2.3 Расчёт надёжности

Надёжность – это свойство изделия сохранять работоспособность в течение заданного времени в заданных условиях эксплуатации.

Расчёт надёжности необходимо для определения гарантийного срока службы изделия, на основе которого выдают гарантийные обязательства.

Расчёт надёжности проводится практически на всех этапах проектирования, начиная с технического задания. Различают три метода рачёта надёжности [6]:

- прикидочный рачёт - проводится в тех случаях, когда происходит проверка требований по нажёжности, выдвинутых заказчиком в техническом задании;

- ориентировочный расчёт - проводится на этапе эскизного проектирования после разработки принципиальной электрической схемы и выбора элементной базы;

- окончательный рачёт - проводится на этапе технического проектирования, когда просчитана электрическая схема, т.е. известны режимы работы элементов.

В данном случае проводится окончательный расчёт. Он дает наибольшую точность, т.к. учитывает все выбранное элементы, их режимы работы, температуру внутри блока и условия экспуатации.

Для упрошения рачёта применяют два допущения:

- элементы имеют основное соединение;

- отказы носят случайный и независимый характер.

В этом случае интенсивность отказов рассчитывается по формуле 9:

, (9)

Где - коэффициент , учитывающий условия экспуатации изделия;

- поправочный коэффициент, учитывающий режим работы элементов и температуру внутри блока;

- интенсивность отказа элемента, работающего в номинальном режиме при нормальных условиях эксплуатации;

- количество однотипных элементов, работающих в одном режиме при одинаковых температурах.

Исходные данные для расчёта интенсивности отказа устройства сведены в таблицу 11.

Для расчёта надёжности в качестве элементов взяты российские аналоги.

Таблица 11

Тип элемента	Количество	Интенсивность отказа , 1/ч	Режим работы			, 1/ч	, 1/ч
				t, °С
1	2	3	4	5	6	7	8
КонденсаторК10-17	1	0,14	0,5	-65...+125	0,6	0,084	0,084
КонденсаторК50-35	1	0,24	0,7	-40…+105	0,1	0,024	0,024
КонденсаторК73-17	1	0,14	0,5	-55…+100	0,6	0,084	0,084

Продолжение таблицы 11

1	2	3	4	5	6	7	8
МикросхемаК561тЛ1	1	0,1	-	-45...+85	1	0,1	0,1
Предохрани-тель ВП4-1	1	0,8	0,3	-60…+100	0,6	0,48	0,48
Светодиод АЛ102В	3	1,2	1	-60…+70	0,83	0,996	2,988
Резистор С2-23	14	0,02	0,6	-55….+125	0,52	0,0104	0,146
Резистор переменныйСП3-19А	1	0,07	0,3	-60...+155	1,1	0,77	0,77
Переключа-тель ПГ2-29	1	1,8	-	-50...+55	1	1,8	1,8
Диод Д814А	1	0,5	1	-60...+125	0,81	0,405	0,405
Диод Д223А	2	0,25	1	-60…+125	0,81	0,203	0,406
Транзистор КТ118А	1	0,4	0,6	-60…+100	0,5	0,2	0,2
Транзистор КТ3107Б	1	0,26	0,6	-60…+135	0,5	0,13	0,13
Транзистор КТ209Б	1	0,4	0,6	−45…+100	0,5	0,2	0,2
Тиристор КУ208Г	1	0,5	0,6	-60…+85	0,79	0,395	0,395
Пайка	40	0,004	-	+198	1	0,004	0,16
Итого	31	6,824	8,3	-	11,26	5,8854	8,288

Так как изделие эксплуатируется в стационарных условиях, то поправочный коэффициент будет равен 2,7.

Таким образом, интенсивность отказа равна:

= 8,288⋅ ⋅2,7= 22,378 ⋅ = (1/ч)

Средняя наработка на отказ определяется по формуле 10:

= (10)

= =19000,1 (ч)

Таким образом, средняя наработка на отказ равна 19000,1 ч.

Вероятность безотказной работы рассчитывается по формуле 11:

P(t)= (11)

где t-время работы.

Результаты расчета вероятности безотказной работы от времени сведены в таблицу 12.

Таблица 12

t, ч	10	100	1000	10000	19000.1
	0.00022378	0.0022378	0.022378	0.22378	0.4252
P(t)	0.9997762	0.997762	0.97762	0.7762	0.5748

Если (t) < 0,1, то с достаточной степенью мощностью вероятность безотказной работы определена по формуле 12:

=1- λ_у×t (12)

По результатам расчета строится график зависимости безотказной работы времени, приведенный на рисунке 17. Вероятность безотказной работы складывается в линейном масштабе, времени в логарифмическом масштабе.

Рисунок 17

По графику зависимости вероятной безотказной работы от времени определяется гарантийный срок службы на уровне 0,7. В том случае:

λ_у⋅t=0,356.

Отсюда гарантийный срок службы равен:

Исходя из двадцатичетырёхчасового рабочего дня и двенадцати месяцев в году, гарантийный срок службы составляет 2 года

Самым ненадёжным элементом в схеме является переключатель.

Требуемая надежность задается в технических требованиях на разрабатываемое изделия. Обеспечивается на рациональной схемой и конструкцией, оптимальным выбором элементной базы с учетом условий эксплуатации, выбором оптимального технологического процесса, а также соблюдением инструкции по эксплуатации.

Методы повышения надежности условно подразделяются на:

- общие;

- специальные.

Общие методы повышения надежности могут рассматриваться как на этапе проектирования, так и на этапе производства.

На этапе проектирования общие методы заключаются:

- в максимальном упрощении принципиальной схемы сокращением числа элементов, но при этом сохраняется заданное функционирование и заданные выходные параметры устройства;

- в применении комплектующих изделий с более высокой надежностью;

- в широком использовании унифицированных узлов, проверенных и обработанных в условиях массового производства;

- в обеспечении высокой ремонтопригодности изделия.

На этапе производства общие методы повышения надежности заключаются:

- в точном соблюдении требований технологии чертежей и технической документации;

-  в тщательном контроле материалов и комплектующих изделий, применяемых в устройстве;

- в внедрении технологии, обеспечивающей высокое качество производственных процессов;

- в автоматизации и механизации производственных процессов;

- в повышении общей культуры производства.

Специальные методы повышения надежности делятся на:

- использование элементов в облегченном режиме;

- тренировка элементов перед установкой в изделие;

- резервирование.

Тренировка обычно состоит в установке элементов в номинальный режим и выдержке этих определенное время в номинальном режиме. Это сокращает время приработки готового изделия.