Расчет элементов блоков радиоэлектронной аппаратуры

Расчет элементов блоков радиоэлектронной аппаратуры

Содержание

Введение

1. Цели и задачи курсовой работы

. Исходные данные для решения задач

. Определение требуемых уровней критерия безотказности

. Расчет показателей безотказности отдельных блоков комплекта аппаратуры

. Оценка ремонтопригодности устройства

. Расчет периодичности технического обслуживания

. Расчет номенклатуры и количества элементов ЗИП

.1 Расчет номенклатуры ЗИП

.2 Расчет количества элементов в комплекте ЗИП

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Курсовая работа по учебной дисциплине "Эксплуатация АСУ" предназначены для закрепления лекционного материала и привития студентам практических навыков в решении эксплуатационных вопросов.

В качестве объекта исследования выбраны элементы блоков радиоэлектронной аппаратуры, при этом ее модель задана в виде принципиальной электрической схемы. Параметры функционирования блоков, условия окружающей среды, количество обслуживающего персонала и другие исходные данные устанавливаются из анализа эксплуатационно-технической документации на аппаратуру или получаются расчетным путем.

Курсовая работа посвящена количественной оценке отдельных эксплуатационно-технических характеристик (безотказности и ремонтопригодности). Установление количественных соотношений для перечисленных эксплуатационно-технических характеристик позволяет затем осуществить оптимизацию условий функционирования аппаратуры.

При выполнении курсовой работы необходимо осуществить решение ряда частных задач, а именно:

•        определение периодичности технического обслуживания комплекта аппаратуры;

•        определение номенклатуры и количества запасных элементов в одиночном комплекте ЗИП.

Совокупность задач, решаемых в курсовой работе, составляет основу эксплуатационного раздела дипломного проекта.

1. Цели и задачи курсовой работы

безотказность блок аппаратура ремонтопригодность

Курсовая работа по дисциплине выполняется с целью:

·  закрепления лекционного материала по теоретическому разделу учебной дисциплины;

·  привития студентам навыков в решении эксплуатационных вопросов с использованием математического аппарата теории вероятностей, теории надежности;

·  подготовки студентов к выполнению эксплуатационного раздела дипломного проекта;

В процессе выполнения курсовой работы решаются следующие задачи:

·  определение требуемых уровней вероятности безотказной работы для, отдельных блоков и элементов комплекта аппаратуры;

·  расчет основных показателей безотказности блоков радиоэлектронной аппаратуры на десятилетний период эксплуатации;

·  разработка рекомендаций по повышения безотказности блоков;

·  определение среднего времени восстановления;

·  разработка предложений по проведению мероприятий, повышающих ремонтопригодность;

Расчетная часть, курсовой работы так же выполняется с использованием ЭВМ.

Отчетными документами по курсовой работе являются:

- пояснительная записка с исходными данными для своего варианта с решением вышеперечисленных задач объемом 20 -25 листов;

- графики: вероятности безотказной работы как функции от времени эксплуатации исследуемого блока, вероятности восстановления как функции от времени ;

·  рекомендации по повышению безотказности и ремонтопригодности.

2. Исходные данные для решения задач

Исходными данными и материалами для выполнения курсовой работы являются:

принципиальная электрическая схема (Приложение);

статистические данные по параметрам потока отказов (интенсивности отказов) и времени восстановления составных элементов аппаратуры (Таблица 1);

Таблица 1

требуемые значения показателей безотказности (Pтр = 0,98), ремонтопригодности (Ттр = 1,14ч) и среднего ресурса аппаратуры.

исходные данные к курсовой работе (Таблица 2) :

-       коэффициент использования Ки;

-       коэффициент нагрузки Кн отдельных элементов ;

-       коэффициент эксплуатации Кэ;

-       коэффициент отказов Ко;

-       температурный режим работы используемых элементов.

