Приведена информация о показателях сохраняемости цифровых устройств РЗА, показана возможность применения стандартных методов определения выбранного показателя с минимальными затратами, приведены результаты практического определения показателей сохраняемости методами, описанными в действующих стандартах.
Цифровые устройства, показатель сохраняемости, непосредственное хранение, метод испытаний, назначенный срок хранения, условия хранения, гамма-процент
В документе [1] требования к показателям сохраняемости цифровых устройств РЗА не установлены, поэтому некоторые изготовители микропро-цессорных устройств релейной защиты в технических условиях указывают только назначенный срок хранения [2] в заводской упаковке, как это было в старой редакции документа [3]:
«Срок хранения блока в упаковке и консервации изготовителя – 2 года со дня упаковывания».
Условия хранения блоков в [3] заданы в соответствии с требованиями ГОСТ 23216 – 79 [4] как в части воздействия механических (условия С), так и климатических факторов (нижнее значение температуры – минус 450С, верхнее значение температуры - плюс 600С).
Действующая нормативная документация требует устанавливать не только назначенный срок хранения, но и показатели сохраняемости [5]:
Для выбора одного из двух показателей сохраняемости в стандарте [1] рекомендовано оценивать «возможные последствия достижения пре-дельного состояния или отказа при хранении и (или) транспортиро-вании».
Если отказ (достижение предельного состояния) изделия при хранении (транспортировании) изделия не приводит к катастрофическим последствиям, то стандарт рекомендует использовать показатель Тс.ср.
В том случае, когда после отказа или достижения предельного состояния изделия возможны катастрофические последствия, используют показатель Тс.γ.
В последнем случае предполагается, что техническое состояние изделий можно контролировать.
Кроме самого показателя в документации на изделие должны быть заданы условия и режимы хранения (транспортирования) по [4].
Ряд организаций, проводящих аттестацию продукции или экспертизу документации на них, требуют включать в технические условия помимо назна-ченного срока хранения оба показателя сохраняемости и даже закрепляют это требование в своём отраслевом документе, как это сделано, например в ОТТ-20.020.00-КТН-008-10.
Из-за таких требований в последнюю редакцию технических условий [3] были введены оба показателя сохраняемости, что сделало необходимым выбор стандартного метод их экспериментального определения для включения в программу и методику испытаний цифровых устройств релейной защиты и проведения контрольных испытаний, подтверждающих выбранные значения показателей.
Из известных методов оценки показателей сохраняемости был выбран метод непосредственного хранения, установленный стандартом [7], а также рекомендованный в стандартах [7, 8] и ряде других документов.
Данный метод предполагает закладку на длительное хранение испыты-ваемых изделий на складе завода-изготовителя изделий. В [9] для оценки показателей сохраняемости рекомендованы такие планы испытаний для:
Буквами в планах испытаний обозначены:
Из описания планов испытаний [NUT] и [NUr] видно, что их принципи-альное отличие от метода испытаний [NМS], использовавшегося для оценки наработки этих же изделий на отказ [10], заключается в том, что в последнем случае изделия испытывались последовательно, а отказавшие изделия ремон-тировались.
Самый простой способ проведения таких испытаний – закладка на хране-ние некоторого количества изделий, экономически нецелесообразна, так как на срок не менее 24 месяцев из оборота выводится значительное количество изделий.
Так как стандарт [6] рекомендует хранить изделия на складе изготови-теля, были проверены складские остатки по состоянию на день начала испы-таний, что позволило выявить 14 изделий, переданных на хранение сразу после прохождения приемо-сдаточных испытаний (табл. 1).
Рассмотрим как такой подход (использование для испытаний изделий, не переданных по каким-то причинам потребителю) позволил получить необхо-димую информацию о показателях сохраняемости изделий не увеличивая затрат.
Изделия типа А и Ж были изготовлены по одному и тому технологичес-кому процессу, состоят из одинаковых модулей и имеют одно и то же функ-циональное назначение. Для изготовления изделий этого типа применены одни и те же материалы и комплектующие электрорадиоэлементы.
Все это позволило распространить результаты испытаний изделий типа А на изделия типа Ж и наоборот, а всю совокупность испытываемых изделий рассматривать как выборку из 14 блоков.
Таблица 1 Информация об изделиях, хранившихся на складе изготовителя на день начала испытаний
| Тип изделия | Количество | Срок хранения |
| А | 5 | 16 месяцев |
| 3 | 38 месяцев | |
| Ж | 1 | 44 месяца |
| 5 | 32 месяца |
Прежде всего, все перечисленные в табл. 1 были сняты с хранения и переданы в ОТК для проведения приёмо-сдаточных испытаний по той же про-грамме, по которой испытывают все новые изделия. Результаты ПСИ показали, что после хранения все контролируемые параметры и характеристики этих изделий соответствуют требованиям технических условий, что позволило использовать их для экспериментальной оценки показателей сохраняемости.
