Расчет надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующие расчеты)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Негосударственное образовательное учреждение

высшего образования

Московский технологический институт

Факультет Безопасность Кафедра Техносферная безопасность

Технологических

процессов и производств

Курсовая работа

по дисциплине Методы расчета надежности технических систем

на тему:

Расчеты надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующие расчеты

Выполнил (а):

Студент (ка) 4 курса

Форма обучения заочная

Науменко Николай Александрович

Москва 2016



ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТОВ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ………….

1.1 Алгоритм расчета надежности технических систем на этапе проектирования

1.2 Выбор и обоснование показателей надежности технических систем

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПРОГНОЗНОГО РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ПРИМЕРЕ БЛОКА СОГЛАСОВАНИЯ КАНАЛОВ

2.1 Исходные допущения и предпосылки

2.2 Составление моделей расчёта прогнозируемой интенсивности отказов

3. ПРОГНОЗНЫЙ РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ПРИМЕРЕ БЛОКА СОГЛАСОВАНИЯ КАНАЛОВ

3.1 Расчёт прогнозной интенсивности отказов электрической схемы БСКЛ

3.2 Выбор метода повышения прогнозируемой надежности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Целью данной работы является анализ особенностей расчетов надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующих расчетов).

Актуальность работы обусловлена тем, что при создании технических систем большое внимание уделяется их надёжности. Тем не менее, отказов техники избежать не удается и они приводят к огромным потерям средств, сил и времени, а иногда и к человеческим жертвам. Поэтому проблема создания надежных технических систем не только не снимается с повестки дня, но становится еще более актуальной. Это связано с усложнением техники, возрастанием сложности решаемых задач, особыми условиями эксплуатации.

Объектом исследования в данной работе являются технические системы как материальные объекты искусственного происхождения, которые состоят из элементов (составных частей, различающихся свойствами, проявляющимися при взаимодействии), объединённых связями (линиями передачи единиц или потоков чего-либо) и вступающих в определённые отношения (условия и способы реализации свойств элементов) между собой и с внешней средой, чтобы осуществить процесс (последовательность действий для изменения или поддержания состояния) и выполнить функцию технической системы.

Предметом исследования в данной работе является надежность технических систем как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Теоретическая значимость работы заключается в получении знаний о методах расчетов надежности технических систем на стадии проектирования.

Практическая ценность работы заключается в приобретении навыков прогнозных расчетов надежности технических систем.



1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТОВ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1 Алгоритм расчета надежности технических систем на этапе проектирования

На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования (предсказания) ожидаемой надежности проектируемой системы. Такое прогнозирование необходимо для обоснования предполагаемого проекта, а также для решения организационно-технических вопросов:

- выбора оптимального варианта структуры;

- способа резервирования;

- глубины и методов контроля;

- количества запасных элементов;

- периодичности профилактики.

На рис. 1.1.1 изображены основные виды расчетов.

Рисунок 1.1.1 Классификация расчетов надежности

Элементный расчет - определение показателей надежности объекта, обусловленных надежностью его комплектующих частей (элементов). В результате такого расчета оценивается техническое состояние объекта (вероятность того, что объект будет находиться в работоспособном состоянии, средняя наработка на отказ и т.п.).
Расчет функциональной надежности - определение показателей надежности выполнения заданных функций (например, вероятность того, что система очистки газа будет работать заданное время, в заданных режимах эксплуатации с сохранением всех необходимых параметров по показателям очистки). Поскольку такие показатели зависят от ряда действующих факторов, то, как правило, расчет функциональной надежности более сложен, чем элементный расчет.

Выбирая на рис. 1.1.1 варианты перемещений по пути, указанному стрелками, каждый раз получаем новый вид (случай) расчета.

Самый простой расчет - расчет, характеристики которого представлены на рис. 1.1.1 слева: элементный расчет аппаратурной надежности простых изделий, нерезервированных, без учета восстановлений работоспособности при условии, что время работы до отказа подчинено экспоненциальному распределению.

Самый сложный расчет - расчет, характеристики которого представлены на рис. 1.1.1 справа: функциональной надежности сложных резервированных систем с учетом восстановления их работоспособности и различных законов распределения времени работы и времени восстановления.

Выбор того или иного вида расчета надежности определяется заданием на расчет надежности. На основании задания и последующего изучения работы устройства (по его техническому описанию) составляется алгоритм расчета надежности, т.е. последовательность этапов расчета и расчетные формулы.

