Расчет надежности радиоэлектронных средств
Задание на курсовую работу
Произвести расчет на надежность заданного устройства, обеспечив P(t)=0.99 за t=2400
ч. Найти t2 при P(t2)=0991.
Рассчитать ЗИП при Pраб(T)=0,95 за T= 5 лет. Аппаратура наземная.
Аннотация
В данной работе рассмотрен расчет на надежность схемы усилителя.
Устройство по условиям технического задания относится к наземной аппаратуре.
Расчет на надежность состоит из средне-групповой интенсивности отказов,
окончательного расчетов и расчета резервированного устройства. Для длительной эксплуатации
РЭС, рассчитан комплект ЗИП, обеспечивающий заданную работоспособность в
течение 5 лет.
Содержание
Введение
. Расчет на надежность
. Расчет надежности по средне-групповым интенсивностям
отказов
. Окончательный расчет на надежность
. Резервирование
. Расчет запасных элементов
Выводы
Список литературы
Введение
Надежность РЭС является одним из свойств, определяющих качество объектов,
наряду с такими свойствами, как тактико-технические характеристики,
экономические и весогабаритные показатели, дизайн и т.д. Именно надежность
«работает» непрерывно после выпуска изделия в эксплуатацию и определяет как
долго и каких условиях будут поддерживаться достигнутые ранее (при
конструировании и производстве) другие свойства качества объекта. Надежность является
комплексным свойством и характеризуется безотказностью долговечностью
ремонтопригодностью и сохраняемостью объектов. Однако безотказность - есть
основное свойство надежности, так как именно она наиболее полно характеризует
надежность объекта и является моделью для рассмотрения двух других свойств
надежности-долговечности и сохранности.
Надежность РЭА можно повысить в процессе эксплуатации следующими
способами:
1. Применение наиболее надежных и перспективных элементов
2. снижение уровня электрической нагрузки элементов, рациональным
выбором номинальных значений, их точности.
. Защитой элементов и все конструкции от воздействия окружающей
среды
. Резервированием
. Контролем качества проектирования и производства,
прогнозирование отказов с последующим профилактическим воздействием.
электрический сеть резервирование
1. Расчет на надежность
На РЭА одновременно воздействуют как внешние так и внутренние факторы.
Отказы подразделяются на внезапные и постепенные. Соответственно вероятность
безотказной работы всей системы считается по формуле:
Pc(t)=PВ(t)*Pn(t),
где: PВ(t) - вероятность безотказной работы РЭС по отношению к
внезапным отказам в течение времени t;
Pn(t) - вероятность безотказной работы
РЭС по отношению к постепенным отказам за тоже время t, при условии, отсутствия внезапных отказов.
В нижеприведенных расчетах будут приняты следующие допущения:
. Отказ любого элемента приводит к отказу всей системы
. Отказы элементов системы являются случайными и независимыми, то есть: Pn(t) =1.
. Интенсивность отказов всех элементов системы не зависит от времени, то
есть время работы до отказа элементов и всей системы распределено по
экспоненциальному закону.
Существуют по средне-групповым интенсивностям отказа и окончательному
расчету на надежность.
. Расчет надежности по средне-групповым интенсивностям отказов
Расчет надежности по средне-групповым интенсивностям отказов производится
на этапе эскизного проектирования после разработки принципиальной электрической
схемы. Он позволяет выявить слабые участки системы и наметить пути повышения
надежности системы на этапе эскизного проектирования.
При предварительном расчете надежности целесообразно придерживаться
определенного порядка:
1. Определяется количество и типы элементов устройства, а также их
усредненные значения λoi интенсивности отказов, полученные по результатам испытаний
на надежность i-го типа элемента. Найденные значения λoi, количестно и типы элементов
устройства сведены в табл. 1.