Как следует из табл. 1 изделия хранились на складе разное время – от 16 до 44 месяцев, но согласно требованиям стандарта [6], при непосредственном методе хранения продолжительность испытаний, т.е. фактически время хране-ния, должна быть не менее срока сохраняемости, который составляет 24 меся-ца, как это и записано в технических условиях [12] [1].
Для того, чтобы не сокращать объем выборки, отсчет времени хранения изделий было принято начинать не с даты закладки 1 блока типа Ж (рис. 1), а с даты закладки на хранение 5 блоков типа А (линия Е на рис. 1).
Такая процедура контроля технического состояния хранящихся изделий позволяет обеспечить выполнение главного условия выбранных выше планов испытаний [NUT] и [NUr] – одновременность испытаний всех N объектов выборки.
В связи с тем, что в данном случае продолжительность хранения всех блоков составила всего 16 месяцев, было принято решение возвратить все проверенные изделия на дальнейшее хранение (линия Д на рис. 1).
В соответствии с рекомендациями стандарта [6] последующие испытания этих изделий будем проводить 1 раз в квартал до тех пор, пока срок хранения 5 изделий типа А не превысит 24 месяца - значения установленного в техни-ческих условиях (линия К на рис. 1).
Согласно [9], исходными данными при плане испытаний [NUr] служат:
По результатам испытаний проведенных в момент времени Д стали известны выборочные значения сроков сохраняемости каждого из 14 изделий, т.е.- t1 = t2 = tn = 16 месяцев. Известно также и число отказов – r = 0. Известен и объем выборки, т.е. N = 14.
Как известно, стандарты дают разные рекомендации относительно объема выборки, различающейся от вида изделий и отрасли, в которой их используют.
Чтобы не увеличивать затраты на экспериментальное определение показателей сохраняемости, стандарт [6] допускает уменьшать количество изделий в выбор-ке, если её объем превышает 1% годового выпуска изделий.
Так как 14 изделий (объем выборки) существенно меньше 1% годового выпуска изделий данного вида, то сокращать её объем нет необходимости.
При оценке гамма-процентного срока сохраняемости и неизвестном зако-не распределения стандарт [6] рекомендует выбирать допустимое число отка-зов r по табличным данным, предполагая заданным число испытываемых объ-ектов N, что в нашем случае соответствует объему выборки (табл. 2).
Таблица 2 . Фрагмент табл. 26 из [9]
| γ%/100 или Р(t) | q | N или r | ||
| 0 | 1 | 2 | ||
| 0,50 | 0,80 | - | - | - |
| 0,90 | - | - | 6 | |
| 0,95 | - | - | 8 | |
| 0,99 | 6 | 10 | 10 | |
| 0,80 | 0,80 | 8 | 8 | 13 |
| 0,90 | 10 | 10 | 15 | |
| 0,95 | 13 | 13 | 20 | |
| 0,99 | 20 | 20 | 25 | |
| 0,90 | 0,80 | 15 | 15 | 32 |
| 0,90 | 20 | 20 | 32 | |
На основании данной таблицы можно заключить, что как при отсутствии отказавших блоков (r = 0), так и при одном отказавшем блоке (r = 1) для выборки данного объема N = 14 > 13, гамма-процентный ресурс сохраняемости
γ = 0,80 для продолжительности испытаний 24 месяца (см. линию К на рис. 1).
Риск потребителя при любом исходе испытаний (r = 0, r = 1) составит:
ß= 1- q = 1 – 0, 95 = 0,05.
Если же во время хранения произойдет отказ двух блоков (r = 2), значение гамма–процентного срока сохраняемости останется неизменным (γ = 0,80), но доверительная вероятность уменьшится до 0,80, а риск потре-бителя ß вырастет до 0,2.
Для опытного значения γ-процентов стандарт [6] рекомендует исполь-зовать такую формулу:
Отметим, что при нулевом количестве отказов r при любом объеме выборки N результат определения γ – процентов по формуле (1) будет один и тот же, т.е. γ = 100%.
Для вынесения окончательной оценки данного показателя сохраняемости сведем в табл. 3 результаты вычислений γ-процента по формуле (1) при трёх значениях r для N = 14 и оценки, сделанные на основании табличных данных, приведенных в стандарте [9] для N = 13.
