Технологический прогон цифровых устройств релейной защиты
С начала производства цифровых устройств релейной защиты (ЦРЗА) в 1996 году на ООО «НТЦ «Механотроника», был внедрен этап технологического прогона (далее — ТП) — работа изделия перед проведением приёмо-сдаточных испытаний с целью обнаружения скрытых дефектов. Для усиления негативного влияния внешних воздействующих факторов работа изделия на этапе ТП происходит при повышенной температуре окружающей среды.
Для изделий бытового назначения этап ТП регламентирован в стандарте [1]. Обращение к опыту других предприятий показало, что на многие из них в производственный процесс изготовления изделия включен этап технологического прогона [2, 3, 4 и др.].
Для оценки показателей надежности изделий на этапе ТП воспользуемся рекомендациям, изложенным в руководящем документе [7]. При выборе плана испытаний на этапе ТП было учтено, что продолжительность испытаний T каждого изделия уже задана в технологической инструкции по выполнению этапа ТП, а объём выборки N - планом выпуска изделий. Поэтому выбор был остановлен на плане испытаний [NMT], рекомендованном в стандарте [8] для восстанавливаемых изделий:
Буквы в обозначении плана указывают степень и характер восстановления изделия по время испытаний:
M — объекты, восстанавливаемые во время испытаний;
N — объём выборки;
T — время испытаний или наработка.
В качестве основной экспериментальной исходной информации для оценки показателей надежности исполь-зуются данные о наработке и отказах изделий, полученные на этапе ТП.
В связи с тем, что перед началом испытаний неизвестен закон распределения отказов, показатель надеж-ности оценивается с помощью непараметрического метода и непосредственной оценкой показателей надежности. Такая оценка показателей надежности допустима потому, что все оцениваемые изделия находятся в одинаковых условиях при проведении этапа ТП, а номенклатура показателей надежности всех изделий, выпускаемых НТЦ «Механотроника», полностью совпадают.
По результатам наблюдений все проверенные на этапе ТП за этот период изделия были разделены на две большие группы. В первую группу включены блоки типов В и Е, которые отвечают двум требованиям:
— в изделиях не было обнаружено ни одного дефекта в период ТП;
— используются модули, не применяемые в изделиях других типов.
Определим суммарную наработку этих блоков на этапе ТП за прошедший период, учитывая, что через неко-торый промежуток времени после начала наблюдений произошло сокращение продолжительности ТП изделий типа Е до 72 часов, а типа В до 48 часов.
Информация по этим блокам сведена в табл. 1, где в числителе приведено количество блоков, проходивших этап ТП в данный промежуток времени. Цифра 0 в знаменателе подчёркивает отсутствие в изделиях дефектов, выявленных на этом этапе.
| Изделие | ТВ Е = 96 часов | ТВ = 48 часов, ТЕ = 72 часа | Итого | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| шт | ТΣ, час | шт | ТΣ, час | шт | ТΣ, час | |
| В | 300/0 | 28800 | 192/0 | 9216 | 492/0 | 38016 |
| Е | 36/0 | 3456 | 5/0 | 360 | 41/0 | 3816 |
| сумма | 336/0 | 32256 | 197/0 | 9576 | 533/0 | 41832 |
Наблюдения за работой изделий на этапе ТП позволяют утверждать, что суммарная наработка на отказ всех изделий типа В составила не менее 38016 часов, что превосходит указанное в технических условиях значение этой величины. За указанный период времени не было выявлено ни одного отказа в этих изделиях.
Из-за небольшой программы выпуска изделий типа Е их суммарная наработка не достигла значения, ука-занного в технических условиях. Но отказов изделий этого типа также не было выявлено.
Вторая группа составлена из изделий, в которые вошли устройства несколько типов.
Главное отличие изделий, объединенных в эту группу — во время проведения этапа ТП в изделиях был обна-ружен хотя бы один дефект. Информация по количеству изделий и их наработке на этапе ТП сведена в табл. 2.
Изделия типов А и Ж собирают из однотипных модулей, поэтому они рассматриваются в данной работе как одно изделие типа АЖ.
Изделия типа Б независимо от исполнения собирают из однотипных модулей, конструкция которых отлича-ется от модулей, используемых в изделиях АЖ.
