Методы расчета надежности радиоэлектронной аппаратуры
Надежность РЭА зависит не только от выбора схемы и технических характеристик аппаратуры, но и от режимов работы и условий эксплуатации; от технологии производства и используемой в производстве системы контроля качества изделий; от качества исходных материалов и комплектующих элементов; от уровня квалификации производственного, контролирующего и эксплуатирующего аппаратуру персонала. Обеспечить высокую надежность аппаратуры можно суммой мероприятий, выполняемых на всех этапах разработки, производства и эксплуатации. Особое место в этом процессе принадлежит этапу разработки, так как основные принципы обеспечения надежности выбираются на этом этапе. Требования к надежности разрабатываемого изделия задаются в техническом задании. На ранних стадиях разработки изделия составляется план обеспечения надежности, который на последующих стадиях разработки детализируется и уточняется. Одним из элементов этого плана является расчет надежности проектируемого изделия. Первые расчеты надежности делают на ранних стадиях разработки, а с уточнением сведений об изделии уточняются и расчеты надежности. Существующие методы позволяют получить расчетным путем количественные характеристики надежности разрабатываемого изделия и сопоставить эти характеристики с заданными в техническом задании. Все расчеты надежности РЭА в основном сводятся к определению вероятности безотказной работы
Предварительный расчет надежности (прикидочный) позволяет судить о принципиальной возможности обеспечения требуемой надежности изделия. Этот расчет используется при проверке требований надежности, выдвинутых заказчиком в техническом задании, при сравнительной оценке надежности отдельных вариантов выполнения изделия. При предварительном расчете делается допущение, что все элементы схемы равнонадежны, так как принципиальные схемы на изделие и его составные части еще окончательно не разработаны. Соединение элементов с точки зрения надежности таково, что выход из строя одного элемента приводит к отказу всего изделия (последовательное включение элементом по надежности, при этом не следует путать с электрическим соединением). Интенсивности отказов элементов берутся для периода нормальной работы, т.е.
где
Ориентировочный расчет надежности производится тогда, когда на изделие и его составные части разработаны схемы электрические принципиальные. При ориентировочном расчете учитывается влияние на надежность изделия количества и типов применяемых в схеме элементов. При расчете делаются следующие допущения: все элементы схемы работают в нормальных режимах, предусмотренных техническими условиями на эти элементы; все элементы изделия работают одновременно; интенсивности отказов элементов берутся для периода нормальной работы, т.е.
Таблица 6.5 – Интенсивность отказов элементов РЭА
Интенсивность отказа РЭА определяется выражением
где
Ориентировочный расчет надежности позволяет определить рациональный состав элементов в изделии и наметить пути повышения надежности. Окончательный расчет надежности проводится на этапе технического проектирования и учитывает влияние на характеристики надежности режимов работы элементов в схеме и конкретные условия эксплуатации изделия. В общем случае интенсивности отказов элементов зависят от электрического режима работы элементов в схеме, температуры окружающей среды (особенно для полупроводников приборов, составляющих значительную долю РЭА), механических воздействий в виде перегрузок, вибраций и ударов, влажности воздуха, давлении, радиации и ряда других факторов. Электрический режим работы учитывают с помощью коэффициента нагрузки
где
Например, для резистора типа МЛТ–0,25–1К±5% номинальная мощность
где
Если через резистор протекает различный ток или на нем падает различное напряжение, то в расчетах часто выбирают максимальное значения тока или напряжения, что значительно облегчает расчет схемы, а фактические показатели надежности будут выше, чем расчетное значение. Для емкостей коэффициент нагрузки будет определяться соотношением фактического напряжения и номинального, задаваемого при выборе конденсатора. Например, конденсатор К50-3-200мкф-25В, установленный в схему с напряжением 15В, имеет фактическое напряжение
Соответственно для катушек индуктивности (
где
где
Для выпрямительных диодов коэффициент нагрузки может быть определен выражением