Алгоритм расчета надежности представлен на рис. 1.1.2. Рассмотрим основные его этапы. Прежде всего четко следует сформулировать задание на расчет надежности. В нем должны быть указаны: 1) назначение системы ее состав и основные сведения о функционировании; 2) показатели надежности и признаки отказов, целевое назначение расчетов; 3) условия, в которых работает (или будет работать) система; 4) требования к точности и достоверности расчетов, к полноте учета действующих факторов.
На основании изучения задания делается вывод о характере предстоящих расчетов. В случае расчета функциональной надежности осуществляется переход к этапам 4-5-7, в случае расчета элементов (аппаратурной надежности) - к этапам 3-6-7.

Под структурной схемой надежности понимается наглядное представление (графическое или в виде логических выражений) условий, при которых работает или не работает исследуемый объект (система, устройство, технический комплекс и т.д.). Типовые структурные схемы представлены на рис. 1.1.3.

Рисунок 1.1.2. Алгоритм расчета надежности

Рисунок 1.1.3. Типовые структуры расчета надежности

Простейшей формой структурной схемы надежности является параллельно-последовательная структура. На ней параллельно соединяются элементы, совместный отказ которых приводит к отказу. В последовательную цепочку соединяются такие элементы, отказ любого из которых приводит к отказу объекта.

На рис. 1.1.3,а представлен вариант параллельно-последовательной структуры. По этой структуре можно сделать следующее заключение. Объект состоит из пяти частей. Отказ объекта наступает тогда, когда откажет или элемент 5, или узел, состоящий из элементов 1-4. Узел может отказать тогда, когда одновременно откажет цепочка, состоящая из элементов 3,4 и узел, состоящий из элементов 1,2. Цепь 3-4 отказывает, если откажет хотя бы один из составляющих ее элементов, а узел 1,2 - если откажут оба элемента, т.е. элементы 1,2. Расчет надежности при наличии таких структур отличается наибольшей простотой и наглядностью. Однако не всегда удается условие работоспособности представить в виде простой параллельно-последовательной структуры. В таких случаях используют или логические функции, или графы и ветвящиеся структуры, по которым оставляются системы уравнений работоспособности.

На основе структурной схемы надежности составляется набор расчетных формул. Для типовых случаев расчета используются формулы, приведенные в справочниках по расчетам надежности, стандартах и методических указаниях. Прежде чем применять эти формулы, необходимо предварительно внимательно изучить их существо и области использования.

1.2 Выбор и обоснование показателей надежности технических систем

Одной из важнейших задач на этапе проектирования является правильный выбор номенклатуры нормируемых показателей надёжности. Необоснованный выбор показателей надёжности из широкой номенклатуры имеющихся показателей может привести к неправильным решениям при проектировании системы. Поэтому при выборе показателей надёжности необходимо учитывать назначение системы, условия и режимы её работы, а также её ремонтопригодность.

Информация о назначении системы даёт возможность определить область и интенсивность применения системы по назначению. Сведения об условиях и режимах работы системы используют для оценки влияния факторов окружающей среды на работоспособность проектируемой системы, а также влияния действующих внешних и внутренних нагрузок на несущую способность элементов системы. Количественные значения этих оценок являются исходными данными для расчёта прочности и устойчивости элементов и узлов металлоконструкций.

Если по условиям применения систему предполагается ремонтировать в условиях эксплуатации, то в качестве одного из основных показателей надёжности следует выбирать коэффициент готовности Kг или коэффициент технического использования Kт.и .

В случае если отказ системы или отдельных её элементов приводит к невыполнению важной задачи или нарушает безопасность работы обслуживающего персонала, а также вызывает угрозу для здоровья и жизни людей, находящихся в зоне действия системы, то для таких систем основным показателем надёжности является безотказность, выражающаяся в виде наработки на отказ или вероятности безотказной работы.

Если в результате простоя системы после отказа возникают большие материальные затраты, то такая система должна иметь хорошую ремонтопригодность и высокие показатели безотказности.

Если система по условиям эксплуатации подлежит длительному хранению (ожиданию работы) или она должна транспортироваться на специальных транспортных средствах, то такая система должна обладать высокими показателями сохраняемости в соответствующих условиях хранения и транспортирования.



2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПРОГНОЗНОГО РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ПРИМЕРЕ БЛОКА СОГЛАСОВАНИЯ КАНАЛОВ

2.1 Исходные допущения и предпосылки

Блок согласования каналов (БСКЛ) предназначен для работы на усилительных пунктах и объединения выходов нескольких индивидуальных усилителей каналов технической системы . Электрическая принципиальная схема блока БСКЛ приведена на рис.2.1.1.

Структурная схема расчета надежности (ССРН) - это графическое представление условий, при которых объект находится в работоспособном или неработоспособном состоянии.

Элементы, из которых состоит ССРН, означают события, которые могут произойти (с точки зрения надежности) с элементами исследуемого объекта.

