Надежность устройств в цифрах и диаграммах

Контроль надежности цифровых устройств не ограничивается оценкой тех или иных показателей надежности, установленных в стандарте [20].

Для этой цели анализируют информацию, получаемую от эксплуатирующих организаций за разные промежутки времени:

• - месяц [52];
• - квартал [16];
• - полугодие;
• - календарный год (при составлении годовых отчетов по качеству);
• - весь период выпуска изделий, производство которых прекращено [11].

Одновременно анализируется информация о дефектах, выявленных в процессе производства, а также при проведении приемо-сдаточных испытаний цифровых устройств.

Цифровые устройства релейной защиты, информация о работе которых анализируется в данном разделе, можно разделить на две большие группы:

• - блоки типа А,
• - блоки типа Б.

В блоках типа Л использованы модули кассетного типа, замена которых доступна пользователю. Логику работы блоков этого типа может изменить только производитель (так называемые блоки с жесткой логикой).

Конструктивным отличием блоков типа Б является их эта- жерочное расположение модулей. Для блоков этого типа производитель разрешает потребителю самостоятельную замену только модуля трансформаторов и модуля пульта (со

Рис. 33. Информация об отгрузке, хранении и эксплуатации блоков, возвращенных в первом месяце квартала

светодиодами или дисплеем). Логику работы блоков этого типа может изменить пользователь (так называемые блоки с гибкой логикой).

За первый месяц одного из кварталов было возвращено 10 блоков типа А (рис. 33, а) и 15 блоков типа Б (рис. 33, б).

Для предварительной оценки надежности устройств воспользуемся рассмотренным выше методом (см. рис. 1, 22)^[1] и определим, что суммарное количество возвращенных за первый месяц изделий соответствует 0,03 обращения на 100 блоков, находящихся в эксплуатации и 0,14 обращения на 100 блоков, выпущенных за предыдущий год.

При анализе причин возвращения блоков на основании информации о дате отгрузки, времени хранения у потребителя до момента ввода изделия в эксплуатацию и продолжительности эксплуатации изделия перед его возвращением изготовителю можно определить:

• - срок хранения изделия у потребителя;
• - средний срок ввода изделий в эксплуатацию после отгрузки;
• - наработку до отказа данного изделия;
• - наработку между отказами (при наличии повторного возврата);
• - наработку на отказ [12] и другие характеристики (см. раздел 3).

В дальнейшем полученная информация о сроках хранения изделий у потребителя от даты отгрузки до даты ввода в эксплуатацию может быть использована для оценки показателей сохраняемости изделий по методике, описанной в разделе 3 (сохраняемость) (см. также [17]).

Для 25 блоков, возвращенных в первый месяц квартала, среднее время, прошедшее с даты отгрузки изделия до момента его ввода в эксплуатацию, составило 11,9 месяца для изделий типа А и 7,53 месяца для изделий типа Б (рис. 34).

Если в первый месяц квартала значения характеристик блоков типа А и Б существенно отличались, то в конце квартала их значения сравнялись (рис. 35).

Рис. 34. Первый месяц квартала.

Средние значения времени:

I I от отгрузки до возврата;

? от отгрузки до ввода в эксплуатацию; ? эксплуатации

Рис. 35. Изменение средних значений в течение квартала:

отгрузка - время, прошедшее от отгрузки до возврата; ввод - время от отгрузки до ввода в эксплуатацию; эксплуатация - продолжительность эксплуатации;

I, II, III - месяцы квартала

При определении времени, прошедшего от момента отгрузки до ввода в эксплуатацию, было установлено, что потребители успевают ввести изделие в эксплуатацию за время, практически в 5 раз меньше среднего срока сохраняемости, установленного в технических условиях на эти изделия [18].

Несколькими годами ранее среднее время ввода данных изделий в эксплуатацию составляло не менее 17 месяцев.

Помимо указанных выше временных характеристик, для каждого из возвращенных изделий на предприятии-изготови- теле выясняют причину его возврата.

