Министерство общего и

образования Российской Федерации

Cанкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет

КАФЕДРА ИИСТ

Курсовая работа по дисциплине

“Надежность и качество средств ИИТ”

по теме:

“Расчет надежности блока проектируемого

измерительного устройства”

Преподаватель: Долидзе Р.В.

Бригада: Каменский А.М.

Группа: 6361

Санкт-Петербург

Курсовая работа по дисциплине: “Надежность и качество средств ИИТ”.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Тематикой заданий лабораторно-практических занятий является расчет надежности предложенной принципиальной схемы, являющейся частью средству ИИТ, с учетом внезапных и метрологических отказов. Расчет включает в себя предварительный выбор конкретных элементов, входящих в предложенную принципиальную схему, ее трассировку, выбор электрических нагрузок на элементы, построение графиков вероятности безотказной работы и интенсивности отказов. При этом расчеты надежности предлагается произвести при работе элементов в нормальных условиях применения (ГОСТ 8.395-80):

• температура окружающего воздуха, °С ......... 20 ±5;

• относительная влажность воздуха, % ...…..... 65 ±5;

• атмосферное давление, кПа ..……….........….101,3 ±4

( мм рт. ст. ........... 760 ± 30);

Другие влияющие факторы (напряжение питающей сети, вибрация, магнитное поле и т.д.) не учитываются. Предполагается, что учет всех факторов, в которых работает (по техническому заданию) проектируемое средство измерения (СИ), будет осуществлен студентами при выполнения дипломного проекта, где расчет надежности и качества является обязательным разделом. Кроме того, задания не включают в себя связь надежности и качества с ценой и серийностью изделия, а также с его конкурентоспособностью, которые при решении инженерных задач являются важнейшими факторами. Поэтому круг вопросов для оптимального решения многовариационной задачи проектирования изделия, при наличии противоречивых требований (функциональных, экономических, технологических, экологических и т.п.), достаточно широк.

Таким образом, решения предлагаемых задач ограничиваются развитием у студентов навыков расчета надежности и качества элементов и средств ИИТ в рамках укачанного теоретического курса.

Задание

Для заданной схемы блока измерительного устройства обеспечить время безотказной работы Т ( с учетом внезапных и постепенных отказов) в 1 год с вероятностью Р = 0,99 и время межповерочного интервала Т_мпи ³ 1 год. Режим работы блока - непрерывный. Условия эксплуатации - нормальные. Для выполнения задания произвести следующие расчеты:

1. Определить и построить графики количественных характеристик устройства по внезапным отказам (аналитически и методом статистического моделирования):

   а) P_k(t) - вероятность безотказной работы;

   б) l_k(t) - интенсивность отказов.

   Закон распределения времени безотказной работы (отказы элементов) устройства подчинены экспоненциальному закону.

2. Определить и построить графики количественных характеристик для постепенных отказов:

а) Р_n(t) - вероятность безотказной работы;

б) l_n(t) - интенсивность отказов.

Считать, что во всех временных сечениях определенный параметр блока распределен нормально. Предел допускаемой относительной основной погрешности параметра блока d.

Сделать выводы по полученным результатам, в которых указах конкретные пути увеличения надежности данного блока.

Примечания к заданию

1.В исходных данных к заданию приведены параметры элементов, полученные в результате расчета схемы. При необходимости возможно изменение параметров элементов схемы, не влияющих на значение измеряемой величины на выходе блока.

2. где , где x - значение измеряемой величины на выходе блока при номинальных (заданных) значениях параметров схемы, а 8 измеряется в процентах.

3. Отказы элементов схемы являются независимыми событиями.

4. Заданный блок представляет собой четырехполюсник, который может подключаться в общую схему средства ИИТ (в том числе и к блоку питания) с помощью различных коммутационных изделий (разъемов, гнезд, штепселей) или соединения пайкой. Способ коммутации выбирается студентом.

5. В случае необходимости возможна замена постоянных элементов (резисторов, конденсаторов) на переменные.

6. Конструктивное оформление блока, расположение деталей на печатной плате (одно- или двухсторонней) и способы крепления навесных Деталей выбираются самостоятельно исходя из соображений минимизации габаритов и массы, а также максимальной надежности изделия.

ЗАДАНИЕ № 3.1.

Исходные данные:

R1=1.5 кОм;

R2=200 кОм;

R4=3.6 кОм;

DU=0.5 %;

d=5 %;

Ток нагрузки на резисторе Rн:

;

;

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ:

1. Выбор элементов схемы исходя из заданных условий работы изделия.