Например, элемент электрической схемы - резистор может быть в работоспособном состоянии (событие А) или неработоспособном состоянии (событие В). В неработоспособное состояние он может перейти в результате обрыва (событие 1) или короткого замыкания (событие 2) резистора. Элементы ССРН могут включаться последовательно или параллельно. Последовательно они соединяются, если каждое событие (например, 1 или 2) ведет к отказу объекта. Параллельно элементы ССРН соединяются в случаях, когда к отказу объекта ведет совместное наступление всех событий, учитываемых при расчете надежности. В курсовом проекте для расчёта надёжности выбрана последовательная структурная схема. Заканчивается преобразование структурной схемы после получения эквивалентного значения надежности всех последовательно включенных узлов (рис.2.1.2).



Рисунок 2.1.1 Электрическая принципиальная схема блока БСКЛ

Рисунок 2.1.2 Последовательная структурная схема расчёта надёжности БСКЛ

Численные значения параметров надежности объекта могут быть определены, если заменить события, учтенные при анализе и вошедшие в ССРН, на вероятности этих событий.

Наименование и тип элементов, применённых в БСКЛ, указаны в таблице 2.1.1



Таблица 2.1.1

Условное обозначение на рис.1	Наименование прибора	Тип прибора	Интенсивность отказов л, 1/ч
С1, С2	Конденсатор	МБГО-2-160 В-20мкФ-II	4,4*10-8
С3		БМ-2-200В-0,01мкФ10%	3*10-9
С4,С8		МБГО-2-160 В-30мкФ-II	4,4*10-8
С5,С6		МБГО-2-160 В-20мкФ-II
С7		БМ-2-200В-0,01мкФ10%	3*10-9
Ш	Колодка штепсельная	Чертеж 710.09.90	5,2*10-10
R1, R15	Резистор	МЛТ-0,5 Вт-10кОм10% А	4,0*10-8
R2,R16		МЛТ-0,5-1,3кОм10%
R3,R4,R17,R18		МЛТ-0,5-1,2кОм10%
R5, R19		МЛТ-0,5-1,0кОм10%
R6, R20		МЛТ-0,5-51Ом10%
R7,R21		МЛТ-0,5-27Ом10%
R8, R22		МЛТ-0,5-36Ом10%
R9, R23		МЛТ-0,5-36Ом10%
R10, R24		ПП2-20-68Ом10%	4,0*10-9
R11, R25		МЛТ-0,5-910Ом10%	4,0*10-8
R12,R26		МЛТ-0,5-180Ом10%
R13,R14,R27,R28		МЛТ-0,5-27Ом10%
R29, R30		МЛТ-0,5-75Ом10%
Гн1…Гн10	Розетка	Чертеж 735.70.50	2,4*10-9
VD1, VD3	Стабилитрон	Д814А	1,9*10-7
VD2, VD4	Стабилитрон	КС168А	2,5*10-9
VT1, VT3	Транзистор	КТ203Б	1,0*10-8
VT2, VT4	Транзистор	П306А	5,7*10-8
TV1,TV4	Трансформатор	Чертёж 644.25.61-24	1,5*10-10
TV2,TV5	Трансформатор	Чертёж 644.25.61-06	2,0*10-9
TV3,TV6	Трансформатор	Чертёж 644.25.61-05	1,0*10-9

Считаем, что однотипные элементы имеют одинаковую вероятность отказов, тогда полная интенсивность отказов схемы без учёта монтажных соединений равна:



л общ =

= = (2.1.1)

2.2 Составление моделей расчёта прогнозируемой интенсивности отказов

Модели расчёта прогнозируемой интенсивности отказов распространяются на период постоянства интенсивности отказов во время эксплуатации аппаратуры. Коэффициенты моделей условно разделены на две группы: надежность технический стабилитрон электрический

- первая группа коэффициентов является общей для всех или большинства типов изделий и характеризует режимы и условия их применения, уровень качества производства;

- вторая группа коэффициентов включается в модели конкретных типов ЭРИ и характеризует конструкционные, функциональные и технологические особенности.

К первой группе относятся следующие коэффициенты:

Кр - коэффициент режима, учитывающий величину электрической нагрузки и температуру окружающей среды (или корпуса изделия);

Кпр - коэффициент приёмки, учитывающий степень жёсткости требований к контролю качества и правила приёмки РЭА;

Кэ - коэффициент эксплуатации, учитывающий степень жёсткости условий эксплуатации;

Кам - коэффициент амортизации, учитывающий наличие амортизации РЭА;

Ку - коэффициент роста надёжности, учитывающий предполагаемое снижение интенсивности отказов за счёт проведения мероприятий по повышению надёжности.

Коэффициенты второй группы - это коэффициенты моделей конкретных классов ЭРИ.

