logo
Разработка конструкции линейного коммутатора

1.5.1 Методика расчета на надежность

Расчет количественных показателей надежности модулей коммутации линии проведен с целью определения показателя надежности. В качестве показателя надежности задана наработка на отказ То.

Расчет То проведен по методу л-характеристик входящих в него изделий электронной техники (ИЭТ) с учетом их количества, типов и реальных электрических и тепловых режимов работы.

Расчет основан на следующих допущениях:

а) отказы ИЭТ являются событиями случайными и независимыми;

б) распределения времени безотказной работы ИЭТ подчиняются экспоненциальному закону;

в) интенсивности отказов ИЭТ в течение срока службы постоянны во времени, т. е. л=const;

г) схема надежности модулей коммутации линии является простой последовательной, т. е. отказ любого элемента приводит к отказу модулей коммутации линии;

д) учитываются все элементы, отказ которых ведет к отказу модулей коммутации линии в целом: резисторы, конденсаторы, полупроводниковые приборы, микросхемы, соединители, резонаторы, фильтры и др.

Кроме указанных элементов в расчете учитывались монтажные паяные соединения (пайки), отказы которых приводят к отказу модулей коммутации линии.

При проведении расчета использовалась следующая техническая документация:

- схема электрическая принципиальная;

- перечень элементов;

- справочный материал по надежности электрорадиоизделий, единый справочник, том 1 издание 9, том 3 издание 8.

Расчет выполнялся в автоматизированной системе расчета надежности АСРН.

При проведении расчета определены следующие показатели надежности:

1. Параметр потока отказов в целом на модули коммутации линии в рабочем режиме.

2. Наработка на отказ.

Расчет КПН модулей коммутации линии проведен по элементам с учетом сведений изложенных в справочниках путем заполнения таблицы соответствующих справочников АСРН.

Принятые в таблицах 1.6.1. и 1.6.2. обозначения:

лб- приведенная базовая интенсивность отказов данного типа изделий;

Кпр- коэффициент приемки, отражающий степень жесткости требований к контролю качества и правилам приемки ИЭТ;

Кэ- эксплуатационный коэффициент для перерасчета интенсивности отказов групп или типов изделий от режимов испытаний к условиям эксплуатации аппаратуры. Контроллер ПДУ, предназначенный для эксплуатации в закрытом помещении в интервале температур от 0 до 65С отнесен к группе 1.1;

Ккорп- коэффициент, учитывающий тип корпуса микросхем;

Кст- коэффициент, зависящий от сложности интегральной микросхемы и температуры окружающей среды;

Кv- коэффициент, учитывающий снижение максимальных значений напряжения питания;

Кр- коэффициент режима, характеризующий зависимость надежности изделий от величины электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

Кt- коэффициент, зависящий от температуры для кварцевых пьезоэлектрических резонаторов и генераторов;

Кr- коэффициент, зависящий от величины сопротивления;

Кс- коэффициент, зависящий от величины емкости;

Кf- коэффициент, зависящий от частоты и мощности в импульсе для мощных транзисторов СВЧ.

Ккк- коэффициент, зависящий от количества задействованных контактов.

1.5.2 Описание программы АСРН

Автоматизированная система расчета надежности (АСРН) разработана на базе справочника "Надежность электрорадиоизделий" и позволяет рассчитывать суммарную интенсивность отказов модулей 1-го и 2-го уровней без резервирования, укомплектованных отечественными и импортными ЭРИ в режиме эксплуатации и хранения (только для отечественных ЭРИ) в составе подвижных и неподвижных объектов.

Система снабжена генератором отчетов, конвертором результатов расчета в формат HTML, а также базой данных импортных ЭРИ, формируемой пользователями.

В пакет поставки входит:

справочник "Надежность ЭРИ" последней редакции;

программа чтения pdf - файлов Acrobat Reader 5.0;

справочник по расчету надежности зарубежной элементной базы;

положение о справочнике "Надежность ЭРИ";

справочная система о правилах работы с программой;

Система функционирует под управлением операционной системы Windows 95 и выше и требует ~ 40Мб свободного дискового пространства и не менее 64 Мб оперативной памяти.

Для работы программы необходимо наличие монитора с разрешением не менее 600х800 и принтера для печати результатов расчета.

Добавление, редактирование и удаление ЭРИ

При добавлении ЭРИ в модули первого и второго уровня (выбор пунктов "Добавить ЭРИ") появляется окно ввода исходных данных по ЭРИ.