Изделия типа Д отличаются тем, что в них не применяются модули, используемые в изделиях типов АЖ и Б.
| Изделие | ТАЖ = 96 часов | ТАЖ= 96 часов, ТБД= 72 часа | Итого | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| шт | ТΣ, час | шт | ТΣ, час | шт | ТΣ, час | |
| АЖ | 1670/0 | 160320 | 1047/3 | 100512 | 2717/3 | 260832 |
| Б | 615/1 | 59040 | 227/1 | 16344 | 842/2 | 75384 |
| Д | 81/2 | 7776 | 80/1 | 5760 | 161/3 | 13536 |
| сумма | 2366/3 | 227136 | 1354/5 | 122616 | 3720/8 | 349752 |
Решение о сокращении продолжительности этапа ТП до 48 часов для изделий типа Б, В, Д и Е было принято после анализа всей информации, полученной от потребителей по результатам эксплуатации (см. также [5, 6] где изложена методика получения и обработки этой информации). В связи с тем, что одной из задач при контроле этапа ТП было сокращение затрат времени, оценим экономию, полученную в результате сокращения длительно-сти ТП.
Суммарная продолжительность пребывания всех 4253 изделий на стенде во время проведения этапа ТП при стандартной продолжительности прогона составила бы:
Т1 = (533+3720) • 96 = 408288 ч (1)
Фактически же для ТП этого числа изделий потребовалось (41382 + 349752) = 391134 часа. Таким образом, экономия времени составила:
Э1 = (408288 — 391134) = 17154 ч (2)
За данный промежуток времени в зависимости от продолжительности ТП можно испытать не менее:
— 170 изделий (при продолжительности ТП 96 часов);
— 238 изделий (то же, 72 часа);
— 357 изделий (то же, 48 часов).
Согласно данным табл. 2, в изделиях типа АЖ на этапе ТП за весь период наблюдений выявлено 3 отказа,
в том числе:
— отказ модуля пульта;
— отказ выходного реле;
— дефект одной из клавиш.
Реле и модуль пульта были заменены на исправные.
Причиной дефекта клавиши (внешнее проявление — устройство не реагировало на нажатие клавиши) послу-жило попадание влагозащитного покрытия на соединитель, через который проходит сигнал от клавиши на блок.
Согласно информации, приведенной в табл. 2, суммарная наработка изделий типа АЖ всех исполнений на этапе ТП, составила:
Т∑1 = N1«Тпр = 2717–96 = 260832 ч (3)
При таком значении суммарной наработки Т∑1интенсивность отказов изделий типа АЖ составит:
Λ1 = d1/T∑1 = 3/260832 = 0,012•10-3 ч-1 (4)
Средняя наработка на один отказ:
Т 1ср = 260832/3 = 86944 ч (5)
Полученное значение средней наработки на отказ Т 1-1 получилось несколько меньше, чем определенное по результатам эксплуатации (100000 ч).
Процентная доля отказов для изделий типа АЖ всех исполнений, прошедших ТП, равна:
δ1 = d1/N1 = 3/2717 = 0,11% (6)
Суммарная наработка изделий типа Б на этапе ТП, составила:
Т∑2 = Т∑21 + Т∑22= 59040 + 16344 = 75384 ч (7)
Значение Т∑2 определено так потому, что во время наблюдений произошло сокращение продолжительности ТП для изделий типа Б.
Согласно данным табл. 2, в изделиях типа Б на этапе ТП за весь период наблюдений выявлено 2 отказа,
в том числе:
— непропай вывода трансформатора;
— неправильная установка конденсатора при ручном монтаже (несоблюдение полярности).
В связи с выявлением на этапе ТП изделий типа Б только двух отказов, то средняя наработка на отказ составила:
Т 2ср = 75384/2 = 37692 ч (8)
При суммарной наработке Т∑2интенсивность отказов изделий типа Б:
Λ2 = d2/T∑2 = 2/75384 = 0,027•10-3 ч-1 (9)
Процентная доля отказов для изделий типа Б всех исполнений, прошедших ТП, равна:
δ2 = d2/N2 = 2/842 = 0,24% (10)
Суммарная наработка изделий типа В на этапе ТП составила:
Т∑3 = Т∑31 + Т∑32= 28800 + 9216 = 38016 ч (11)
Отсутствие отказов на этапе ТП не позволяет сделать таких оценок, как это сделано для изделий типов
АЖ и Б. Единственный вывод, который можно сделать — суммарная наработка на отказ изделий типа В не менее 38000 ч.
