2.2. Розрахунок надійності проектованого пристрою
Надійність це властивість апаратури виконувати свої функції, зберігаючи експлуатаційні показники протягом необхідного проміжку часу та можливість відновлювати функціонування, втрачене з якихось причини.
Показниками надійності є:
P(t) – ймовірність безвідмовної роботи;
λ(t) – інтенсивність відмов;
Тср. середній час напрацювання до першої відмови;
Q(t) – ймовірність відмови.
Розрахунок раптових відмов на основі експоненціальної моделі проводиться за такою послідовністю:
складається перелік елементів за типами;
для кожного елементу за довідковою літературою визначають λ у номінальному режимі. Під номінальними умовами розуміють роботу елемента при:
КН=1
t0cp=20±5 °C – температура навколишнього середовища;
F=65±5% – вологість повітря;
Р=760 мм. рт. ст – тиск,
При цьому мається на увазі, що навколишнє середовище не містить пилу, відсутня руйнівна дія газів, солей і на об‘єкт не діють удари та вібрації;
визначають коефіцієнт навантаження КН;
із довідкової літератури, залежно від коефіцієнта навантаження, температури, величини зовнішніх впливів, визначають поправочний коефіцієнт і результуючу інтенсивність відмови;
визначають основні показники надійності.
Вихідною характеристикою надійності для елементів конструкції є інтенсивність відмов, яка є функцією режиму роботи елемента, температури навколишнього середовища та зовнішніх впливів.
,
де λВЕ – інтенсивність відмов елемента за оптимальних умов; КН – коефіцієнт електричного навантаження, який дорівнює відношенню робочого навантаження до оптимального:
;
де αt – температурний коефіцієнт, що дорівнює відношенню інтенсивності відмов елемента при даному КН до інтенсивності відмов за номінальних умов .
;
αB – коефіцієнт, що враховує вплив зовнішніх дій на надійність елемента.
Таблиця 2.2 Інтенсивність відмови елементів.
Найменування елемента |
Тип елемента |
N |
λо.е.10-7 1/год |
Кн |
at |
ab |
N∙ λо.е.10-7 Кн∙ at∙ ab |
Діоди |
1N4007 |
10 |
0,31 |
0,033 |
1,1 |
10 |
0,78771 |
MFG103F |
12 |
0,31 |
0,033 |
1,1 |
10 |
0,22506 |
|
Стабілізатор |
78L05 |
1 |
0,3 |
0,052 |
1,2 |
10 |
0,1872 |
Конденсатори |
|
|
|
|
|
|
|
електролітичні |
ECR |
11 |
0,5 |
0,6 |
0,2 |
10 |
1,2 |
керамічні |
C 0603 |
6 |
0,33 |
0,313 |
0,45 |
10 |
4,64805 |
Резистори |
R0805 |
53 |
0,3 |
0,2 |
1,3 |
10 |
14,82 |
Мікросхеми |
К155ЛН1 |
2 |
0,2 |
1 |
3 |
10 |
6 |
К155ЛА2 |
2 |
0,2 |
1 |
3 |
10 |
6 |
|
К155ЛЛ1 |
3 |
0,2 |
1 |
3 |
10 |
6 |
|
PIC16F84 |
1 |
0,2 |
1 |
3 |
10 |
6 |
|
MSP430F2234 |
1 |
0,2 |
1 |
3 |
10 |
6 |
|
MAX3070Е |
1 |
0,2 |
1 |
3 |
10 |
6 |
|
TMP100 |
1 |
0,2 |
1 |
3 |
10 |
6 |
|
Кварцовий резонатор |
KX-3Н |
2 |
0,25 |
1 |
1 |
10 |
2,5 |
HC 49U |
3 |
0,25 |
1 |
1 |
10 |
2,5 |
|
Оптопара |
GYZ 150-3 |
1 |
0,2 |
1 |
3 |
10 |
6 |
Транзистори |
КТ361Б |
11 |
0,3 |
0,052 |
1,2 |
10 |
0,374 |
КТ315А |
4 |
0,2 |
0,052 |
1 |
10 |
0,208 |
|
Друкована плата |
СФ – 2–35–1,5 |
1 |
2 |
1 |
1 |
10 |
40 |
Пайка виводів
|
ПОС-60 |
179 |
0,005 |
1 |
1 |
10 |
8,95 |
|
|
|
|
|
|
|
Позначення в таблиці 2.2:
N кількість елементів;
в.е. інтенсивність відмов елементів (1/ч);
Кн – коефіцієнт навантаження;
at – температурний коефіцієнт;
ab – коефіцієнт впливів зовнішнього середовища;
Згідно з технічним завданням, проектований пристрій відноситься до стаціонарної наземної ЕОА і значення ab = 10.
З таблиці визначаємо результуючу інтенсивність відмов:
р = 101,76842·10-7 год-1
Далі визначимо середній час напрацювання до першої відмови:
=
11 років
Потім визначимо ймовірність безвідмовної роботи протягом 1 року:
Тоді ймовірність відмов Q(t) = 1–1 – 0,9143 = 0,0856
Визначимо ймовірність безвідмовної роботи протягом 10 років і побудуємо таблицю і графік залежності ймовірності безвідмовної роботи по часу.
Таблиця 2.3. Ймовірність безвідмовної роботи на протязі певного часу.
t, годин |
P(t) |
Q(t) |
24 |
0,999756 |
0,000244194 |
168 |
0,998292 |
0,001708108 |
720 |
0,9927 |
0,007299945 |
1440 |
0,985453 |
0,014546601 |
2160 |
0,97826 |
0,021740356 |
4320 |
0,956992 |
0,04300807 |
8800 |
0,914344 |
0,085656356 |
17600 |
0,836024 |
0,163975701 |
35200 |
0,698937 |
0,301063371 |
70400 |
0,488512 |
0,511487588 |
140000 |
0,240595 |
0,759404938 |
280000 |
0,057886 |
0,942114016 |
1000000 |
3,81 E-05 |
0,999961927 |
Рисунок 2.3 – Графік залежності ймовірності безвідмовної роботи на протязі часу.
З графіка видно, що даний пристрій повинен пропрацювати 11 років безвідмовно, а подальша експлуатація приладу може призвести до його ремонту, який може перевищити вартість самого пристрою.