Выбор необходимого типа ЭРИ осуществляется из дерева класс-группа-тип (раскрывается двойным нажатием на кнопку мыши) или при помощи поиска ЭРИ.

После выбора типа ЭРИ справа от дерева появляются все поля для ввода исходных данных, которые необходимо заполнить (иначе кнопка "ОК" пассивна).

Исходные данные вводятся непосредственно в поля для ввода (обычно числовые величины, входящие в модель), выбираются из перечня возможных значений (обычно функциональный режим работы и другие параметры, заданные в табличной форме при отсутствии модели), а также параметры, которые вводятся или выбираются из инкрементного регулятора с шагом 0.1 (для коэффициента нагрузки).

Если электрорадиоэлемент отсутствует в базе данных, то расчет эксплуатационной интенсивности отказов можно провести по "Тип не существенен". Тогда в качестве базовой принимается среднегрупповая интенсивность отказов. В этом случае необходимо также ввести ряд дополнительных параметров в явном виде (например, для интегральных микросхем наименование, сложность и тип корпуса).

Для удобства в окно добавлены кнопки для связи со справочниками "Надежность ЭРИ" и "Надежность импортных ЭРИ" и кнопка для вызова корпоративной базы данных импортных ЭРИ.

При редактировании ЭРИ все необходимые данные заполнены и могут быть изменены.

Таблица 1.5.1 Расчет надёжности КЛ

Расчет надежности КЛ: НГТУ.468345.016

I. Основные исходные данные

1. Расчет в режиме: эксплуатации

2. Группа аппаратуры: 1.2

3. Температура окружающей среды °С: 35

II. Расчет суммарной интенсивности отказов входящих модулей и ЭРИ:

Модуль КЛ1: НГТУ.468345.111

Тип ЭРИ

Количество

Схемная позиция

?б (бсг)

?э, 1/ч

?э*n, 1/ч

Интегральные микросхемы

5559ИН2Т

1

D1

0.37·10-7

0.34·10-7

0.34·10-7

ATmega8515-16AI

1

D2

-

1.33·10-8

1.33·10-8

ULN2803A

3

D3 - D5

-

1.13·10-7

0.34·10-6

Конденсаторы

К10-17в

2

C2, C3

3·10-8

1.02·10-9

2.05·10-9

К10-17в

2

C4, C5

3·10-8

1.23·10-9

2.45·10-9

Соединители

PLD

2

X2, X3

0.46·10-7

0.55·10-7

1.1·10-7

Итого для модуля:

0.5·10-6

Модуль питания: НГТУ.468345.206

Тип ЭРИ

Количество

Схемная позиция

?б (бсг)

?э, 1/ч

?э*n, 1/ч

Интегральные микросхемы

МПА5А

1

А1

0.44·10-7

1.81·10-7

1.81·10-7

СМА60В

1

А2

0.44·10-7

1.81·10-7

1.81·10-7

Оптоэлектронные полупроводниковые приборы

3Л341Б

2

V1,V2

0.4·10-7

0.55·10-7

1.09·10-7

Резисторы

С2-33Н

3

R1,R2,R4

0.65·10-7

0.7·10-7

2.09·10-7

С2-33Н

1

R3

0.65·10-7

0.99·10-7

0.99·10-7

Конденсаторы

К50-29

4

С1,С2,С4,С6

0.36·10-6

0.98·10-6

0.39·10-5

К50-17в

2

С3,С5

1.9·10-7

0.74·10-7

1.48·10-7

Коммутационные изделия

МТ

1

Т1

1.1·10-7

0.75·10-7

0.75·10-7

Соединители низкочастотные и радиочастотные

СНП322

1

Х1

1.9·10-8

2.64·10-8

2.64·10-8

2РМ

1

Х4

0.8·10-9

1.67·10-10

1.67·10-10

Итого для модуля:

0.49·10-5

Модуль (модем): НГТУ.468345.205

Тип ЭРИ

Количество

Схемная позиция

?б (бсг)

?э, 1/ч

?э*n, 1/ч

Интегральные микросхемы

С3134

1

А1

0.44·10-7

1.81·10-7

1.81·10-7

Оптоэлектронные полупроводниковые приборы

3Л341Б

8

V1...V8

0.4·10-7

0.55·10-7

0.44·10-6

Соединители

DB-25F

1

Х1

0.46·10-7

1.1·10-7

1.1·10-7

СНП322

1

Х2

1.9·10-8

2.64·10-8

2.64·10-8

ГИ4

2

Х3,Х4

0.7·10-9

2.79·10-10

0.56·10-9

Кабели, провода и шнуры электрические

МГТФ

1

42

0.8·10-10

0.6·10-9

0.6·10-9

Итого для модуля:

