ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.06.2020
Просмотров: 168
Скачиваний: 2
Наконец, для окончательного расчета надежности необходимо знать не только состав элементов, но и их реальные режимы и условия эксплуатации, т.е. использовать соответствующие поправочные коэффициенты к усредненным справочным значениям интенсивности отказов элементов (см. разд. 2).
3.1. Порядок расчета и основные расчетные соотношения при ориентировочном и окончательном расчетах надежности.
При расчете надежности целесообразно придерживаться определенного порядка.
Элементы сложных систем неравноценны с точки зрения надежности, поэтому приступая к расчету, необходимо четко сформулировать понятие отказа. При расчете надежности учитываются лишь те элементы, отказ которых приводит к отказу всей системы. При составлении схемы расчета необходимо стремиться к тому, чтобы ее элементами были конструктивно оформленные блоки.
Если отдельные части системы или элементы, входящие в блоки, работают неодновременно, их целесообразно объединять в группы по времени их работы и образовывать из данных групп соответствующие элементы расчета. При этом считается, что интенсивность отказов выключенных элементов равна нулю, а старение элементов в указанном режиме отсутствует.
Ориентировочный расчет надежности удобно выполнять, сводя исходные данные в таблицу (таблица 3.1). Здесь Li - интенсивность отказов элементов i-го вида, а Ni - число элементов i-го типа в блоке, Lб1 и Lб2 - суммарные интенсивности отказов первого и второго блоков.
Для определения значений интенсивности отказов элементов необходимо пользоваться справочными данными.
Таблица 3.1
-----T--------------T-----T-------------------------¬
¦ ¦ ¦ ¦ Блоки ¦
¦ ¦ ¦ Li +------------T------------+
¦ No ¦ Тип элемента ¦ ¦ 1 ¦ 2 ¦
¦ ¦ ¦ 1/ч +----T-------+----T-------+
¦ ¦ ¦ ¦ Ni ¦ Ni*Li ¦ Ni ¦ Ni*Li ¦
+----+--------------+-----+----+-------+----+-------+
¦ 1 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ 2 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦... ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ X ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L----+--------------+-----+----+-------+----+-------+
¦Lб1= ¦Lб2= ¦
¦ Sum(Ni*Li)¦ Sum(Ni*Li)¦
L------------+-------------
Количественные характеристики надежности блоков вычисляются на основании данных таблицы 3.1. по формулам:
Lб = SUM( Ni * Li ) (3.1)
i=1-r
где Lб - интенсивность отказов блока;
_
Tб = 1 / Lб (3.2)
_
где Tб - средняя наработка до отказа;
Pб(t) = exp( - Lб * t) (3.3)
где Pб(t) - вероятность безотказной работы блока
Строятся зависимости Pб(t) и проводится сравнение блоков по надежности (рис. 3.1).
Количественные характеристики надежности устройства, состоящего из M элементов расчета (блоков), при их одновременной работе определяются по аналогичным формулам, но в качестве величин Ni и Li в первую формулу (3.1) подставляют числа Ni=1 и интенсивности отказов Lбi каждого из блоков. Подставив полученную величину Lу в формулы (3.2) и (3.3), получают требуемые показатели надежности для устройства в целом.
При неодновременной работе блоков устройства, состоящего из M блоков, его интенсивность отказов Lу является функцией времени. В этом случае для расчета показателей надежности используют формулы:
Pу(t) = exp{ -t * SUM( Lбi * SUM[ 1(t - t'ij) - ( t - t"ij)]}
1..M 1..Ji
oo
_ -
Tу = ¦ Pу(t) dt
-
o
где Lбi - интенсивность отказов i-го блока;
t'ij - момент j-го включения i-го блока;
t"ij - момент j-го выключения i-го блока;
Ji - общее количество включений блока за время работы;
1(*) - единичная ступенчатая функция.
Величины Pу(t) и Tу определяют соответственно вероятность безотказной работы и среднее время наработки устройства до отказа. Значение суммы, стоящей в показателе экспоненты, соответствует величине интенсивности отказов устройства Lу(t).
