изд-во К. Риккера, 1904. 534 с.

36. Берг А.И. Избранные труды. М.-Л.: Энергия, 1964. 224 с.

37. Болотин В.В. Теория надежности механических систем с конечным числом степеней свободы // Известия АН СССР. Механика твердого тела.1969. № 5. С. 74-81.

38. Проников А.С. Параметрическая надежность машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 560 с.

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

40. 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 20.10.2021).

41. 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.

42. Ендогур А.И. Проектирование авиационных конструкций. Проектирование конструкций деталей и узлов. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009. 540 с.

43. Орлов П.И. Основы конструирования: в 2-х кн. Кн. 1 / под ред. П.Н. Учаева. М.: Машиностроение, 1988. 560 с.

44. Хорошев А.Н. Введение в управление проектированием механических систем. Белгород, 1999. 372 с.

45. Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. М.: Машиностроение, 2007. 464 с.

46. Бушуев В.В. Практика конструирования машин. М.: Машиностроение, 2006. 448 с.

47. Тимошенков С.П., Симонов Б.М., Горошко В.Н. Основы теории надежности. М.: Юрайт, 2015. 445 с.

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

49. Веников Г.В. Проектирование и надежность. М.: Знание, 1971. 96 с.

50. Горохова В.В. Применение Саратовской системы при проведении исследовательских и конструкторских работ. М.: Изд. стандартов, 1969. 105 с.

51. Дубовиков Б.А. Основы научной организации управлением качества (опыт применения и теоретические обоснования системы организации бездефектного труда). М.: Экономика, 1966. 321 с.

52. ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2016. IV, 23 с.

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