0.76·10-6

Модуль (кроссплата): НГТУ.468345.116

Тип ЭРИ

Количество

Схемная позиция

?б (бсг)

?э, 1/ч

?э*n, 1/ч

Резисторы

С2-33Н

1

8

0.65·10-7

0.99·10-7

0.99·10-7

Соединители низкочастотные и радиочастотные

СНП322

9

Х1...Х10

1.9·10-8

0.41·10-7

0.37·10-6

Итого для модуля:

0.47·10-6

Модуль КЛ: НГТУ.468345.110-01

Тип ЭРИ

Количество

Схемная позиция

?б (бсг)

?э, 1/ч

?э*n, 1/ч

Интегральные микросхемы

5559ИН2Т

1

D1

0.37·10-7

0.34·10-7

0.34·10-7

ATmega8515

1

D2

-

1.33·10-8

1.33·10-8

ULN2803A

3

D3 - D5

-

1.13·10-7

0.34·10-6

Знакосинтезирующие индикаторы

3Л341Б

2

V1, V2

0.5·10-7

0.75·10-7

1.5·10-7

Резисторы

С2-33Н

2

R1, R2

0.65·10-7

0.99·10-7

1.99·10-7

С2-33Н

2

R3, R4

0.65·10-7

0.79·10-7

1.59·10-7

Конденсаторы

К50-29

1

C1

0.36·10-6

1.46·10-7

1.46·10-7

К10-17в

2

C2, C3

3·10-8

1.02·10-9

2.05·10-9

К10-17в

2

C4, C5

3·10-8

1.23·10-9

2.45·10-9

Коммутационные изделия

МКА-40142 гр.А (МДС 50-130А)

17

K1 - K17

0.6·10-6

0.75·10-6

1.27·10-5

КМ-1, КМ-2

2

S1, S2

1.6·10-7

0.66·10-7

1.31·10-7

Соединители низкочастотные и радиочастотные

СНП3

1

X1

1.03·10-9

2.59·10-9

2.59·10-9

PLD

2

X1, X2

0.46·10-7

0.55·10-7

1.1·10-7

ГИ4

2

X4, X5

0.7·10-9

2.79·10-10

0.56·10-9

Кабели, провода и шнуры электрические

МГТФ

1

Провод МГТФ 0,12

0.8·10-10

0.6·10-9

0.6·10-9

Соединения

МКА-40142, К50-29, С2-33Н, 3Л341Б, СНП322, РГ-05,

37

K1 - K17, С1 - С5, R1 - R4, V1, V2, X1, B1

1.3·10-9

2.6·10-9

0.96·10-7

КМ1-1, ГИ4

4

S1, S2, X4, X5

0.7·10-10

1.4·10-10

0.56·10-9

Платы с металлизированными сквозными отверстиями

Печатный монтаж

1

E1

1.7·10-11

0.6·10-7

0.6·10-7

Печатный монтаж

1

E2

1.7·10-11

0.45·10-7

0.45·10-7

Навесной монтаж

1

Е1

1.1·10-10

1.66·10-7

1.66·10-7

Итого для модуля:

1.44·10-5

IV. Итого для модуля: НГТУ.468345.016

Шифр модуля

Децимальный номер

Количество

Схемная позиция

?э, 1/ч

?э*n, 1/ч

НГТУ.468345.111

ДН

8

2

0.5·10-6

0.4·10-5

НГТУ.468345.206

ПП

1

3

0.49·10-5

0.49·10-5

НГТУ.468345.205

ПМ

1

4

0.76·10-6

0.76·10-6

НГТУ.468345.016

КП

1

5

0.47·10-6

0.47·10-6

НГТУ.468345.110-01

ДН

8

1

1.44·10-5

1.15·10-4

Итого для модуля:

1.25·10-4

T0 = 1/э = 1/(1.25*10-4) = 8000 ч.

Зависимость безотказной работы изделия от времени t определяем при помощи графика. При построении графика время изменяется до тех пор, пока вероятность безотказной работы системы не станет равной или меньше 0,1.

Для НГТУ.468345.016:

Рис. 1.5.1. Зависимость вероятности безотказной работы от времени для НГТУ.468345.016

Вероятность безотказной работы модуля коммутации линии в течение 24 часов равна:

P(24) = 0.997