3.4. Контрольные вопросы

1. Укажите показатели технологического процесса на примере механической обработки деталей резанием.

2. Охарактеризуйте оптимальный режим резания деталей.

3. Укажите основные виды уравнений технологических ограничений, накладываемых на процесс обработки.

4. Как осуществляется линеаризация уравнений технологических ограничений и целевой функции?

3.5. Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. титульный лист;

2. задание на лабораторную работу;

3. краткие теоретические сведения;

4. результаты выполнения задания и их анализ.

4. Лабораторная работа № 4 Автоматизированный расчет надежности радиоэлектронных изделий

4.1. Цель работы

Приобрести навыки по расчету надежности радиоэлектронных изделий различного назначения

4.2. Теоретические сведения

Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки [4].

В процессе эксплуатации радиоэлектронное изделие (РЭИ) подвергается воздействию комплекса внешних и внутренних факторов, основные из которых: температура, влажность, вибрация, удары, атмосферное давление и уровень электрической нагрузки. Одновременное воздействие на РЭИ комплекса внешних и внутренних факторов приводит к изменениям электрических и механических свойств материалов, из которых изготовлены элементы РЭИ, и, следовательно, к изменению их параметров. Данные изменения могут происходить как скачкообразно, так и постепенно. Соответственно в зависимости от характера изменения параметра элемента к моменту возникновения отказа различают внезапные и постепенные отказы.

Внезапные отказы проявляется в виде мгновенного изменения параметра элемента вследствие обрыва, пробоя, короткого замыкания и т.п. Внезапные отказы наступают из-за внезапной случайной концентрации нагрузок, действующих внутри и вне элемента, и обычно приводят к полному отказу РЭИ.

Постепенные отказы проявляются в виде постепенного изменения параметра элемента (уменьшение коэффициента усиления транзистора, изменение величины сопротивления). Основной причиной постепенных отказов являются необратимые физико-химические процессы старения материалов. Постепенные отказы могут быть вызваны также непредусмотренными условиями эксплуатации, изменением уровней внешних и внутренних факторов. При постепенном изменении параметра какого-либо элемента РЭИ может оставаться работоспособным до тех пор, пока ни один из ее выходных параметров не выйдет за допустимые пределы.

Основным показателем надежности ЭРЭ является функция , называемая интенсивностью отказов. Эта функция списывается выражением:

,

где - число ЭРЭ, отказавших в интервале времени от до ; - число работоспособных ЭРЭ на момент времени ; - длительность интервала наработки.

Интенсивность отказов характеризует уровень надежности элементов в каждый момент времени, так как для каждого момента времени определяется доля отказавших элементов из числа исправных к этому моменту времени. Как показывают исследования, у большинства ЭРЭ имеется длительный период, на котором интенсивность отказов практически постоянна.

Это означает, что для широкого класса элементов в период нормальной эксплуатации, в течение которого появляются, главным образом, внезапные отказы, . Из постоянства интенсивности отказов следует, что закон распределения времени работы элементов до отказа является экспоненциальным.

В этом случае вероятность отказа ЭРЭ к моменту времени определяется по формуле:

.

Вероятность безотказной работы ЭРЭ находится как:

Среднее время безотказной работы ЭРЭ:

,

т.е. интенсивность отказов обратна среднему времени.

Расчет надежности РЭИ по внезапным отказам

Расчет надёжности РЭИ производится на этапе технического проектирования, когда известно точное число элементов каждого типа и уровень электрической нагрузки каждого ЭРЭ. При этом принимается следующие допущения:

- отказ любого элемента приводит к полному отказу РЗС (условно, все ЭРЭ РЭИ соединены последовательно, в смысле надежности);

- интенсивности отказов всех элементов не зависят от

времени, (условно, у элементов, входящих в РЭИ отсутствуют процессы старение и износа);

- все ЗРЗ функционируют постоянно и одновременно;

- отказы ЭРЭ взаимонезависимые.

Из перечисленных допущений следует:

1. вероятность безотказной работы РЗС в течении времени равна

,

где - общее количество элементов в РЭА; - вероятность безотказной работы 1-го элемента за время .

2. закон распределения времени работы любого из элементов до отказа является экспоненциальным, т.е.

,

где - интенсивность отказов -го элемента. Тогда

Здесь - интенсивность отказов одного элемента -го типа для данной электрической нагрузки и температуры среды.

Уровень электрической нагрузки элементов количественно оценивается величиной коэффициента электрической нагрузки . Коэффициент электрической нагрузки равен отношению фактически максимальной величины контролируемого параметра (плотности рассеяния, напряжения и т.д.) к максимально допустимой величине этого же параметра по техническим условиям. Очевидно, что увеличение электрической нагрузки, также как и повышение температуры окружающей среды, приводит к возрастанию интенсивности отказов элемента, т.е. к снижению его надежности. Методы определения коэффициента электрической нагрузки , можно найти в соответствующей литературе.

Ясно, что условия эксплуатации РЭИ оказывают существенное влияние на ее надежность, и тем сильнее, чем выше уровни нагрузок внешних факторов (влажность, пониженное давление, механические воздействия). Поэтому, при расчете надежности по внезапным отказам вводятся поправочные коэффициенты, учитывающие действие вибрации и ударных нагрузок , температура и влажность - , пониженного давления - .

Значения данных коэффициентов для различных условий эксплуатации приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Условия эксплуатации

Условия эксплуатации		Температура °С и влажность %		Высота эксплуатации, км
Лабораторные	1	60-70%, 20-40 °С	1	0-1	1
Полевые	1,07	90-98%, 20-25 °С	2	1-2	1,05
Корабельные	1,37	90-98%, 30-40 °С	2,5	2-3	1,1
Автофургонные	1,46			3-5	1,14
Железнодорожные	1,54			5-6	1,16
Самолётные	1,56			6-8	1,16

Окончательное значение интенсивности отказов РЭА находится по формуле:

Вероятность безотказной работы РЭИ определяется по формуле:

где - заданное время непрерывной работы РЭИ.