где
Для транзисторов коэффициент нагрузки определяют выражением
где
Для интегральных микросхем, имеющих номинальное напряжение питания (например, 5 В), коэффициент нагрузки определяется нагрузкой на выходе микросхемы, т.е. током в выходной цепи микросхемы, по формуле
где
Если микросхема имеет несколько выходов, то определяют коэффициенты нагрузки по каждому выходу. В расчетах для микросхемы могут брать усредненное значение коэффициентов нагрузки либо наибольшее значение из всех коэффициентов нагрузки. При этом коэффициент нагрузки на микросхему не должен быть больше 1. Для разъемов коэффициент нагрузки определяют как отношение фактического тока через контакт к максимально допустимому току для контакта данного разъема (справочные данные на разъем). При окончательном расчете показателей надежности важным условием является знание зависимости интенсивности отказов элементов от воздействия внешних факторов. Наиболее существенными внешними факторами являются температура окружающей среды, механические нагрузки, влажность и атмосферное давление. Влияние на величину интенсивности отказов каждого из перечисленных факторов учитывается с помощью поправочных коэффициентов Поправочные коэффициенты
где Температура является одним из дестабилизирующих факторов для полупроводниковых элементов. На рис. 6.6 приведена типовая зависимость поправочного коэффициента
Значение интенсивности отказа элемента с учетом коэффициента нагрузки и температуры определяется выражением
где
Рисунок 6.6 – Типовая зависимость
При обеспечении температурных режимов для элементов РЭА (особенно для полупроводников) в пределах до 50°С (установка радиаторов, обдув, охлаждение) и невысоких нагрузках ( При проведении расчетов определяют численное значение интенсивностей отказов элементов РЭА, из которых выявляются элементы с наибольшей интенсивностью отказов. Эти элементы в основном и определяют интенсивность отказа РЭА в целом. Для повышения расчетных показателей надежности РЭА (уменьшение параметрических отказов) используются следующие методы: – минимизация количества элементов схемы; – выбор элементной базы с меньшей интенсивностью отказов – выбор щадящих режимов работы (уменьшение – резервирование. Резервирование – это метод повышения надежности путем введения запасных (резервных) элементов, являющихся избыточными по отношению к функциональной структуре РЭА, необходимой для выполнения заданных функций. При резервировании отказ наступает тогда, когда выйдут из строя основной и резервные элементы. Очевидно, что интенсивности отказа основного и резервного элемента должны быть одинаковы. Не имеет смысла резервировать надежный элемент не надежным, так как стоимость РЭА возрастает, а эффект такого резервирования оказывается низким. Точно также нет смысла ненадежный элемент резервировать надежным, так как целесообразней установить сразу надежный элемент. Поэтому, как правило, основной и резервный элемент имеют одинаковую интенсивность отказа. Под кратностью резервирования Наиболее распространенными способами резервирования являются резервирование нагруженными и ненагруженными линиями (элементами). При нагруженном резервировании и основной и резервные элементы находятся в роботе. Для экспоненциального закона распределения вероятности (
где
Например, для
При резервировании ненагруженными линиями (элементами) или замещением резервный элемент включается после выхода из строя основного элемента. Предполагается, что вероятность безотказной работы переключателей намного выше, чем у элементов схемы и близка к единице. Для такого случая
где Например, при резервировании ненагруженными элементами с
что выше, чем при резервировании нагруженными элементами. Выше были рассмотрены метолы повышения надежности параметрических отказов РЭА. Для повышения надежности от внезапных отказов, большинство из которых проявляются на начальной стадии эксплуатации РЭА и вызываются схемными и конструкторскими ошибками, а также отступлениями от технологических процессов изготовления, применяют следующие методы: – входной контроль комплектующих элементов; – выходной контроль изделия; – испытание изделия (на вибростендах, в климатических камерах и т.д.); – техническое обслуживание (после хранения или транспортировки, а для систем пилотируемых КА и при эксплуатации).
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|