Расчет надежности радиоэлектронного устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Контрольная работа

по предмету «Диагностика и надёжность автоматических систем»

Расчет надежности радиоэлектронного устройства

Исходные данные:

Принципиальная электрическая схема телефонного усилителя низкой частоты с регулировкой величины входного сигнала, который выполнен на операционном усилителе (ОУ) (рисунок 1).

Требуется вычислить следующие параметры:

1. Определить функцию надежности устройства в зависимости от времени.

2. Построить график отказоустойчивости устройства в зависимости от времени работы.

3. Построить график вероятности отказа устройства в зависимости от времени работы.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема телефонного усилителя на ОУ с регулировкой величины входного сигнала.

Основные сведения из теории надежности

Теория надежности опирается на совокупность различных понятий, определений, терминов и показателей, которые строго регламентируются государственными стандартами. Все термины и определения даются применительно к техническим изделиям, под которыми понимаются объекты определенного целевого назначения, рассматриваемые в периоды проектирования, производства, эксплуатации и испытания на надежность.

Важнейшим эксплуатационным свойством изделия является его надежность. Надежностью называют свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность включает в себя следующие понятия: безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность.

Безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени при эксплуатации. Свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при соответствующем техническом обслуживании и ремонте называется долговечностью.

Сохраняемостью называется свойство изделия непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и транспортирования. Сохраняемость характеризуется способностью изделия противостоять отрицательному влиянию условий хранения и транспортирования на его безотказность и долговечность. Продолжительное хранение и транспортирование изделий могут снизить их надежность при последующей работе по сравнению с изделиями, которые не подвергаются транспортированию и хранению.

Ремонтопригодностью называется свойство изделия, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Данное свойство является очень важным, так как оно характеризует степень стандартизации и унификации элементов в РЭА, удобство их размещения с точки зрения доступности для контроля и ремонта, приспособленность к регулировочным операциям и т. д.

Техническое состояние изделия в данный момент времени характеризуется исправностью или неисправностью, работоспособностью или неработоспособностью, а также предельным состоянием.

Исправным состоянием (исправностью) изделия называется такое его состояние, при котором оно соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Если изделие не соответствует хотя бы одному из этих требований, то оно находится в неисправном состоянии. Если изделие находится в состоянии, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией, то оно находится в работоспособном состоянии.

Неработоспособным состоянием изделия называется такое его состояние, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Также, важными понятиями в теории надежности и практике эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры являются повреждение и отказ.

Повреждением называется событие, заключающееся в нарушении исправности изделия или его составных частей из-за влияния внешних условий, превышающих уровни, установленные в нормативно-технической документации на изделие.

Отказ - это событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Повреждение может быть существенным и явиться причиной отказа и несущественным, при котором работоспособность объекта сохраняется.

В качестве показателей безотказности невосстанавливаемых элементов применяют следующие количественные характеристики: вероятность отказа, вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и среднее время наработки на отказ.

Расчет параметров надежности для радиоэлектронного устройства

Выполним расчет показателей надежности для телефонного усилителя на ОУ с регулировкой величины входного сигнала (рисунок 1). Основная функция такого усилителя - усиление слабого низкочастотного сигнала до уровня, необходимого для последующей обработки и передачи на оконечный выходной усилитель мощности звуковой частоты в телефонных аппаратах, автоответчиках. Источником входного сигнала служит телефонная линия связи.

При расчетах примем, что функция плотности распределения вероятности безотказной работы подчиняется экспоненциальному закону распределения. Для подсчета надежности будем опираться на данные интенсивностей отказов элементов, приведенные в методическом пособии (таблица 1). надежность устройство телефонный сигнал

Таблица 1. Интенсивности отказов электрических элементов.

