3 Понятие о надёжности системы

3.1Основные понятия надёжности

Теория надёжности — наука, изучающая закономерности распределения отказов технических устройств, причины и модели их возникновения.

Теория надёжности изучает методы обеспечения стабильности работы объектов (изделий, устройств, систем и т.п.) в процессе проектирования, производства, приёмки, эксплуатации и хранения.

Устанавливает и изучает количественные показатели надёжности. Исследует связь между показателями эффективности и надёжности.

Надёжность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Интуитивно надёжность объектов связывают с недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в «узком» смысле – свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Иначе говоря, надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле – комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может, включат в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.

Для количественной оценки надёжности используют так называемые единичные показатели надёжности (характеризуют только одно свойство надёжности) и комплексные показатели надёжности (характеризуют несколько свойств надёжности).

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Долговечность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния, то есть такого состояния, когда объект изымается из эксплуатации.

Сохраняемость — свойство объекта сохранять работоспособность в течение всего периода хранения и транспортировки.

Живучесть — свойство объекта сохранять работоспособность при отказе отдельных функциональных узлов.

Отказ — событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Наработка — время или объём работы.

Ресурс — наработка от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

Срок службы — календарная продолжительность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

3.2Расчёт надёжности

Рассчитываем коэффициент нагрузок К_HR для резисторов по формуле

К

(1)

_HR=P_R / P_доп

где P_R - рабочая мощность резистора, Вт;

P_доп - допустимая мощность резистора, Вт.

Мощность резистора определяется по формуле

P

(2)

_R=U² / R

где U - напряжение на резисторе, В;

R - сопротивление резистора, Ом.

Рассчитываем резистор R1 по формуле 1 и 2, принимаем U=5(B); R1=2,2(кОм).

где n - количество элементов, шт.

Рассчитываем резистор R2 по формуле 1 и 2, принимаем U=5(B); R2=1(кОм).

Рассчитываем резисторы R3,4,5,6 по формуле 1 и 2, принимаем U=5(B); R3,4,5,6=10(кОм).

Рассчитываем резисторы R8,9,10 по формуле 1 и 2, принимаем U=5(B); R8,9,10=470(Ом).

λc=0,08*8=0,64

Рассчитываем коэффициент нагрузок К_нс для конденсаторов по формуле

(3)

где U_c - напряжение на конденсаторе, В;

U_доп. - допустимое рабочее напряжение конденсатора, В.

Рассчитываем конденсатор С2,3 по формуле 3, принимаем Uc=5(В); Uдоп=25(В).

Рассчитываем конденсатор С7,6 по формуле 3: Uc=5(В); Uдоп=50(В).

Рассчитываем коэффициент нагрузок Кнд для стабилитронов по формуле 4

(4)

где I- фактически выпрямленный ток, мА;

Imax- максимально допустимый выпрямленный ток, мА

Для стабилитрона VD1, принимаем Imax=252(мА); I=69(мА).

Для стабилитрона VD2, принимаем Imax=234(мА); I=69(мА).

Расчет микроконтроллера производим по формуле

(5)

где Кн – коэффициент нагрузки;

Кор – коэффициент интенсивности отказа;

К1 – коэффициент механических нагрузок;

К2 – коэффициент механического напряжения;

N – Количество микроконтроллеров.

Рассчитываем места спаек по формуле

(6)

Берем значение λ0 по таблице

Считаем количество паек на схеме: n=22

Средняя наработка на отказ определяется по формуле

(7)

Принимаем значение T₀ 140000ч

Вероятность безотказной работы схемы рассчитывается по следующей формуле

(8)

где - время работы схемы, ч.

Таким образом, система должна проработать с бесконечно малой величиною отказа примерно 140000 часов.

Заключение

Во всём мира стали развиваться электронные устройства. Человек использует их в своей деятельности почти во всех сферах. Большая часть таких устройств выполняется на основе микроконтроллеров.

В настоящее время микропроцессоры развиваются в следующих направлениях:

• уменьшение габаритов;

• снижение энергопотребления;

• совершенствование ПО;

• снижение стоимости.

Микроконтроллеры используются в управлении различными устройствами и их отдельными блоками:

• в вычислительной технике: материнские платы, контроллеры дисководов жестких и гибких дисков, CD и DVD, калькуляторах;

• электронике и разнообразных устройствах бытовой техники, в которой используется электронные системы управления — стиральных машинах, микроволновых печах, посудомоечных машинах, телефонах и современных приборах.

В то время как 8-разрядные процессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность, но важна низкая стоимость. В то же время, есть микроконтроллеры, обладающие большими вычислительными возможностями.

Список литературы

1. А.В. Евстифеев Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Меда фирмы ATMEL А.В – М.: 2008;

1. В.Н. Баранов Применение микроконтроллеров AVR схемы, алгоритмы, В.Н. Баранов – М.: 2004;

3. А.В. Кузин, М.А. Жаворонков Электротехника и электроника – М.: 2005;

4. К.В. Чернышов Методы определения показателей надежности технических систем – М.: 2003;

5. Б.М. Каган, В.В. Сташин Основы проектирования микропроцессорных систем автоматики – М.: 1987;

6. http://selixgroup.spb.ru/mikrokontrollery_semejstva_avr_firmy_atmel.pdf;

7. http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Atmel/micros/avr/attiny2313.htm.