Таблица 2

3. Определение требуемых уровней критерия безотказности

Прежде, чем определять уровни критерия безотказности, необходимо построить структурную схему надёжности.

Так как все элементы применяются без резервирования, структурная схема надежности (ССН) имеет вид последовательного соединения элементов. Количество видов элементов J, используемых в схеме, влияющих на надежность, равно 4. Количество элементов каждого вида указано в таблице 1. Структурная схема надежности приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема надежности

В качестве обобщенного критерия надежности любого изделия выступает вероятность выполнения им постановленной задачи за предусмотренное время:

Рвз (t )=Кг ·Ризд. (t ) (1)

Где: Кг - коэффициент готовности изделия;

Ризд.(t )- вероятность безотказной работы изделия за рассматриваемый промежуток времени t.

Исследования, посвященные определению оптимальных значений критерия безотказности радиоэлектронной аппаратуры, показывают, что диапазон требуемых значений вероятности безотказной работы изделия равен:

Ризд. (t )тр = 0,95 . . . 0,98

Возьмём Ризд. (t )тр = 0,96.

Распределение требуемого значения вероятности безотказной работы изделия между отдельными элементами может быть осуществлено с учетом их значимости по формуле

 (2)

где:

Рi (τ)mp - требуемая вероятность безотказной работы i - го блока изделия;

Кoi =0,21 - коэффициент отказов i - гo блока изделия.

Следовательно:

Распределение требуемых значений вероятности безотказной работы между элементами в блоке осуществляется с учетом их сложности по формуле

 (3)

где: Рj(t)тр - требуемая вероятность безотказной работы элемента j -го типа в i - м блоке;

m j - число элементов j - го типа в i - м блоке;=101 - общее число элементов.

Таким образом:

Результаты определения требуемых вероятностей безотказной работы для блоков и элементов при Ризд.(t )тр = 0,96 представим в таблице 3.

Таблица 3

Полученные в результате расчета величины Рj(t)тр используются в дальнейшем при оценке соответствия показателей безотказности исследуемого блока предъявляемым требованиям, а величины Рj(t)тр - при определении периодичности технического обслуживания и расчета ЗИП.

При проверке правильности расчетов необходимо помнить, что должно соблюдаться условие Рj(t)тр. > Рi(t)тр. > Ризд.тр...Данное условие выполняется.

4. Расчет показателей безотказности отдельных блоков комплекта аппаратуры

Для определения показателей безотказности исследуемого блока необходимо построить структурную схему надежности (ССН) блока с учетом способов соединения элементов. При этом элементы блока рассматриваются как устройства, пропускающие сигнал со входа на выход с вероятностью, равной вероятности безотказной работы отдельного конструктивного элемента. Этот прием позволяет свести расчет вероятности безотказной работы блока к расчету вероятности прохождения условного сигнала со входа на выход ССН. В ССН включаются лишь элементы, необходимые для выполнения заданных основных функций блока; остальные элементы, несущие вспомогательные функции, например, функции контроля или сигнализации, в структурной схеме не показываются.

Структурная схема надежности блока в общем случае представляет собой последовательное соединение элементов.

Расчет показателей безотказности блока производится при следующих допущениях:

·  отказы элементов являются событиями случайными и независимыми;

·  поток отказов является простейшим;

·  все однотипные элементы являются равнонадежными, т.е. независимо от режимов работы и параметров окружающей среды имеют одинаковый параметр потока отказов, равный среднему значению интенсивности отказов.

При определении основных показателей блока при смешанном соединении элементов для любого момента времени необходимо придерживаться следующей методики:

1. На основе анализа принципиальной схемы блока установить число типов элементов J, r и количество элементов каждого типа (mj).

2. Составить таблицу расчета показателей безотказности блока (таблица 4) и занести в нее величины loj; mj; Кн ; t°С в соответствии с вариантом задания и справочными данными по параметру потока отказов (интенсивности отказов) отдельных элементов (см. табл. 1,2).

