Анализ надёжности радиоэлектронного устройства

11

Параметр потока отказов, или с р е д н я я ч а с т о т а о т к а з о в ω(τ) - среднее число отказов ремонтируемого изделия в единицу времени, взятое для рассматриваемого момента времени.

По итогам испытаний

ω(τ) = n(Δτ)/ ΔτN0 [1/ч]

Эта формула идентична (7) для частоты отказов. Однако результаты получаются другими, поскольку в течение всего времени испытания действительно работают N0 изделий, так как отказавшие изделия или ремонтируются, или заменяются новыми, и в отказавшие n(Δτ) изделия могут входить как работающие с начала испытаний, так и заменившие отказавшие или отремонтированные изделия.

Н а р а б о т к а н а о т к а з Тср - среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами.

n

Тср = (1/n) ∑ ti , i=1

где ti - время исправной работы между (i-1) и i-м отказами изделия; n - число отказов за время испытаний.

На основном участке работы II (см. рисунок 4) имеют место простейший поток отказов и экспоненциальный закон надежности, и поэтому справедливы соотношения:

т.е. для характеристики работы ремонтируемых изделий можно использовать интенсивность отказов λ.

Определяются интенсивности отказов ИЭТ с учетом условий эксплуатации изделия

λi=λ0i •K1•K2•K3•K4•ai(T,Kн),

где λ0i – номинальная интенсивность отказов (см. таблицу 1),

Анализ надёжности радиоэлектронного устройства.

12

поправочные коэффициенты:

-K1, K2, в зависимости от воздействия механических факторов,

-K3, в зависимости от воздействия влажности,

-K4, в зависимости от давления воздуха,

-ai(T,Kн), в зависимости от температуры поверхности элемента Т (значение Т выбирается студентом) и коэффициентов нагрузки Kн.

Значения поправочных коэффициентов K1,…, K4 приведены в таблице 2. Коэффициенты электрической нагрузки Kн определяются по формулам, приведенным в таблице 3, в зависимости от типа ИЭТ.

Графики для определения поправочных коэффициентов (T,Kн) для различных типов и видов ИЭТ приведены на рисунках 1,…,5. Результаты удобно представлять в виде таблицы.

2.3Структурные схемы надежности

Расчет надежности любого изделия предваряется построением модели расчета — структурной схемы, на которой изображается соединение элементов расчета надежности.

Элемент расчета надежности — часть системы, имеющая количественную характеристику, самостоятельно учитываемую при расчете надежности изделия.

Элементами расчета надежности в зависимости от уровня анализа могут быть ИЭТ, модули, функциональные узлы, блоки и т.п.

В теории надежности рассматриваются два способа соединения элементов в изделии с позиции влияния отказов элементов на отказ системы: основное и резервное.

Основное соединение элементов — такое, при коем отказ соединения насту-

Рисунок 5 — Основное соединение элементов расчета надежности

Надежность (безотказная работа) такой технической системы (ТС) описывается, как

А = In Аi ,

i=1

где А, Аi - работоспособности ТС и i-го элемента соответственно, I - символ

пересечения событий (логическое “и”).

Основное соединение элементов часто называют последовательным. Однако не следует его путать или жестко связывать с электрическим последова-

Анализ надёжности радиоэлектронного устройства.

13

тельным соединением элементов, так как при основном соединении элементов электрически они могут соединяться и последовательно, и параллельно.

Резервное соединение — такое, при котором изделие отказывает только после отказа всех его элементов (рисунок 6).

Рисунок 6 — Резервное соединение элементов расчета надежности

Резервное соединение иногда называют параллельным, но его также не следует жестко связывать с электрическими соединениями элементов.

2.4Методы повышения надежности РЭС

2.4.1Своевременное и эффективное решение проблем, связанных с надёжностью изделия решается системой управления надёжностью (СУН). СУН является частью общей системы управления предприятием и частью системы качества (ГОСТ Р 27.001-2009). Методы повышения надежности РЭС можно сгруппировать по этапам жизненного цикла изделия. Ниже приведены наиболее типичные методы, пути повышения надежности, упорядоченные по типам жизненного цикла изделия, кроме утилизации:

- при проектировании; - при технологической подготовке производства; - при изготовлении; - при эксплуатации.

