Расчет надежности приборов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекции №32-34

Расчет надежности приборов



Содержание

1. Основные понятия

1.1 Показатели надежности для невосстанавливаемых приборов

1.2 Показатели надежности для восстанавливаемых приборов

2. Оценка показателей надежности прибора как сложного объекта

3. Оценка надежности типовых конструкций



1. Основные понятия

Надёжность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002 - 83). Прибор может быть исправным и не исправным. Если прибор соответствует всем требованиям нормативно - технической и (или) конструкторской документации, то он исправен, при несоответствии хотя бы одному требованию - неисправным.

Состояние прибора, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно- технической и (или) конструкторской документации, называют работоспособным. Прибор находится в неработоспособном состоянии, если хотя бы один параметр, характеризующий способность прибора выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно - технической документации.

Событие, состоящее в частичной или полной утрате работоспособности прибора и приводящее к невыполнению или неправильному выполнению тестов или задач, называют отказом (ГОСТ 16325 - 76).

С точки зрения надёжности прибора обладают следующими свойствами: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняем остью.

Безотказность - это свойство прибора непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени.

Долговечность - свойство прибора сохранять при выполнении технического обслуживания и ремонтов работоспособность до наступления предельного состояния.

Ремонтопригодность - это приспособляемость прибора к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и их устранения путём проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость - это свойство прибора непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течении и после хранения и (или) транспортирования.

Количественно свойства, составляющие надёжность прибора, характеризует единичными или комплексными показателями надёжности. Единичный показатель надёжности относится к одному из свойств надёжности, комплексный - к нескольким. Единичные показатели рассчитывают для типовых конструкций и прибора в целом, комплексные - для прибора и систем в целом.

1.1 Показатели надежности для невосстанавливаемых приборов

Характеризуются следующими показателями надёжности: интенсивностью отказов, средней наработкой до первого отказа и вероятностью безотказной работы. Интенсивность отказов (t) - это условная плотность вероятности возникновения отказа к моменту времени t при условии, что до этого момента отказ не возник (1/ч):

,

где

f(t) - плотность распределения наработки до отказа.

По результатам статистических испытаний интенсивность отказов (1/ч)

/,

где N(t) и N(t+t) число объектов, работоспособных к моменту времени t и (t+t) соответственно; t - длительность интервала испытаний.

Характер зависимости интенсивностей для внезапных 1 и постепенных 2 отказов от времени представлен на рис.4.1. Для внезапных отказов интервал времени (0 - t1) является временем приработки, здесь (t) = var. Интервал времени (t1 - t2) является временем приработки, здесь (t) = cons и имеет минимальное значение, соответствует нормальному периоду работы аппаратуры. Начиная с момента f2 интенсивность отказов растёт, что обусловлено старением и износом деталей. Расчёт надёжности аппаратуры делают для периода нормальной эксплуатации (t1 - t2), которому соответствует экспоненциальный закон плотности распределения наработки до отказа:

f (t) = ,

Среднюю наработку до отказа определяют, как математическое ожидание наработки до отказа:

tср = ,

с учётом tср = 1/.

Вероятность безотказной работы. т.е. вероятность того, что не будет отказа в пределах заданной наработки

1.2 Показатели надежности для восстанавливаемых приборов

Характеризуются следующими показателями надежности: параметром потока отказов, наработкой на отказ, наработкой на сбой, вероятностью безотказной работы, средним временем восстановления, коэффициентом технического использования и коэффициентом готовности.

Параметр потока отказов - плотность вероятности возникновения отказов в данный момент времени, статистически определяемый как

(1)

где и - число отказов каждого из образцов прибора в момент времени и соответственно.

После периода приработки прибора характеристика потока отказов становится линейной, а - постоянным.

Наработка на отказ это отношение наработки восстанавливаемого прибора к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки. После окончания периода приработки

(2)

Статистически наработка на отказ (средняя)

(3)

где - наработка на -й отказ -го прибора; - число отказов прибора.

Наработка на сбой - среднее значение наработки прибора между сбоями. Статистически определяют по (3), в которой - число сбоев приборов, - наработка на -й сбой -го прибора.

Вероятность безотказной работы восстанавливаемых приборов определяют как вероятность того, что не будет отказа в интервале времени . Этот показатель используют редко.

Среднее время восстановления - это математическое ожидание времени восстановления работоспособности прибора, статистически определяемое как

(4)

где - время, необходимое для обнаружения и устранения 1-го отказа; - число отказов.

Коэффициент технического использования прибора определяют как отношение математического ожидания времени работоспособного состояния прибора к сумме математических ожиданий времени работоспособного состояния, технического обслуживания и ремонтов за некоторый период эксплуатации. На основании статистических данных

(5)

где - время пребывания 1-го прибора в работоспособном состоянии число наблюдаемых приборов; - продолжительность эксплуатации (сумма интервалов времени работы, технического обслуживания и ремонтов).

Коэффициент готовности

- это вероятность того, что прибор окажется в работоспособном состоянии в любой момент времени кроме периодов, в которые его использовать не планируют. Статистически

(6)

где - продолжительность работы, состоящая из чередующихся интервалов времени работы и восстановления.



2. Оценка показателей надежности прибора как сложного объекта

Под сложным понимают объект, состоящий из нескольких одновременно функционирующих отдельных объектов, причем отказы каждого приводят к отказу сложного объекта. Отказы отдельных объектов считаются независнмыми, т. е. отказ одного не приводит к отказу других. Прибор состоит из ряда устройств (элементов), для которых обычно выполняются указанные допущения.