Для полупроводниковых приборов:

Кф - коэффициент, учитывающий функциональное назначение прибора;

Кд.н - максимально допустимая (установленная в ТУ) нагрузка по мощности рассеяния (току);

Кs1 - коэффициент отношения рабочего напряжения к максимально допустимого по ТУ;

Кf - частота и мощность в импульсах СВЧ транзистора.

Для конденсаторов:

Кс - коэффициент, учитывающий величину ёмкости;

Кп.с - величина последовательно включённого с оксиднополупроводниковым конденсатором активного сопротивления.

Для резисторов:

Кr - коэффициент, учитывающий величину омического сопротивления;

Км - коэффициент величины ёмкости;

Кs1 - коэффициент отношения рабочего напряжения к максимально допустимого по ТУ;

Кстаб - коэффициент стабильности резисторов;

При расчёте интенсивности отказов трансформаторов учитывается коэффициент температуры окружающей среды Кт.

Для коммутационных изделий и соединителей учитываются:

Кк.к - количество задействованных контактов

Кк.с - количество сочленений-расчленений в течение времени эксплуатации.

Формула расчёта интенсивности отказов резисторов постоянного сопротивления:

л_эRпост = л* Кпр * Кр * Кэ * Кr * Км * Кстаб (2.2.1)

Формула расчёта интенсивности отказов резисторов переменного сопротивления:

л_эRпер = л* Кпр * Кр * Кэ * Кr (2.2.2)

Формула расчёта интенсивности транзисторов:

л_эVТ = л * Кпр * Кр * Кэ * Кд.н * Кф * Кs1 (2.2.3)

Формула расчёта интенсивности стабилитронов:

л_эVD= л * Кпр * Кр * Кэ (2.2.4)

Формула расчёта интенсивности отказов полиэтилентерефталатных высоковольтных конденсаторов типа МБГО:

л_{э С, МБГО} = л * Кпр * Кр * Кэ * Кс (2.2.5)

Формула расчёта интенсивности отказов тонкопленочных конденсаторов с неорганическим диэлектриком типа БМ:

л_{э С, БМ} = л * Кпр * Кр * Кэ (2.2.6)

Формула расчёта интенсивности отказов трансформаторов:



л_{э ТV}= л*Кт*Кпр*Кэ (2.2.7)

Формула расчета интенсивности отказов низкочастотных ( так как в блоке согласования каналов верхняя частота усилителя ТС составляет 2000 Гц) соединителей:

= л * Кпр * Кэ * Кк.к * Кк.с (2.2.8)



3. ПРОГНОЗНЫЙ РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ПРИМЕРЕ БЛОКА СОГЛАСОВАНИЯ КАНАЛОВ

3.1 Расчёт прогнозной интенсивности отказов электрической схемы БСКЛ

Эксплуатационная интенсивность отказов резисторов постоянного сопротивления

л_эRпост = л*Кпр*Кр*Кэ*Кr*Км*Кстаб

Для резисторов типа МЛТ:

Кпр = 1для резисторов с приёмкой 5;

Кэ = 1,7 для данного типа изделия по таблице из автоматизированного справочника;

Кстаб= 1 так как погрешность составляет 10 %;

Кr =1 для постоянных непроволочных металлодиэлектрических и металлизированных резисторов номиналом не более 1 кОм (R5,R19,R6,R20,R7,R21,R8,R22,R9,R23,R11,R25,R12,R26,R13,R14,R27,R28,R29,R30)

Кr =0,7 для резисторов того же типа номиналом от 1 до 100 кОм

(R1, R15,R2,R16,R3,R4,R17,R18);

Км = 0,7 для резисторов номинальной мощностью от 0,062-0,5 Вт

Значения коэффициента режима Кр могут быть рассчитаны с помощью математической модели (3.4.1.1) с параметрами, приведенными в таблице 3.1.1.

Математическая модель для расчета Кр имеет вид:

Кр = А * ( е ^{В* ( ( t + 273 ) / Nt ) G} ) * ( е ^{[ P / P н / Ns* ( ( t + 273 ) / 273) J ] H}) , (3.1.1)



где t - температура окружающей среды, С;

Р - рабочая мощность рассеяния резисторов, Вт

Рн - номинальная мощность рассеяния резисторов, Вт;

P / Pн = [0,1;1], в данном случае P / Pн = 1;

А, В, G, Nт, Ns, J, H -постоянные коэффициенты.