Таблица 4

. Определить интенсивности отказов элементов блока с учетом режимов работы, для чего по таблицам, отражающим зависимость Кр - от С и Кн для различных типов элементов, определить поправочный коэффициент режима;

Кр = f(Кн , t°С)

и рассчитать рабочую интенсивность отказов элементов

l¢рj = Кр  loj ( 4)

Для элементов блока, таблица учета режимов работы для которых отсутствует, принять Кр = 1. Запишем значения Кр в таблицу 4.

. Определить по справочникам поправочный коэффициент Кэ, учитывающий влияние окружающей среды на безотказность устройства, и величину lpj, определяемую по формуле:

lрj = Кэ  l¢рj (5)

Полученные значения величины lрj запишем в таблицу 4.

. Рассчитать приведенную интенсивность отказов элементов lпрj по формуле:

lnрj = lрj(0,999  Ки + 0,001), где (6)

Ки - коэффициент использования аппаратуры в соответствии с вариантом работы.

Полученные значения величины lпрj запишем в таблицу 4.

6.      Разбить схему блока на группы x с одинаковым соединением элементов (последовательным). Так как все элементы последовательны, то x=1.

7.      Определить вероятность безотказной работы для каждой l-й группы элементов:

Р1(t), Р2(t), . . . Рl (t), . . . Рs(t)

Вероятность безотказной работы для группы с последовательным соединением элементов определяется по формуле

 (7)

где:  - интенсивность одной l - й группы элементов с последовательным соединением

 (8)

здесь  - число элементов j -го типа в l - й группе ( = 1, 2, … ); - число типов элементов в l - й группе ( = 1, 2, ... , ).

С учетом преобразований выражение для расчета вероятности безотказной работы принимает вид

 (9)

Полученные значения покажем в таблице 5.

Таблица 5

. Определить основные показатели безотказности исследуемого блока:

интенсивность отказов

 (12)

где s¢ - количество групп с последовательным соединением элементов(s¢ =1);

s¢¢ - количество групп с параллельным соединением элементов(s¢¢=0);

         среднее время безотказной работы блока

 (13)

         вероятность безотказной работы блока

 (14)

9.      Построим график изменения вероятности безотказной работы блока как функции от времени эксплуатации tэкс = 10 лет (рисунок 2).

Рисунок 2

Из данного графика видно, что вероятность безотказной работы соответствует требуемому значению Pтр = 0,98 примерно в течение 1,5 года.

. На основе анализа интенсивности отказов элементов и вероятности времени безотказной работы блока для повышения безотказности можно рекомендовать на стадии эксплуатации проводить регламентное обслуживание разъёмных соединений, в строго указанные сроки и по заданному плану.        

5. Оценка ремонтопригодности устройства

Под ремонтопригодностью понимают свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причины возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Для количественной оценки ремонтопригодности используются следующие показатели: m - параметр потока восстановлений или интенсивность восстановления; Тв - среднее время восстановления.

В роли обобщенного показателя (критерия) ремонтопригодности объекта используется вероятность восстановления.

Для экспоненциального закона распределения времени восстановления

  (15)

В общем случае затраты времени на восстановление работоспособности объекта слагаются из времени на обнаружение отказа, времени отыскания отказавшего элемента, времени на подготовку ЗИП и замену отказавшего элемента, времени на контроль работоспособности объекта.

Для оценки среднего времени восстановления объекта и других показателей восстанавливаемости используется расчётно-аналоговый метод. При этом используются данные о средних временах восстановления отдельных элементов объектов, близких по назначению, конструкции и режимам эксплуатации к проектируемому объекту.

Среднее время восстановления объекта определяется по правилу вычисления средних значений:

, где (16)

 - среднее время восстановления элемента объекта;

gj- условная вероятность отказа элемента j -го типа. В свою очередь gj равно:

, где (17)

mj - количество элементов j -го типа в объекте;

λпр.j - интенсивность отказов элемента j -го типа;

 - интенсивность отказов i-го объекта.