Таблица 3. Сравнение опытных и табличных значений γ-процентов
| Источник | γ-процент для r | ||
| 0 | 1 | 2 | |
| Формула (1) | 100,0 | 92,8 | 85,7 |
| Таблица 2 по [9] | 80,0 | 80,0 | 80,0 |
Отметим, что увеличение количества хранящихся изделий до 15 (N= 15), повысит табличное значение гамма-процента до 90 (при доверительной вероят-ности q = 0,8), если за время хранения откажет не более одного изделия.
Расчетное значение этой же величины, найденное по формуле (1), при r = 1 и N =15 будет γ = 93,3%.
Проведенная оценка данного показателя позволяет утверждать, что значение γ – процентного ресурса сохраняемости для выборки из 14 изделий, в которой был зафиксирован один отказ, находится в диапазоне:
93, 3 > γ >80,0.
Для дополнительной оценки этого показателя было принято решение провести аналогичные испытания изделий, хранившихся на складе у потре-бителя.
Для уточнения информации о таких изделиях был проанализирован весь массив «уведомлений о вводе в эксплуатацию» [2], поступивших в 2011 – 2012 годах. Срок ввода изделий определялся как разность между датой отгрузки и датой ввода в эксплуатацию. При анализе отбирались блоки, поступившие на один и тот же объект и хранившиеся в одинаковых условиях.
Информация о среднем сроке ввода в эксплуатацию наибольшей по количеству изделий выборки (81 изделие), поставленных на один и тот же объект сведены в табл. 4.
Табл. 4 Сроки ввода в эксплуатацию изделий
| Типизделия | Срок ввода в эксплуатацию, месяцев | Среднеезначение | |||||||||
| 1 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 9 | 12 | 13 | 14 | ||
| Б | 5 | 6 | 17 | 5 | 3 | 4 | 1 | - | 1 | 1 | 4,4 мес |
| Д | - | - | 12 | 13 | 10 | - | - | 1 | 2 | - | 5,6 мес |
Отметим, что 74% поставленных изделий (заштрихованные графы в табл. 4) были введены в эксплуатацию в срок от 4-х до 6-ти месяцев (рис. 1) после отгрузки их потребителю.
Данное исследование подтвердило:
Проведенные ранее исследования [10] показали, что средний срок ввода изделий в эксплуатацию (в зависимости от типа и исполнения блока) состав-ляет в среднем не более 10-ти месяцев со дня отгрузки, что также не позволяет использовать эти изделия для оценки показателей сохраняемости.
Тем не менее, анализ всего массива «уведомлений о вводе в эксплуа-тацию», полученных изготовителями в 2011 -2012 годах, позволил выявить 15 блоков типа А, поставленных потребителю в 2006, 2007 и 2008 годах тремя партиями на один и тот же объект и хранившиеся до момента их ввода в эксплуатацию не менее 24 месяцев:
Эти блоки хранились на складе потребителя в течение срока, превы-шающего 24 месяца при соблюдении условий, заданных в документации на них. Всё это позволяет использовать эти 15 изделий для проведения контрольных испытаний на сохраняемость.
При определении срока хранения в качестве определяющего был выбран
наименьший срок хранения – 50 месяцев и из него исключена продолжитель-ность логистической задержки [2], составляющей 2 месяца. Отметим, что стандарт [6] допускает длительность такой задержки до 3 месяцев.
Таким образом, срок хранения 15 блоков составил 48 месяцев, т.е. удвоенному сроку, зафиксированному в технических условиях [11].
Приемо-сдаточные испытания 15-ти блоков типа А после снятия их с хранения (см. линию К на рис. 3) проводились в условиях эксплуатирующего
В результате испытаний установлено, что все контролируемые параметры и характеристики соответствуют требованиям технических условий на изделия типа А, а количество отказавших изделий равно нулю, т.е. r = 0. На основании этого можно утверждать, что сделанные ранее выводы по результатам испыта-ний на сохраняемость при хранении на складе изготовителя остаются в силе.
Значение γ-процента на основании табличных данных для этих 15 блоков равно 0,90 при доверительной вероятности q = 0,8, как при r = 0, так и при r = 1. Таким образом, подтверждена нижняя граница данного показателя.
Для оценки γ –процентного показателя сохраняемости изделий была выбрана ещё одна группа изделий, из числа возвращенных изготовителю. Хотя потребитель высказал замечания к этим изделиям, однако все они касались только их внешнего вида и не влияли на их электрические характеристики.
На основании этого причина возврата была признана необоснованной.
В соответствии с рекомендациями, изложенными в п. 2.2.3 стандарта ГОСТ 21493-76, все возвращенные изделия были допущены к контрольным испытаниям на сохраняемость.
В эту группу входят девять изделий типа К, которые до возвращения изготовителю хранились на складе потребителя в течение 17 месяцев.
Используя данные из табл. 1, принимаем для девяти изделий типа К зна-чение γ-процента равным 0,8 при доверительной вероятности q = 0,8 и r = 0.