Таблица 3.1.1

Коэффициент	А	В	Nt	G	Ns	J	H
Значение	0,26	0,5078	343	9,278	0,878	1	0,886

_{9,278 0,886}

Кр = 0,26 * ( е ^{0,5078 * ( ( 8 + 273 ) / 343)} )* ( е ^{[ 1 / 0,878 * ( ( 8 + 273 ) / 273) 1]} ) = 0,8367

л_эR1 = 4*10^-8 *1*0,8367*1,7* 0,7*0,7*1 = 2,7879*10^-8 1/ч;

л_эR11 = л_эR25= 4*10^-8 *1*0,8367*1,7* 1*0,7*1 = 3,9827*10^-8 1/ч;

Эксплуатационная интенсивность отказов резисторов переменного сопротивления

л_эRпер = л* Кпр * Кр * Кэ * Кr

Для резистора типа ПП:

Кпр = 1для резисторов с приёмкой 5;

Кэ = 1,7 для данного типа изделия по таблице из автоматизированного справочника;

Кr =1,9 для переменных проволочных подстроечных резисторов номиналом не более 1 кОм

Значения коэффициента режима Кр могут быть рассчитаны с помощью математической модели (3.1.1) с параметрами, приведенными в таблице 3.1.2.



Таблица 3.1.2

Коэффициент	А	В	Nt	G	Ns	J	H
Значение	0,202	1,14	343	21,7	0,529	1	0,599

Кр = 0,202 * ( е ^{1,14 * ( ( 8 + 273 ) / 343)} )* ( е ^{[ 1 / 0,529 * ( ( 8 + 273 ) / 273) 1]} ) = 0,9958

л_эR10 = 4*10^-9*1*0,9958*1,7*1,9 = 1,2866*10^-8 1/ч;

Эксплуатационная интенсивность отказов полиэтилентерефталатных высоковольтных конденсаторов типа МБГО:

л_{э С, МБГО} = л * Кпр * Кр * Кэ * Кс

Кпр = 1для конденсаторов с приёмкой 5;

Кэ = 1,3 для данного типа изделия по таблице из автоматизированного справочника;

Кс= 1, так как емкость конденсаторов меньше 1000 мкФ ;

Значения коэффициента режима Кр для конденсаторов могут быть рассчитаны с помощью математической модели (3.1.1) с параметрами, указанными в таблице 3.1.3.

Математическая модель для расчета Кр имеет вид:

Кр = А * е ^{В* ( ( t + 273 ) / Nt )} * ^{[( И /Ин / Ns)+1]} , (3.1.1)

где U/Uн - отношение рабочего к номинальному напряжению, условно принимаем равным 0,5.

Значения постоянных коэффициентов моделей для конденсаторов С1, С2,С4,С5,С6,С8 приведены в таблице 3.1.3.

Таблица 3.1.3

Коэффициент	Диапазон температур, оС	А	В	Nt	G	Ns	H
Значение	25-85	0,0359	4,09	358	5,9	0,55	3



Кр_{С1,С2,С4,С5,С6,С8} = 0,0359*е ^{4,09 * ( ( 25 + 273 ) / 358) *[ 0,5/0,55) +1 ]} = 0,0055*1,25 = 0,4065

л_{э С1} = 4,4*10^-8 *1*0,4065*1,3*1 = 2,3252*10^-8 1/ч;

Поскольку коэффициенты табл.3.1.3 не рассчитаны на эксплуатацию при =8⁰С, то интенсивность отказов необходимо домножить на коэффициент 1,25 ( из автоматизированного справочника) , соответствующий увеличению количества отказов конденсаторов при выходе параметров эксплуатации за нормы ТУ.

Окончательно получаем

л_{э С1} = 1,25* 2,3252*10^-8 =2,9065*10^-8 1/ч;

Эксплуатационная интенсивность отказов тонкопленочных конденсаторов с неорганическим диэлектриком типа БМ:

л_{э С, БМ} = л * Кпр * Кр * Кэ

Кпр = 1для конденсаторов с приёмкой 5;

Кэ = 1,3 для данного типа изделия по таблице из автоматизированного справочника;

Значения коэффициента режима Кр для конденсаторов С3, С7 могут быть рассчитаны с помощью математической модели (3.1.1) с параметрами, указанными в таблице 3.1.4.

Таблица 3.1.4

Коэффициент	Диапазон температур, оС	А	В	Nt	G	Ns	H
Значение	25-85	5,909*10-7	14,3	398	1	0,3	3

Кр_С3,С7= 5,909*10^-7*е ^{14,3 * ( ( 25 + 273 ) / 398) *[ 0,5/0,3) +1 ]} = 5,909*10^-7 * 170316,64 = 0,1006

л_{э С3} = 3*10^-9 *1*0,1006*1,3 = 3,9234*10^-101/ч;

Поскольку коэффициенты табл. 3.1.4 не рассчитаны на эксплуатацию при =8⁰С, то интенсивность отказов необходимо домножить на коэффициент 1,25 ( из автоматизированного справочника) , соответствующий увеличению количества отказов конденсаторов при выходе параметров эксплуатации за нормы ТУ.

