9.5.2. Обеспечение надежности рэс на этапе проектирования конструкций

Свой вклад в ненадежность изделий вносит ненадежность их несущих конструкций, обеспечивающих защиту изделий от внешних воздействий:

- климатических,

-механических,

-электромагнитных,

-радиационных и др.

Необходимость введения дополнительных конструктивных элементов для повышения эффективности отвода теплоты (радиаторов, вентиляторов), влагозащиты и герметизации (уплотнителей, поглотителей), вибро- и ударозащиты (амортизаторов), подавления электромагнитных помех (экранов), ослабления потоков ионизирующих излучений (теневых экранов; коллиматоров) существенно усложняет конструкцию изделия, увеличивает его массу, габаритные размеры и снижает надежность.

Кроме того, если заданный уровень надежности изделия не удается обеспечить за счет повышения уровня надежности его компонентов, то необходимо переходить к другим методам, в частности к резервированию отдельных узлов, устройств или изделия в целом, что еще более усложняет его конструкцию. Поэтому решение о необходимости резервирования должно быть обоснованным, а принятое техническое решение должно быть оптимальным по некоторому критерию качества при безусловном выполнении требований по уровню надежности изделия.

Резервирование

Резервирование — это метод повышения надежности введением избыточности, т.е. метод, основанный на использовании дополнительных однотипных составных частей РЭС — узлов, устройств и т.д.

Этот метод повышения надежности используют, когда требуемый ресурс работы изделия превышает ресурс работы его компонентов или когда для необслуживаемого изделия, функционирующего, например, на борту космического летательного аппарата, обязательным является требование его устойчивости к одиночному отказу любого вида.

Различают общее и раздельное резервирование.

При общем резервировании резерв предусматривается на случай отказа РЭС в целом, например на узле радиосвязи устанавливается дополнительная радиостанция.

При раздельном резервировании резерв предусматривается на случай отказа отдельных составных частей РЭС, например радиостанция комплектуется дополнительным бензоагрегатом питания или в состав передатчика вводится дополнительный узел задающего генератора. Обычно резервируют самые важные и самые ненадежные составные части РЭС.

Резервные элементы могут быть подключены к основному элементу либо постоянно (постоянное резервирование), тогда они участвуют в функционировании РЭС наравне с ним, либо после отказа основного элемента (резервирование замещением или скользящее), тогда его функции передают этим резервным элементам. Кроме того, резервные элементы могут находиться во включенном состоянии (нагруженный резерв) и в выключенном (ненагруженный резерв).

Резервирование также бывает однократным (дублирование) и многократным. Кратность резервирования п_р равна отношению числа резервных элементов к числу однотипных резервируемых элементов. С другой стороны, значение п_р численно равно ближайшему целому числу, определяющему необходимый выигрыш в надежности изделия К_р =Т_{ср.треб}/Т_ср (в данном случае по Т_ср). Тогда п_р = К_р, если К_р — целое число, п_р = int(K_p) + 1, если К_р — дробное число.

Для ненагруженного резервирования (ННР) изделия при экспоненциальном распределении интервалов безотказной работы его элементов и в случаях абсолютной надежности устройств переключения резервных элементов фактический выигрыш в надежности K_pHHP = п_р а для нагруженного резервирования (HP)

К_рНР = ⁿ∑_k=1 1/K

где п - число параллельно работающих элементов.

Меньший по сравнению с ННР рост выигрыша в надежности для HP при увеличении числа резервных элементов связан с одновременным расходованием ресурса основного и резервных элементов для HP. При ННР расход ресурса происходит последовательно. Предположение об абсолютной надежности устройств переключения породило известный парадокс резервирования: как бы ни велика была вероятность отказа элементов, выбором соответствующего их числа возможно обеспечить требуемый выигрыш в надежности.

На практике же кратность резервирования п_р ≤ 4, так как при большем значении дальнейший рост надежности изделия начинает сдерживаться ростом ненадежности переключающих устройств. Кроме того, увеличиваются масса, габаритные размеры и стоимость изделия, а при HP растет потребление энергии изделием и ухудшается его тепловой режим.