Таким образом, с учетом выражения для определения ,Тв равно:

 (18)

Методика оценки показателей и критерия ремонтопригодности включает следующие этапы:

Подготовка исходных данных (λпр.j,).
Значения  берутся из (Прил.Табл. 2.). Значения (mj, λпр.j,) получают из расчетов безотказности.

1. Определение условных вероятностей отказов элементов объекта по формуле (17).

2. Определение среднего времени восстановления объекта по формуле (18).

Результаты расчетов параметров ремонтопригодности покажем в таблице 6.

Таблица 6

Вычисление и построение графика вероятности восстановления объекта . Принимая закон распределения времени восстановления экспоненциальным, расчетная формула  может быть приведена к виду:

, где (19)

 - относительная продолжительность восстановления.

Рассчитать вероятность восстановления  за 24 часа с интервалом времени (t) через 1 час и по полученным значениям построить график зависимости  от t.

Наличие Тв позволяет с использованием графика определить значение вероятности восстановления для любого t.

Полученные результаты покажем на рисунке 3.

Рисунок 3

. Необходимо сравнить расчетного значение Тв с допустимым значением Тв доп. Требуемое значение Ттр = 1,14ч, расчётное же Тв=2,965811ч. Таким образом, так как Тв >Тв доп , то необходимо улучшать ремонтопригодность объекта. Необходимо повышать безотказность применяемых элементов, наиболее рационально использовать элементы ЗИП, использование методов более быстрого поиска неисправностей и их устранения, или же замена некоторых элементов более совершенными и эффективными, то есть уменьшать интенсивности отказов элементов().

6. Расчет периодичности технического обслуживания

Периодичность технического обслуживания определим по формуле:

 , где (21)

Рj(τ)mp - требуемая вероятность безотказной работы j-го типа элементов в блоке;

lnp.j - приведённая интенсивность отказов (интенсивность отказов элемента в блоке с учетом его режима работы (кр), режима эксплуатации (кэ) и использования (ки)) .

Полученные по формуле (21) значения записываем в виде таблицы 3

(Тв = Ттоj) и определяем периодичность технического обслуживания, исходя из следующего:

ЕТО - ежедневное техническое обслуживание,

если TTоj < 7 дней;

ЕнТО - еженедельное техническое обслуживание,

если 7 дней < ТТоj <3 месяца;

Т0-1к - ежеквартальное техническое обслуживание,

если 3 месяца < ТT0j < 6 месяцев;

ТО-1п - полугодовое техническое обслуживание, если

месяцев < Ттоj < 1 год;

Т0-1г - годовое техническое обслуживание, если

год < ТТОj < 3 года;

РТО - трехгодовое техническое обслуживание, еслитоj > 3 года.

Полученные значения приведены в таблице 7.

Таблица 7

Таким образом, значения, приведённые в таблице 7, показывают, что элементы последней группы менее надёжные, чем остальные, так как их необходимо проверять раз в полгода, остальные же - раз в три года. И, тем не менее - это достаточно высокие показатели, так как не требуют больших затрат на своё обслуживание.

7. Расчет номенклатуры и количества элементов ЗИП

.1 Расчет номенклатуры ЗИП

Метод используемый для расчёта номенклатуры ЗИП основан на сравнении величины математического ожидания количества заменяемых элементов каждого типа аj за расчётное время эксплуатации аппаратуры ТЭ=10 лет, с заданными минимальными значениями математического ожидания количества замен ЗИП, элементов аjmin = 0,001.

Величину аj сведем в таблицу 8, определив по формуле (22):

 , где (22)

N - общее количество блоков (N=1);- количество элементов j- го типа в блоке;

λпр.j - интенсивность отказов элемента j -го типа;

ТЭ - время эксплуатации (10 лет=87600 часов).

