3. Расчёты надёжности при проектировании си

Первые расчёты надёжности делают на ранних стадиях разработки, а с уточнением сведений об изделии уточняются и расчёты надёжности, которые сопоставляются с Т3. Существующие методы расчёта надёжности сводятся к определению вероятности безотказной работы P(t) и средней наработки до первого отказа Т_ср по известным интенсивностям отказа элементов схемы. В зависимости от полноты учетов факторов, влияющих на работу изделия и её надёжность, последовательно проводят три расчёта надёжности:

1. прикидочный;

2. ориентировочный;

3. окончательный.

Прикидочный расчет надежности позволяет судить о принципиальной возможности обеспечения требуемой надёжности изделия. Используется при проверке требований по надёжности, выдвинутых заказчиком в ТЗ, при сравнительной оценке надёжности различных вариантов выполненных изделий на ранних стадиях разработки. При прикидочном расчете делается 3 вида допущения:

1. все элементы схемы равнонадёжны, так как принципиальная электрическая схема ещё окончательно не разработана;

2. соединения элементов с точки зрения надёжности таково, что выход из строя любого элемента приводит к отказу всего изделия;

3. интенсивность отказа элементов берётся для периода нормальной работы, когда λ_i(t)=const.

При этом интенсивность оказов СИ равна:

,

(10.12)

где λ_i - средняя интенсивность отказов равнонадёжных элементов схемы, N - общее количество элементов СИ.

Ориентировочный расчет надежности проводится тогда, когда на изделие и все его составные части разработана электрическая принципиальная схема. При ориентировочном расчете учитывается влияние на надёжность изделия, количество и типы применяемых в схеме элементов. При расчете делается следующие три допущения:

1) все элементы схемы работают в нормальном режиме, предусмотренные ТУ на эти элементы;

2) все элементы СИ работают одновременно;

3) интенсивности отказов элементов каждого типа берутся для периода нормальной работы, т.е. λ_i (t)=const.

Ориентировочный расчет надежности позволяет определить рациональный состав элементов изделия и наметить пути повышения надежности.

Окончательный расчёт надежности проводится на этапе технического проектирования и учитывает влияние на характеристики надёжности режимов работы элементов в схеме и конкретные условия эксплуатации СИ. В общем случае интенсивность отказов элементов зависит от электрического режима работы элементов в схеме, температуры окружающей среды, механических воздействий в виде вибраций и ударов, влажности воздуха, давления, радиации и других факторов. Электрические режимы работы элементов при расчетах надёжности учитывают с помощью коэффициента нагрузки Кн известно, что интенсивность отказов резисторов увеличивается с увеличением мощности рассеивания на резисторе, а интенсивность отказов конденсаторов увеличивается с увеличением рабочего напряжения U, приложенного к его обкладкам, например, если резистор по расчёту имеет активную мощность рассеивания Р = 1Вт, а в схеме используется резистор с номинальной мощностью Рном ⁼ 2Вт, то коэффициент нагрузки Кн резистора в схеме равен 0,5.

При выпуске принципиальной электрической схемы заполняются карты режимов работы элементов с указанием предварительно рассчитанных Кн для каждого элемента схемы. Необходимое условие для получения наиболее точных характеристик надёжности при окончательном расчёте является знание зависимости интенсивности отказов элементов от воздействия внешних факторов. Наиболее существенными внешними факторами являются температура окружающей среды, механические нагрузки, влажность и относительное давление. Влияние на величину интенсивности отказов каждого из названного факторов учитывается при расчётах надёжности с помощью поправочных коэффициентов α и К.

Поправочный коэффициент:

,

(10.13)

где - интенсивность отказов данного элемента при конкретном воздействующем факторе и прочих номинальных воздействиях; λ₀ -номинальная интенсивность отказов данного элемента, под которым понимается интенсивность отказов в нормальных условиях эксплуатации при отсутствии механических нагрузок и в номинальном электрическом режиме (т.е. при Кн = 1).

Поправочный коэффициент α учитывает влияние на надёжность окружающей температуры и электрической нагрузки, а поправочный коэффициент К учитывает механическое воздействие, влажность, давление. В справочниках по надёжности в виде таблиц приведены значения интенсивности отказов основных элементов СИ и коэффициента К. Поправочный коэффициент α определяется по справочным данным, которые приводятся или в виде таблицы, или в виде графиков зависимостей α =f(Кн, t⁰ ), где t° - температура окружающей среды, ⁰С; Кн - коэффициент нагрузки элементов.

Интенсивность отказов элементов при эксплуатации в реальных условиях определяется как произведение номинальной интенсивности отказов на поправочные коэффициенты α и К.

Если снизить коэффициент нагрузки, то значение поправочного коэффициента, а снижается, т.е. за счёт облегчения режима работы элемента в схеме можно повысить надёжность этих элементов, а следовательно, улучшить и характеристики надёжности СИ в целом. При расчёте характеристик надёжности все СИ расчленяются на приборы; приборы на блоки; блоки на крупные узлы, крупные узлы на мелкие узлы и т.д. при этом расчёт надёжности нагрузки для этого типа производится последовательно от простого к сложному (от мелких узлов к крупным) до всего СИ в целом.

Окончательный расчёт надёжности складывается из следующих этапов:

1. определение типов элементов и их характеристик;

2. выбор метода расчёта с последующим подбором определения номограмм, таблиц графиков или поправочных коэффициентов;

3. определение электрических нагрузок и влияние внешней среды на каждый элемент;

4. определение по соответствующей таблице интенсивности отказов каждого элемента;

5. суммирование всех интенсивностей отказов с учётом количества элементов каждого типа для определения интенсивности отказов всего СИ ;

6. расчет количественных характеристик надёжности СИ;

7. данные расчётов заносятся в итоговые таблицы или приводятся в виде графиков;

8. оформляется технический отсчёт по расчёту надёжности.