Надежность автомобильных электронных систем
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет
Кафедра «Автомобили»
НАДЕЖНОСТЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ
Практикум для направления специальности
1-37 01 02-02 «Автомобилестроение (электроника)»
Рекомендовано учебно-методическим объединением по образованию в области транспорта и транспортной деятельности
Минск
БНТУ
2018
1
УДК 629.33.02-027.4:004.9 (075.8) ББК 39.33.04я7
Н19
С о с т а в и т е л ь Г.А. Дыко
Р е ц е н з е н т ы :
кафедра «Тракторы и автомобили» УО «Белорусский государственный аграрный технический университет»; ведущий научный сотрудник государственного научного учреждения «Объединенный институт машиностроения» НАН Беларуси, кандидат технических наук Выгонный А.Г.
Надежность автомобильных электронных систем : практикум Н19 для направления специальности 1-37 01 02-02 «Автомобилестроение
(электроника)» / сост. Г.А. Дыко. – Минск : БНТУ, 2018. – 35 с. ISBN 978-985-550-804-6.
В практикуме приведены основные контрольные вопросы по дисциплине, учебнометодическая литература, задания для практических занятий и методические указания для их выполнения.
Рекомендуется для студентов специальности 1-37 01 02 «Автомобилестроение (по направлениям)», направления 1-37 01 02-02 «Автомобилестроение (электроника)» по дисциплине «Надежность автомобильных электронных систем».
УДК 629.33.02-027.4:004.9 (075.8) ББК 39.33.04я7
ISBN 978-985-550-804-6 |
© Белорусский национальный |
|
технический университет, 2018 |
2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Дисциплина «Надежность автомобильных электронных систем» позволяет студенту освоить необходимые знания по математическим основам теории надежности сложных систем, подходы к вероятностной оценке показателей надежности электронных узлов и устройств, получить практические навыки по расчету вероятности безотказной работы и других показателей надежности систем автомобилей на стадии проектирования.
Данная дисциплина базируется на знаниях, полученных студентом при изучении ряда дисциплин на младших курсах университета: математики, физики, электротехники и электроники, механики материалов, конструкции автомобилей, проектирования автомобиля.
В результате выполнения заданий на практических занятиях студент углубляет теоретические знания по математическим основам теории надежности технических объектов, видам отказов и неисправностей электронных устройств на разных этапах их эксплуатации, методам прогнозирования надежности электронных узлов автомобиля, подходам к оценке надежности автомобиля в целом как сложной системы; получает практический опыт по определению вероятности безотказной работы и других показателей надежности электронных элементов и систем с применением современных методов и компьютерных программ.
3
1.ОСНОВНЫЕ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Числовые статистические характеристики случайных величин.
2.Дискретные случайные величины и их статистические характеристики.
3.Непрерывные случайные величины и их статистические характеристики.
4.Нормальный закон распределения случайных величин.
5.Логарифмически нормальный закон распределения случайных величин.
6.Распределение случайных величин (по закону Вейбулла).
7.Экспоненциальный и равномерный законы распределения случайных величин.
8.Определение надежности технического объекта и ее свойств.
9.Свойство безотказности технического объекта и его показатели.
10.Свойство долговечности технического объекта и его показатели.
11.Свойство ремонтопригодности технического объекта
иего показатели.
12.Свойство сохраняемости технического объекта и его показатели.
13.Комплексные показатели надежности технического объекта.
14.Способы прогнозирования надежности технических объектов.
15.Виды прогнозирования надежности технических объ-
ектов.
16.Классификация неисправностей и отказов электронных систем.
17.Методы построения математических моделей надеж-
ности.
4
18.Технико-экономические показатели отказов и предельного состояния автомобильных электронных систем и автомобиля в целом.
19.Модели надежности электронных систем и их элементов.
20.Вероятность безотказной работы электронных систем.
21.Обеспечение надежности электронных систем автомобилей.
22.Схемы надежности электронных систем и их элементов.
23.Критерии оценки надежности программного обеспечения бортовых компьютеров и блоков управления.
24.Характеристики программного обеспечения и его испытания.
25.Ошибки программного обеспечения.
26.Показатели надежности программного обеспечения бортовых компьютеров и блоков управления.
27.Модели независимых ресурсов элементов и «слабейшего» звена как модели прогнозирования надежности системы.
28.Модели зависимых ресурсов элементов как модели прогнозирования надежности системы:
5
2.УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЛИТЕРАТУРА
2.1.Основная литература
1.Капур, К., Ламберсон, Л. Надежность и проектирование систем. – Москва : Мир, 1980. – 608 с.
2.ГОСТ 27.301–83. Надежность в технике. Прогнозирование надежности изделий при проектировании. Общие требования. – Москва : Изд-во стандартов, 1983. – 39 с.
3.Диллон, Б., Сингх, Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. – Москва : Мир, 1984. – 318 с.
4.Проектирование полноприводных колесных машин : учебник для вузов : в 2 т. / Б.А. Афанасьев, Н.Ф. Бочаров, Л.Ф. Жеглов и др.; под общ. ред. А.А. Полунгяна. – Москва : изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999–2000. – Т. 1, 520 с.; Т. 2, 610 с.