Табл. 1. Статистические данные об отказах элементов для расчета надежности
по средне-групповым интенсивностям отказов.
|
№
|
Типы элементов
|
λoi*106,1/ч
|
Ni
|
λoi*Ni*106,1/ч
|
|
|
Резисторы:
|
|
|
|
|
1
|
С2-33Р
|
0,01
|
29
|
0,29
|
|
2
|
СП3-38Б
|
0,015
|
2
|
0,3
|
|
|
Конденсаторы:
|
|
|
|
|
3
|
K50-16
|
0,15
|
7
|
1,05
|
|
4
|
К10-7В
|
0,013
|
10
|
0,13
|
|
|
Транзисторы:
|
|
|
|
|
5
|
КТ815Г
|
0,06
|
1
|
0,6
|
|
6
|
КТ3102Г
|
0,034
|
2
|
0,068
|
|
7
|
КТ3107К
|
0,034
|
2
|
0,068
|
|
8
|
КП303А
|
0,21
|
1
|
0,21
|
|
|
Диоды:
|
|
|
|
|
9
|
КД522А
|
0,012
|
2
|
0,024
|
|
10
|
Д9Г
|
0,01
|
3
|
0,03
|
|
Стабилитрон:
|
|
|
|
|
11
|
КС518А
|
0,004
|
1
|
0,004
|
|
Микросхема:
|
|
|
|
|
12
|
КР1401УД2
|
0,9
|
1
|
0,9
|
|
|
Микрофон:
|
|
|
|
|
13
|
МКЭ-389
|
0,2
|
1
|
0,2
|
|
Динамик:
|
|
|
|
|
14
|
0,5ГДШ-8-25
|
0,2
|
1
|
0,2
|
|
15
|
Плата тек.
|
0,0001
|
1
|
0,0001
|
|
16
|
Пайка
|
0,0001
|
162
|
0,0162
|
|
Тумблер
|
|
|
|
|
17
|
ПТ1-8
|
0,06
|
2
|
0,12
|
2. Вычислим количественные характеристики надежности системы:
1) Интенсивность отказов:
)
Среднее время безотказной работы:
)
Вероятность безотказной работы системы в течении времени t:
)
Вероятность отказа системы:
)
Частота отказов:
)
Гарантийный срок службы:
.
Результаты расчета сравниваются с заданным уровнем надежности
3.
Окончательный расчет на надежность
Окончательный
расчет надежности производится на этапе технического проектирования после
испытания макета изделия всех его узлов, когда известны режимы работы всех
элементов системы и условия их эксплуатации. Значения интенсивностей отказов
элементов с учетом их режимов работы и условий эксплуатации определяются с
помощью графиков, имеющихся в справочной литературе, либо с помощью поправочных
коэффициентов или эмпирических формул.
В
целях систематизации запишем наши данные в таблице 2.
При
расчете теплового режима уточняется рабочая температура среды внутри корпуса
устройства. По коэффициентам электрической нагрузки и температуре по
соответствующим таблицам или графикам определяются поправочные коэффициенты,
показывающие, насколько изменяется интенсивность отказов.
Интенсивность
отказов считается по следующей формуле:
,
Где
- поправочные коэффициенты в зависимости от 
и температуры
-
обобщенные эксплуатационные коэффициенты для наиболее характерных условии
эксплуатации РЭА
-
поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов
-
поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры
окружающей среды
- поправочный
коэффициент в зависимости от атмосферного давления
Поправочные коэффициенты находятся из соответствующих таблиц [1], [2].
Коэффициент нагрузки Кн необходимые для определения коэффициента a1, для различных элементов РЭС
находятся из таблиц [2]. Для элементов не указанных в таблице Кн=0,95.
Результаты вычислений реального значения интенсивности отказов λi приведены в табл. 2.