Таблица 8

В номенклатуру ЗИП включаются те элементы, которые удовлетворяют условию αj > αjmin = 0,001, если αj > αj min, то элемент включается в ЗИП-О. В случае, когда αj< αj min , то необходимо определить параметр αг для группы элементов, тогда αг=nαj. Таким образом, элементы включаются в ЗИП-О.

7.2 Расчет количества элементов в комплекте ЗИП

Для получения расчетных соотношений рассматриваем замены по внезапным отказам при следующих допущениях:

- интенсивность отказов типовых элементов замены (ТЭЗов)- (t)=const;

восстановление происходит методом замены;

время замены не учитываются;

параметры ТЭЗа, находящиеся в ЗИП не изменяются.

Количество элементов в комплекте ЗИП зависит от математического ожидания числа замен этих элементов αj за время эксплуатации и от требуемого значения надёжности обеспечения запасными элементами Рjmp.

Учёт всех источников пополнения элементов в комплекте ЗИП осуществляется путём эквивалентного расчетного времени и рассчитывается по формуле:

 (23)

где Spj, Sbj - доли рекламационных и восстановленных элементов j - го типа, oт общего числа отказавших., tb - время удовлетворения рекламаций и время восстановления элементов.

Тзип = 10 лет, время, на которое рассчитан ЗИП.= 0,95; Sb = 0; tpj = 2мес.; tb = 0;

tэ = 0,95  1440(1- 0,95)97600 = 5748;

Для этого случая определяется по формуле:

 (24)

Полученные значения сведём в таблицу 9.

Таблица 9

Определение необходимого числа запасных элементов в комплекте ЗИП-0 осуществляется методом последовательного приближения Рк(t) (суммарной вероятности безотказной работы обеспечения объекта запасными элементами) к Рj(t)mр, по известным значениям аj и Рj(t)тр.. Рк(t) вычисляется по формуле:

, где (25)

k - текущие значения числа запасных элементов;

Критерием для определения количества запасных элементов в ЗИП-0 является Рк(t) Рj(t)тр.

Данные расчётов сведём в таблицу 10 и укажем необходимое количество ЗИП для каждого элемента (m).

Таблица 10

Заключение

При выполнении выполнения данной курсовой работы, поставленные нами цели были достигнуты. В качестве объекта исследования были выбраны элементы блоков радиоэлектронной аппаратуры, параметры функционирования которых за тем были вычислены: уровни вероятности безотказной работы (таблица 3), основные показатели безотказности блоков: loj, l′рj, lрj, lnpj (таблица 4) и вероятности безотказной работы на период 10 лет  (таблица 5).

Так же была произведена оценка ремонтопригодности (таблица 6) и ряд частных задач:

)определение периодичности технического обслуживания комплекта аппаратуры - ТО-1п для элементов первой группы и РТО для всех остальных.

)определение номенклатуры и количества запасных элементов в одиночном комплекте ЗИП.

Список литературы

1.       Молчанов В.Б. Руководство для выполнения курсовой работы по дисциплине «Эксплуатация АСБУ»

2.      Конспект лекций

Приложение

Покажем примеры программ расчёта эксплуатационных параметров на языке СИ++.

Распределение требуемого значения вероятности безотказной работы изделия между отдельными элементами можно просчитать следующим образом.

Пусть =c, =a, =b, тогда:

#include <stdio.h>main()

{a,b,c,t1;=0.96;=0.21;=a*b;=1-b+t1;("\n c=%f\n",c);

}

Результат вычисления: с=0,99

Рассчитать приведённую интенсивность отказов элементов lпрj для кремниевых диодов можно следующим образом.

Пусть lрj =a, Ки =b, тогда:

#include <stdio.h>main()

{a,b,c,t1,t2;=0.16;=0.1;=a*b*0.999;=a*0.001;=t1+t2;("\n c=%f\n",c);

}

Результат вычисления: с=0,0161