Готовый Диплом

6.1 Расчет надежности

Проблема обеспечения надежности связана со всеми этапами создания изделия и всем периодом его практического использования. Надежность изделия в основном закладывается в процессе его конструирования и обеспечивается в процессе его изготовления путем правильного выбора технологии производства, контроля качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, контроля режимов и условий изготовления. Надежность обеспечивается применением правильных способов хранения изделия и поддерживается правильной эксплуатацией, планомерным уходом, профилактическим контролем и ремонтом. Опираясь на выше сказанное, следует определять необходимость специальных мер для повышения или стабилизации показателей надежности.

В зависимости от назначения устройства и условий его эксплуатации, надежность может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Для конкретных же объектов и условий эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость. Применительно к разрабатываемому устройству наиболее часто употребляются следующие показатели надежности:

вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет;
средняя наработка на отказ - отношение суммарной наработки объекта к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки
заданная наработка (заданное время безотказной работы) - наработка, в течение которой объект должен безотказно работать для выполнения своих функций;
интенсивность отказов - вероятность отказов неремонтируемого изделия в единицу времени после заданного момента времени при условии, что до этого отказ не возникал. Другими словами - это число отказов в единицу времени отнесенное к среднему числу элементов, исправно работающих в данный момент времени.

Посредством этих понятий можно судить о надежностных характеристиках проектируемого устройства. Произведем расчет надежности по [23], приняв следующие допущения:

отказы случайны и независимы;
учитываются только внезапные отказы;
имеет место экспоненциальный закон надежности.

Последнее допущение основано на том, что для аппаратуры, в которой имеют место только случайные отказы, действует экспоненциальный закон распределения - закон Пуассона - и вероятность работы в течение времени равна:

(8.42)

Учитывая то что с точки зрения надежности все основные функциональные узлы и элементы в изделии соединены последовательно и значения их надежностей не зависят друг от друга, т.е. выход из строя одного элемента не меняет надежности другого и приводит к внезапному отказу изделия, то надежность изделия в целом определяется как произведение значений надежности для отдельных элементов:

(8.43)

С учетом (8.42) получим:

(8.44)

где - интенсивность отказов- го элемента с учетом режима и условий работы,.

Учет влияния режима работы и условий эксплуатации изделия при расчетах производится с помощью поправочного коэффициента - коэффициента эксплуатации и тогдав формуле (8.44) выразится как:

(8.45)

где - интенсивность отказов- го элемента при лабораторных условиях работы и коэффициенте электрической нагрузки.

Для точной оценки нужно учитывать несколько внешних и внутренних факторов: температуру корпусов элементов; относительную влажность; уровень вибрации, передаваемый на элементы и т.д. С этой целью может быть использовано следующее выражение:

(8.46)

где - поправочный коэффициент, учитывающий- ый фактор;- поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры;- поправочный коэффициент, учитывающий влияние электрической нагрузки;- поправочный коэффициент, учитывающий влияние влажности;- поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий.

Все определяются из справочных зависимостей и таблиц, где они приведены в видеи, как объединенныесис.

После этого можно определить значение суммарной интенсивности отказов элементов изделия по формуле:

(8.47)

где - число элементов в группе;- интенсивность отказа элементов в-ой группе,;- коэффициент эксплуатации элементов в-ой группе;- общее число групп.

Исходные данные по группам элементов, необходимые для расчета показателей надежности приведены в таблице 8.3:

Таблица 8.3 – Справочные и расчетные данные об элементах конструкции

Наименование комплектующего или полуфабриката	Кол-во элем. в гр. n_j	Спр-е знач. λ_01,х10^-6 1/ч	К_1,2	К_3,4	Кэ	Знач. λj, x10^-6 1/ч	nj·λj x10-6 1/ч	Знач. τj, ч	Произв. nj·τj·λj, x10^-6
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Элементы коммутации:
Разъем (30 штырей)	1	6,0	0,5	1,07	0,54	3,21	3,21	2	6,42
Микросхемы:
цифровые 4-й ст.инт-ции	1	0,6	3,0	1,07	3,21	1,93	1,93	0,5	0,96
цифровые 3-й ст.инт-ции	3	0,5	3,0	1,07	3,21	1,61	4,82	0,5	2,41
аналоговые 1-й ст.инт-ции	4	0,45	4,0	1,07	4,28	1,93	7,70	1,2	9,24
Резисторы:
постоянные	57	0,05	0,7	1,07	0,75	0,04	2,13	0,5	1,07
переменные	2	0,5	0,3	1,07	0,32	0,16	0,32	1,2	0,39
Конденсаторы:
электролитические	7	0,55	0,15	1,07	0,16	0,09	0,62	0,5	0,31
керамические	19	0,05	0,2	1,07	0,21	0,01	0,20	1,1	0,22
Диоды и стабилитроны:
стабилитроны	1	0,9	1,2	1,07	1,28	1,16	1,16	0,5	0,58
маломощные	5	0,2	1,2	1,07	1,28	0,26	1,28	0,4	0,51
светодиоды	1	0,7	1,1	1,07	1,18	0,82	0,82	0,6	0,49
Продолжение табл. 8.3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
транзисторы	23	0,45	0,25	1,07	0,27	0,12	2,77	0,8	2,21
терморезистор	1	0,2	0,3	1,07	0,32	0,06	0,06	0,4	0,03
дроссель	2	0,2	1,1	1,07	1,18	0,24	0,47	1,4	0,66
динамик	1	0,3	0,7	1,07	0,75	0,22	0,22	1	0,22
микрофон	1	0,25	0,6	1,07	0,64	0,16	0,16	0,5	0,08
кварцевый резонатор	1	0,37	0,4	1,07	0,43	0,16	0,16	0,5	0,08
плата	1	0,2	1	1,07	1,07	0,21	0,21	3	0,64
соединение пайкой	513	0,04	1	1,07	1,07	0,04	21,96	0,5	10,98
провод монтажный	5	0,3	1,5	1,07	1,61	0,48	2,41	0,3	0,72
несущая конструкция	1	3	1	1,07	1,07	3,21	3,21	1	3,21

При составлении таблицы 8.3 коэффициенты электрической нагрузки ЭРЭ были определены из следующих соображений:

для резисторов и конденсаторов максимальное напряжение 12 В;
для транзисторов максимальное напряжение 12 В и максимальный ток 20 мА;
для платы, соединений пайкой, и корпуса Кэ=1.

Воспользовавшись данными таблицы 8.3 по формуле (8.47) можно определить суммарную интенсивность отказов ,1/час.

Далее найдем среднюю наработку на отказ , применив следующую формулу:

(8.48)

Итак, имеем:

часов.

Вероятность безотказной работы определяется исходя из формулы (4.3.15), приведенной к следующему виду:

(8.49)

где t= 1000 часов - заданное по ТЗ время безотказной работы.

Итак, имеем:

Среднее время восстановления определяется последующей формуле:

(8.50)

где - вероятность отказа элемента i-ой группы;- случайное время восстановления элемента i-ой группы, приближенные значения которого указаны в таблице 8.3.

Подставив значения в формулу (8.50), получим среднее время восстановления:

ч^-1

Далее можно определить вероятность восстановления по формуле:

(8.51)

где T_B=4ч. – заданное время восстановления. Следовательно, по формуле (8.51) определим , что больше.

Таким образом, полученные данные удовлетворяют требованиям ТЗ по надежности, так как при заданном времени непрерывной работы ч проектируемый блок будет работать с вероятностью. При этом он будет иметь среднюю наработку на отказч и вероятность восстановления,следовательно. Следует отметить, что расчетная вероятность безотказной работы меньше заданной, но расчет производился при условии работы ССД приt = 60 ^оС, при средней рабочей температуре 25 ^оС вероятность безотказной работы будет в пределах нормы. Поэтому дополнительных мер по повышению надежности разрабатываемого устройства не требуется.

Содержание