Окончательно получаем

л_{э С3} = 1,25* 3,9234*10^-10 =4,9042*10^-10 1/ч;

Эксплуатационная интенсивность отказов низкочастотных соединителей:

= л * Кпр * Кэ * Кк.к * Кк.с *К_р

Кпр = 1для соединителей с приёмкой 5;

Кэ = 1,3 для данного типа изделия по таблице из автоматизированного справочника;

Значения коэффициента Кр рассчитываются по модели:

(3.1.2)

где - температура перегрева контактов по ТУ при максимальной токовой нагрузке, град.С

t-температура окружающей среды, град.С.

- величина токовой нагрузки ( I -рабочий ток, А, I_max - максимально допустимый ток по ТУ, А

Для розеток Гн1 - Гн10

=50⁰С

t=8⁰С

=1

= 1

Из автоматизированного справочника в зависимости от количества контактов розетки N=2 получаем значение Кк.к=1,36

Из автоматизированного справочника в зависимости от количества сочленений-расчленений n=500 и более получаем значение Кк.с=1.

Тогда эксплуатационная интенсивность отказов соединителей Гн равна

= 2,4*10^-9 * 1 * 1,3 * 1,36 * 1 *1= 4,2432*10^-9 1/ч

Для колодки штепсельной Ш

=50⁰С

t=8⁰С

=1

= 1

Из автоматизированного справочника в зависимости от количества контактов розетки N=22 получаем значение Кк.к=4,5

Из автоматизированного справочника в зависимости от количества сочленений-расчленений n=500 и более получаем значение Кк.с=1.

Тогда эксплуатационная интенсивность отказов колодки штепсельной Ш равна

= 5,2*10^-10 * 1 * 1,3 * 4,5* 1 *1= 3,042*10^-9 1/ч

Эксплуатационная интенсивность отказов стабилитронов

л_эVD= л*Кпр*Кр*Кэ



Кпр = 1для стабилитронов с приёмкой 5;

Кэ = 1,4 для данного типа изделия по таблице из автоматизированного справочника;

Значение коэффициента режима Кр для кремниевых стабилитронов определяется по модели (3.1.3) с параметрами, указанными в таблице 3.1.5:

Кр = А * (е^{Nt / (273 + t +^ t * K эл)})* (е ^{(273 + t + ^t * Kэл ) / Тм)} ) (3.1.3)

Таблица 3.1.5

Коэффициент	А	Тм	Nt	^t	L
Значение	2,1935	448	- 800	150	14,0

Кэл = I ст.раб/ I ст.макс (3.4.4.2)

Принимаем Iст.раб равным 50% от Iст.макс., тогда Кэл = Iст.раб/ Iст.макс = 0,5

Кр = 2,1935*(е ^{-800 / (273 + 8 + 150 * 0,5)})*(е^{((273 + 8 + 150 * 0,5) / 448)} ) = 2,1935*0,004*1,0408 = 0,0092

л_эVD1 = 1,9*10^-7*1*0,0092*1,4 = 2,4472*10^-91/ч.

л_эVD2 = 2,5*10^-91*0,0092*1,4 = 3,22*10^-11 1/ч.

Эксплуатационная интенсивность отказов транзисторов л_эVТ

л_эVТ = л*Кпр*Кр*Кэ*Кд.н*Кф*Кs1*Кf

Кпр = 1для транзисторов с приёмкой 5;

Кэ = 1,5 для данного типа изделия по таблице из автоматизированного справочника;

Кд.н = 0,5 , так как максимально допустимая рассеиваемая мощность КТ203Б =0,15 Вт, а максимально допустимая рассеиваемая мощность П306А =0,25 Вт;

Кф = 1,5 (транзисторы аналогового сигнала);

Кs1 = 0,8 (считаем, что нагрузка по напряжению S1 не превышает 60%).

Кf= 1, так как транзисторы работают в области низких частот.

Значение коэффициента режима Кр для транзистора определяется по модели (3.1.4) с параметрами, представленными в таблице 3.1.6:

Кр = А * (е^{Nt / (273 + t + ^ t * K эл)})* (е ^{(273 + t + ^t * Kэл ) / Тм)} ) (3.1.4)

Таблица 3.1.6

Коэффициент	А	Тм	Nt	^t	L
Значение	5,2	448	- 1162	150	13,8

Кэл = Рраб/ Рмакс (3.1.5)

Примем Кэл равным 0,5. Тогда коэффициент режима Кр примет следующий вид:

Кр = 5,2*(е ^{-1162 / (273 + 8 + 150 * 0,5)})*(е^{((273 + 8 + 150 * 0,5) / 448)} ) = 5,2*0,0382*1,0428 = 0,2073

л_эVТ1 = л_эVТ3= 1,0*10^-8 *1*0,2073*1,5*0,5*1,5*0,8*1 = 1,8657*10^--9 1/ч;

л_эVТ2 = л_эVТ4= 5,7*10^-8 *1*0,2073*1,5*0,5*1,5*0,8*1 = 1,0634*10^--8 1/ч;

Эксплуатационная интенсивность отказов трансформаторов

л_{э ТV}= л*Кт*Кпр*Кэ

Кпр = 1для трансформаторов с приёмкой 5;

Кэ = 2,0 для данного типа изделия по таблице из автоматизированного справочника.