Суммарная наработка изделий типа Д на этапе ТП:
Т∑4 = Т∑41 + Т∑42= 7776 + 5760 = 13536 ч (12)
Согласно данным табл. 2, в изделиях типа Д на этапе ТП за весь период наблюдений выявлено 3 отказа,
в том числе:
— отказ конденсатора;
— отказ дисплея (2 случая).
При таком значении суммарной наработки Т∑2интенсивность отказов изделий типа Д составит:
Λ4 = d4/T∑4 = 3/13536 = 0,22•10-3 ч-1 (13)
Средняя наработка на один отказ изделий типа Д составила:
Т 4ср = 13536/3 = 4512 ч (14)
Процентная доля отказов для изделий типа Д всех исполнений, прошедших ТП, равна:
δ4 = d4/N4 = 3/161 = 1,9% (15)
Суммарная наработка изделий типа Е на этапе ТП составила:
Т∑5 = Т∑51 + Т∑52= 3456 + 360 = ч (16)
Отсутствие отказов изделий типа Е на этапе ТП не позволяет сделать таких оценок, как это сделано выше для изделий типов АЖ, Б и Д.
Единственный вывод, который можно сделать — суммарная наработка на отказ изделий типа Е за период наблюдения составила не менее 3816 ч.
Такое значение наработки обусловлено небольшим количеством изделий данного типа, испытанных на этапе ТП.
Результаты проведенных расчетов сведены в табл. 3
| Характеристика | Изделие | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| АЖ | Б | В | Д | Е | |
| Т∑, ч | 260832 | 75384 | 38016 | 13536 | 3816 |
| Λ, ч-1 | 0,012—10-3 | 0,027—10-3 | = | 0,22—10-3 | = |
| δ,% | 0,11 | 0,24 | = | 1,90 | = |
| Тср, ч | 86944 | 37692 | 38016 | 4512 | 3816 |
| d, шт | 3 | 2 | = | 3 | = |
По данным, приведенным в табл. 3, построены диаграммы (рис. 1), наглядно иллюстрирующие некоторые характеристики надежности разных изделий. Следует отметить, что небольшая программа выпуска ряда изделий
и отсутствие отказов во время этапа ТП, в особенности изделий типов В и Е, не позволяет произвести оценку некоторых характеристик.
Рис. 1 Расчетные и экспериментальные характеристики для изделий
Во время наблюдений за изделиями, проходящими этап ТП, особое внимание было уделено определе-нию времени обнаружения дефекта. С этой целью осмотр изделий после установки на стенд ТП в первые сутки
проводился через 1 час после включения, а затем через каждые 2 часа после включения. Во вторые и после-дующие сутки наблюдения проводились каждые 2 часа. Во вторую смену и в выходные дни наблюдения за работой изделий не проводилось.
В результате наблюдения было установлено, что 8 дефектов (см. табл. 3) по времени их выявления от начала этапа ТП распределялись следующим образом:
— 3 дефекта были выявлены через 1 час;
— 2 дефекта были выявлены через 2 часа;
— 2 дефекта были выявлены через 4 часа;
— 1 дефект был выявлен через 30 часов.
Небольшое количество дефектов и различный их характер не позволяют отнести их к приработочным. Ведь три дефекта из восьми вызваны ошибками исполнителей — неправильной установкой элемента, несоблю-дением режима пайки, небрежностью при нанесении влагозащитного покрытия.
Поэтому определение продолжительности этапа ТП по методикам, рекомендованным стандартом [1], не проводилось. Новые значения продолжительности этапа для изделий разных типов были определены на основе информации, полученной от эксплуатирующих предприятий [5, 6].
Отсутствие претензий от эксплуатирующих организаций и дефектов на всех этапах производства изделий типа В позволило предложить радикальное сокращение продолжительности их испытаний на этапе ТП до 24 часов.
Из-за наличия единичных претензий от эксплуатирующих организаций и выявление одного дефекта после 30 часов испытаний на этапе ТП, было предложено сократить продолжительность этапа ТП изделий типов Б, Д, Е до 48 часов.
