Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Определение показателей надежности радиоэлектронной аппаратуры. Учебное пособие.pdf
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
————————————
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
«Омский государственный технический университет»
Е. Ю. Копытов, С. С. Лутченко, А. А. Любченко
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ
РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Учебное пособие
Омск
Издательство ОмГТУ
2022
УДК 621.396.6(075)
ISBN 978-5-8149-3565-6
© ОмГТУ, 2022
ББК 32.844я73
К65
Рецензенты:
В. В. Зайцев, канд. техн. наук, доцент каф. «Телекоммуникационные,
радиотехнические системы и сети», ОмГУПС;
К. Г. Кочетков, начальник отдела надежности
и унификации АО «ОНИИП»
Копытов, Е. Ю.
К65 Определение показателей надежности радиоэлектронной аппаратуры :
учеб. пособие / Е. Ю. Копытов, С. С. Лутченко, А. А. Любченко ; Минобрнауки России, Ом. гос. техн. ун-т. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2022. – 112 с. : ил.
ISBN 978-5-8149-3565-6
Изложены положения теории надежности и даны рекомендации по решению прикладных задач определения количественных показателей
надежности радиоэлектронной аппаратуры.
Предназначено для студентов специальности 11.05.04, изучающих
дисциплины «Основы теории надежности радиоэлектронных средств»
и «Проектирование и эксплуатация систем и сетей телекоммуникаций»,
и обучающихся по направлению подготовки магистров 11.04.02.
УДК 621.396.6(075)
ББК 32.844я73
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
2
ВВЕДЕНИЕ
Надежность является одним из важных показателей современной тех-
ники. От нее зависят такие показатели, как качество, эффективность, безопасность, готовность и живучесть систем, механизмов и машин. Техника
может быть эффективной только при условии, что она имеет высокую
надежность.
Все изделия радиоэлектронной промышленности характеризуются
качеством, т. е. определенной совокупностью свойств, которые существенно отличают данное изделие от других и определяют степень его
пригодности для использования по своему назначению. В процессе эксплуатации вследствие износа и происходящих необратимых процессов
старения характеристики аппаратуры изменяются. Изменение качества
изделия во времени характеризует один из главных его показателей –
надежность.
Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные
функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в определенных
пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки.
Надежность оценивается по следующим характеристикам изделия:
работоспособность, долговечность, безотказность, ремонтопригодность,
сохраняемость (ГОСТ Р 27.102–2021). Каждая из характеристик надежности численно оценивается показателями, расчет которых выполняется на
всех этапах жизненного цикла радиоэлектронной аппаратуры.
В учебном пособии приведены основные положения теории надежности. Рассмотрены показатели надежности для невосстанавливаемых и восстанавливаемых систем. Приведены методы расчета надежности и методы
резервирования. Подробно рассмотрен расчет надежности радиоэлектронных элементов по интенсивностям отказов. Приведена математическая
3
модель для оценки комплексных показателей надежности эксплуатируемой радиоэлектронной аппаратуры.
Выпускаемые промышленностью изделия, в том числе радиоэлек-
тронные средства (РЭС), предназначены для выполнения заданных функций в течение определенного времени. Способность изделий безотказно
и эффективно функционировать характеризуется показателями надежности, отражающими определенные свойства изделия. В отличие от любых
физических величин, надежность не может быть непосредственно измерена, а может быть только количественно оценена или предсказана.
Важнейшим моментом при любом расчете надежности системы является получение достоверных данных об интенсивности отказов применяемых в ней элементов. Анализ надежности состоит в расчете надежности
систем по интенсивности отказов применяемых элементов. Если некоторым элементам присуща недостаточная надежность, следует использовать
облегченный режим работы. Такой способ при проектировании надежности является стандартным и позволяет значительно увеличить надежность
элементов и изделия в целом. Вместе с тем, если интенсивность отказов
элементов остается все еще слишком высокой, рекомендуется применять
резервирование.
4
1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Теория надежности – это наука, изучающая закономерности отказов
технических объектов.
Теория надежности изучает:
1) критерии и показатели надежности различных видов технических
объектов;
2) методы анализа и синтеза техники по критериям надежности;
3) методы обеспечения и повышения надежности техники;
4) научные методы эксплуатации техники, обеспечивающие ее экс-
плуатационную надежность.
Задачи теории надежности:
1. Обеспечение наиболее эффективного применения аппаратуры.
2. Определение рациональной периодичности диагностирования
и технического обслуживания (ТО).
3. Техническое обслуживание стареющих устройств и требования
к их диагностике.
Особенности теории надежности:
1) широкое изучение математики;
2) необходимость применения компьютерных технологий для реше-
ния практических задач;
3) случайный характер отказов и восстановлений;
4) трудность математического моделирования объектов из-за отсут-
ствия достоверных данных о надежности элементов системы;
5) трудность, а во многих случаях невозможность статистических ис-
пытаний из-за технических и экономических ограничений;
6) сложность современных систем.
Основные понятия теории надежности
Надежность есть важнейшая характеристика любого технического
объекта, от которой зависит целесообразность его использования по
назначению.
5
В соответствии с ГОСТ Р 27.102–2021 «Надежность в технике.