Значение коэффициента Кт для трансформатора определяется по модели (31.6) с параметрами, приведенными в таблице 3.1.7:

Кт = А * е^((Tm+273)/N) , (3.1.6)

где Tm - температура максимально нагретой точки обмотки, трансформаторов, характеризующихся различными максимально допустимыми температурами (классами изоляции). Для данного типа трансформатора:

Тm = tокр + tп, (3.1.7)

где tокр - температура окружающей среды (8^оС);

tп - температура перегрева, значения которой могут быть рассчитаны по следующей формуле: tп = 0,25*tпту*((Р/Рмакс)²+1) , где tпту - максимальная температура перегрева по ТУ (считаем, что класс изоляции - В, tпту = 100^оС);

Р/Рмакс - отношение рабочей к максимально допустимой мощности (считаем, что Р/Рмакс = = 0,5).

tп = 0,25*100*(0,5²+1) = 31,25^оС.

Тогда Тm =8+31,25 = 39,25^оС.

Таблица 3.1.7

Коэффициент	А	N	G
Значение	0,891	352	14

Кт = 0,891* е ^{((39,25+273) /352)} = 0,891*1,2054 = 1,074

л_эТV1 = 1,5*10^-9 *1,074*1*2 = 3,222*10^-9 1/ч.

л_эТV2 = 2*10^-9 *1,074*1*2 = 4,296*10^-9 1/ч.

л_эТV3 = 1,0*10^-9 *1,074*1*2 = 2,148*10^-9 1/ч.

Интенсивность отказов для пайки ЭРИ волной припоя л = 7 * 10 ^-11 1/ч

Общее число соединений в схеме N = 67 соединений.

лсоед = 67*7 * е ^-11 = 4,69*10 ^-9 1/ч.

Общая суммарная эксплуатационная интенсивность отказов системы л_эС:

л_эС = = =

+

+=1,3035*10^-6 1/ч

Наработка на отказ за время t=1 год= 8760 ч. равна

=1,3035*10^-6*8760=0,0114 1/ч (3.1.8)

Вероятность безотказной работы схемы БСКЛ за год равна:

0,9886 (3.1.9)

Вероятность отказа схемы БСКЛ за год равна

0,0114 (3.1.10)

Выводы: полученное значение вероятности безотказной работы, близкое к 1, свидетельствует о достаточной надежности схемы БСКЛ.



3.2 Выбор метода повышения прогнозируемой надежности

Общие рекомендации по повышению прогнозируемой надёжности блока согласования каналов сводятся к следующему:

· Для выявления ранних отказов необходимо использовать специальные методы отбраковки и выжигания дефектов (табл.3.2.1) . Используемые компоненты схемы должны иметь должное качество и высокую надёжность.

· В наиболее критические точки схемы необходимо вводить ограничители напряжения и тока или иные защитные устройства.

· При выявлении непредвиденных воздействий схему БСКЛ необходимо к ним адаптировать. Реальные условия эксплуатации оборудования на местах могут значительно отличаться от лабораторных. На компоненты могут воздействовать электромагнитные помехи, электростатические разряды, высокая температура, агрессивная химическая среда и вибрация. Рабочие точки компонентов по току и напряжению, температуры переходов и рассеваемая мощность выбираются оптимально для стойкости к перегрузкам.

· Избыточность системы должна определяться требованиями надёжности и стоимостью оборудования.

· Требуемый уровень надёжности необходимо обеспечивать на уровне проектирования схемы. Дополнительные меры, применяемые во время производства, хранения, тестирования, системной интеграции и эксплуатации, позволят улучшить суммарную надёжность оборудования.

· В схеме блока БСКЛ нужно использовать широкодоступные стандартные компоненты с целью минимизировать количество типов компонентов. Это позволяет значительно сократить затраты на производство и повысить надёжность.

· Необходимо применять методы контроля качества к изделию в целом. Этопозволитгарантироватьвысокуюнадёжностьустройстваво время эксплуатации.

Таблица 3.2.1 Методы отбраковки электронных компонентов блока согласования каналов (БСКЛ)

Анализ результатов, полученных в п.3.1 при расчете надежности электронных компонентов схемы БСКЛ, выявил, что наибольшее значение интенсивности отказов имеют резисторы типа МЛТ: =3,9827*10^-8 1/ч, поэтому для повышения надежности схемы БСКЛ в целом предлагается заменить снятые с производства резисторы типа МЛТ на обладающие аналогичными электрическими параметрами, но имеющие более высокие показатели надежности (=2*10^-9 1/ч) выпускаемые в настоящее время резисторы типа С2-33Н

При такой замене получим

л_эR11,R25 = 2*10^-9*1*0,8367*1,7* 1*0,7*1 = 1,9913*10^-9 1/ч.

