4.5. Надёжность конструкции электронной аппаратуры

Надёжность – свойство электронной аппаратуры выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Ресурс – продолжительность работы электронной аппаратуры до предельного состояния, установленного в нормативно-технической документации.

Случайное событие, приводящее к полной или частичной утрате работоспособности электронной аппаратуры, называется отказом.

Отказы по характеру изменения параметров аппаратуры до момента их возникновения подразделяют на внезапные (катастрофические) и постепенные. Постепенные отказы характеризуются временным изменением одного или нескольких параметров, внезапные – скачкообразно изменяющимися.

По взаимосвязи между собой различают отказы независимые, не связанные с другими отказами, и зависимые.

По повторяемости возникновения отказы бывают одноразовые (сбои) и перемежающиеся. Сбой – однократно возникающий и самоустраняющийся отказ, перемежающийся – многократно возникающий сбой одного и того же характера.

По наличию внешних признаков различают отказы явные, т.е. имеющие внешние признаки после их появления, и неявные (скрытые), для обнаружения которых требуется провести соответствующие действия.

По причине возникновения отказы подразделяют на конструкционные, производственные и эксплуатационные, вызванные нарушением установленных норм и правил при конструировании, производстве и эксплуатации электронной аппаратуры.

По характеру устранения отказы делятся на устойчивые и самоустраняющиеся. Устойчивый отказ устраняется заменой отказавшего элемента (модуля), а самоустраняющийся исчезает сам, но может повториться. Самоустраняющийся отказ может проявиться в виде сбоя или в форме перемежающегося отказа.

Возникновение отказов происходит как из-за внутренних свойств аппаратуры, так и из-за внешних воздействий и носит случайный характер. Для количественной оценки отказов используют вероятностные методы.

Безотказность – способность электронной аппаратуры непрерывно сохранять заданные функции в течении установленного в технической документации времени – характеризуется вероятностью безотказной работы – P(t), частотой отказов- f(t), интенсивностью отказов - , средней наработкой на отказ (продолжительность работы изделия до появления отказа) - T_ср. В некоторых случаях надёжность аппаратуры удобно оценивать вероятностью отказа - .

Вероятность безотказной работы и частоту отказов можно найти статистически по данным об отказах эксплуатируемых изделий.

, (4.22)

где N – число изделий в начале испытаний; n – число изделий, отказавших за время испытаний – t (при значительном числе изделий вероятность – P совпадает с вероятностью – P(t), а частота отказов – f, с частотой – f(t)).

Функцию частоты отказов можно записать в виде:

(4.23)

При , вероятность отказа – q(t) можно определить интегрированием функции частоты отказов:

(4.24)

За время t вероятность безотказной работы:

(4.25)

Продифференцировав данное выражение, получим формулу:

или (4.26)

Таким образом, f(t) характеризует скорость снижения надёжности во времени.

Критерием, более полно определяющим надёжность неремонтируемой электронной аппаратуры и её модулей, является интенсивность отказов - . Это число отказов в единицу времени, отнесённое к среднему числу изделий, безотказно функционирующих в указанный промежуток времени. Этот показатель характеризует надёжность электронной аппаратуры в любой момент времени и рассчитывается по формуле:

(4.27)

Где - число отказов, - среднее число работоспособных изделий; N_i и N_i+1 – количество работоспособных изделий в начале и конце промежутка времени - .

Вероятность безотказной работы P(t) связана с интенсивностью отказов следующей зависимостью:

(4.28)

Если электронная аппаратура содержит N последовательно соединённых однотипных элементов, то .

Средняя наработка на отказ – Т_ср и вероятность безотказной работы – P(t), связаны следующей зависимостью:

(4.29)

По статистическим данным:

; ; ,

где - количество отказавших изделий за интервал времени –

; и - соответственно время в начале и в конце испытаний; t – интервал времени, за который отказали все изделия; m – число временных интервалов испытаний.