В связи со значительным расширением объема производства изделий типа АЖ и сменой контрагента, по-ставляющего основные модули данных изделий, продолжительность этапа ТП для оставлена прежней — 96 час.
Для обеспечения непрерывного контроля за состоянием изделий, проходящих этап ТП, была разработана и — внедрена программу наблюдения за изделиями, рассчитанную на применение многопортовых интеллектуальных плат RS-232/422, обеспечивающих установку до 128 последовательных портов в один компьютер и не требующих организации сети (рис. 2). Переход на программный контроль блоков, находящихся на стенде ТП, позволяет не только задавать необходимую частоту опроса блока, но и фиксировать результаты опроса, а также хранить их в виде электронного файла, освобождая исполнителя от необходимости вести записи параметров.
Рис.2 Дополнительное оборудование для стенда ТП
Для того, чтобы не загружать исполнителей вводом сетевого номера блока и не организовывать на стенде ТП сеть АСУ через порты RS-485 или ВОЛС (в зависимости от исполнения блока), на стенде использованы многопортовые интеллектуальные платы RS-232/422 производства Moxa Technologies (рис. 2).
Для исключения записи в память блока сетевого адреса, программа контроля для этапа ТП предусматривает другую процедуру. После установки на стенде ТП блока и подключения соединителя к порту RS-232 в соответст-вующем окне программы появляется надпись с просьбой ввести заводской номер блока (рис. 3, а).
После введения заводского номера окно изменяется и в нем в стро-ке, соответствующей месту установки блока появляется соответствующая запись (рис. 3, б). Кроме этого, в строке появляется запись о наличии изме-нения и времени наработки блока после его подключения.
а)
б)
Рис. 3 Окно для записи заводского номера блока
После регистрации заводского номера блока программа организует соответствующую страничку (рис. 4) на которой содержится информация о блоке — время, показываемое часами блока, накопительная информация, состояние блока, состояние выключателя, положение выключателя, вид управления, информация по состоянию дискретных входов и выходов и др. Здесь же записана информация о переводе блока в режим дистанционного управления.
Для иллюстрации работы программы принудительно перевеем изделие в режим дистанционного
Управления и выдвинем модуль аналоговых сигналов МАС.
После этого в основном окне программы появилась запись о сбое с указанием времени (рис. 4).
Рис. 4 Основное окно программы с информации о появившемся сбое
В блокноте при очередном опросе данного блока записывается соответствующая информация об измене-ниях, происшедших в блоке, занимающем позицию 3 на стенде ТП (рис. 5).
После установки модуля МАС на место в блокноте записывается соответствующая информация о новом состоянии блока — блок исправен.
Таким образом, если блок снимался со стенда для ремонта отказав-шего модуля, то в блокноте будет зафиксирована соответствующая ин-формация без участия исполнителя.
1Статистические данные о надежности ЦРЗА в период эксплуатации, проанализированы ранее в работах [5, 6], а в данной работе приведены результаты более чем полугодового систематического наблюдения за процессом прохождения ТП.
2В числителе приведено количество блоков, проходивших ТП в данный промежуток времени, а в знаменателе — количество выявленных на этап ТП дефектов.
Литература
1. ГОСТ 23502-79. Обеспечение надежности на этапе производства. Технологический прогон изделий бытового назначения. М. Издательство стандартов, 1979, 22 с.
2. Сайт НПО ООО «Автоматика-Д» — www.avtomatika-d.omskcity.com
3. Сайт ЗАО «4С» — www.zao4c.ru
4. Сайт фирмы TREI GMBH®- www.trei-gmbh.ru
5. Гондуров С.А., Захаров О.Г. Надёжность блоков частотной автоматики БМАЧР в цифрах и фактах// Материал размещен по адресу www.elec.ru
6. Гондуров С.А., Захаров О.Г. Определение наработки на отказ по результатам эксплуатации.//Вести в электроэнергетике, № 1, 2010, С. 22.
7. РД 50-690-89. Руководящий документ по стандартизации. Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным. М.: Издательство стандартов, 1991.
8. ГОСТ 27.410-87. Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность. М.: Издательство стандартов, 2000
Гондуров С.А.,
Захаров О.Г.
