2.2.1Основные определения теории надёжности.
Надёжность - комплексное свойство аппаратуры, которое в зависимости от сложности аппаратуры и условий его эксплуатации может характеризоваться одним или целым набором показателей надёжности, основным из которых является безотказность в работе.
Безотказность - свойство аппаратуры непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени. Требования к надёжности нельзя ограничить только безотказностью. Необходимо также обеспечить долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. В теории надёжности одним из самых важных является понятие отказа.
Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной потере работоспособности изделия. Все отказы принято делить на две категории: катастрофические (внезапные) и параметрические (постепенные).
Катастрофические отказы возникают мгновенно в результате концентрации перегрузок и скачкообразного изменения значений одного или нескольких параметров аппаратуры, а параметрические – в результате постепенного равномерного ухода параметров за пределы установленных допусков.
С позиции надёжности различают восстанавливаемые и невосстанавливаемые системы, однофункциональные и многофункциональные, обслуживаемые и необслуживаемые, кратковременного и длительного использования.
Восстанавливаемые – системы, которые в процессе выполнения своих функций допускают ремонт.
Невосстанавливаемые – системы, которые в процессе выполнения своих функций не допускают ремонта.
2.2.2Количественные характеристики теории надёжности.
Для оценки аппаратуры используются критерии надёжности,
Критерий надёжности – признак, по которому оценивается надёжность различных изделий, а характеристика – количественное значение критерия надёжности конкретного изделия.
К
критериям надёжности изделий, для
невосстанавливаемой аппаратуры
относится: интенсивность отказов
(t);
вероятность безотказной работы в течение
определённого времени
(t);
вероятность отказа в течение определённого
q(t);
средняя наработка до первого отказа
Tср.
При расчёте интенсивности отказов изделия необходимо знать номенклатуру и количество входящих в схему элементов. При этом
=
1n1+
2n2+
3n3+…+
nnn
где 1, 2, 3, … n- интенсивность отказов элементов схемы;
n1,n2,n3, … nn- количество элементов каждого типа в схеме.
Вероятность
безотказной работы называется вероятность
того, что при определенных условиях
эксплуатации в заданном интервале
времени не произойдёт ни одного отказа.
Вероятность безотказной работы
рассчитывается по формуле:
P(t)=e
-
t
,
Где е- основа натурального логарифма; t-время нормальной работы изделия.
Отказ и безотказная работа являю событиями несовместимым и противоположим, поэтому: q(t)=1- P(t)
Средняя
наработка до первого отказа связанная
с интенсивностью отказов следующим
соотношением: Тср=
.
2.2.3Расчёты надёжности проектировании рэа
Требования
к надёжности разрабатываемого изделия
задаются в техническом задании на
разработку. На ранних стадиях разработки
изделия составляется план обеспечения
надёжности, который на последующих
стадиях разработки детализируется и
уточняется. Одним из элементов этого
плана является расчёт надёжности
проектируемого изделия. Первые расчёты
делаются на ранних стадиях разработки,
а с уточнением сведений об изделии
уточняются и расчёты надёжности.
Существующие методы расчёта надёжности
позволяют получить расчётным путём
количественные характеристики надёжности
разрабатываемого изделия и сопоставить
эти характеристики с заданным в
техническом задании. Все расчёты
надёжности в основном сводятся к
определению вероятности безотказной
работы P(t)
и средней наработки до первого отказа
Тср по известным интенсивностям отказов
элементов схемы. В зависимости от полноты
учёта факторов, влияющих на работу
изделия и его надёжность, последовательно
проводят три расчёта надёжности:
прикидочный, ориентировочный и
окончательный.
Прикидочный расчёт позволяет сузить о принципиальной возможности обеспечения требуемой надёжности изделия. Этот расчёт используется при проверке требований по надёжности, выдвинутых заказчиком в техническом задании, при сравнительной оценке надёжности отдельных вариантов выполнение изделия на ранних стадиях разработки. При прикидочном расчёте делается допущение, что все элементы схемы равнонадёжны, так как принципиальные электрические схемы на изделие и его составные части окончательно разработаны. Соединение элементов с точки зрения надёжности таково, что выход из строя любого элемента приводит к отказу всего изделия. Интенсивность отказов элементов берутся для периода нормальной работы, т.е i(t)=const. Тогда:
= 1
где i - средняя интенсивность отказов равнонадёжных элементов схемы;
N – общее количество элементов.
