Таблиця 1.1 Узагальнені дані про небезпеку відмов деяких елементів суа

Найменування елемента	Небезпека відмов на 103г роботи
Резистори ........................................... Конденсатори ..................................... Трансформатори ................................ Дроселі, котушки індуктивності ..... Реле ..................................................... Сельсини, електродвигуни ................ Напівпровідникові прилади: діоди .................................... транзистори .........................	(0,000010, 015) (0,000010,164) (0,000020,064) (0,000020,044) (0,00051,01) (0,0010,33) (0,000120,5) (0,00010,9)

Небезпека відмов суттєво залежить від режиму роботи елементів. Найбільший вплив здійснює коефіцієнт навантаження К_Н і температури оточуючого середовища. Під коефіцієнтом навантаження елементів звичайно розуміють відношення дійсної і номінальної потужностей (або відношення напруг, струмів). Зі збільшенням коефіцієнта К_Н елемента і температури оточуючого середовища різко збільшується небезпека відмов, тобто значно знижується надійність елементів. В процесі експлуатації елементи змінюють величину свого головного параметра, що призводить до зміни коефіцієнта К_Н. Тому при виборі режимів роботи елементів необхідно враховувати зміну параметрів в часі.

Приведені вище співвідношення дозволяють визначити основні кількісні характеристики надійності елементів. Звичайно на основі статистичних випробувань знаходять початкову характеристику надійності - небезпеку відмов або частоту відмов, а інші характеристики і показники визначають розрахунковим шляхом. Для зручності визначення характеристик надійності звичайно вважають, що вони підпорядковуються одному з відомих законів розподілення. Відповідну теоретичну модель вибирають для закону розподілення частоти відмови а(t). Методи математичної статистики, що дозволяють проводити і оцінювати ступінь відповідності теоретичних і емпіричних розподілень розглядаються в літературі. Слід відмітити, що при доброму узгодженні початкової теоретичної моделі закону розподілення з законом розподілення відмов елемента зменшується обсяг статистичних досліджень, які потрібні для оцінки показників надійності з заданою достовірністю.

При дослідженні надійності елементів широко використовується показниковий закон розподілення (рис.1.10, а), оскільки з ним частіше доводиться зустрічатись на практиці. Наприклад, показниковий закон розподілення відмови справедливий, якщо закінчився період приробки елементів, а старіння матеріалів проявляється незначно (див. рис.1.9, б. інтервал від t₁ до t₂). Цей закон розподілення характеризується одним числовим параметром - небезпекою відмови  = const (див. рис. 1.9, а), і формули для оцінки показників надійності спрощуються :

(1.64)

Формули (1.64) справедливі в випадку, якщо відмови елементів відбуваються через раптові електричні або механічні відмови.

При дослідженні характеристик надійності напівпровідникових приладів а також при прискорених випробуваннях елементів в форсованих режимах і оцінці надійності елементів в період приробки широко використовують розподілення Вейбулла (рис. 1.10, г). Частота відмов при розподіленні Вейбулла

,

де ₀ - параметр, який задає масштаб кривої по осі абсцис; k - параметр розподілення, який задає гостроту і асиметрію розподілення (див. рис.1.10, г).

Кількісні характеристики надійності для розподілення Вейбулла виражаються наступними співвідношеннями:

(1.65)

Закон Вейбулла узагальнює закон показникового розподілення. Добираючи різні значення k, можна отримати кращу відповідність з дослідними даними. При k = 1 має місце показниковий закон розподілення. При k<1 закон розподілення справедливий, якщо небезпека відмов зприхованими дефектами і малим старінням. При k>1 закон розподілення справедливий, якщо небезпека відмов збільшується, що характерно для елементів, які не мають прихованих дефектів, але швидко старіють.

Для оцінки надійності елементів в початковий період експлуатації електромеханічних і електронних пристроїв з небезпекою відмов, що знижується з часом, служить гама-розподілення (див. рис. 1.10, г). Характеристики надійності при цьому законі розподілення схожі на аналогічні характеристики розподілення Вейбулла, тому і області їх використання приблизно збігаються.

При дослідженні відмов, які виникають під впливом якого-небудь одного домінуючого експлуатаційного фактора, використовують нормальний закон розподілення (див. рис. 1.10, б). Знаходять використання також закони логарифмічного нормального розподілення і розподілення Релея (рис. 1.10, в, д).

Елементи і пристрої СУА за конструктивною складністю дуже різні - від найпростішого елемента (термопара, термістор, тензометр) до дуже складних пристроїв (аналого-цифровий перетворювач, цифровий суматор). Якщо складний пристрій складається з ряду простих елементів, то, знаючи показники надійності останніх, можна визначити надійність усього пристрою.

Рис. 1.10. Характер залежності показників надійності в часі при різних законах розподілу частоти відмов

З точки зору оцінки надійності найпростіші елементи в пристрої з’єднані послідовно або паралельно. Вважається, що елементи з’єднані послідовно, якщо відмова будь-якого з них викликає відмову всього пристрою, і паралельно, якщо відмова всього пристрою настає лише після відмови всіх елементів. В реальних пристроях містяться обидві вказані групи з’єднання елементів. Якщо пристрій складається з n-послідовно з’єднаних елементів, ймовірності безвідмовної роботи яких для різних інтервалів часу рівні Р₁(t), P₂(t),..., P_n(t), то, на підставі теореми множення незалежних подій, ймовірність безвідмовної роботи пристрою

(1.66)

Небезпека відмови пристрою

(1.67)

де _і(t) - небезпека відмови і-го елемента.

В окремому випадку при показниковому законі розподілення, коли _і(е)=_і=const, ймовірність безвідмовної роботи пристрою

Якщо пристрій складається з n паралельно з’єднаних елементів, ймовірність відмови яких для різних інтервалів часу рівна Q₁(t), Q₂(t),..., Q_n(t), то ймовірність відмови пристрою

(1.68)

Методи збільшення надійності елементів і пристроїв СУА діляться на три групи: виробничі, схемно-конструктивні і експлуатаційні. Виробничі методи включають досконалення технології виготовлення виробів, аналіз причин відмов з послідовним їх усуненням, поліпшення контролю в процесі виробництва. Схемно-конструктивні методи передбачають розробку схем з широкими допусками на відхилення параметрів, вибір потрібних величин навантаження, резервування. Розрізняють поелементне, групове і загальне резервування. Резервний елемент, вузол, блок, або пристрій можуть знаходитись: в умовах навантаженого (гарячого) резерву, коли основні і запасні елементи знаходяться в одному і тому ж робочому режимі; в умовах незавантаженого резерву, коли запасні елементи включаються замість робочого елемента при відмові останнього; в умовах полегшеного резерву, коли запасні елементи аж до відмови основних елементів несуть часткове навантаження. Експлуаційні методи дозволяють збільшити надійність виробів корекцією робочих режимів елементів і пристроїв, а також системою профілактичних заходів. Строк експлуатації елементів і пристроїв може бути значно збільшено за рахунок багаторазових ремонтів.