Оценка показателей безотказной работы радиоэлектронного устройства

Определяем суммарную интенсивность отказов элементов с учетом коэффициентов электрической нагрузки и условий их работы в составе устройства(окончательный расчет). Пользуются формулами

где -- интенсивность отказов элементов j-й группы с учетом электрического режима и условий эксплуатации;

-- справочное значение интенсивности отказов элементов j-й группы, j = 1, ,.., k;

nj -- количество элементов в j-й группе; j = 1 ..... k;

k -- число сформированных групп однотипных элементов;

в предельном случае каждый элемент РЭУ может составить отдельную группу;

-- поправочный коэффициент, учитывающий влияние фактора xi,i = 1, .... m;

m -- количество принимаемых во внимание факторов.

Наработка на отказ:

(2)

Вероятность безотказной работы за заданное время:

(3)

Среднее время безотказной работы устройства (средняя наработка до отказа):

Гамма - процентная наработка до отказа Тг определяется, как решение уравнения:

(4)

В случае экспоненциального распределения времени до отказа:

(5)

Подсчитываем показатели восстанавливаемости РЭУ. Рассчитываем среднее время восстановления, вероятность восстановления РЭУ за заданное время фз в предположении, что время восстановления распределено по экспоненциальному закону. ( с.172 [1]).

Расчетная формула в этом случае принимает вид (с.164 [1]):

(6)

(7)

Коэффициент готовности и вероятность нормального функционирования (с.164 [1]):

(8)

(9)

Все расчетные данные обобщены и приведены в табл.3.

Таблица 3. Расчет по среднегрупповым интенсивностям отказов (окончательный расчет)

Поправочные коэффициенты б берем из табл.П3.1-П3.3[1]. Время восстановления элементов ф берем табл.П4[1].

ф - среднее время восстановления элементов и функциональных частей РЭУ

б - поправочные коэффициенты с учетом температуры и Кн.

б3=1,37 учитывает влияние мех. воздействий

б4=1,0 учитывает влияние относительной влажности

б5=1,0 учитывает атмосферное давление

4. Обоснование метода резервирования для функционального узла РЭУ

Все методы повышения надежности РЭУ можно условно разбить на две группы методов: схемотехнические и конструкторско-технологические .

Основные методы первой группы:

1.Выбор электрических принципиальных схем, содержащих минимальное число элементов.

2.Выбор электрических принципиальных схем, выходные характеристики которых слабо зависят от изменения напряжения питания и разброса параметров элементов. Это позволяет в значительной степени повысить параметрическую надежность, т.е. свести к минимуму постепенные отказы.

3.Выбор электрических принципиальных схем, устойчивых к воздействию дестабилизирующих факторов, особенно температуры.

Среди методов второй группы необходимо отметить следующие:

1.Правильный выбор коэффициентов электрической нагрузки элементов. Замечено, что для большинства элементов оптимальные значения коэффициентов электрической нагрузки близки к числам 0,3...0,6. Их снижение повышает надежность элементов, однако ведет, как правило, к увеличению массы, габаритов, стоимости устройства. Кроме того, чрезмерное уменьшение коэффициентов электрической нагрузки может вызвать нестабильную работу ряда элементов, например, полупроводнико-вых приборов.

2.Отбраковка потенциально ненадежных элементов в условиях производства РЭУ. Используют как электротермотренировку, так и методы индиви-дуального прогнозирования надежности элементов.

3.Защита элементов РЭУ от воздействия факторов окружающей среды.

Особую группу методов составляет повышение надежности путем резервирования.

Резервирование - это введение в структуру устройства дополнительного числа элементов, цепей и(или) функциональных связей по сравнению с минимально необходимыми для функционирования устройства. В зависимости от того, как подключаются резервные элементы в случае отказа основных, различают следующие виды резервирования:

* постоянное;

* замещением;

* скользящее(может рассматриваться как частный случай резервирования замещением).

Воспользуемся резервированием замещением с нагруженным резервом ( «горячее» резервирование). Мой выбор обусловлен тем, что данное устройство - усилитель мощности. Усилитель мощности резервируется «горячим» резервированием, так как недопустимы перерывы в его работе. В случае резервирования с нагруженным резервом при отказе блок РЭС отключается от электрической схемы, и вместо него подключается один из резервных блоков.

Основной характеристикой резервирования замещением является кратность резерва, выражаемая несокращаемой дробью и определяемая соотношением (с.201 [1]):

(1)

r - количество резервных элементов, способных замещать основные элементы данного типа;

r = m - n;

n - количество основных элементов, резервируемых резервными элементами.

Основные достоинства резервирования замещением:

1). Отсутствие даже кратковременного перерыва в функционировании устройства.

2). Простота технической реализации.

3). Отсутствие необходимости иметь переключающее устройство высокой надёжности.

Основные недостатки резервирования замещением:

1). Незначительный выигрыш в надёжности по сравнению с постоянным резервированием.