Табл. 2. Статистические данные об отказах элементов для окончательного
расчета
|
№
|
Типы элементов
|
t°Ϲ
|
Кн
|
ai
|
a1a2a3a4a5
|
λ0i*106
|
λi=aia1a2a3a4a5λi0*106/ч
|
Ni
|
Ni*λi*106
|
qi
|
tср.в.i
|
qi*tср.в.i
|
|
|
Резисторы:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
С2-33Р
|
20
|
0,6
|
0,5
|
5,768
|
0,01
|
0,005768
|
29
|
0,013
|
0,0271
|
0,0833
|
0,0022
|
|
2
|
СП3-38Б
|
20
|
0,6
|
0,5
|
5,768
|
0,015
|
0,04326
|
2
|
0,357
|
0,0065
|
0,0833
|
0,0005
|
|
|
Конденсаторы:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
K50-16
|
20
|
0,5
|
0,4
|
5,768
|
0,15
|
0,34608
|
7
|
0,013
|
0,0456
|
0,0833
|
0,0041
|
|
4
|
К10-7В
|
20
|
0,5
|
0,4
|
5,768
|
0,013
|
0,34608
|
10
|
2,76864
|
0,4199
|
0,0833
|
0,0349
|
|
|
Транзисторы:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
КТ815Г
|
20
|
0,6
|
0,64
|
5,768
|
0,06
|
0,0738304
|
1
|
0,07383
|
0,0111
|
0,0833
|
0,0009
|
|
6
|
КТ3102Г
|
20
|
0,6
|
0,64
|
5,768
|
0,034
|
0,01107456
|
2
|
0,01107
|
0,0016
|
0,0833
|
0,0001
|
|
7
|
КТ3107К
|
20
|
0,9
|
0,9
|
5,768
|
0,034
|
0,0121134
|
2
|
0,0159
|
0,0039
|
0,0833
|
0,0003
|
|
8
|
КП303А
|
20
|
0,9
|
0,9
|
5,768
|
0,21
|
0,012978
|
1
|
0,02596
|
0,0039
|
0,0833
|
0,0003
|
|
|
Диоды:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
|
КД522А
|
20
|
0,9
|
0,9
|
5,768
|
0,012
|
0,207648
|
2
|
0,4153
|
0,0629
|
0,0833
|
0,0052
|
|
10
|
Д9Г
|
20
|
0,7
|
0,85
|
5,768
|
0,01
|
3
|
0,39222
|
0,0594
|
0,0833
|
0,0049
|
|
Стабилитрон:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11
|
КС518А
|
20
|
0,7
|
0,52
|
5,768
|
0,004
|
0,10197824
|
1
|
0,20396
|
0,0309
|
0,0833
|
0,0025
|
|
Микросхема:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
КР1401УД2
|
20
|
0,7
|
0,52
|
5,768
|
0,9
|
0,1799616
|
1
|
0,53988
|
0,0818
|
0,0833
|
0,0068
|
|
|
Микрофон:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13
|
МКЭ-389
|
20
|
0,7
|
0,52
|
5,768
|
0,2
|
0,1799616
|
1
|
0,17996
|
0,0272
|
0,0833
|
0,0022
|
|
Динамик:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
0,5ГДШ-8-25
|
20
|
0,9
|
0,8
|
5,768
|
0,2
|
0,23072
|
1
|
0,23072
|
0,0349
|
0,0833
|
0,0029
|
|
15
|
Плата тек.
|
20
|
0,9
|
0,9
|
5,768
|
0,001
|
0,0051912
|
1
|
0,0162
|
0,004
|
0,0833
|
0,00006
|
|
16
|
Пайка
|
20
|
1
|
0,9
|
5,768
|
0,001
|
0,0051912
|
162
|
0,00519
|
0,0007
|
0,0833
|
0,00006
|
|
Тумблер
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17
|
ПТ1-8
|
20
|
1
|
0,9
|
5,768
|
0,0001
|
0,00051912
|
2
|
0,00052
|
0,00007
|
0,0833
|
0,000007
|
Непосредственные расчеты
1.
.
.
(полученная вероятность меньше заданной 
)
.
.
.
.
.
.
.
.
Резервирование
Метод повышения надежности системы введением избыточных (резервных)
элементов называется резервированием. Резервный элемент обеспечивает
работоспособность устройства при отказе основного элемента. Резервирование
может быть двух видов:
· постоянное, когда и основной, и все резервные элементы
находятся в одинаковых условиях и одновременно выполняют одни и те же заданные
функции;
· замещением, когда отказавший основной элемент заменяется с
помощью переключателя, после чего резервный элемент начинает выполнять функции
основного элемента. При замещении работоспособность системы с резервированием
будет зависеть также и от надежности переключателя.
Вероятность безотказной работы системы при резервировании в течение
времени t определяется по формуле:
Вероятность отказа:
Среднее время безотказной работы при резервировании системы:
Интенсивность отказов системы определяется по формуле:
Частота отказа системы:
Гарантийный срок службы при резервировании системы:
.
