Материал: Расчет надежности радиоэлектронных средств
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 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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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 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
. Определяем
. Для
найденных 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
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.
,
- 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
(полученная вероятность меньше заданной 
)
, т.е. Т >>
.
вероятность работоспособности i-ого типа элемента по
формуле
по формуле:
и определяем
- число запасных элементов i-го типа, путем
пересчета по формуле :
Выводы