5.Хокс, Б. Автоматизированное проектирование и производство : пер. с англ. – Москва : Мир, 1991. – 320 с.
2.2.Дополнительная литература
1.Золотов, А.А., Титов, М.И. Обеспечение надежности транспортных аппаратов космических систем. – Москва : Машино-
строение,1988. – 216 с.
2.К вопросу об установлении норм на параметры – критерии отбраковки полупроводниковых приборов и интегральных схем / Н.Н. Горюнов, А.П. Галеев, А.П. Мельников и др. // Надежность и контроль качества. – 1988. – № 10. – С. 11–14.
3.Решетов, Д.Н., Иванов, А.С., Фадеев, В.З. Надежность машин / под ред. Д.Н. Решетова. – Москва : Высш. шк., 1988. – 238 с.
4.Стукачев, В.Н., Ксендзов, В.Н. Прогнозирование в проектировании большегрузных самосвалов / под ред. Я.Е. Фаробина. – Минск : Навука i тэхнiка, 1991. – 152 с.
6
3. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Практическое занятие № 1 Законы распределения случайных величин
Задание. Разработать компьютерную программу в соответствии с предложенным вариантом.
Таблица 1
Варианты заданий
№Тема (для всех вариантов):
варианта |
Разработать компьютерную программу… |
1построения графика плотности распределения случайной величины (СВ) по нормированному нормальному закону
2построения графика плотности распределения СВ по равномерному закону на интервале [a, b]. Рассчитать математическое ожидание СВ
3построения графика интегральной функции распределения СВ по равномерному закону на интервале [a, b]
4построения графика плотности распределения СВ по экспоненциальному закону. Рассчитать математическое ожидание СВ, дисперсию и коэффициент вариации
5построения графика плотности распределения СВ по нормальному закону
6построения графика плотности распределения СВ по логарифмически нормальному закону (десятичный логарифм lg)
7построения графика интегральной функции распределения СВ по экспоненциальному закону. Рассчитать среднее квадратическое отклонение СВ и дисперсию
8построения графика плотности распределения СВ по логарифмически нормальному закону (натуральный логарифм ln)
9построения графика интегральной функции распределения СВ по трехпараметрическому закону Вейбулла
7
Продолжение табл. 1
№Тема (для всех вариантов):
варианта |
Разработать компьютерную программу… |
10построения графика плотности распределения СВ по трехпараметрическому закону Вейбулла
11построения графика плотности распределения СВ по двухпараметрическому закону Вейбулла
12построения графика интегральной функции распределения СВ по двухпараметрическому закону Вейбулла. Рассчитать математическое ожидание
13генерации СВ по двухпараметрическому закону Вейбулла. Рассчитать коэффициент вариации
14генерации СВ по трехпараметрическому закону Вейбулла. Рассчитать дисперсию
15построения графика интегральной функции распределения СВ по равномерному закону на интервале [0, 1]. Рассчитать математическое ожидание СВ
16построения графика плотности распределения СВ по равномерному закону на интервале [0, 1] и генерации СВ по нормальному закону
17построения графика интегральной функции распределения СВ по нормальному закону
18построения графика интегральной функции распределения по логарифмически нормальному закону (натуральный логарифм ln)
19построения функции надежности детали по двухпараметрическому закону Вейбулла
20построения функции надежности детали по трехпараметрическому закону Вейбулла
21построения функции распределения вероятности отказа детали по трехпараметрическому закону Вейбулла
22генерации случайных чисел по трехпараметрическому закону Вейбулла и расчета коэффициента вариации
23построения функции распределения вероятности отказа детали по экспоненциальному закону. Рассчитать дисперсию
8
Окончание табл. 1
№Тема (для всех вариантов):
варианта |
Разработать компьютерную программу… |
24построения функции распределения вероятности безотказной работы детали по экспоненциальному закону. Рассчитать математическое ожидание
25генерации случайных чисел по нормальному закону. Рассчитать математическое ожидание
Практическое занятие № 2
Предварительный расчет надежности электронного устройства
Задание. Рассчитать интенсивность отказов однотипных элементов электронного устройства и среднюю интенсивность отказов устройства в целом, найти среднюю вероятность безотказной работы и среднюю вероятность отказов, среднюю наработку устройства на отказ.
