Надежность – это свойство изделия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в заранее установленных пределах.
Если все параметры РЭА соответствуют требованиям научно – технической документации (НТД) – ГОСТам, ОСТа, ТУ, то такое его состояние называют работоспособным.
Отказ – это событие, состоящее в нарушении работоспособности изделия. Для возникновения отказа достаточно ухода хотя бы одного параметра за пределы, установленные НТД. В зависимости от причин, и характера проявления различают несколько видов отказа.
Виды отказов РЭА
По уровню разукрупнения: 1) элементные
2) аппаратурные
По степени влияния на работоспособность 1) полные
2) частичные
По характеру изменения параметров РЭА во 1) внезапные
времени до момента возникновения отказа 2) постепенные
по взаимосвязи между собой 1) зависимые
2) независимые
По характеру существования отказа во времени 1) устойчивые
2) сбои
3) перемежающиеся
4) самоустраняющиеся
По последствиям отказа 1) незначительные
2) значительные
3) критические
По связям между отказами и свойствами 1) неучитываемые
аппаратуры при испытаниях 2) учитываемые
Полными считаются отказы, до устранения которых невозможно использование РЭА по назначению. При частичных отказах использование РЭА возможно, но с пониженной эффективностью.
Зависимый отказ – это когда отказ какого-либо элемента является следствием отказа другого её элемента. При отсутствии такой связи отказ считается независимым.
Устойчивый отказ сохраняется до момента его устранения (ремонт). Если же устранение отказа происходит самостоятельно без проведения ремонтных работ, то говорят о самоустраняющемся отказе.
Сбои – это также самоустраняющиеся отказы, которые приводят к кратковременным нарушениям работоспособности РЭА.
Перемежающиеся отказы – это многократно возникающие сбои одного и того же характера.
При испытаниях РЭА на надежность не учитываются:
- зависимые отказы;
- сбои;
- отказы, возникшие в результате нарушения установленных правил или условий эксплуатации РЭА;
- однократное перегорание сетевых предохранителей;
- повторяющиеся (перемежающиеся) отказы, возможность возникновения которых предотвращена доработкой конструкции или изменениям технологии.
Причины возникновения отказов 1) конструктивные
2) производственные
3) эксплуатационные
Надежность в зависимости от назначения изделия может включать в себя такие понятия:
- безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого промежутка времени (наработка на отказ).
- ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в том, что оно (изделие) приспособлено для:
1) предупреждения различных причин отказа;
Ремонтопригодная РЭА 2) обнаружения причин возникшего отказа или его повторения;
3) устранения последствий возникшего отказа или повреждения путем ремонтов и технического обслуживания ( ТО).
- долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (стадия износа) при условиях выполнения установленных требований по ТО и ремонту.
Под предельным состоянием понимают такое сост. изделия, при котором его дальнейшее применение по назначению ( или восстановление работоспособного состояния) невозможно или нецелесообразно.
- сохраняемость – свойство изделия непрерывно находиться в исправном состоянии при хранении или транспортировке.
- отказоустойчивость - свойство изделия, обеспечивающее возможность восполнения или заданных функций после возникновения отказа или повреждения.
- живучесть – способность сложной системы (комплекса) к выполнению своих основных функций (хотя бы с допустимой потерей качества работы) в неблагоприятных условиях эксплуатации, выходящих за рамки проектных (расчетных) условий.
Все вышесказанное характеризует надежность с качественной стороны. Далее рассмотрим количественные характеристики надежности:
P(t) – вероятность безотказной работы элемента или изделия за время t.
 | |
| |
|
Q(t) = 1 – P(t) – вероятность отказа за время t.
t Q(t) 1 0<Q(t)<1 Q(0)=0 Q(∞)=1 t
Смысл P(t) : “а” одинаковых изделий наблюдаются в работе на интервале времени t; установлено, что исправно работали “b” изделий; вычисляется : P(t) = b/a
Величина носит вероятностный характер и тем достовернее, чем больше испытаний проведено и дана правильная оценка (обработка) результатов (мат. ожид.).
Для большинства устройств РЭА P(t) можно вычислить по ф-ле:
P(t) = e-λt ,
где λ – интенсивность отказов (1/r)
Интенсивность отказов показывает, какая доля всех изделий или элементов данного типа в среднем выходит из строя за 1 час работы. Например, λ = 10-5 : из 100 тыс. за 1 час работы в среднем выходит из строя 1 элемент ( изделие).
Величина интенсивности отказов λ (1/r) связана с другой характеристикой надежности – средней наработкой на отказ (до отказа) Тср :
λ = 1/Tср или Тср = 1/λ
При t = Tср
P(t) = 1/e ≈ 0, 368
Пример: при λ = 10-5 Тср = 105 часов
Нормальный (штатный) режим работы Стадия износа (предельное состояние)
Строго говоря, λ – величина непостоянная :
Стадия приработки, прогона (обкатка)
| |
| |
 | |
| |
| |
При расчетах надежности в ф-лах используется значение λ, соответствующие штатному режиму работы элемента (изделия).