4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
Для проведения расчетов надежности следует воспользоваться программой RTN, обеспечивающей исследование надежности конструируемого блока при внезапных отказах для разнообразных эксплуатационных условий.
Порядок работы:
1. Запустить программу RTN.EXE.
Основное рабочее окно разделено на три части: "Элементная база проекта", "Окружающая среда" и "Время". Переключение между ними осуществляется клавишей "Tab".
2. Указать элементную базу проекта.
В разделе "Элементная база проекта" представлена база компонентов РЭА. Просматривая ее с помощью клавиш "PgUp"(вверх), "PgDn"(вниз), необходимо выбрать все элементы, используемые в проекте и указать их количество в соответствующей графе. В этом же разделе отображается интенсивность отказов элемента при нормальных условиях (справочная величина), вводом с клавиатуры или по графику, вызываемому нажатием клавиши "F3", устанавливаются коэффициент нагрузки и коэффициент влияния теплового режима.
3. Указать условия эксплуатации.
В разделе "Окружающая среда" находится список поправочных коэффициентов для различных условий эксплуатации. Просматривая его с помощью клавиш "PgUp"(вверх), "PgDn"(вниз), необходимо указать условия, в которых планируется эксплуатировать создаваемое устройство.
4. Указать период для расчета вероятности безотказной
работы.
В разделе "Время" можно указать период (в часах), для которого необходимо определить вероятности безотказной работы.
5. Произвести ориентировочный расчет надежности.
Нажатие клавиши "F10" передает управление в главное меню программы (верхняя строка). Выбор пункта меню осуществляется клавишами управления курсором. Необходимо выбрать пункт "Расчет" и в нем "Ориентировочный расчет" нажатием клавиши "Enter".
6. Произвести окончательный расчет надежности.
Находясь в главном меню, необходимо выбрать пункт "Расчет" и в нем "Окончательный расчет" нажатием клавиши "Enter".
7. Зафиксировать результаты вычислений.
В главном меню выбрать пункты "Отчет" и "Отчет в файл". В ответ на приглашение ввести имя файла, в котором будет сохранен текстовый отчет о вычислениях. Для просмотра отчета на экране укажите "Отчет" и "Отчет на экран".
Пример:
Исходные данные: схема электрическая принципиальная (Рис.4.1.) и перечень элементов.
Результаты расчетов приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Результаты ориентировочного расчета надежности.
----T--------------------------------------T-----T----T-------¬
¦ No¦ Тип элемента ¦ Li ¦ Ni ¦ Ni*Li ¦
¦ ¦ ¦ 1/ч ¦ ¦ 1/ч ¦
+---+--------------------------------------+-----+----+-------+
¦ 1 ¦Диоды кремниевые ¦.100 ¦ 3 ¦ .30 ¦
¦ 2 ¦Конденсаторы электролит.алюмин.фольга ¦.300 ¦ 2 ¦ .60 ¦
¦ 3 ¦Микросхемы интегральные кремн.цифр. ¦.500 ¦ 1 ¦ .05 ¦
¦ 4 ¦Платы печатные ¦.100 ¦ 1 ¦ .10 ¦
¦ 5 ¦Резисторы переменные композиционные ¦.200 ¦ 2 ¦ .40 ¦
¦ 6 ¦Резисторы постоянные композиционные ¦.005 ¦ 9 ¦ .05 ¦
¦ 7 ¦Соединения электрические паяные ¦.001 ¦ 70 ¦ .07 ¦
¦ 8 ¦Транзисторы кремниевые ¦.150 ¦ 2 ¦ .30 ¦
L---+--------------------------------------+----------+--------
Li = Li * 10e-5
Интенсивность отказа блока 1.87e-5 1/ч
Средняя наработка до отказа 53619.30 ч
Вероятность безотказной работы до 10000 ч 83 %
Окончательный расчет
--------------------
Kн - коэффициент нагрузки
t`, `С - температурный режим элементов
ac = 1.5 - поправочный коэффициент
(портативное оборудование для полевых условий)
Результаты окончательного расчета надежности.
