Тема 10 Основы обеспечения надежности и качаства РЭС (Конспект лекций ОКТРЭС)

10.Основы теории обеспечения надежности и качества функционирования РЭС10.1 Основные характеристики и параметры надежностиНадежность – это свойство РЭС выполнять заданные функции, сохраняя во временизначения функциональных параметров в заданных пределах в условиях реальнойэксплуатации.Надежность – это комплексное понятие, которое может характеризоваться одним илинесколькими параметрами.К этим параметрам относятся безотказность, долговечность, сохраняемость,ремонтопригодность и т. д.Безотказность – свойство РЭС непрерывно сохранять работоспособность в течениенекоторого времени.Долговечность – свойство РЭС сохранять работоспособность до полного износа приустановленной системе технического обслуживания и ремонта.Ремонтопригодность – заключается в приспособленности РЭС к обнаружению иустранению отказов.Различают состояния, в которых может находиться РЭС и события, которые могут с нимпроисходить.Исправное состояние – когда РЭС удовлетворяет всем требованиям нормативнотехнической документации.Неисправное состояние – когда хотя бы одно условие не выполняется.Статическая вероятность безотказной работы оценивается по данным испытаний.Результаты записываются в виде [N, U, T]N – число образцов, T – время испытаний, U – число образцов, вышедших из строя.P*(t) = N(t)/N(o) = 1 – m(t)/NoN(o)N(t)m(t)m(t) = N(o) – N(t)q(t) = 1 – p(t); q(0) = 0, q(∞) = 1Q*(t) = m(t)/N(0)Плотность распределения наработки до отказа1Q(t ) = ∫ f (t )dt0и соответственноf (t ) = dQ(t ) / dt = −dP(t ) / dtстатистическиf * (t ) = m(∆t ) / N (0)∆tОбычно ∆t = (0,1÷0,2)t, т.

е. ∆t/t << 1Интенсивность отказов – вероятность отказов неремонтируемого изделия в единицувремени после данного момента времени при условии, что до этого времени отказ невозник.Интенсивность отказов характеризует надежность в окрестности tλ (t ) = f (t ) / p(t )Установлено, что для большинства сложных элементов зависимость интенсивностиотказов от времени имеет одинаковый характер.При нормальной эксплуатации интенсивность катастрофических отказов падает, таккак устраняются места дефективной сборки, ошибки конструирования и производства,П-й участок λ = const t.Ш-й период старения и износа.

В период приработки выходят из строя элементы соскрытыми дефектами. Для сокращения времени приработки, проводят тренировкуэлементов. Значения интенсивности отказов элементов определяются для периоданормальной работы, где могут проходить только случайные отказы элементов.Средняя наработка до отказа (среднее время безотказной работы)∞∞00Ti = ∫ tf (t )dt = ∫ tf (t )dtnT * m = ∑ t i / n - но этот способ неудобен, поэтому определим по другому.i =1Определяют время tn в результате которого все элементы выходят из строя, интервалвремени ∆ti, ∆n выходящих из строя в течение этого интервала, тогдаnTm = ∑ ∆ni t cpi / n, где m = t n / ∆t , tcp = (ti −1 + ti ) / 2i =1Основной закон теории надежности.λ (t ) = f (t ) / P (t ) = [−1 / P(t )] ⋅ [dP(t ) / dt ] = [d / dt ] ⋅ [enP(t )]Интегрируя в пределах от нуля до t.t− ∫ λ (t )d (t ) = enP(t ) и следовательно0tP (t ) = e − ∫ λ (t )dt0на 2-м участке кривой, где λ(t) = constP (t ) = e − λtTi = 1 / λλ...

= 10 −81 / часTi = 10 8 часов1. Показатели надежности в восстанавливаемой аппаратуре1) поток отказов - последовательность отказов в данной РЭС в течении времени ееэксплуатации2) пуассоновский поток отказов :а) стационарность;б) отсутствие последействия;в) ординарность.Возникает приусловиях:- РЭС состоит из большого числа компонентов, каждый из которых влияет на отказсистемы;- аппаратура прошла приработку;- отказы взаимонезависимы;- надежность каждого элемента (компонента) высока.Кроме потока отказов так же вероятность безотказной работы и средняя работа наотказ.1.