Для изделия, состоящего из различных элементов λ, определяется по формуле:
λ = λ1 + λ2 + …. + λn = i=Σ
2.2. Надежность электрорадиоэлементов (ЭРЭ)
Надежность ЭРЭ зависит:
а) от типа элемента;
б) от качества его изготовления;
в) от условий его эксплуатации (температура)
г) от электрической нагрузки на элемент.
В общем случае:
λ = 
∙a(T, K),
где – значение интенсивности отказов для определённого вида (группы) ЭРЭ при стандартных значениях Т = 20˚С и К = 1;
К – коэффициент нагрузки на ЭРЭ;
а – коэффициент влияния.
Величина К определяется:
- для транзисторов К = Pк/Pкmax ; (мощность рассеивания на коллекторе)
- для выпрямительных диодов : К = I/Imax (выпр. ток)
- для резисторов: К = P/PH (мощность выделяется на резисторе)
- для конденсаторов К = U/UН ( напряж. на конденсаторе).
При Т>20˚ a>1 Т. о эфф. Мера увеличения надежности – облегчение температурного
При K<1 a<1 и электрического режима ЭРЭ.
ЭРЭ |
| а при К = 0,1 Т = 20˚С |
Транзисторы | 0,3 | 0,006 |
Микросхемы аналоговые | 0,8 | ----- |
Микросхемы цифровые бипол. (МоП) | 0,1(0,3) | ----- |
Диоды выпр. (кремн.) | 0,1 | ----- |
Резисторы непровл. пленочные | 0,008 | 0,7 |
Конденсаторы пленочные | 0,02 | 0,01 |
Силов. Трансформаторы (дроссели) | 0,3(0,1) | 0,41 |
Строчн. Трансф. | 1,5 | 0,41 |
Пайки | 0,0001 | ----- |
Сварки | 0,00005 | ----- |
2.3. Повышение надежности РЭА методом резервирования.
Резервирование предполагает введение в РЭА некоторой избыточности. В зависимости от вида используемой избыточности различают следующие виды резервирования:
- Структурное, т. е. введение дополнительных элементов структуры устройства (дублирование, троирование элементов).
Увеличение стоимости.
- функциональное: например: работа нескольких источников избыточной мощности на общую нагрузку.
- временное: дуплексная система организации работы (см. ниже)
- информационное: помежустостойчивое кодирование
(по уровню) Резервирование 1) общее – несколько одинаковых устройств
2) раздельное – спецрезерв на случай отказа наименее надежных элементов
Кратность резерва: Отношение числа резервных элементов к числу основных (резервируемых) элементов.
(по схеме включения) Резервирование 1) постоянное (нет переключ. устр-в)
2)с замещением (наличие спец. средств, обесп. выявл. места отказа и замену отказавших элементов)
(по режиму работы) Резерв 1) нагруженный
2) облегченный (ненагруженный)
2.3.1 Общее резервирование
Схема ненагруженного резерва замещением:
Блок 2 включается после выхода из строя блока 1 и берет на себя выполнение задачи.
P(t) = e-λt λ (1+t)
Схема “нагруженного” резерва
Нагрузка поключена к “правильно” работающему узлу.
P(t) = 1 – (1 – e-λt) = e-λt (2 – e-λt)
Три узла, соединенных по методу голосования
Мажоритарный узел автоматически отключает (при неисправности) один (или два) блока от нагрузки
P(t) = 3 (e-λt)2 – 2 (e-λt)3
Дуплексная система организации работы.
>-----4 часа----< | ||
Работа | Обслуж. | Простой |
<--12 час> | <2 час> | |
Обслуж. | Простой | Работа |
>------4 часа------< |
В теч. 4х часов из 12-ти резервная система не может взять на себя нагрузку (работу).
Структура ТВ и УКВ – 4М передатчиков.
Схема соответствует “нагруженному” резерву, хотя при выходе одного полукомплекта снижается в 2 раза мощность излучения (т. е. задача решается, но с ухудшением качества).
t Три блока смажоритарным выхлдом
2.3.2. Раздельное резервирование.
Если используется резервирование не всего объекта, а только его части (элемент, группа элементов, узел), то такое резервирование называется раздельным.
При раздельном резервировании отдельного элемента, резервные элементы могут включаться параллельно, последовательно, смешанно (в зависимости от принципа работы элементов или их групп)
Способы резервирования диода
Пусть m – кратность резервирования (отношение числа резервных элементов к числу резервируемых)
Вероятность Pm(t) безотказной работы элемента (узла) при резервировании с кратностью m, вычисляется по формуле:
Pm(t) = 1 – [1 – P1(t)]m+1, если P1(t) для всех элементов (узлов) – резервных и резервируемых одинакова. Ф-ла получена в предположении, что узел (элемент, группа) работоспособен, когда работает хотя бы один из m+1 элементов (узлов, групп).
P1(t) | Pm(t) | ||
m = 1 | m = 2 | m = 3 | |
0,5 | 0,75 | 0,875 | 0,9375 |
0,9 | 0,99 | 0,999 | 0,9999 |
0,99 | 0,9999 | 0,999999 | 0, |
m – кратность резерва
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