Кроме того

2.4.2Повышение надежности при проектировании

1) Схемные решения:

-использование в схемах высококачественных надежных ИЭТ;

-повышение уровня интеграции за счет использования микросхем, БИС;

-упрощение схем;

-разработка схем, допускающих широкие допуски номиналов ИЭТ;

-разработка схем с ограниченными последствиями их отказов;

Анализ надёжности радиоэлектронного устройства.

14

-отработка схем методами граничных, матричных и статистических испытаний;

-использование устройств на основе нетрадиционных физических эффектов (опто-, акусто-, квантоэлектроники).

2) Системные решения:

- выбор и воплощение структурной схемы надежности изделия с равномерными (одинаковыми) показателями надежности ее элементов;

- резервирование элементов с наихудшей надежностью (принцип Богданова А.А.);

- использование линий связи на основе нетрадиционных физических эффектов;

- снижение уровня внутренних помех структурными решениями. 3) Конструкторские решения:

-обеспечение наименьшего перегрева (если есть другое КР, уменьшающее еще более перегрев при сохранении других сторон качества изделия - принимать его);

-электрическое соединение (контакт) должно иметь только одно функциональное назначение - электрический контакт с минимальным и постоянным омическим сопротивлением; не должно быть никаких других функций, особенно функции обеспечения механической прочности;

-защита электрических контактов от внешних механических (вибрации, удары), климатических, агрессивных и других воздействий;

-надежное обеспечение минимальной величины электрического сопротивления контактов экранов с корпусом изделия;

-обеспечение в пределах нормы суммарного электрического сопротивления всех механических соединений скелета изделия при всех предусмотренных ТУ на изделие длительных внешних воздействиях;

-наилучший выбор материалов, особенно с позиции старения.

2.4.3 Технологическая подготовка производства и изготовление изделий

-высокая квалификация работников;

-высокий уровень технологической дисциплины;

-уменьшение сборочно-регулировочных работ за счет ужесточения допусков на размеры деталей и мелких сборок;

-выявление малонадежных изделий на самых низших уровнях сборки посредством механических, климатических и других видов испытаний;

-входной контроль попутных изделий;

-тренировка элементов и систем;

-использование прогрессивных технологических процессов;

-автоматизация производства (при условии экономической целесообразности);

-статистическое регулирование качества изделий.

Анализ надёжности радиоэлектронного устройства.

15

2.4.4 Эксплуатация изделий

-высокая квалификация ремонтных мастеров;

-организация обслуживания и ремонта изделий;

-организация обучения ремонтных мастеров;

-регулярность профилактического осмотра и предупредительного ремонта изделий;

-строгий учет, анализ и обобщение случаев отказов изделий с оповещением изготовителя (разработчика);

-хорошие деловые отношения с изготовителем (разработчиком).

3 Задание на лабораторную работу

3.1Исследуемое изделие — радиоприбор по выбору преподавателя (например: осциллограф, генератор, цифровой вольтметр, телевизор, видеоконтрольное устройство, линейный усилитель, типовой источник питания, передатчик, телевизионная камера и др.).

3.2Исходные сведения и документы:

-ЭЗ исследуемого изделия с перечнем элементов;

-техническое описание исследуемого изделия;

3.3Задачи анализа

1)изучить рабочие процессы в изделии по ЭЗ;

2)составить структурную схему надежности и определить наличие или отсутствие в изделии резервированных цепей;

3)составить таблицы интенсивностей отказов ИЭТ по функциональным узлам, если они есть, и изделия в целом;

4)выделить элементы с существенно большими интенсивностями отказов и проанализировать КР ремонтопригодности изделия относительно этих элементов;

5)рассчитать время наработки на отказ и вероятность безотказной работы изделия;

6)исследовать КР защиты изделия (электрических контактов) от внешних механических и других воздействий;

4Порядок выполнения работы

1)Изучите рабочие процессы в изделии по ЭЗ и техническому описанию, изучите работу каждого каскада ЭЗ, функциональную роль каждого ИЭТ усвойте так, чтобы точно знать, как изменится работа ЭЗ, если величины показа-

Анализ надёжности радиоэлектронного устройства.