Ориентировочный расчёт производится тогда, когда на изделие и все его составные части разработаны электрические принципиальные схемы. При ориентировочном расчёте учитывается влияние на надёжность изделия количества и типов применяемых в схемах элементов. При расчёте делают следующие допущения: все элементы схемы работают в нормальном режиме, предусмотренном техническими условиями на эти элементы; все элементы изделия работают одновременно; интенсивность отказов элементов берутся для периода нормальной работы, т.е. i(t) = const. Интенсивности отказов элементов каждого типа берутся по соответствующим таблицам из справочников по надёжности.
Таким образом, ориентировочный расчёт надёжности позволяет определить рациональный состав элементов в изделии и наметить пути повышения надёжности.
-Окончательный расчёт проводится на этапе технического проектирования и учитывает влияние на характеристики надёжности режимов работы элементов в схеме и конкретные условия эксплуатации изделия. В общем случае интенсивности отказов элементов зависят от электрического режима работы элемента в схеме, температуры окружающей среды, механических воздействий в виде вибраций и ряда других возможных факторов.
Наименование группы элементов |
Тип элемента |
|
Количество элементов |
Транзисторы |
Малой мощности НЧ |
2,35 |
1 |
Резисторы постоянного сопротивления |
Углеродистые |
0,3 |
4 |
Конденсаторы постоянной емкости |
Керамические |
0,37 |
3 |
С оксидным диэлектриком |
0,45 |
1 |
|
Интегральные микросхемы |
полупроводниковые |
1,3 |
9 |
Датчики |
Герконовые реле |
0,4 |
2 |
Коммутационные изделия, соединители, элементы монтажа |
Переключатели малогабаритные (на одну кнопку) |
2,75 |
1 |
Плата печатная |
0,1 |
1 |
|
Пайка «волной» |
0,01 |
183 |
2.2Расчёт характеристик надёжности
2.2.1 Расчёт интенсивности отказов.
где
-интенсивность
отказов
-средняя
интенсивность отказов равнонадёжных
элементов схемы
n- общее количество элементов.
Расчет интенсивности отказов транзисторов малой мощности
ΛVTe = λVT * n = 2,35 * 1 = 2,35 * 10-6 1/ч
Расчёт интенсивности отказов резисторов постоянного сопротивления
ΛRn = λR * n = 0,3 * 4 = 1,2 * 10-6 1/ч
Расчет интенсивности отказов керамических конденсаторов.
ΛCk = λVT * n = 0,37 * 3 = 1,11 * 10-6 1/ч
Расчёт интенсивности отказов конденсаторов с оксидным диэлектриком.
ΛСo = λСo * n = 0,45 * 1 = 0,45 * 10-6 1/ч
Расчёт интенсивности отказов полупроводниковых интегральных микросхем.
Λ ИМСnn =1,3 * 10-6 * 9 = 11,7* 10-6 1/ч
Расчёт интенсивности отказов малогабаритных переключателей.
Λ пер = 2,75 * 10-6 * 1 = 2,75 * 10-6 1/ч
Расчёт интенсивности отказов печатной платы.
1/ч
Расчёт интенсивности отказов пайки.
Λ n = 0,01 * 10-6 *183 = 1,83 * 10-6 1/ч
Расчёт интенсивности отказов герконовых реле
ΛSF = 0,4 * 10-6 * 2 = 0,8 * 10-6 1/ч
Расчёт интенсивности отказов всего устройства.
Λ общ = ΛVTe + ΛSF + Λ n + Λ пл + Λ пер + Λ ИМСnn + Λ Сo + ΛCk + Λ Rn
(2,35 + 1,2 + 1,11 + 0,45 + 11,7 + 2,75 + 0,1 + 1,83 + 0,8) * 10-6 = 22,29 * 10-6 1/ч
2.2.2 Расчет вероятности безотказной работы
ТСР
=
ч
≈5 лет
Где P(t)- вероятность безотказной работы
e – Основной натуральный логарифм
t – Время нормальной работы изделия
Расчет вероятности безотказной работы всего устройства
0,75
2.2.3 Расчет вероятности возникновения отказа
Где Q(t) – вероятность возникновения отказа группы элементов или всего устройства.
2.2.4. Расчет вероятности возникновения отказа всего устройства
2.2.5. Расчет времени наработки на отказ
T=
1/
Где T – Время наработки на отказ
Время наработки на отказ всего устройства
ч