Для заданного устройства составим структурную логическую схему из его элементов, в порядке, который определяет зависимость отказоустойчивости всего устройства от каждого элемента схемы в отдельности. На рисунке 2 приведена структурная схема заданного устройства для расчета показателей надежности. Последовательное соединение элементов на структурной схеме соответствует отказу всего устройства при отказе любого из таких элементов в логической цепи, параллельное соединение - соответствует работоспособному состоянию устройства в случае отказа элементов, которые не являются критическими (вариант с частично работоспособным состоянием устройства мы исключаем в этой задаче).

Рис. 2. Структурная логическая схема устройства для расчета надежности.

Интенсивность отказов для любого элемента устройства можно принять постоянной, в этом случае единичные показатели безотказности прибора определяются формулами:

,

,

где p_РЭА - вероятность безотказной работы в момент времени t;

q_РЭА - вероятность отказа момент времени t;

л - интенсивность отказов устройства в целом из N элементов:

;

среднее время работы на отказ:

.

С учётом поправочных коэффициентов интенсивность отказов выражается формулой

,

где K_э - эксплуатационный коэффициент, учитывающий реальные условия эксплуатации;

K_н - коэффициент, отражающий относительную электрическую нагрузку на элемент;

K_у - коэффициент совершенствования технологии производства элемента.

Составим выражение для функции надежности устройства в зависимости от времени в соответствии с логической схемой на рисунке 2:

В этом выражении заданы вероятности безотказной работы для каждого элемента с учетом коэффициентов интенсивностей отказов (отмечены соответствующими нижними индексами).

Расчет значений в программе MatLAB R2012a этой функции надежности устройства даёт следующий график для диапазона времени от 0 до 30.000.000 часов, который приведен на рисунке 3. Широкий диапазон времени выбран только для наглядности графика функции. Нисходящая кривая на графике показывает изменение вероятности безотказной работы с течением времени, а восходящая кривая - вероятность отказа. Из графика следует, что при t ? 4.300.000 ч вероятности равны 0,5 и дальнейшая эксплуатация прибора практически бессмысленна, так как показатели надежности будут только ухудшаться с течением времени.

Согласно ГОСТ 21317-87 (Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы испытаний на надежность) предварительный усилитель диапазона звуковых частот можно признать надежным, если в течение 750 часов электропрогона вероятность отказа составляет не более 5%. Используя выражение функции надежности для данного устройства, построим график вероятности отказов в интервале значений времени от 0 до 1000 ч (рисунок 4). Все вычисления и построение графиков проведены в программе MatLAB R2012a.

Из графика следует, что вероятность отказа в течение 750 часов работы телефонного усилителя на ОУ составит около 0,00012 или 0,012% при заданных интенсивностях отказов его компонентов. Полученную величину надежности можно характеризовать как полностью соответствующую требованиям ГОСТ с многократным запасом, поскольку условие 0,012% << 5% выполняется.

Рис. 3. Графики вероятности безотказной работы и вероятности отказа устройства

Рис. 4. График вероятности отказа усилителя в течение первых 1000 часов работы

Список литературы

1. Баранова А.В., Ямпурин Н.П. Основы надежности электронных средств: учеб. пособие для студентов всех форм обучения НГТУ(АПИ) - Нижний Новгород: НГТУ, 2005.

2. Бондаренко И.Б., Иванова Н.Ю., Сухостат В.В. Управление качеством электронных средств. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2010.

3. Бородин С.М. Обеспечение надежности при проектировании РЭС: учебное пособие / С.М. Бородин. - Ульяновск: УлГТУ, 2010.

4. ГОСТ 21317-87. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы испытаний на надежность. - М.: Издательство стандартов, 1990.

5. Каган Б.М., Мкртумян И.Б. Основы эксплуатации ЭВМ: учеб. пособие для ВУЗов / Под. ред. Б.М. Кагана. - 2 изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

6. Лавриненко В.Ю. Основы эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Высшая школа, 1978.

7. Никулин С.М. Надежность элементов радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Энергия, 1979.

Размещено на Allbest.ru