3.2 Расчеты надежности неремонтируемых систем

3.2.1 Составление логических схем

Расчет надежности состоит в определении количественных показателей надежности системы по значениям характеристик надежности элементов.

Для расчета надежности необходимо иметь модель надежности системы, которая составляется на основе функциональной (электрической) схемы системы. В качестве моделей при расчете надежности систем наиболее часто применяют логические схемы надежности.

Для расчета надежности может быть составлена логическая схема, которая является логической моделью безотказной работы системы. Предполагается, что отказы элементов независимы, элементы и система могут находиться в состояниях двух типов: работоспособных или неработоспособных.

Перед составлением логической схемы производится анализ функционирования системы и элементов в течение заданной наработки. Определяется содержание термина «безотказная работа системы». Перечисляются и описываются возможные отказы элементов и системы. Оценивается влияние отказа каждого элемента на работоспособность системы.

При составлении логической схемы функциональные (электрические) связи между элементами заменяются логическими, характеризующими безотказную работу системы в зависимости от работоспособности или неисправности элементов.

Элемент, при отказе которого отказывает вся система, считается последовательно соединенным на логической схеме. В этом случае безотказная работа системы имеет место при сохранении работоспособности всеми элементами последовательного соединения, а отказ системы наступает при отказе одного элемента.

Элемент, отказ которого не приводит к отказу системы, включается в параллельное соединение на логической схеме. Безотказная работа системы при параллельно соединенных на логической схеме элементах имеет место при сохранении работоспособности хотя бы одним элементом.

Показатели надежности системы при параллельно соединенных на логической схеме элементах рассчитываются по формулам, соответствующим определенному виду резервирования.

Обычно логические схемы для расчета надежности систем представляют собой последовательно-параллельные соединения элементов.

Логические схемы надежности составляются в следующем порядке. Вначале составляется логическая схема системы, состоящая из блоков. Для каждого блока составляется логическая схема, включающая узлы блока. Логическая схема узла составляется из входящих в его состав комплектующих элементов.

В некоторых случаях логические схемы надежности целесообразно составлять не для блоков и узлов, а для отдельных цепей, в которые включаются элементы, задействованные в выполнении определенной операции. При этом элементы, образующие единую цепь и включенные в одну логическую схему, могут

256

находиться в различных, выполненных конструктивно отдельно друг от друга блоках и узлах.

Всоответствии с составленной логической схемой надежности записываются выражения для расчета показателей надежности.

3.2.2Виды расчетов надежности

Взависимости от полноты учета факторов, влияющих на надежность системы, могут проводиться прикидочный расчет надежности, расчет при подборе типов элементов и уточненный расчет.

Прикидочный расчет проводится на этапе проектирования, когда принципиальных схем блоков системы еще нет. Количество элементов в блоках определяется путем сравнения проектируемой системы с аналогичными, ранее разработанными системами (блоками). При выборе аналога (прототипа) необходимо учитывать не только назначение, но и принцип действия системы, сходство по количеству и составу элементов, времени и условиям их работы. Интенсивность отказов проектируемого блока определяют путем суммирования значений интенсивностей отказов всех его элементов. Для этого из справочных материалов (таблица 3.2) выбирают средние значения интенсивности отказов определенного типа элементов (резисторов, конденсаторов, диодов и т. д.) с учетом условий работы проектируемого блока.

Прикидочный расчет надежности проводится в следующих целях:

проверить выполнимость требований по надежности, содержащихся в техническом задании;

сравнить по показателям надежности различные варианты проектируемой

системы.

Расчет надежности при подборе типов элементов проводится после разработки принципиальных электрических схем. Целью расчета является определение рационального состава элементов, обеспечивающего необходимые электрические параметры и требуемый уровень надежности системы.

Расчет надежности при подборе типов элементов проводится по интенсивностям отказов элементов различных типов и марок с учетом условий их применения. Пересчет интенсивности отказов элемента в нормальных (лабораторных) условиях 0 j на соответствующие условия применения производится по формуле

где ki поправочный коэффициент, учитывающий влияние i-го фактора (вибрации, ударные нагрузки, влажность и т. п.).

Поправочные коэффициенты для некоторых факторов приведены в таблицах

3.3, 3.4.

257

Таблица 3.2 Средние, максимальные и минимальные значения интенсивностей отказов

* Размерность интенсивностей отказов равна 10-6 1/ч. Значения интенсивностей отказов приведены в виде трех чисел: первое число указывает средние значения интенсивностей отказов, второе и третье — максимальные и минимальные значения. Некоторые значения интенсивностей отказов приведены на один контакт (к), штырек (ш), гнездо (г), контактную группу (к. г.).

258

Расчет надежности при уточнении режимов работы элементов проводится,

когда основные конструктивные проблемы решены, но можно еще изменять режимы работы элементов.

Таблица 3.3 Поправочные коэффициенты k1 и k2 в зависимости от воздействия механических факторов на неамортизированную аппаратуру

Таблица 3.4 Поправочные коэффициенты k3 в зависимости от воздействия влажности и температуры

3.2.3 Расчеты надежности систем, которые отказывают при отказе одного элемента (нерезервированных систем)

Вероятность безотказной работы системы в течение заданной наработки (0, ti) при предположении независимости отказов элементов равна:

j 1

259

Пример. Блок питания судовой радиолокационной станции должен работать при температуре окружающей среды 40° С и влажности 70%. С учетом условий работы подобраны элементы блока, приведенные в таблице 3.5.

n

Суммарное значение интенсивности отказов N j j 121,59 10 6 1/ч.

j 1

Необходимо вычислить характеристики надежности блока: интенсивность отказов , среднюю наработку до отказа mt и вероятность безотказной работы Р(ti) в течение наработки ti= 10ч.

Таблица 3.5 Элементы блока питания судовой радиолокационной станции.

Решение. Результаты расчета надежности при подборе типов элементов удобно оформлять в виде таблицы.

Из таблицы __ находят интенсивности отказов 0 j , элементов для нормаль-

ных условий работы (температура 20°С, kн=1). Интенсивности отказов элементов с учетом условий их применения вычисляются по формуле

ударных нагрузок на судовую аппаратуру; k3= 1 коэффициент, учитывающий воздействие температуры 40°С при влажности 70%.

Вычисленная суммарная интенсивность отказов блока питания приведена в конце таблицы__.

Средняя наработка до отказа блока питания будет равна:

Вероятность безотказной работы блока питания в течение ti=10 ч будет рав-

на.

P(t i ) exp( ti ) 1 121.59 10 6 10 0,9988

260