Наработка на отказ прибора (устройств)

(7)

где - число типов элементов в приборе (устройстве); - наработка на отказ элемента 1-го типа; - число элементов 1-го типа, отказ которых приводит к отказу прибора (устройства).

При экспоненциальном законе распределения наработки на отказ

(8)

Для прибора рассчитывают среднюю суммарную интенсивность отказов с учетом использования входящих в нее устройств:

(9)

где

и - соответственно число устройств прибора и интенсивность их отказов; - коэффициент, учитывающий использование устройства 1-го типа в составе прибора.

В соответствии с теоремой умножения вероятностей вероятность безотказной работы

(10)

где - вероятность безотказной работы в -м интервале времени элементов 1-го типа. При экспоненциальном законе распределения

(11)

Время восстановления прибора как сложного объекта оценивают по показателям надежности входящих в него устройств:

(12)

где - среднее время восстановления -го устройства.

При условии среднесуточной непрерывной работы прибора в течение года коэффициент технического использования

(13)

где

- время работы прибора в течение суток (24 ч); - среднесуточное время технического обслуживания и подготовки прибора к работе; - среднее время восстановления; и - наработка на отказ и сбой прибора соответственно; - среднее время потерь при сбое; - среднесуточное время потерь, связанных с ошибками оператора, и т. п.

При экспоненциальном распределении наработки на отказ и времени восстановления коэффициент готовности

(14) где

.

При условии, что период приработки закончился, и при немедленном восстановлении прибора после отказа коэффициент готовности

(15)



3. Оценка надежности типовых конструкций

Исходные данные для расчета показателей надежности типовых конструкций прибора: принципиальная схема с указанием типов деталей, входящих в него; режимы работы всех деталей (электрические, климатические и механические); значения интенсивности отказов всех типов деталей при номинальных и фактических режимах, значения среднего времени безотказной работы и дисперсия для элементов, подверженных постепенным отказам.

Для типовых конструкций различного уровня рассчитывают следующие показатели: интенсивность отказов для типового элемента замены; интенсивность отказов и наработка на отказ для панели (блока); интенсивность отказов, наработка на отказ и среднее время восстановления для рамы и стойки. При оценке показателей надежности типовых модулей необходимо выявить те элементы конструкций, которые могут привести к отказу ("компоненты ненадежности"). К основным "компонентам ненадежности" типовых конструкций прибора можно отнести: комплектующие элементы (интегральные схемы и электрорадиоэлементы); элементы монтажа (различного вида линии связи, сварные, паяные или термокомпрессионные соединения, разъемы, печатные платы; металлизированные отверстия). Для всех этих элементов преобладающими являются внезапные отказы.

По результатам анализа влияния на работоспособность типовой конструкции входящих в нее элементов составляют структурную схему надежности. Элемент включается в эту схему, если его отказ приводит к отказу типовой конструкции.

Суммарная интенсивность отказов типовой конструкции

(16)

где - число типов элементов в структурной схеме надежности; и - интенсивность отказов и количество элементов 1-го типа.

Наработка на отказ

(17)

Интенсивность отказов комплектующих элементов, являющаяся их исходной характеристикой надежности, зависит от режима работы и степени тяжести таких внешних воздействий, как температура, тепловой удар, влажность, вибрации, линейные ускорения, умары, радиация и т. п., можно записать

(18)

где - интенсивность отказов элемента при нормальных условиях работы (температура окружающей среды , относительная влажность, коэффициент электрической нагрузки ); - поправочные коэффициенты, учитывающие режимы работы и условия эксплуатации.

Для учета влияния режима работы на интенсивность отказов электрорадиоэлементов вводят коэффициент нагрузки

равный отношению нагрузки в рабочем режиме к нагрузке в номинальном режиме.

Коэффициент нагрузки для транзисторов

;

;

для резисторов

;

для конденсаторов

;

для диодов

;

;

для трансформаторов

,

где - плотность тока в i-й обмотке.

Для учета импульсных режимов работы элементов при подсчете эсновных электрических параметров в соответствующие формулы вводят скважность сигналов Q. Например, средняя мощность

где - длительность импульса; - длительность такта.

Относительная интенсивность отказов будет меняться в зависимости от коэффициента нагрузки и температуры.

Рис. 1 Зависимость относительной интенсивности отказов ИС от температуры ремонтопригодность восстанавливаемый прибор конструкция

Тепловой режим интегральных схем значительно влияет на их интенсивность отказов.

Зависимость относительной интенсивности отказов ИС при их эксплуатации от температуры, т. е. поправочного коэффициента по температуре, показана на рис. 1.

Для учета режима работы ИС вводят коэффициент, оценивающий в соответствии с временной диаграммой воз действие на нее сигналов верхнего и нижнего уровней по тношению к номинальному режиму .

На начальных этапах проектирования влияние внешних воздействий на интенсивность отказов для приборов различного назначения можно учитывать с помощью интегрального поправочного коэффициента

.

Значения поправочного коэффициента для аппаратуры различного назначения приведены ниже:

Современные образцы ракет	700	Поезд	59
Ранние образцы ракет	400	Автомобиль	50
Самолет	100	Корабль	40
Аппаратура для высокогорной местности	68	Наземная аппаратура	20
		Лабораторные условия	1

Размещено на Allbest.ru