
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 КHR для резисторов по формуле
К
(1)
где PR - рабочая мощность резистора, Вт;
Pдоп - допустимая мощность резистора, Вт.
Мощность резистора определяется по формуле
P
(2)
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 Кнс для конденсаторов по формуле
(3)
где Uc - напряжение на конденсаторе, В;
Uдоп. - 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
А.В. Евстифеев Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Меда фирмы ATMEL А.В – М.: 2008;
В.Н. Баранов Применение микроконтроллеров AVR схемы, алгоритмы, В.Н. Баранов – М.: 2004;
А.В. Кузин, М.А. Жаворонков Электротехника и электроника – М.: 2005;
К.В. Чернышов Методы определения показателей надежности технических систем – М.: 2003;
Б.М. Каган, В.В. Сташин Основы проектирования микропроцессорных систем автоматики – М.: 1987;
http://selixgroup.spb.ru/mikrokontrollery_semejstva_avr_firmy_atmel.pdf;
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Atmel/micros/avr/attiny2313.htm.