40. Надежность рэа, основные понятия и определения.

Основные понятия и количественные характеристики надежности.

Современные радиоэлектронные аппараты являются сложными техническими устройствами, которые могут содержать до нескольких тысяч различных элементов. Аппаратура должна удовлетворять целому ряду технических требований, определяющих ее параметры и характеристики. Число таких требований может исчисляться десятками и все они оговариваются в технических условиях (ТУ). В процессе эксплуатации на аппаратуру могут воздействовать многочисленные внешние факторы : климатические (температура, влажность, давление), механические (вибрации, удары), биологические, электромагнитные, радиационные и другие. Поэтому возникает вопрос: как долго аппаратура сможет работать в таких условиях и с какой степенью уверенности можно гарантировать этот временной интервал? Интегрально это качество аппаратуры называется надежностью. Надежность – это свойство изделия сохранять свои параметры в заданных пределах при оговоренных условиях эксплуатации. Количественные показатели надежности обязательно оговариваются в ТУ. Даже в правильно спроектированной, качественно изготовленной и грамотно эксплуатируемой аппаратуре время от времени могут возникать отказы. Отказом называется событие, состоящее в нарушении работоспособности, т.е. в выходе одного или нескольких параметров изделия за допустимые пределы. Отказы делятся на внезапные и постепенные. Первые возникают в результате мгновенного изменения одного или нескольких параметров устройства, например, обрывов, коротких замыканий, пробоев, механических повреждений. Постепенные отказы характеризуются относительно медленными изменениями одного или нескольких параметров, при которых они выходят за допустимые пределы. Постепенные отказы определяются процессами электрического и механического старения и износа (снижение крутизны характеристик, уменьшение емкости электролитических конденсаторов, ухудшение изоляции и пр.). Поскольку отказы являются случайными событиями, в том смысле, что место и время их возникновения невозможно точно спрогнозировать, надежность количественно описывается вероятностными характеристиками. Основными показателями надежности являются вероятность надежной работы Р( t ≥) и интенсивность отказов λ ( t ). Под вероятностью безотказной работы элемента или системы понимают вероятность того, что в пределах заданного времени работы t не произойдет ни одного отказа Р(t) = Р(Т ≥ t), где Т – время от начала работы до первого отказа. Ориентировочно определить Р ( t ) можно статистическим методом, подвергнув испытанию достаточно большое (не меньше нескольких десятков) число изделий No. За время испытаний t часть изделий откажет. Тогда Р* ( t ) = (N0 - n ( t )) / N0 = 1 - n( t ) / N0. Очевидно, что 0 ≤ Р ( t ) ≤ 1; Р (0) =1; Р(1) = 0. Часто пользуются понятием вероятности отказа за время t . Вероятность отказа элемента (системы) q ( t ) - это вероятность того, что отказ произойдет за время Т не превышающее заданной наработки : q (t) = Q (T < t ). Статистически q (t ) оценивается отношением числа изделий n (t ) , отказавших за время t, к общему числу изделий N0, исправных в момент

q* ( t ) = n( t ) / N0. Поскольку вероятность безотказной работы Р ( t ) и вероятность отказа q( t ) составляют полную группу событий, то q ( t ) = 1 - P ( t ) Характер функций Р ( t ) и q ( t ) приведен на рис. 40.1

Рис. 40.1. Характер функций Р (t) и q (t) [1].

Интенсивность отказов λ ( t ) или условная плотность вероятности возникновения отказов определяется статистически числом изделий отказавших в течение промежутка времени Δt и числом работоспособных изделий N( t ) в начале этого промежутка λ( t ) = Δn / N(t)Δt Интенсивностью отказов характеризуют неремонтируемые элементы и устройства. Зависимость λ ( t ) от времени для большинства радиоэлементов имеет вид, приведенный на рис. 40.2

Рис. 40.2. Зависимость λ ( t ) от времени [1].

На ней можно выделить три характерных участка. Участок 1 отражает этап приработки аппаратуры и имеет повышенную интенсивность отказов вследствие проявления скрытых дефектов, недоброкачественного материала, производственного брака. По мере «выжигания» дефектов интенсивность отказов снижается. Период приработки может составлять для РЭА от десятков до сотен часов. На участке нормальной работы 2 отказы возникают внезапно под влиянием многих случайных факторов и их появление равновероятно во времени, т.е. λ ( t ) = λ = const. Участок 3 определяется отказами, вызванными процессами износа и старения. Вероятность отказа связана с интенсивностью отказов соотношением Р ( t ) = е На этапе нормальной эксплуатации РЭА Р ( t ) = е Эта зависимость получила название экспоненциального закона надежности. Ее вид приведен на рис. 3.

Рис. 40.3. Экспоненциального закона надежности [1].

На этапе нормальной работы Т0 = 1 / λ0. Поэтому Р ( t ) = е. Восстанавливаемые (ремонтируемые) изделия также характеризуются рядом показателей: наработкой на отказ, вероятностью восстановления в заданное время, средним временем восстановления, коэффициентом готовности, сроком службы. В пределах срока службы сложного изделия в нем могут возникать различные неисправности, но после их устранения аппарат будет вновь удовлетворять предъявленным требованиям. За пределами этого срока дальнейшая эксплуатация изделия становится экономически или технически нецелесообразной. По отношению к радиоэлементам и неремонтируемым узлам сроком службы следует считать время до первого отказа.