Таблица 2
Исходные данные к заданию
варианта№ |
n* |
1/ч |
n |
1/ч |
|
Элементы |
n |
1/ч |
n |
|
λ0, 10 , |
|||||
|
n |
|
λ0, 10 , |
|
||||||||||||
|
Микросхемы |
Конденсаторы |
|
|
Платы |
|
Разъемы |
|
Пайка |
|||||||
|
|
печатные |
|
|
||||||||||||
|
|
λ0*, 10–6, |
|
λ0, 10–6, |
|
|
–6 |
|
λ0, 10–6, |
|
|
–6 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/ч |
|
|
|
|
|
1/ч |
|
|
min |
max |
|
min |
|
max |
|
|
min |
max |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
8 |
|
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
14 |
1 |
40 |
0,01 |
2,5 |
40 |
0,04 |
|
0,7 |
1 |
|
0,1 |
51 |
0,03 |
0,6 |
720 |
|
0,01 |
2 |
44 |
0,02 |
2,51 |
44 |
0,045 |
|
0,8 |
3 |
|
0,3 |
55 |
0,02 |
0,9 |
680 |
|
0,02 |
3 |
36 |
0,015 |
2,49 |
36 |
0,049 |
|
0,9 |
2 |
|
0,5 |
60 |
0,04 |
0,7 |
730 |
|
0,05 |
4 |
46 |
0,012 |
2,2 |
46 |
0,05 |
|
0,6 |
1 |
|
0,7 |
54 |
0,01 |
0,8 |
704 |
|
0,03 |
5 |
39 |
0,018 |
2,6 |
39 |
0,054 |
|
0,5 |
2 |
|
0,2 |
61 |
0,05 |
0,5 |
650 |
|
0,06 |
6 |
33 |
0,019 |
2,63 |
33 |
0,058 |
|
0,4 |
3 |
|
0,4 |
67 |
0,07 |
0,4 |
670 |
|
0,055 |
9
Окончание табл. 2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
7 |
41 |
0,03 |
2,7 |
41 |
0,06 |
0,55 |
4 |
0,6 |
56 |
0,03 |
0,75 |
680 |
0,075 |
8 |
35 |
0,04 |
2,74 |
35 |
0,063 |
0,65 |
1 |
0,8 |
58 |
0,08 |
0,3 |
640 |
0,015 |
9 |
38 |
0,015 |
2,2 |
38 |
0,067 |
0,75 |
4 |
0,15 |
65 |
0,04 |
0,42 |
724 |
0,024 |
10 |
32 |
0,034 |
2,3 |
32 |
0,045 |
0,85 |
3 |
0,25 |
63 |
0,09 |
0,62 |
740 |
0,033 |
11 |
37 |
0,038 |
2,6 |
37 |
0,053 |
0,95 |
2 |
0,35 |
67 |
0,02 |
0,72 |
750 |
0,042 |
12 |
42 |
0,017 |
2,4 |
42 |
0,061 |
0,88 |
1 |
0,45 |
71 |
0,06 |
0,82 |
760 |
0,051 |
13 |
49 |
0,021 |
2,75 |
49 |
0,07 |
0,78 |
3 |
0,55 |
70 |
0,051 |
0,92 |
700 |
0,061 |
14 |
43 |
0,033 |
2,77 |
43 |
0,074 |
0,68 |
2 |
0,65 |
49 |
0,072 |
0,51 |
800 |
0,011 |
15 |
45 |
0,029 |
2,46 |
45 |
0,078 |
0,58 |
1 |
0,75 |
46 |
0,063 |
0,71 |
600 |
0,021 |
16 |
50 |
0,011 |
2,48 |
50 |
0,08 |
0,62 |
1 |
0,11 |
83 |
0,054 |
0,81 |
504 |
0,031 |
17 |
51 |
0,016 |
2,8 |
51 |
0,042 |
0,72 |
4 |
0,22 |
51 |
0,074 |
0,91 |
591 |
0,067 |
18 |
48 |
0,022 |
2,79 |
48 |
0,088 |
0,82 |
3 |
0,33 |
54 |
0,069 |
0,29 |
686 |
0,027 |
19 |
53 |
0,013 |
2,81 |
53 |
0,043 |
0,92 |
2 |
0,42 |
57 |
0,039 |
0,39 |
790 |
0,067 |
20 |
57 |
0,015 |
2,59 |
57 |
0,085 |
0,96 |
1 |
0,53 |
63 |
0,043 |
0,49 |
710 |
0,058 |
21 |
54 |
0,014 |
2,66 |
54 |
0,046 |
0,86 |
1 |
0,66 |
60 |
0,04 |
0,99 |
804 |
0,048 |
22 |
55 |
0,01 |
2,68 |
55 |
0,065 |
0,76 |
5 |
0,69 |
50 |
0,05 |
0,73 |
810 |
0,037 |
23 |
34 |
0,02 |
2,2 |
34 |
0,061 |
0,67 |
2 |
0,49 |
69 |
0,04 |
0,7 |
610 |
0,04 |
24 |
37 |
0,014 |
2,24 |
37 |
0,072 |
0,59 |
6 |
0,4 |
36 |
0,03 |
0,57 |
704 |
0,032 |
25 |
48 |
0,011 |
2,0 |
32 |
0,69 |
0,5 |
4 |
0,3 |
30 |
0,01 |
0,5 |
560 |
0,028 |
Примечания*:
n – количество элементов; λ0 – интенсивность отказов.
Практическое занятие № 3
Расчет показателей безотказности электронного устройства
Задание 1. Рассчитать вероятность безотказной работы за определенное время, частоту отказов и интенсивность отказов на интервале времени для партии электронных устройств, поставленных на испытания, при условии, что за данный интервал времени отказало известное количество устройств.
10