2. Трассировка печатной платы и расположение на ней элементов схемы.

3. Расчет надежности по внезапным отказам (аналитически и методом статистического моделирования).

4. Расчет надежности по постепенным отказам.

5. Оценка суммарной надежности изделия (с учетом внезапных и постепенных отказов).

6. Выводы и рекомендации по полученным результатам.

ВЫПОЛНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ СРЕДСТВ ИИТ.

Расчет надежности по внезапным отказам (аналитический метод).

Используя дополнительную справочную литературу по резисторам и аналоговым ИС необходимо подобрать элементы, которые бы удовлетворяли бы условию: d=5%.

Обеспечение точности данного прибора, т.е. подбор резисторов.

Будем предполагать, что у всех резисторов, которые будут выбраны погрешность будет одинаковой (D).

Таким образом получим:

;

Пусть U₂-U₁=U_ВХ.

;

;

;

;

;

;

;

Таким образом для выбора резисторов необходимо, чтобы D=0.01(1%) и менее.

Приведем таблицу выбранных элементов.

Представим трассировку ПП:

Таблица № 1.

№ п/п.	Обозначение на схеме:	Наименование и тип элемента:
1.	R1	Резистор C2-23-0.125 Вт-1.5 кОм±1%
2.	R2	Резистор C2-23-0.5 Вт-200 кОм±1%
3.	R3	Резистор C2-23-1 Вт-180 Ом±1%
4.	R4	Резистор C2-23-0.125 Вт-3.6 кОм±1%
5.	R5	Резистор C2-23-1 Вт-180 Ом±1%
6.	¾¾	Вилка

Таблица № 2.

№ п/п	Наименование и типы элементов	Обозначение по схеме	Количество элементов nI .	Интенсивность отказов при номинальном режиме, l0I 10-6 1/ч.	Коэффициенты нагрузки КН	Поправочный коэффициент ai	Произведение: aI*l0I , 10-6 1/ч	Произведение: aI*l0I*ni , 10-6 1/ч
Средние значения интенсивности отказов.
1.	Резисторы.	R1,R4	2	0.04	0.1	0.15	0.006		0.012
2.	Резисторы.	R2	1	0.04	0.1	0.15	0.006		0.006
3.	Резисторы.	R3,R5	2	0.04	0.2	0.2	0.008		0.016
4.	Аналог. ИС	DA1	1	0.12	1	1	0.12		0.12
5.	Пайки		23	0.004	0.5	0.2	0.004		0.0184
6.	Разъем	X1	1	0.01	0.5	0.2	0.002		0.002
			30						0.1745
Минимальные значения интенсивности отказов.
1.	Резисторы.	R1,R4	2	0.004	0.1	0.15	0.0006		0.0012
2.	Резисторы.	R2	1	0.004	0.1	0.15	0.0008		0.0006
3.	Резисторы.	R3,R5	2	0.004	0.2	0.2	0.00168		0.0016
4.	Аналог. ИС	DA1	1	0.016	1	1	0.016		0.016
5.	Пайки		23	0.002	0.5	0.2	0.0004		0.0092
6.	Разъем	X1	1	0.005	0.5	0.2	0.001		0.001
			30						0.03
Максимальные значения интенсивности отказов.
1.	Резисторы.	R1,R4	2	0.4	0.1	0.15	0.06		0.12
2.	Резисторы.	R2	1	0.4	0.1	0.15	0.08		0.06
3.	Резисторы.	R3,R5	2	0.4	0.2	0.2	0.168		0.16
4.	Аналог. ИС	DA1	1	0.3	1	1	0.3		0.3
5.	Пайки		23	0.005	0.5	0.2	0.001		0.023
6.	Разъем	X1	1	0.15	0.5	0.2	0.03		0.03
			30						0.693

В таблице: m - число типов элементов схемы; n_i – количество элементов одного типа, N=, - общее количество элементов расчета надежности.

Аналогично проводятся расчеты для максимальной и минимальной интенсивностей.

В качестве вилки выбираем разъем со скользящим плоским контактом.

Исходя из полученных суммарных интенсивностей отказов (средней, максимальной, минимальной), определяются вероятности безотказной работы Р(t) схемы для времени работы Т= 1 год:

Полученная вероятность не должна превышать Р=0,99 , имея при этом некоторый запас для учета вероятности безотказной работы по постепенным отказам. Результаты расчетов необходимо представить графически.

Построение необходимого графика:

График удовлетворяет исходным данным, т.е. элементы схемы менять нет необходимости.