Расчет запасных элементов
Для
РЭА длительного использования часто время эксплуатации Т бывает значительно
больше 
, т.е. Т >>
В
этих случаях для обеспечения работоспособности РЭА необходимо иметь комплект
ЗИПа. Расчет необходимого количества запасных элементов зависит от их
надежности. Характеристикой надежности ЗИПе является работоспособность -
свойство аппаратуры выполнять свои функции либо за счет безотказности, либо за
счет соответствующих запасных элементов. Количественным критерием является
вероятность работоспособности 
.
Расчет
запасных элементов при наличии m типов номиналов проводиться в следующем порядке
. Определяем
вероятность работоспособности i-ого типа элемента по
формуле
. Определяем
по формуле:
. Для
найденных и определяем
- число запасных элементов i-го типа, путем
пересчета по формуле :
Результаты
расчетов количества запасных элементов приведены в Табл. 3.
Табл.
3. Таблица данных для расчета запасных элементов
|
№
|
Типы элементов
|
λi*10х 1/ч
|
Ni
|
Ci, руб.
|
NiCi, руб.
|
nср.i
|
Pраб(T)i
|
Nзэi
|
|
|
Резисторы:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
С2-33Р
|
0,003845333
|
29
|
10
|
310
|
0,005960267
|
0,986
|
0
|
|
2
|
СП3-38Б
|
0,02884
|
2
|
10
|
10
|
0,001442
|
0,999
|
0
|
|
|
Конденсаторы:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
K50-16
|
0,019226667
|
7
|
10
|
20
|
0,001922667
|
0,999
|
1
|
|
4
|
К10-7В
|
0,23072
|
10
|
20
|
160
|
0,092288
|
0,993
|
1
|
|
|
Транзисторы:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
КТ815Г
|
0,046144
|
1
|
20
|
160
|
0,0184576
|
0,993
|
1
|
|
6
|
КТ3102Г
|
0,049220267
|
2
|
20
|
20
|
0,002461013
|
0,999
|
1
|
|
7
|
КТ3107К
|
0,00738304
|
2
|
20
|
20
|
0,000369152
|
0,999
|
0
|
|
8
|
КП303А
|
0,008652
|
1
|
20
|
40
|
0,0008652
|
0,998
|
0
|
|
|
Диоды:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
|
КД522А
|
0,138432
|
2
|
20
|
40
|
0,0138432
|
0,998
|
1
|
|
10
|
Д9Г
|
0,065370667
|
3
|
10
|
40
|
0,013074133
|
0,998
|
1
|
|
Стабилитрон:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11
|
КС518А
|
0,067985493
|
1
|
20
|
40
|
0,006798549
|
0,998
|
1
|
|
Микросхема:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
КР1401УД2
|
0,1199744
|
1
|
20
|
60
|
0,01799616
|
0,997
|
1
|
|
|
Микрофон:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13
|
МКЭ-389
|
0,1199744
|
1
|
20
|
20
|
0,00599872
|
0,999
|
1
|
|
Динамик:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
0,5ГДШ-8-25
|
0,153813333
|
1
|
50
|
50
|
0,007690667
|
0,998
|
1
|
|
15
|
Плата тек.
|
0,153813333
|
1
|
10
|
10
|
0,007690667
|
0,999
|
1
|
|
16
|
Пайка
|
0,0034608
|
162
|
10
|
10
|
0,00017304
|
0,999
|
0
|
|
Тумблер
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПТ1-8
|
0,0034608
|
2
|
10
|
10
|
0,00017304
|
0,999
|
0
|
Выводы
Задание РЭС с учетом ЗИПа удовлетворяет условиям задания.
Комплект ЗИП включает в себя довольно большое кол-во элементов. Это
связано с низкой надежностью этих элементов, а также высокими требованиями к
надежности РЭС в целом в течение длительного периода времени.
Список литературы
1. C.C. Князева “Основы расчета надежности
РЭА” Казань, 1979 г.
. С.С. Князева, М.Ф. Тюхтин «Прогнозирование надежности
гибридных интегральных схем» Казань, 1990 г.
. А.А Яшин «Теоретические основы конструирования, технологии
и надежности ЭВА». Москва, 1983 г.
. ”Надежность радиоэлектронных средств” под ред. Сайткулова
В.Г.; сост. Князева С.С. Казань: изд-во КГТУ, 1999. 32с.