При этом общая суммарная эксплуатационная интенсивность отказов системы будет равна л_эС:

л_эС = = =

=

+

+=5,8461*10^-7 1/ч

Для расчета надежности работы схемы блока БСКЛ при различных условиях эксплуатации используется поправочный коэффициент , выбираемый из следующих диапазонов его значения:

0,2 - 0,4 -- при эксплуатации в облегченных режимах;

0,4 - 0,7 -- при проведении комплекса дополнительных мероприятий по повышению надежности работы схемы (далее при расчёте интенсивности отказов системы - 0,5);

0,1 - 0,3 -- при совместном использовании указанных мер.

При расчете суммарной интенсивности отказов аппаратуры применяют дополнительно два коэффициента: - коэффициент, учитывающий наличие амортизации аппаратуры и - коэффициент качества обслуживания аппаратуры. Для рассматриваемой в работе аппаратуры берется = 0,85 и = 0,5.

Тогда величина эксплуатационной интенсивности примет вид:

л_эСн= л_эС* К_попр* К_ам* К_к.обсл= 5,8461*10^-7* 0,5*0,85*0,5 = 1,2423*10 ^-7 1/ч.

Наработка на отказ за время t=1 год= 8760 ч. при этом будет равна



=1,2423*10^-7*8760=0,0011 1/ч

Вероятность безотказной работы схемы БСКЛ за год равна:

0,9989

Вероятность отказа схемы БСКЛ за год равна

0,0011

Выводы: предложенные мероприятия по повышению надежности схемы БСКЛ позволили повысить вероятность прогнозируемой безотказной работы схемы на



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты анализа особенностей расчетов надежности технических систем на стадии проектирования (прогнозирующих расчетов), полученные в данной работе, позволяют сделать следующие выводы:

Прогнозирующие расчеты надежности производятся на стадии проектирования технических систем для выбора оптимальных технических решений, связанных с необходимостью сохранения основных технических характеристик изделий и их элементов в течение требуемого промежутка времени. Ошибки при проектировании технических систем неизбежны и задача состоит в том, чтобы как можно больше ошибок устранить на ранних стадиях создания системы . При пропуске ошибок на этапах проектирования, отработки, серийного производства и эксплуатации приходится дорабатывать проект или технику. Чем позже выявлены ошибки, тем большие финансовые средства необходимы на доработки. В литературе по надёжности приводится примерное соотношение затрат на исправление ошибок (1:10:100:1000). Это соотношение следует понимать следующим образом. На исправление проектной ошибки, если она выявлена сразу, требуется столько же средств, сколько потрачено на её «совершение». Если проектная ошибка обнаружена на этапе отработки, то на её устранение требуется средств на порядок больше, так как это связано с производством опытных образцов. Если проектная ошибка обнаружена на этапе серийного производства, то на её устранение требуется средств на два порядка больше, так как это связано с корректировкой технологического процесса и заменой некоторых составных частей изделия. Если проектная ошибка обнаружена на этапе эксплуатации, то на её устранение требуется средств на три порядка больше, чем на её «свершение», так как это связано еще и с заменой эксплуатируемых образцов техники.

В этой связи овладение методами и навыками расчета надежности технических систем на стадии проектирования и осуществление прогнозных расчетов позволяет достигнуть экономии средств и времени, затрачиваемых на разработку техники и, а также повысить эффективность ее эксплуатации.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 27.002--89 «Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения» 1.Общие понятия. - [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://gostexpert.ru/gost/gost-27.002-89

2. Автоматизированный справочник «Надежность электрорадиоизделий».- РНИИ «Электростандарт», 2009

3. Кириллов Н. П. Признаки класса и определение понятия «технические системы» // Авиакосмическое приборостроение, № 8, 2009, -с.32-38.

4. Куренков В. И. Методы обеспечения надёжности и экспериментальная отработка ракетно-космической техники : учеб. пособие. - Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т). - Самара, 2012. - 258 с.

5. Надёжность технических систем и техногенный риск: учебное пособие/ Р.А. Шубин. - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО«ТГТУ», 2012. - 80 с.

6. Надежность технических систем и техногенный риск - [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.obzh.ru/nad/4-5.html

7. Решетов, Д. Н. Надёжность машин / Д. Н. Решетов, А. С. Иванов, В. З. Фадеев; под ред. проф. Д.Н. Решетова. - М.: Высшая школа, 1988. - 240 с.

Размещено на Allbest.ru