Надежность объекта. Термины и определения» (введен в действие
01.01.2022 г.), надежность (объекта) – свойство объекта сохранять во
времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в заданных
режимах, условиях применения, стратегиях технического обслуживания,
хранения и транспортирования.
Надежность является сложным свойством и состоит из сочетания следующих свойств:
− безотказности,
− долговечности,
− ремонтопригодности,
− сохраняемости.
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки в заданных режимах и условиях применения.
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его при-
способленности к поддержанию и восстановлению работоспособности
объекта путем технического обслуживания и ремонта.
Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах
значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять
требуемые функции в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Восстанавливаемость − свойство объекта, заключающееся в его
способности восстанавливаться после отказа без ремонта.
Готовность – способность объекта выполнять требуемые функции
в заданных условиях, в заданный момент или период времени при условии, что все необходимые внешние ресурсы обеспечены.
6
Готовность зависит от свойств безотказности, ремонтопригодности
и восстанавливаемости объекта.
Рис. 1.1. Схема связей между состояниями объекта:
1 – повреждение; 2 – отказ; 3 – ремонт; 4 – капитальный ремонт
Исправное состояние (исправность): состояние объекта, в котором
все параметры объекта соответствуют всем требованиям, установленным
в документации на этот объект.
Соответствие всем требованиям документации может быть определе-
но как состояние, в котором значения всех параметров объекта соответствуют всем требованиям документации на этот объект.
Неисправное состояние (неисправность) – состояние объекта, в ко-
тором хотя бы один параметр объекта не соответствует хотя бы одному из
требований, установленных в документации на этот объект.
Несоответствие хотя бы одному из предъявляемых требований может
быть определено как состояние, в котором значение хотя бы одного пара-
7
метра объекта не соответствуют требованиям документации на этот
объект.
Неисправный объект может находиться в следующих состояниях:
− работоспособном,
− неработоспособном и
− предельном.
Работоспособное состояние – состояние объекта, в котором значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять заданные функции. соответствуют требованиям нормативной и технической
документации.
1) Работоспособное состояние может быть определено, например, как
состояние объекта, в котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям, установленным в документации на этот объект;
2) отсутствие необходимых внешних ресурсов может препятствовать
работе объекта, но это не влияет на его пребывание в работоспособном
состоянии.
Неработоспособное состояние – состояние объекта, в котором значение хотя бы одного из параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции, не соответствует требованиям документации на этот объект.
1) Для сложных объектов возможно деление их неработоспособных
состояний. При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично неработоспособные состояния, в которых объект способен
частично выполнять требуемые функции;
2) исправный объект всегда работоспособен, неисправный объект
может быть как работоспособным, так и неработоспособным.
Работоспособный объект может быть исправен и неисправен, неработоспособный объект всегда неисправен.
8
Рабочее состояние − состояние объекта, в котором он выполняет хо-
тя бы одну требуемую функцию.
Рабочее состояние отличается от работоспособного отсутствием упо-
минания о способности (возможности) выполнить функцию, т. е. в рабочем состоянии объект уже выполняет какую-либо требуемую функцию,
а в работоспособном состоянии объект потенциально способен ее выполнить, но не обязательно выполняет в данный момент.
Нерабочее состояние − состояние объекта, в котором он не выполня-
ет ни одной из требуемых функций.
Предельное состояние – состояние объекта, в котором его дальней-
шая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.
Критерий предельного состояния – признак или совокупность при-
знаков, установленных в документации, появление которых свидетельствует о возникновении предельного состояния объекта.
Дефект – каждое отдельное несоответствие объекта требованиям,
установленным документацией.
Повреждение – нарушение исправного состояния объекта при сохра-
нении его работоспособного состояния.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного со-
стояния объекта.
Ремонт – комплекс технических операций и организационных дей-
ствий по восстановлению исправного или работоспособного состояния
объекта и восстановлению ресурса объекта или его составных частей.
Ремонт включает локализацию, диагностирование, устранение неис-
правности и контроль функционирования.
Ремонты подразделяются на плановые и внеплановые:
− плановый ремонт − ремонт, выполняемый по плану в соответствии
с требованиями документации.
9
Плановые ремонты по объему выполняемых работ, трудоемкости
и периодичности проведения подразделяются на текущие, средние и капитальные;
− внеплановый ремонт − ремонт, не предусмотренный планом.
Внеплановые ремонты могут быть обусловлены отказом объекта, появлениями повреждений (неисправностей), нарушением правил технической эксплуатации. Внеплановые ремонты подразделяются на аварийновосстановительные и ремонты по состоянию объекта.
По характеру возникновения выделяют отказы:
− внезапные,
− постепенные,
− перемежающиеся.
Внезапный отказ − отказ, характеризующийся скачкообразным пе-
реходом объекта в неработоспособное состояние.
Постепенный отказ − отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта.
Перемежающийся отказ − многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера.
Сбой − самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняе-
мый незначительным вмешательством оператора.
Явный отказ − отказ, обнаруживаемый визуально или штатными ме-
тодами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения.
Скрытый отказ − отказ, не обнаруживаемый визуально или штат-
ными методами и средствами контроля и диагностирования, но выявляемый при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностирования.
10