Таблица 4.2
----T----T----T----------T-------¬
¦ No¦ Kн ¦ t` ¦ ai(Kн,t`)¦ ai*Li ¦
¦ ¦ ¦ 'C ¦ ¦ 1/ч ¦
+---+----+----+----------+-------+
¦ 1 ¦ .9 ¦ 30 ¦ 1.050 ¦ .47 ¦
¦ 2 ¦ .5 ¦ 20 ¦ 0.140 ¦ .13 ¦
¦ 3 ¦ .6 ¦ 30 ¦ 0.747 ¦ .06 ¦
¦ 4 ¦ -- ¦ 20 ¦ 1.000 ¦ .15 ¦
¦ 5 ¦ .4 ¦ 30 ¦ 0.373 ¦ .22 ¦
¦ 6 ¦ .4 ¦ 40 ¦ 0.513 ¦ .03 ¦
¦ 7 ¦ -- ¦ 30 ¦ 1.000 ¦ .11 ¦
¦ 8 ¦ .6 ¦ 40 ¦ 1.260 ¦ .57 ¦
L---+----+----+----------+--------
Li = Li * 10e-5
Интенсивность отказа блока 1.74e-5 1/ч
Средняя наработка до отказа 57631.91 ч
Вероятность безотказной работы до 10000 ч 84 %
Вероятность безотказной работы блока в зависимости от времени для ориентировочного и окончательного расчетов представлена на рис 4.2.
---------------------------------------------
Приведенная методика может быть использована и для расчетов без использования компьютерной программы. Для этого необходимо воспользоваться приведенными в Приложении таблицами, содержащими интенсивности отказов типовых радиоэлементов и поправочные коэффициенты влияния окружающей среды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Райншке К. Модели надежности и чувствительности систем. Пер. с англ., М.: Мир, 1979
2. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. Пер с англ., М.: Мир, 1980.
3. Микроэлектроника: Учеб. пособие для втузов. / Под ред. Л.А.Коледова. Кн. 5. И.Я.Козырь. Качество и надежность интегральных микросхем. - М.:Высш. шк., 1987.
4. Инженерные методы исследования надежности радиоэлектронных систем. Пер. с англ., / Под ред. Половко А.М. и Варжапетяна А.Г., М.:Советское радио, 1968.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ
И СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ НИМИ 5
2. НАДЕЖНОСТЬ ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЭА 8
3. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭА 13
4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА 17
Литература 23
Приложение 24
Рис.2.1. Значения поправочного коэффициента для резисторов с учетом коэффициента нагрузки и теплового режима.
Рис.2.2. Значения поправочного коэффициента для моточных изделий с учетом коэффициента нагрузки и теплового режима.
Рис.2.3. Значения поправочного коэффициента для конденсаторов с учетом коэффициента нагрузки и теплового режима.
Рис.2.4. Значения поправочного коэффициента для конденсаторов с учетом коэффициента нагрузки и теплового режима.
Рис.2.5. Значения поправочного коэффициента для транзисторов с учетом коэффициента нагрузки и теплового режима.
Рис.2.6. Значения поправочного коэффициента для диодов с учетом коэффициента нагрузки и теплового режима.
Рис.3.1. Вероятность безотказной работы блока.
Рис.4.1. Схема принципиальная электрическая автоматического зарядного устройства.
Рис. 4.2. Вероятность безотказной работы блока (результаты расчета)
Var 1 - ориентировочный расчет
Var 2 - окончательный расчет
Приложение 1. Таблицы для расчетов.
Таблица П.1. Интенсивности отказов элементов РЭК.
