Расчет надежности изделий. Принятие мер по обеспечению требуемой надежности изделий.

Конструирование и изготовление включают:

Выбор типоразмеровпечатной платы, компоновка элементов на печатной плате.

Разработка монтажной схемы, разводка печатных проводников и изготовление платы.

Монтаж элементов печатной платы.

Тестирование изделия в статическом и динамическом режимах.

Приемочные испытания.

Разработка проектной документации.

Сдача и защита проекта.

Сопровождение проекта при необходимости.

9.2 Надежность устройств.

Надежность - это свойство изделий безотказно выполнять заданные функции в условиях предусмотренных ТЗ [11].

Отказы изделий классифицируются на: внезапные, постепенные, структурные, параметрические, полные, неполные, конструктивные, производственные, эксплуатационные.

Надежность изделий оценивается по определенным показателям. Показатели надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых систем: вероятность безотказной работы за время T; средняя наработка на отказ, час; интенсивность отказов, 1/час, среднее время восстановления, час; средний срок службы, час; коэффициент готовности и ряд других.

Надежность закладывается на стадии проектирования путем выбора структуры, элементов, режимов работы, введением избыточности, использованием диагностики, реализуется на стадии изготовления путем соблюдения технологии производства, поддерживается на стадии эксплуатации путем правильного технического обслуживания, обеспечения запчастями, рациональной численностью обслуживающего персонала.

Надежность изделий обеспечивается выбором структурной и функциональной схемы, типом элементов, режимом элемента, резервированием элементов, диагностированием.

Для выбора методов обеспечения надежности необходимы способы, позволяющие рассчитать показатели надежности с учетом структуры изделия.

Одним из таких способов является  - метод, применяемый для невосстанавливаемых систем, который заключается в следующем:

Каждый элемент (микросхема) характеризуется интенсивностью отказов, обозначаемой , определяемой изготовителем элементов и приводимой в справочной литературе. Интенсивность отказов и вероятность безотказной работы, а также и другие показатели надежности являются случайными величинами, характеризующиеся законом распределения вероятности. Принято считать, что наиболее распространенным является экспоненциальный закон распределения, который позволяет использовать достаточно простые формулы расчета.

 - Метод расчета надежности. Этот метод предполагает, что отказ любого элемента приводит к отказу изделия.

Пример: Анализ принципиальной схемы изделия и справочных данных позволяет составить таблицу для расчета надежности. Примерные значения  для различных элементов приведены там же:

•Тип элемента Кол-во элементов - элементов Сумм. коэффиц.

•Конденсатор 100 0,04*е-61/час 4*е-6 1/час

•Резистор 100 0,04*е-6 1/час 4*е-6 1/час

•Транзистор 50 0,5*е-6 1/час 25*е-6 1/час

•Диод 50 0,2*е-6 1/час 10*е-6 1/час

•Микросхема 10 1*е-6 1/час 10*е-6 1/час

и т. д.

Вероятность безотказной работы изделия для экспоненциального закона рассчитывается по формуле Pб = EXP( - (ni* i)*t , где

ni - кол-во элементов i- того типа, i - интенсивность отказов i - тых элементов, t - требуемое время безотказной работы. Средняя наработка на отказ равна Tср = 1/ (ni* i) , час.

Резервирование заключается в установке в изделие нескольких одинаковых элементов, выполняющих одни и те функции, позволяющих при отказе одного из них, использовать резервный элемент. Указанный способ повышает надежность изделия во много раз.

Способов резервирования достаточно много, в частности, общее нагруженное, общее ненагруженное, скользящее, дробное и др. Общий нагруженный резерв использует полное резервирование системы, которое не требует перестроения схемы при отказе одного или нескольких элементов. Общее ненагруженное резервирование требует перестроения схемы при отказе элементов. Скользящее резервирование использует замещение отказавшего элемента резервным, а дробное - использует мажоритарный алгоритм резервирования.

Чаще всего используется равнонадежное резервирование, т.е. такое, когда рабочие и резервные элементы имеют одинаковую интенсивность отказов.

Расчет надежности резервированных систем осуществляется несколькими методами, наиболее простым из которых является способ булевых функций.

Расчет состоит из двух этапов: составление булевой функции изделия и расчет надежности по булевой функции и характеристикам надежности элементов. Базовые предположения метода: конечное число элементов в изделии, элемент может находиться в состоянии отказа или работоспособности, изделие может находится только в двух состояниях - отказа и рабочем, частичные отказы недопустимы

Если надежность элемента описывается булевой функцией Х=1 -работоспособность, Х^=0 - отказ, тогда последовательное в смысле надежности соединение элементов описывается конъюнкцией F(X) = X1*X2*X3^*…*Xm, а параллельное - дизъюнкцией F(X) = X1+X2+X3^+…+Xm.

Последовательная структура имеет общую вероятность безотказной работы равную

m

Pб =  Pi , а параллельная структура, как показано ниже

i=1

m

Pб = 1-  (1-Pi ), где

i=1

Pi - вероятность безотказной работы элементов, m - количество элементов

Восстанавливаемые системы характеризуются возможностью ремонта или замены каждого элемента, следовательно, у этих систем чередуются состояния отказа и работоспособности.

Если считать, что поток отказов каждого элемента ординарен, стационарен и не обладает последействием, т. е. является пуассоновским, то среднее количество отказов в ед. времени постоянно =const, то

•Pб = exp(-*t ) - вероятность б.р.,

•T=1/ - наработка на отказ,

• m

•Tв = 1/ c*  ni* i*tвi - среднее время восстановления.

• i=1

Комплексный показатель надежности восстанавливаемых систем -

коэффициент готовности равен Кг = Т / T + Tв.

Основная и дополнительная литература

1. Схемотехника ЭВМ, под ред. Проф. Соловьева. Л., 1988.

2. Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. М., ВШ, 1987.

3. Букреев И. Н., Горячев В. И., Мансуров Б. М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М., Советское радио, 1975.

4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника.

М., Энергоатомиздат, 1988.

5. Алексеенко А.Г. Основы микросхемотехники. М.: Советское радио, 1977.

6. Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. М.: Энергоатомиздат 1988.

7. Голсуорт Б. Проектирование цифровых логических устройств: Пер. с англ.\ под ред. Топчеева Ю. И. М., Машиностроение,1985.

8. Хоровиц П. , Хилл У. Искусство схемотехники. В 2-х томах\ пер. с англ., М., Радио и связь, 1983.

9. Гутников С.М. Интегральные схемы в измерительной технике, Л., 1988.

10. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Советское радио, 1979.

11. Журавлев В.М., Вейс Л.Д., Гертель Е.О. Оценка надежности функционирования сложных систем управления при проектировании. Учебное пособие, Фрунзе, 1988.

12. Халтурин Б.Н., Вейс Л.Д., Скрипников Ю.А. Полупроводниковые схемы на отечественных элементах, КиргизИНТИ, Фрунзе, 1966.

13. Вейс Л.Д., Савченко Н.В. Автоматизированный учебный курс «Схемотехника» http://auks.online. kg.