 |
Определение показателей безотказности
|
|
|
|
Введение
Конструкторско-технологическое проектирование является важнейшей составной частью создания радиоэлектронных устройств (РЭУ). От успешного выполнения этого этапа во многом зависят качественные показатели РЭУ.
Разработка конструкций и технологии РЭУ в определённой степени являются творческими процессами. Удачность этих процессов во многом зависит от потенциальных дарований, опыта и интуиции инженера.
Проектирование РЭУ - многоэтапный процесс создания совокупности документов (расчётов, чертежей и др.), необходимых для изготовления новой высококачественной продукции.
Качество - это совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности. В условиях рыночных отношений высокое качество продукции это средство повышение дохода предприятия, а также расширение рынка сбыта продукции, спрос на которую, может значительно возрасти из-за улучшения ее качества.
Улучшение качества РЭС представляет собой процесс непрерывного повышения технического уровня продукции, качества ее изготовления, а также совершенствование элементов производства и системы качества в целом.
Одним из важных показателей качества РЭС является надежность.
Этот показатель рассматривается в рамках теории надежности, которая устанавливает закономерности отказов изделий, обуславливает их появление, определяет методы расчета надежности, способы ее повышения.
Расчет надежности, обеспечение безотказности РЭС в течение некоторого времени, а также долговечность и восстанавливаемость аппаратуры является важным критерием в процессе проектирования РЭА.
|
|
|
В реальных расчётах электрических схем не всегда удаётся обеспечить требуемую надёжность, в этом случае необходимо искать оптимальные методы, повышающие надёжность с учётом экономической целесообразности.
В настоящее время проблема надёжности РЭУ заметно обострилась. Объясняется это следующим:
1. РЭУ заметно усложнились в схемотехническом отношении.
2. Ужесточились условия, в которых эксплуатируется современная радиоэлектронная аппаратура. Они часто характеризуются большим перепадом температур, высокими или низкими давлениями, наличием механических воздействий и т.д.
3. Повысились требования к точности функционирования РЭУ.
4. Повысилась «цена» отказа РЭУ: он может привести к серьёзным техническим и экономическим потерям.
5. В ряде случаев человек-оператор не имеет непосредственного контакта с РЭУ (электронные датчики контроля хода).
Цель данной курсовой работы – оценка показателей безотказности РЭУ при наличии резервирования замещением.
Резервирование – это введение в структуру устройства дополнительного числа элементов, цепей. При резервировании замещением основной элемент отключают, в случае отказа, и вместо него подключают резервный.
Кроме этого способа есть еще два – постоянное резервирование и скользящее резервирование. При постоянном резервировании резервные элементы постоянно подключены к основным и находятся с ними в одном электрическом режиме. Скользящее резервирование выполняется замещением резервируемого элемента на резервный, в данном случае резервный элемент должен быть однотипный основному.
Оценку показателей безотказности будем проводить на примере схемы электрической принципиальной и исходных данных к ней.
1. УТОЧНЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
К выданной принципиальной схеме необходимо произвести уточнение параметров некоторых элементов, а именно, диодов, транзисторов и микросхем.
|
|
|
Диоды:
Диодный мост VD1 – VD4 – КЦ40А
Габариты
Параметры
VD5, VD6, VD8, VD9, VD11 – КД522Б
Габариты
Параметры
Стабилитроны:
КС182А
Габариты
Параметры
Светодиоды
HL1 – АЛ307А
Габариты
Параметры
Транзисторы:
VT2, VT4 – VT6 – КТ315Б
Габариты
Параметры
VT1 – КП901А
Габариты
Параметры
VT3 – КП303Г
Габариты
Параметры
Микросхемы
DA3 – К174УН14
Внешний вид
Параметры
DA1, DA2 – К174ПС4
Внешний вид корпуса
Параметры
Далее необходимо выбрать резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и трансформаторы.
В качестве резисторов используем резисторы марки С1-4 мощностью 0,125Вт, для подстроечных используем марку СП3-16.
В качестве конденсаторов используем электролитические марки К50-6, также используем керамические марки КМ-5, К53-1 и К73-11.
Среди элементов, содержащих намотки выбираем подстроечные катушки индуктивности с сердечниками и обыкновенные катушки с сердечниками и трансформаторы с одним сердечником с двумя намотками фирмы HAHN марки HTR206-2 мощностью 0,5Вт.
Внешний вид трансформаторов
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЛУЧАЙНОГО ВРЕМЕНИ ДО ОТКАЗА И ХАРАКТЕР ОТКАЗА ЭЛЕМЕНТОВ
Под отказом понимают полную или частичную потерю блоком работоспособности вследствие ухода одного или нескольких параметров блока за пределы установленных норм, и по своей физической основе отказ является случайным событием.