2). Резерв находится в таком же электрическом режиме, как и основной элемент, и его ресурс вырабатывается одновременно с ресурсом основного элемента, точно так же, как и при постоянном резервировании.

Таким образом, необходимо определить, какое количество резервных блоков РЭС будет обеспечивать заданный уровень надёжности, т.е. кратность резерва. Для резервирования замещением справедливо следующее выражение:

P(t)=1-(1- P'(t))m (2)

где P(t) - вероятность безотказной работы устройства;

P'(t) - вероятность безотказной работы отдельного блока РЭС;

m - количество резервированных изделий.

Чтобы надёжность удовлетворяла техническому условию, требуется выполнение условия:

P(t) > 0,95

Таблица 3. Повышение надежности резервирование (расчетная таблица).

Таким образом, при m=3 начинает выполняться вышеупомянутое условие:

0,97 > 0,95

Следовательно количество резервированных изделий =2, а кратность резерва 2/1. Двукратного резервирования замещением достаточно, чтобы обеспечить требуемый уровень надёжности.

5. Оценка влияния способа соединения элементов в узле на метода резервирования

Иногда в ходе расчёта надёжность системы не удовлетворяет техническому заданию. В этом случае необходимо принять меры, повышающие надёжность. В общем случае эти меры можно свести к следующим:

Общие;

Прогнозирование;

Граничные испытания;

Приработка изделия;

Резервирование.

К общим методам повышения надёжности относятся:

Правильный выбор схем и элементов схем, а так же режимов их работы;

Выбор соответствующих материалов конструкций, конструктивное решение РЭУ;

Удобство технического обслуживания аппаратуры и её восстановления;

Соблюдение и совершенствование технологии производства;

Контроль качества.

Прогнозирование является важным методом повышения надёжности, поскольку в результате его проведения получаются научно-обоснованные вероятностные данные о будущем состоянии промышленного объекта.

Граничные испытания - этот метод имеет перспективы на стадии проектирования аппаратуры. Сущность его заключается в экспериментальном определении области устойчивости работы системы или отдельных узлов при воздействии различных возмущающих факторов.

Резервирование является основным средством повышения надёжности систем и устройств РЭС. Резервирование - это введение в структуру устройства дополнительного числа элементов, цепей и (или) функциональных связей по сравнению с минимально необходимым для функционирования устройства. Соединение изделий при этом производится так, что отказ наступает только после отказа основного изделия и всех резервных устройств. Резервирование позволяет получать изделия, надёжность которых может быть выше надёжности входящих в неё элементов. В зависимости от того, как подключаются резервные элементы в случае отказа основных, различают следующие виды резервирования:

Постоянное;

Замещением;

Скользящее.

При постоянном резервировании резервные элементы присоединены к основным в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ним рабочем режиме.

При резервировании замещением основной элемент в случае его отказа отключается от электрической цепи, обычно как по входу, так и по выходу, и вместо него подключается один из резервных элементов. Для этого применяются реле, коммутаторы и т. д.

Скользящее резервирование - это резервирование замещением, при котором любой резервный элемент может замещать любой основной элемент. Это возможно лишь при их однотипности.

При постоянном резервировании система работает без остановок, а при резервировании замещением она останавливается на время, определяемое коммутирующим устройством, однако метод постоянного резервирования более дешёвый.

6.Описание работ, выполняемых с применением ЭВМ

При выполнении данного курсового проекта я использовал следующее програмнное обеспечение: Microsft Office(Word,Excel), MathCad13, T-FLEX 3D70.

Так, в T-FLEX рассматривал свою схему, в MathCad13 производил все основные расчеты, в Excel стрографик зависимости без отказа работыP(t) от времени, и наконец в Word составлял окончательный вариант проекта.

Заключение

На основании технического условия был произведен расчет надежности электронного блока РЭУ - усилитель мощности КВ диапазона. Были получены следующие результаты: вероятность безотказной работы 0.72,наработка на отказ 15532 ч, вероятность восстановления системы 0,847, среднее время восстановления 0,8ч.

Данные не удовлетворяли ТУ, поэтому пришлось прибегнуть к резервированию - одному из способов повышения надежности РЭУ. После чего результаты расчета стали соответствовать требуемым, (вероятность безотказной работы устройства стала больше, чем 95% - 0.97).

Литература

1. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. - Мн. : Дизайн ПРО, 1998. 335 с.

2. А.П.Ястребов. Проектирование и производство радиоэлектронных средств. - С-П.:Учеб. Пособие, 1998. -279 с.

3. Официальный сайт фирмы “Платан” : www.platan.ru.

4. Журнал “Радио” №3 Виталий Кляровский “Современный усилитель мощности КВ диапазона” с.62, 2004г.

Приложение 1

Схема электрическая принципиальная

Приложение 2

График зависимости вероятности без отказной работы P(t) от времени

График зависимости вероятности без отказной работы P(t) от времени (красный - с резервированием, черный - без резервированием).

Приложение 3

Выбор элементной базы

Выбор элементной базы [4]

Страницы: 1, 2