7. Розрахунок надійності

Надійність – це властивість виробу виконувати задані функції в певних умовах експлуатації при збереженні значень основних параметрів в заданих межах.

Надійність характеризується рядом розрахункових показників, найбільш важливими з яких є інтенсивність відмов, середнє напрацювання до відмови, імовірність безвідмовної роботи.

Імовірність безвідмовної роботи вказує на те, яка частина виробів із заданої їх кількості буде працювати безвідмовно протягом заданого часу t_Р. Для більшості радіоелектронних пристроїв імовірність безвідмовної роботи залежить як від фізичних властивостей, так і від часу t_Р, протягом якого пристрій повинен працювати безвідмовно:

, (2.3)

де e – основа натурального логарифма;

λ – інтенсивність відмов.

Інтенсивністю відмов називають кількість відмов за одиницю часу, що приходиться на один виріб, який продовжує працювати в даний момент часу:

, (2.4)

де n – кількість елементів, що відмовили за час випробувань;

N – кількість елементів, що нормально працюють в кінці випробувань;

t_P – час випробувань;

Інтенсивність відмов пристрою, що складається з m різних елементів (рівнонадійних груп елементів), визначають по формулі:

, (2.5)

де λ₁, λ₂, λ₃, … λ_m – інтенсивності відмов першого, другого, третього, m-го елементів (або груп елементів) з урахуванням всіх діючих факторів;

m – кількість груп рівнонадійних елементів.

Важливою характеристикою надійності виробів є середнє напрацювання до відмови ТСР. Допустимо, що певна кількість апаратів одного і того ж типу експлуатується протягом заданого часу в певних умовах (при заданих змінах температури навколишнього середовища, тиску, вологості і т.ін.). При цьому реєструється сумарна кількість годин t, протягом яких експлуатувалися всі апарати, і кількість відмов n, які виникали при цьому. В цьому випадку середнє напрацювання до відмови визначається наступним виразом:

. (2.6)

Формула (2.6) має імовірнісний характер. Це означає, що час до виникнення відмови в одних виробів більший, а в других – менший за значення, яке розраховане за формулою (*). Тому відрізок часу від ввімкнення приладу до відмови не може повністю характеризувати властивості виробів.

Середнє напрацювання до відмови знаходять при перевірці великої кількості виробів. Чим більше значення ТСР, тим краща надійність виробу. Інтенсивність відмов і середнє напрацювання до відмови пов’язані між собою зворотньо-пропорційною залежністю:

. (2.7)

Інтенсивність відмов елементів виробу залежить від конструкції, якості виготовлення, умов експлуатації та електричних навантажень в схемі.

Всі елементи електронних пристроїв характеризуються допустимими навантаженнями по потужності розсіювання, струмах, напругах і т.ін. Отже, робота елементів при гранично допустимих навантаженнях зменшує термін їх служби і не гарантує надійної роботи. Зменшення навантажень до оптимальних збільшує надійність роботи.

Значення реального навантаження визначають по статистичних даних експлуатації і вимірюваннях режимів роботи елементів. Для оцінки режиму роботи використовують коефіцієнт навантаження по потужності та по напрузі.

Коефіцієнт навантаження по потужності:

, (2.8)

де Р_Р – робоче значення потужності розсіювання;

Р_Н – номінальне значення потужності розсіювання.

Коефіцієнт навантаження по напрузі:

, (2.9)

де U_Р – робоче значення напруги;

U_Н – номінальне значення напруги.

При розрахунку, коефіцієнт електричного навантаження, як правило, приймають рівним: К_Р = 0,4 – 0,8.

Істотний вплив на температуру всередині апаратури і температуру окремих елементів має температура навколишнього середовища. Сезонні коливання температури досягають значень 60-80 ^оС, добові – 10-40 ^оС.

Негативну дію на надійність проявляють як від’ємна, так і висока плюсова температура. Особливо помітний вплив на зростання інтенсивності відмов має дія плюсових температур. Так, наприклад, при збільшенні температури від +20 до +85 ^оС в три рази збільшується інтенсивність відмов германієвих транзисторів, кремнієвих транзисторів – в два-три рази.

Підвищена вологість також є одним з факторів, що найбільш негативно впливає на показники надійності РЕА. Нормальною вважають відносну вологість повітря 60 – 65%. При відносній вологості 80% повітря вважають вологим. Для тропічних районів характерною є підвищена вологість (до 98%).

Вплив вище перерахованих факторів (підвищена температура і вологість) на надійність роботи РЕА враховується за допомогою введення коефіцієнту впливу температури і вологості К_В. Значення цього коефіцієнту для різних умов експлуатації наведені в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3.