По характеру отказы делят на:
§ Внезапный или мгновенный — отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значения одного или нескольких параметров функционального блока РЭУ;
§ Постепенный (параметрический) — отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров блока.
Чёткой границы между внезапным и постепенным отказом не выделяют.
В данном курсовом проекте будем учитывать внезапный характер отказа элементов. Это связано с тем, что внезапный отказ функционального блока РЭУ проще отследить (полный выход блока из строя), а постепенный отказ может явно не проявляться в течение длительного времени.
Для определения среднего времени до отказа предварительно рассчитаем интенсивность отказов элементов.
|
|
|
Определим наработку на отказ по следующей формуле
[1,стр.162]
Для определения интенсивности отказов элементов используем следующую формулу:
, [1,стр.156]
где
- номинальная интенсивность отказов;
- поправочные коэффициенты, учитывающие воздействия механических факторов;
- поправочный коэффициент, учитывающий воздействия влажности и температуры;
- поправочный коэффициент, учитывающий давление воздуха;
- поправочный коэффициент, учитывающий температуру поверхности элемента и коэффициент электрической нагрузки.
Коэффициенты электрических нагрузок будем вычислять по формулам
[1,стр.154]:
для резисторов
для конденсаторов
транзисторов биполярных
для диодов импульсных и стабилитронов
для микросхем
- узнаем по номограммам [1,стр. 312-315],
коэффициенты 
- возьмём из таблиц [1,стр. 311],
- из таблицы [1,стр. 307-310].
В данном случае все коэффициенты 
равны единице.
Данную схему реализовали в программе Electronics Workbench, в которой был произведён расчет необходимых параметров элементов, через которые рассчитали коэффициенты электрической нагрузки элементов. Результаты представили в виде таблицы.
Таким образом, получили 15 групп элементов, также отдельные группы составили гнезда и клеммы и печатная плата.
Составим для полученных групп таблицу значений , 
и 
Итак, произведя ряд расчетов, определили, что интенсивность отказов элементов равна:
,
а наработка на отказ составляет
Таблица 1 – Коэффициенты электрической нагрузки элементов
| Группа элементов | Кол-во элементов в группе
| Интенсивность отказов для элементов j-ой группы
| Коэффициент
электрической нагрузки
| Макс. Рабочая температура
| |
| 1 | R1, R3 – R5, R7 – R32 | 30 | 0,05 | 0,1 | 80 |
| 2 | R2, R6, R33 | 3 | 0,5 | 0,1 | 85 |
| 3 | C1-C3, C28, C38-C40, C44, C53 | 9 | 0,55 | 0,56 | 80 |
| 4 | C4-C27, C29-C37, C41-C44, C45-C52, C54, C55 | 46 | 0,05 | 0,1 | 120 |
| 5 | L1, L2, L4, L8 | 4 | 0,3 | 0,1 | 85 |
| 6 | L3, L5-L7, L9 | 5 | 0,2 | 0,1 | 80 |
| 7 | T1 | 1 | 0,9 | 1,5 | |
| 8 | T2, T3 | 2 | 0,13 | 0,5 | |
| 9 | VD1 – VD4 | 1 | 1,1 | 1,5 | 85 |
| 10 | VD5, VD6, VD8, VD9, VD11 | 5 | 0,5 | 0,1 | 85 |
| 11 | VD7, VD10 | 2 | 0,9 | 0,93 | 125 |
| 12 | HL1 | 1 | 0,7 | 2,2 | 70 |
| 13 | VT1 | 1 | 0,45 | 0,125 | 100 |
| 14 | VT2, VT4-VT6, | 4 | 0,4 | 0,1 | 100 |
| 15 | VT3 | 1 | 0,3 | 0,6 | 85 |
| 16 | DA1, DA2 | 2 | 0,55 | 0,9 | 80 |
| 17 | DA3 | 1 | 0,55 | 0,2 | 80 |
| 18 | Гнезда, клеммы | 4 | 0,7 | — | — |
| 19 | Плата печатная | 1 | 0,2 | — | — |
|
|
|
Таблица 2 – Расчет интенсивности отказов элементов
| №гр. | Произведение поправочных коэффициентов 
| Значение
| Значение
|
| 1 | 0,8 | 0,04 | 1,2 |
| 2 | 0,1 | 0,05 | 0,15 |
| 3 | 5 | 2,75 | 24,75 |
| 4 | 0,1 | 0,005 | 0,23 |
| 5 | 1 | 0,3 | 1,2 |
| 6 | 1 | 0,2 | 1 |
| 7 | 0,5 | 0,45 | 0,45 |
| 8 | 0,5 | 0,065 | 0,13 |
| 9 | 3 | 3,3 | 3,3 |
| 10 | 1,5 | 0,75 | 3,75 |
| 11 | 2,5 | 2,25 | 4,5 |
| 12 | 2 | 1,4 | 1,4 |
| 13 | 0,2 | 0,09 | 0,09 |
| 14 | 1 | 0,4 | 1,6 |
| 15 | 2,5 | 0,75 | 0,75 |
| 16 | 5 | 2,75 | 5,5 |
| 17 | 2,5 | 1,375 | 1,375 |
| 18 | 3 | 2,1 | 8,4 |
| 19 | 1 | 0,2 | 0,2 |
| ∑ | -- | 59,975 |
Определение показателей безотказности
В данном пункте необходимо рассчитать следующие показатели:
· вероятность безотказной работы за заданное время;
· гамма-процентную наработку до отказа;
· среднее время восстановления;
· вероятность восстановления устройства за заданное время.