16

телей этого ИЭТ изменятся под воздействием внешней среды или из-за старения больше, чем их предельные отклонения, или если ИЭТ откажет;

2)Выделите ИЭТ, отказ которых никак не сказывается на надежности изделия — не приводит к отказу изделия или отклонению его показателей назначения за предельные отклонения, установленные в ТУ на изделие; эти ИЭТ, если они есть, не должны учитываться при расчете показателей надежности.

3)Составьте структурную схему надежности согласно рисункам 5 или 6

иопределите наличие или отсутствие в изделии резервированных цепей. Для этого определите понятия элементов в структурной схеме надежности исследуемого изделия.

Если элементами могут быть и отдельные ИЭТ, и функциональные узлы ил группы, то составьте структурную схему изделия и структурные схемы надежности отдельных функциональных узлов (групп) — элементов, являющихся подсистемами в структурной схеме надежности изделия.

4)Определите интенсивности отказов ИЭТ с учетом условий эксплуатации изделия, заполните таблицу 1, используя графики Приложения Д.

Анализ надёжности радиоэлектронного устройства.

17

5) Составьте таблицы интенсивностей отказов ИЭТ по функциональным узлам, если они есть в изделии, и для изделия в целом, заполните таблицу 2

Таблица 2 - Интенсивность отказов элементов

_______________________________________

(наименование изделия, функционального узла)

где n — число элементов данного вида определяется по ЭЗ, λ — определяется по справочникам ИЭТ или (и) по данным в приложении Б.

6)Выделите ИЭТ с величинами интенсивностей отказов на порядок (в 10 раз) большими, чем у других ИЭТ и проанализируйте, какие относительно этих ИЭТ КР приняты в изделии для обеспечения надежности изделия, достаточны ли они, и какие на Ваш взгляд нужно принять КР, дополнительные или совсем новые.

7)Пользуясь данными таблиц 1 и 2 рассчитайте по формулам (17,18) время средней наработки на отказ (Т) и вероятность безотказной работы изде-

лия (р(τ)) в течение суток с учетом суточного режима работы изделия.

8)Опишите КР в изделии для защиты электрических контактов от внешних механических и других воздействий. При необходимости предложите дополнительные или новые КР.

9)Опишите неразъемные и разъемные соединения в скелете изделия и особенно КР, обеспечивающие прочность этих соединений с позиции сохранения электрических характеристик этих соединений. При необходимости предложите дополнительные или новые КР.

Анализ надёжности радиоэлектронного устройства.

18

5 Содержание отчёта

Содержание отчёта:

1)Ведение;

2)Объект исследования (структурная или функциональная схема изделия и краткое описание работы изделия);

3)Результаты исследования

−допущения, применяемые в исследовании (перечень ИЭТ, отказ которых не приводит к отказу изделия, обоснование модели надёжности и т.д.);

−структурная схема надежности изделия и функциональных узлов, при необходимости;

−таблицы интенсивностей отказов ИЭТ и их анализ ;

−расчет времени средней наработки изделия на отказ и вероятности безотказной работы изделия, соответствующие графики P(τ) = P(τ >

τзад);

−описание имеющихся в изделии предлагаемых решений по повышению надёжности изделия, предложения по повышению надёжности;

4)заключение

Список использованных источников.

При ссылке на сайты из сети Интернет следует указывать адрес. Название сайта, авторов или организацию разработчика сайта.

6Контрольные вопросы

1.Дайте определение надёжности, укажите особенности этого понятия.

2.Основные этапы развития и формирования теории надёжности.

3.Дайте понятия проектной и эксплуатационной надёжности изделия, поясните сходство и различия, как устраняется противоречия между этими понятиями?

4.Как обеспечивается эксплуатационная надёжность изделия на различных этапах его жизненного цикла?

5.Отказы в теории надёжности и их классификация.

6.Работоспособность, безотказность, готовность.

7.Восстанавливаемость и ремонтопригодность.