¦ Элементы РЭА ¦ Li ¦
+-----------------------------------------------------+------+
¦Выключатели вращающиеся (каждый контакт) ¦0.0100¦
¦Выключатели кнопочные (каждый контакт) ¦0.0200¦
¦Выключатели микровыключатели (на контактную пару) ¦0.0100¦
¦Диоды германиевые ¦0.1500¦
¦Диоды кремниевые ¦0.1000¦
¦Дросели низкочастотные ¦0.3000¦
¦Дроссели высокочастотные ¦0.2000¦
¦Изоляторы ¦0.0200¦
¦Искатели шаговые ¦1.0000¦
¦Катушки индуктивности ¦0.2000¦
¦Кварцевые резонаторы ¦0.0500¦
¦Конденсаторы переменной емкости воздушные ¦0.0050¦
¦Конденсаторы переменной емкости керамические ¦0.0500¦
¦Конденсаторы переменной емкости плунжерные ¦0.0010¦
¦Конденсаторы постоянной емкости бумажные ¦0.1000¦
¦Конденсаторы постоянной емкости керамические ¦0.0200¦
¦Конденсаторы постоянной емкости металлобумажные ¦0.0500¦
¦Конденсаторы постоянной емкости слюдяные ¦0.0300¦
¦Конденсаторы постоянной емкости стеклянные ¦0.0300¦
¦Конденсаторы электролитические алюминиевая фольга ¦0.3000¦
¦Конденсаторы электролитические танталовая фольга ¦0.1000¦
¦Конденсаторы электролитические танталовые жидкости ¦0.0200¦
¦Конденсаторы электролитические танталовые твердые ¦0.0400¦
¦Лампы индикаторные накаливания ¦0.1000¦
¦Лампы индикаторные неоновые ¦0.0200¦
¦Лампы электронные выпрямители ¦2.0000¦
¦Лампы электронные гептоды ¦2.5000¦
¦Лампы электронные двойные диоды ¦1.5000¦
¦Лампы электронные двойные триоды ¦2.4000¦
¦Лампы электронные диоды ¦1.0000¦
¦Лампы электронные пентоды ¦2.2000¦
¦Лампы электронные стабилитроны ¦1.3000¦
¦Лампы электронные тетроды ¦2.0000¦
¦Лампы электронные тиратроны ¦3.0000¦
¦Лампы электронные триоды ¦1.8000¦
¦Лампы электронные электронно-лучевые трубки ¦5.0000¦
¦Линии задержки ¦0.8000¦
¦Микросхемы интегральные кремниевые аналоговые ¦0.0600¦
¦Микросхемы интегральные кремниевые цифровые ¦0.0500¦
¦Панели ламповые (на штырь) ¦0.0100¦
¦Платы печатные ¦0.1000¦
¦Предохранители плавкие ¦0.0200¦
¦Приборы стрелочные электроизмерительные ¦2.0000¦
¦Провода монтажные (на 1 погонный метр) ¦0.0001¦
¦Резисторы переменные композиционные ¦0.2000¦
¦Резисторы переменные проволочные общего назначения ¦0.3000¦
¦Резисторы переменные проволочные прецизионные ¦0.6000¦
¦Резисторы переменные терморезисторы ¦0.4000¦
¦Резисторы постоянные композиционные ¦0.0050¦
¦Резисторы постоянные металлизированые пленочные ¦0.0500¦
¦Резисторы постоянные оксидированные пленочные ¦0.0020¦
¦Резисторы постоянные проволочные общего назначения ¦0.0500¦
¦Резисторы постоянные проволочные прецизионные ¦0.0100¦
¦Резисторы постоянные проволочные силовые ¦0.2000¦
¦Резисторы постоянные угольные пленочные ¦0.1000¦
¦Реле тепловые ¦0.5000¦
¦Реле электромагнитные герметизированные (на к.пару) ¦0.0050¦
¦Реле электромагнитные герметизированные (обмотка) ¦0.0100¦
¦Реле электромагнитные негерметизированные (на к.пару)¦0.0500¦
¦Реле электромагнитные негерметизированные (обмотка) ¦0.1000¦
¦Соединения механические винтовые ¦0.0200¦
¦Соединения механические заклепочные ¦0.0100¦
¦Соединения электрические крученые ¦0.0001¦
¦Соединения электрические обжимные ¦0.0020¦
L-----------------------------------------------------+-------