Под гамма-процентной наработкой до отказа понимают наработку, в течение которой отказ в изделии не возникает с вероятностью γ, выраженной в процентах, т.е. это есть такая минимальная наработка до отказа, которую будут иметь гамма процентов изделий данного вида.
Для расчета показателей восстанавливаемости приведем следующую таблицу
Таблица 3 – Расчет интенсивности отказов элементов с учетом среднего времени восстановления одного элемента
| №гр. | Кол-во
эл-тов
| Значение
| Значение
| Значение
|
| 1 | 30 | 0,5 | 0,04 | 0,6 |
| 2 | 3 | 1,2 | 0,05 | 0,18 |
| 3 | 9 | 0,55 | 2,75 | 13,6125 |
| 4 | 46 | 1,1 | 0,005 | 0,253 |
| 5 | 4 | 1,3 | 0,3 | 1,56 |
| 6 | 5 | 1,4 | 0,2 | 1,4 |
| 7 | 1 | 2,2 | 0,45 | 0,99 |
| 8 | 2 | 2,2 | 0,065 | 0,286 |
| 9 | 1 | 0,3 | 3,3 | 0,99 |
| 10 | 5 | 0,6 | 0,75 | 2,25 |
| 11 | 2 | 0,4 | 2,25 | 1,8 |
| 12 | 1 | 0,2 | 1,4 | 0,28 |
| 13 | 1 | 0,7 | 0,09 | 0,063 |
| 14 | 4 | 0,8 | 0,4 | 1,28 |
| 15 | 1 | 0,8 | 0,75 | 0,6 |
| 16 | 2 | 1,2 | 2,75 | 6,6 |
| 17 | 1 | 1,2 | 1,375 | 1,65 |
| 18 | 4 | 0,8 | 2,1 | 6,72 |
| 19 | 1 | 3,0 | 0,2 | 0,6 |
| ∑ | -- | -- | -- | 41,71 |
Значение представляет собой среднее время восстановления одного элемента и выбирается из таблицы [1, стр.316].
Определим вероятность безотказной работы за заданное время, указанное в исходных данных к проекту.
Расчёт произведём по формуле:
[1,стр.162],
получаем:
Гамма-процентную наработку до отказа при условии, что 
, рассчитаем, пользуясь следующей формулой:
[1,стр.162].
В результате получаем, что
Подсчитаем среднее время восстановления:
[1,стр.171],
где значение 
выбираем из таблицы 3 данного пункта, а значение 
- из таблицы 2 предыдущего пункта расчетов,
- среднее время восстановления одного элемента,
k – количество групп однотипных элементов.
|
|
|
Произведя расчет, получаем следующее значение для времени восстановления:
Рассчитаем вероятность восстановления устройства 
за заданное время, которое условно примем равным 2 часа, т.е.
.
[1,стр.172].
В результате вычислений получаем
Итак, произведя все необходимые расчеты и вычисления, согласно заданию определили требуемые показатели безотказности, значения которых для наглядности представили в виде таблицы:
Таблица 4 – Итоги расчетов
| Показатели | Обозначение | Результат |
| Интенсивность отказов РЭУ | 
| 
|
| Наработка на отказ | 
| 
|
| Вероятность безотказной работы за заданное время | 
| 
|
| Гамма-процентная наработка до отказа | 
| 
|
| Среднее время востановления | 
| 
|
| Вероятность восстановления за заданное время | 
| 0,94 |
|
|
|
12 |