Таким образом, контрольные испытания трёх групп блоков позволили одинаково оценить нижнюю границу γ –процентного показателя сохраняемости.
Обратимся теперь к оценке другого показателя – среднего срока сохраняемости Тс.ср. Оценку будем производить на примере выборки из 14 изделий типов А и Ж.
После хранения этих 14 изделий в течение 16 месяцев (см. линии Е и Д на рис. 1) ни одного отказа не наступило и все изделия сохранили работоспособность.
В соответствии с рекомендациями, изложенными в [10] для плана испыта-ний [NUT] при оценке среднего срока сохраняемости необходима такая исход-ная информация:
Выборочные значения срока сохраняемости для всех испытываемых изделий одинаковы, т.е t1 = t2 = tn = 16 месяцев.
Продолжительность испытаний Т = 16 месяцев, а объем выборки N1 = 14.
Воспользуемся табл. 28 из стандарта [9] при известном значении N (табл. 5).
Таблица 5 . Фрагмент табл. 28 из [9]
| d | q | P(t) | ||||
| 0,800 | 0,850 | 0,900 | 0,950 | 0,975 | ||
| 0 | 0,80 | 7 | 10 | 15 | 31 | 64 |
| 0,90 | 10 | 14 | 22 | 45 | 91 | |
| 0,95 | 13 | 18 | 28 | 58 | 118 | |
| 0,99 | 21 | 28 | 44 | 90 | 182 | |
| 1 | 0,80 | 14 | 19 | 29 | 59 | 119 |
Стандарт [9] рекомендует вычислять точечные оценки показателей надежности только при r>5.
В связи с тем, что в нашем случае отказы изделий при хранении не зафиксированы, то при оценке среднего срока сохраняемости Tср используем нижнюю доверительную границу вероятности P (T).
При объёме выборки N1 = 14 изделия, хранящиеся на складе изготови-теля), q = 0,9 и d = 0 принимаем значение P (T) = 0, 85 (заштрихованная ячейка в табл. 5).
Так как выборка из 14 изделий (см. табл. 1) хранилась 16 месяцев, то суммарный срок хранения этих изделий составил TΣ1 = 16·14 = 224 месяца (более 150 000 часов).
На дату проведения испытаний (линия Д на рис. 1) подтвержденное испы-тание значение среднего срока сохраняемости Tcр составило 16 месяцев. Если за оставшееся до даты окончания испытаний на сохраняемость время (см. линию К на рис. 1) не будет зафиксировано ни одного отказа (d = 0), то средний срок сохраняемости Tcр = 24 месяца при P (T) = 0, 85.
Если же за этот период времени произойдет отказ одного изделия (d = 1), то значение среднего срока сохраняемости Tcр отсанется прежним, но изменяться значения q (уменьшится до 0,8), а P (T) станет равным 0, 80.
Для другой выборки изделий (см. рис. 3, N2 = 15), хранившихся у потре-бителя 48 месяцев средний срок сохраняемости Tcр = 48 месяцев при q = 0,8 и d = 0 и P (T) = 0, 9.
Суммарный срок хранения этой выборки составил TΣ2 = 15·48 = 720 месяцев или более 500000 часов.
[1]См. также материал, размещенный здесь: http://rza.org.ua/news/read/Noviy-standart-organizatsii---tehnicheskie-usloviya---na-bloki-BMRZ-dlya-zheleznih-dorog----proizvodstva-NTTS---Mehanotronika---_1919.html.
[2]Вкладыш в паспорт изделия при получении которого изготовитель устанавливает увеличенный гарантийный срок
Опубликован вариант статьи, подготовленный для публикации в журнале «СТА» («Современные технологии автоматизации»).
Сайт журнала www.cta.ru.
Maxim Arsenev
В январе 2013 года 14 блоков, входящих в первую выборку, были сняты с хранения и подвергнуты ПСИ по программе, применяемой для новых изделий. Результаты испытаний подтвердили соответствие 14 изделий требованиям технических условий. В соответствии со сказанным в статье, следующее испытание будет проведено в апреле 2013 года. Косвенным подтверждением правильности выбранного подхода может служить блок типа А, возвращенный от потребителя через 31 месяц после отгрузки для проверки и восстановления утраченных документов. Испытания этого блока по программе ПСИ подтвердили его исправность и соответствие требованиям технических условий [12] (нумерация литературы дана по списку, приведенному в статье).
Maxim Arsenev
Извините. Правильная ссылка на литературу - [11]
Анонимный пользователь
Писал статьи дурак вальяжный
Он круглый был, как шар бильярдный
Писал так кругло черт-те что,
Что запепиться не за что!