5.3. Расчет надежности блока
Одним из важнейших показателей качества изделий является надёжность. Основными составляющими надёжности является выполнение изделием заданных функций за время, в течение которого должно выполнение этих функций и условия эксплуатации.
Основными количественными показателями надёжности является наработка до отказа, интенсивность отказов и вероятность безотказной работы.
Сначала
рассчитаем суммарную интенсивность
отказов элементов
ячейки УСМ.
При отказе любого элемента работоспособность устройства нарушается. Исходя из этого, рассчитаем интенсивности отказов ЭРЭ элементов.
Резисторы.
В
качестве
для резисторов выбираем справочную
интенсивность отказов резисторов,
равную
1/ч.
-
коэффициент, учитывающий номинальное
значение сопротивления резистора,
-
коэффициент, учитывающий номинальную
мощность рассеивания, на которую
рассчитан резистор.
–
коэффициент
эксплуатации,
Принимаем
,
так как мощности, рассеиваемые на всех
резисторах меньше 0,5 Вт.
-
коэффициент режима работы, зависящий
от температуры.
а
= А·exp{B·((T+273)/NT)
+[Кн/NS·((T+273)/273)]
A = 0,26; B = 0,5078; G = 9,278; J = 1; H = 0,886; NT = 343; NS = 0,878; Т=60
-
коэффициент, учитывающий нагрузку.
Значение коэффициента
для всех резисторов приведены в таблице
5.1.
Табл.5.1
Номинальное сопротивление С2-33Н |
Количество |
|
|
|
1/ч |
1/ч |
0,125 Вт 1кОм 680Ом 8,2кОм |
6 2 1 |
0,7 1 2 |
0,2 0,2 0,2 |
0,52 0,52 0,52 |
0,32 0,46 0,91 |
1,92 0,92 0,91 |
0, 5 Вт 180Ом 3,9кОм 75Ом |
20 2 1 |
1 0,7 1 |
0,3 0,3 0,3 |
0,57 0,57 0,57 |
0,5 0,35 0,5 |
10 0,7 0,5 |
,
,
Таким образом, реальная интенсивность отказов для всех резисторов схемы будет равна:
=1,495·10-7
1/час
Конденсаторы.
λо =0,006·106 1/час для конденсаторов типа К10-17,
λо =0,001·106 1/час для конденсаторов типа К53-16,
-
коэффициент, учитывающий номинальное
значение емкости конденсатора,
– коэффициент эксплуатации,
=
1- учитывается только для конденсатора
К53-16,
,
A
= 5,909·10
;
B
= 14,3; G
= 1; H
= 3; NT
= 398; NS
= 0,3; для К10-17
A
= 1,05·10
;
B
= 5,5; G
= 2,5; H
= 3; NT
= 358; NS
= 0,55; для К53-16
Значение
коэффициентов:
,
для всех конденсаторов приведены в
таблице 5.2
Таблица 5.2
Тип конденсатора |
Количество |
|
|
|
, 1/ч |
1/ч |
К10-17а К10-17б К53-16 |
10 1 1 |
18800 32,8 1 |
0,2 0,2 0,5 |
3,6 3,6 580 |
10 0,018 0,91 |
100 0,018 1450 |
,
=
1,55·10
1/час
Диод.
1/час,
=1,5
;
=0,6
;
=1 - коэффициенты зависящие от режима
работы.
=
3
=
44,1025 ;
=
-2138 ;
=
448 ;
=
17,7 ;
=150
;
=1
1/час.
Резистивные сборки.
1/час,
а = А·exp{B·((T+273)/NT) +[Кн/NS·((T+273)/273)] = 15,78
A = 0,00253; B = 6,35; G = 1,4817; J = 0,1; H = 1,169; NT = 373; NS = 0,723 ; Кн=0,5
1/час
1/час,
где n- количество резисторов во всех сборках.
Микросхемы.
λэ = λo·Кэ
Кэ=1,5
λo=1·10-5 1/час - для всех микросхем
λэ = λo·Кэ=1·10-5 ·1,5·=1,5·10-5 1/час
λм = n· λэ = 32·1,5·10-5 = 4,8·10-5 1/час
Разъемы.
λэ = λо·а·Кк·Кс·Кэ,
Кс=0,37·е0,002·n=0,398 - коэффициент, учитывающий число сочленений.
Кк1=
=4,7
- коэффициент, учитывающий число
задействованных контактов.
Кк2=
=9.
Кэ=2,5 – коэффициент эксплуатации,
N1=32 -число задействованных контактов разьема XP1.
N2=45 -число задействованных контактов разьема XP2.
n=36-число сочленений.
=1,6
KH=0,08-коэффициент нагрузки.
tП=22С-перегрев контактов.
T=62С- температура окружающей среды.
λо=0,0025·10-6 1/час.
λЭ=0,0025·10-6·1,6·4,7·0,398·2,5+0,0025·10-6·1,6·9·0,398·2,5=2,18·10-8 1/час.
Т.о. суммарная интенсивность отказов всех элементов ячейки равна:
1/час
Среднее время наработки на отказ равно:
часов.
Анализируя расчеты надежности ячейки УСМ, можно сделать вывод: что ее интенсивность отказов примерно равна сумме интенсивностей отказов микросхем. Значит, посчитав сумму интенсивностей отказов всех микросхем блока, можно рассчитать надежность блока.
В
состав блока входит 116 микросхем.
Интенсивность отказов каждой
не более 1·10-5
1/час. Найдем интенсивность отказов
блока:
1/час,
где – коэффициент эксплуатации.
При последовательном соединении элементов вероятность безотказной работы за 100 часов определяется по формуле:
Среднее время наработки на отказ у блока равно:
часов.
Полученное значение времени наработки до отказа превышает заданное в ТЗ:450 часов, что подтверждает надёжность устройства.