2.1.4. Особенности расчета надежности при проектировании различных систем

На различных стадиях проектирования необходимо приближенно оценить, а главное – сравнить надежность вариантов системы. При этом на начальной стадии проектирования сведений о создаваемой системе, как правило, недостаточно для использования графиков (t). Поэтому при рас­четах надежности проектируемых систем будем полагать, что интенсивно­сти отказов элементов постоянны и равны средним значениям _i(t) за срок службы системы:

(2.25)

В настоящее время можно выделить три этапа расчета надежности систем:

1. Ориентировочный расчет надежности по блок-схеме системы.

2. Расчет надежности при подборе элементов.

3. Расчет надежности при уточнении режимов работы элементов.

Все три этапа расчета надежности проектируемой системы одина­ковы и различаются только тем, что по мере создания системы учитыва­ется все большее число факторов. Деление расчета надежности проекти­руемой системы на этапы в этом смысле представляется условным.

2.1.5. Расчет надежности по блок-схеме системы

Данный расчет производится при решении вопроса о принципах ор­ганизации системы.

При расчете надежности вариантов системы необходимо выполнить следующие операции:

1. Определить число элементов каждого типа в блоках рассматри­ваемого варианта системы. При этом учитываются только те элементы, от­каз которых приводит к отказу системы. Так как принципиальная схема на данном этапе отсутствует, число элементов определяется приближенно следующим образом:

• либо по сравнению с аналогами;

• либо с использованием стандартных узлов;

• либо по специальным таблицам.

2. Отыскать в справочных материалах _i.

3. Рассчитать интенсивность отказов системы по формуле

(2.26)

где d – число типов элементов; N_l – число элементов определенного типа; _l – интенсивность отказов элементов данного типа.

Различные варианты можно сравнивать и по , и по вероятности без­отказной работы за заданное время t_з. Согласно (2.16)

.

Пример 2.5. Сравнить надежность двух вариантов реализации сис­темы управления, в первом варианте используется аппаратно-программная реализация функций на базе микропроцессора (микроконтроллера), во вто­ром варианте используется полностью аппаратная реализация функций. Пусть в первом варианте используется центральный процессор и 2 блока ОЗУ, а во втором варианте  100 микросхем малой и средней степени ин­теграции, 20 резисторов и 10 конденсаторов:

_пр = 152  10^–6 + 2  100  10^–6 = 352  10^–6,

_ап = 100  0,1  10^–6 + 20  0,1  10^–6 + 10  0,04 10^–6 = 12,4  10^–6.

В данном случае с точки зрения надежности аппаратурная реализа­ция предпочтительнее.

2.1.6. Расчет надежности при подборе элементов системы

Этот вид расчета производится при уточнении принципиальной схемы. Ход расчета в основном совпадает с описанием выше. Отличие за­ключается в том, что значения параметров _l берутся не средними, а раз­личными для различных типов и марок элементов.

2.1.7. Расчет надежности системы с учетом режимов работы элементов

Для элементов систем имеются графики зависимости интенсивности отказов элементов от нагрузок – температуры, давления, напряжения и т.д., а также от условий применения. Пересчет интенсивности отказов на различные условия можно осуществить:

– с помощью коэффициентов;

– с помощью расчетных графиков;

– с учетом разброса значений параметров режимов применения эле­ментов.

Наиболее грубым является метод поправочных коэффициентов. При использовании этого метода по экспериментальным данным вычисляются коэффициенты k_l, показывающие, во сколько раз значения интенсивности отказов элементов, работающих в данных условиях применения, больше интенсивности отказов в лабораторных условиях:

. (2.27)

Метод применения расчетных графиков отличается тем, что попра­вочный коэффициентk_l не является постоянным, а зависит от значения на­грузки. Коэффициент k_l выбирается по графику зависимости k_l от нагрузки. При учете разброса значений параметров берется не среднее значение k_l, а k_lmax и k_lmin. В результате получается _max и _min, внутри которой и лежит  системы, а также Р(t) системы (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Пример метода применения расчетных графиков