Рис. 36. Причины возврата блоков типа А в первом месяце квартала

Например, в первый месяц квартала из десяти блоков типа А один был возвращен спустя 1 месяц после ввода блока в эксплуатацию из-за механического повреждения эксплуатирующим персоналом печатной платы (рис. 36).

Причинами возврата шести блоков за этот же месяц стали:

• - отказ двух конденсаторов в одном из блоков через 64 месяца эксплуатации;
• - отказы трансформаторов одного и того же типов в двух блоках, установленных на одной подстанции, после 81 месяца их эксплуатации;
• - отказы трансформаторов в цепях измерения аналоговых сигналов двух блоков (через 19 - в одном и через 36 - в другом), эксплуатировавшихся на разных подстанциях;
• - отказ резонатора в одном из блоков после 71 месяца его эксплуатации^[2].

Наконец, еще 3 блока были возвращены из-за выявленной потребителем ошибки программного обеспечения ПрО.

При анализе ошибок ПрО, выявленных в 3 возвращенных блоках, было установлено, что фактически это оказалась одна ошибка ПрО, «повторенная» во всех блоках этой модификации.

Для устранения этой ошибки во всех отгруженных блоках потребителям было отправлено исправленное ПрО с инструкцией по его замене.

Причины возврата блоков типа Б имеют несколько иной характер. Например, 7 блоков из 15 (46%) были возвраще-

Рис. 37. Причины возврата блоков типа Б в первом месяце квартала

ны из-за повреждения резисторов после подачи пользователем на измерительный вход напряжения, превышающего 300 В (рис. 37).

Причина повреждения программного обеспечения пользователем в одном из возвращенных за первый месяц квартала блоков не установлена.

В одном из возвращенных блоков отказало реле, шесть из 15 блоков были возвращены из-за отказа интегральных микросхем. При этом две из шести интегральных микросхем отказали после 27 и 39 месяцев эксплуатации, а четыре - во время пуско-наладочных работ.

Информация о времени отгрузки и возвращения блоков (см. рис. 33) позволила определить характер распределения отказов для блоков типа А во времени. При построении диаграммы (рис. 38) из рассмотрения исключены четыре случая возврата блоков, не связанные с их надежностью:

Рис. 38. Распределение во времени отказов в блоках типа А, возвращенных в первом месяце квартала

Рис. 39. Распределение во времени отказов в блоках типа Б, возвращенных в первом месяце квартала

• - механическое повреждение печатной платы (виновник - эксплуатирующее предприятие);
• - ошибка ПрО (виновник - разработчик изделия).

При построении аналогичной диаграммы для блоков типа Б из рассмотрения исключены возвраты блоков, в которых по вине эксплуатирующего предприятия повреждены резисторы (7 случаев) и одного блока с поврежденным по неустановленной причине программным обеспечением (рис. 39).

Сравнение диаграмм, приведенных на рис. 38, 39, подтверждает случайный характер распределения отказов во времени для блоков, возвращенных изготовителю за первый месяц квартала.

Причинами возврата 23 блоков типа А за следующие два месяца квартала стали отказы 18 элементов, в том числе (рис. 40):

• - 5 конденсаторов;
• - 6 трансформаторов;

Рис. 40. Причины возврата блоков типа А во втором и третьем месяцах квартала

Рис. 41. Причины возврата блоков типа Б во втором и третьем месяцах квартала

• - 1 резонатора;
• - 2 реле;
• -ЗИМС;
• - 1 варистора.

Еще два блока были возвращены из-за механических повреждений по вине потребителя.

Причинами возврата блоков типа Б за следующие два месяца квартала стали отказы 4 элементов, ошибки ПрО и термическое повреждение блока (рис. 41).

Всего за этот квартал были возвращены в результате неправильных действий потребителя:

• - 1 блок, поврежденный потребителем в результате термического воздействия на него;
• - 8 блоков, на аналоговый вход которых было подано напряжение, превышающее 300 В (допустимое напряжение - 264 В).

Причинами возврата 19 блоков типа Б стали отказы 17 элементов, в том числе:

• - 2 реле;
• - 14 ИМС;
• - 1 резонатора.