8.Сохраняемость, долговечность, предельное состояние, ресурс.

9.Что такое готовность изделия?

10.Основное отличие критериев и показателей надёжности восстанавливаемых и невосстанавливаемых изделий.

11.Наработка до отказа, наработка на отказ, средняя наработка. Расчёт.

Анализ надёжности радиоэлектронного устройства.

19

12.Вероятность безотказной работы (вероятностное и статистическое определения).

13.Частота отказов, средняя частота отказов (вероятностное и статистическое определения).

14.Расскажите о зависимости частоты отказов от времени.

15.Что такое интенсивность отказов и как она связана с частотой и вероятностью отказов (вероятностное и статистическое определения).

16.Экспоненциальный закон надёжности. Основные особенности. Как подсчитывается вероятность безотказной работы изделия при экспоненциальном законе надежности?

17.Что такое параметр потока отказов?

18.Модели надёжности изделия при проектировании. Допущения и схемы надёжности.

19.Привести и обосновать классификацию источников возникновения дестабилизирующих факторов (ДФ), влияющих на надёжность изделия.

20.Учёт влияния ДФ на надёжность изделия.

21.Коэффициентный метод расчёта надёжности изделия.

22.Основные положения системы управления надёжностью (СУН)

23.Влияние СУН на повышение надёжности изделия.

24.Эффективные методы по повышению надёжности на всех этапах ЖЦИ.

25.Перечислите схемные решения повышения надежности.

26.Перечислите системные решения повышения надежности.

27.Перечислите конструкторские решения повышения надежности.

28.Перечислите технологические решения повышения надежности.

Анализ надёжности радиоэлектронного устройства.

20

Список литературы

1.Анализ надежности прибора Лаб.раб./Сост. Г.М.Богданов - Новгород:

НовГУ,2001.- 14с

2.Баканов Г.Ф. Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств: учеб. пособие для студ. Высш. учеб. заведений/ Г.Ф.Баканов, С.С. Соколов, В.Ю. Суходольский; под ред. И.Г. Мироненко. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 368с.

3.Богданов Г.М. Основы проектирования радиоэлектронных средств: упорядочение исходных данных: Учеб. пособие/ Новгород гос. ун-т им. Ярослава Мудрого. – Великий Новгород, 2005. – 143 с.

4.Дорохов А.Н., Керножицкий В.А., Миронов А.Н., Шестопалова О.Л. Обеспечение надёжности сложных технических систем: Учебник. – СПб.: Издательство «Лань», 2011. – 352с.;ил. – (Учебник для вузов. Специальная литература).

5.Парфенов Е.М. и др. Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры: учеб. пособие для ВУЗов/Е.М. Парфенов, Э.Н. Камышная, В.П. Усачев - М.: Радио и связь, 1989. - 272 с.; ил.

6.Половко А.М. Основы теории надежности:Учеб.пособие для вузов/ А.М. Половко, С.В. Гуров. ─ 2-е изд.,перераб.и доп. ─ СПб.:БХВ-

Петербург,2006. ─ 702с.:ил. ─ Библиогр.:с.689-698. ─ Указ.:с.699-702. ─ ISBN 5- 94157-541-6(в пер.).

7.Половко А.М. Основы теории надежности:Практикум Учеб.пособие для вузов/ А.М. Половко, С.В. Гуров. ─ СПб.:БХВ-Петербург,2006. ─ 557,[1]с.:ил. ─ Библиогр.: с.558. ─ ISBN 5-94157-542-4(в пер.).

8.Синопальников В.А., Григорьев С.Н. Надёжность и диагностики технологических систем. Учебник.- М.: ИЦ МГТУ «Станкин», Янус-К.- 2003, 331 с.

9.Чеканов А.Н. Расчёты и обеспечение надёжности электронной аппарыпуры: учебное пособие/ А.Н.Чеканов. – М.: КНОРУС, 2012. – 440с.

10.Черкесов Г.Н. Надёжность аппаратно-программных комплексов. Учебное пособие. – СПб.: Питер, 2005. – 479 с.: ил.

Анализ надёжности радиоэлектронного устройства.