В связи с тем, что ПрО блоков типа Б может быть изменено потребителем, необходимо учесть, что в 4 блоках были выявлены различные ошибки ПрО, возникшие по вине пользователя.

Проведенный анализ показал, что отказы в изделиях происходят в основном после длительной эксплуатации (из 25 возвращенных изделий четыре находились в эксплуатации более 80 месяцев), а доля так называемых приработочных отказов совсем невелика, что вызвано проведением техТаблица 9

Информация о замене комплектующих элементов на 100 выпущенных блоков

нологического прогона изделий в процессе их изготовления [40].

Значительная часть блоков (до 36% для блоков типа Б) была необоснованно возвращена изготовителю, так как причиной их неправильной работы на месте эксплуатации были признаны ошибки, неправильные действия и нарушения правил эксплуатации цифровых изделий пользователем.

Предложенная в [64] и описанная выше методика^[1] была применена для анализа замен комплектующих элементов, произведенных при изготовлении, настройке и испытаниях, а также ремонте возвращенных изделий за одно полугодие (табл. 9).

Для сокращения объема таблицы некоторые элементы объединены в группы. Так, в одну группу объединены конденсаторы и ионисторы (за рассматриваемый период было заменено всего 2 ионистора), варисторы и плавкая вставка

Рис. 42. Количество замен элементов на 100 выпущенных цифровых устройств

(при отказе варистора перегорает плавкая вставка), резисторы и резисторные сборки.

Также в одну группу «моточные изделия» объединены трансформаторы и дроссели.

Динамика замен для элементов всех типов на 100 выпущенных изделий в процессе производства, настройки и испытаний представлена на рис. 42.

Среднее значение замен за рассматриваемый период составило 7,95 элемента на 100 выпущенных изделий.

Для удобства графического представления все элементы разделены на две группы по количеству замен.

Первую группу составили микросхемы, резисторы, транзисторы и конденсаторы (рис. 41), а вторую (рис. 44) - реле, моточные изделия, диоды, индикаторы и варисторы (+плав- кие вставки).

Вопреки распространенному мнению, наибольшее количество замененных в процессе производства, настройки и испытаний элементов в первой группе пришлось на микросхемы различных типов - 2,52 элемента на 100 изделий. Относительное число замен конденсаторов существенно меньше - 0,93 на 100 блоков.

Во второй группе элементов наиболее заменяемыми оказались моточные изделия (0,53 на 100 блоков) и реле (0,47 на 100 блоков).

Меньше всего заменено таких элементов как резонаторы (0,06 на 100 блоков), оптопары и оптроны (0,10 на 100 блоков).

Рис. 43. Замены элементов первой группы

Рис. 44. Замены элементов второй группы

Непрерывный анализ заменяемых элементов позволяет оперативно контролировать их качество и принимать превентивные меры для замены поставщиков или наименее надежных элементов.

Одной из предпосылок для организации такого контроля послужил предусмотренный системой менеджмента качества порядок выдачи комплектующих для их замены в изделиях, отбракованных на участках сборки, настройки, приемо-сдаточных испытаний и ремонта.

В соответствии с процедурой элементы со склада выдают только на основании специального талона, в котором указывают наименование и заводской номер изделия, заменяемый в нем элемент и участок, где был выявлен элемент, подлежащий замене.

Приведенные на рис. 43, 44 графики позволяют выявить характер (случайный или систематический) отказов элементов тех или иных типов и номиналов, выпущенных различными предприятиями или приобретенных у разных поставщиков.

Для моточных изделий, поставляемых по кооперации, данный способ контроля позволяет обратить внимание изготовителей на те или иные скрытые недостатки выпускаемых ими изделий, которые нельзя выявить на входном контроле.

• [1] См. способ оценки надежности цифровых устройств релейной защиты (электронный ресурс). Режим доступа: http://www.rza.org.ua/blog/a-43.html
• [2] От использования резонаторов этого типа предприятие отказалось нескольколет назад, сразу же после получения первых претензий к работе блоков с элементами этого типа.
• [3] См. способ оценки надежности цифровых устройств релейной защиты (электронный ресурс). Режим доступа: http://www.rza.org.ua/blog/a-43.html