Структурные схемы надежностиЭлемент - изделие, надежность которого заранее известна.Система - изделие, надежность которого определяют через надежностьэлемента.а)4− λ iτP = ∏ pi = e ∑i =1Tcp = 1 / λ ∑ = 1 / ∑ λiб)44i =14i =1qi = 1 − P i ; Q = ∏ qi = ∏ (1 − Pi )P∑ = 1 − Q = 1 − ∏ (1 − Pi )i =1Если надежность элементов соответствует эксп. закону, то результирующая надежностьне будет соответствоватьв)P23 = P2 P3 ; P234 = 1 − (1 − P2 P3 ) ⋅ (1 − P4 )Необходимо отличать схемы надежности и электрическую схемы.10.3 Методы расчета надежностиПри расчете структурных схем используются различные методы при различных объемахинформации:1) прикидочный (ориентировочный) расчет.Используется на ранних этапах проектирования, когда известна структурная схема, нонет информации о режимах работы.Допущения:- отказы случайны и независимы;- вероятность отказа элементов изменяется по эксп-му закону;- все элементы соединены.Расчет базируется на разделении элементов на группы (акт.

и пасс), определение ихвероятности безотказной работы. А учет условий эксплуатации проводятся с помощьюпоправочных коэффициентов.Могут решаться задачи анализа надежности и её нормирования.Анализ надежностиУстройство содержит 10VTλα = k 3 λ0 = 1.33 ⋅ 10 −6 [1 / час]а) Определить безотказность работы в течение 50 часовЧисло пассивных элементов = Nn = (10...15) NСЧ; N∑ = 150λ∑ = N ∑ λα ;λ∑ = 150 ⋅ 1.33 ⋅ 10 −6 = 2 ⋅ 10 −4P = e −2.104.50 = 0.99б) Рассчитать надежность каждого элемента по заданной надежностиD(50) = 0,99; N=150λа = 1/N 1n(1/Р) = 1/(150-50) • 1n(1/0,99) = 1,33 • 10 - 6 [1/час]10.4 Окончательный расчет надежностиУчитывает все условия и особенности почти разработанной схемы.

К этому моментуизвестно:- полная электрическая принципиальная схема;- типономиналы всех компонентов;- характеристики электрические режима работы;- характер и степень защиты аппаратуры;- конструктивно-технологические особенности (число паяных и сварньк соединений,технологические методы их выполнения и степень герметизации);- точная схема надежности.Допущения:- справедлив эксп. закон для интенсивности работы элементов- данные об интенсивности отказов достоверны- учет и условия эксплуатации проводятся с помощью поправочных коэффициентов.

Эл.режим используется с помощью Кнагр. Интенсивность отказов у резисторовувеличивается при увеличении Ррасс , а у конденсаторов при увеличении V рабоч.Кн = Рр/Рн ;α= f(kнt°) = λ1/ λ0 , где λ1 - конкретная λ0 – лабораторнаяРасчет состоит из:- определения типа элемента и его характеристик;- отбор таблиц, графиков;- определение эл. нагрузок и влияние внешней среды;- определение по таблицам и графикам интенсивность отказов каждого элемента вреальных условиях;- определение интенсивности отказов всегоизделия;- расчет количественных характеристик надежности.10.5 Структурное резервирование.Резервирование - метод повышения надежности путем введения запасных(резервных) элементов, являющихся избыточными по отношению кфункциональной схеме РЭС.По способу включения резервного элемента разделяют постоянное или сзамещением, т.е.

резервный элемент включается при отказе основного.Резервный элемент может находиться либо в нагруженном состоянии, либо воблегченном (под частичной нагрузкой), либо быть совсем отключенным. А также:подразделяют общее и раздельное резервирования.Схемы резервирования:Общее резервирование: резервируется вся система в целомPij – вероятность i-го элемента в j-ой цепиn∏ Pij - вероятность цепиPобщ = e − [1 − ∏ Pij ] - общая вероятностьm = ln(1 − Pобщ) / ln(1 − ∏ Pij ) - общее количество цепи; r = m - 1 – кратностьPj =i =1mi =1i =1резервированияРаздельное резервированиеВводится отдельный резервный элемент для каждого основного элементаnPобщ = ∏ (1 − (1 − Pij ) m );i =1r = m − 1 = [ln(1 − n Pобщ ) / ln(1 − Pij )] − 1Сравнительные характеристики общего и отдельного резервированийПусть элементы схемы равнонадежны и вероятность отказа =Pобщ = 1 − (1 − p n ) m ;Pразд = [1 − (1 − P) m ] nq << 1 ;q < 0,1Pобщ ≈ 1 − n m q m ;Pразд ≈ 1 − nq mQобщ = n m q m ;Qразд = nq mРезервирование замещением.Отказавший основной элемент заменяется с помощью переключателя на резервный,который выполняет функцию основного элемента.УУ – устройство управленияИ – индикаторУУ и И = 1Структурная схема надежностиПри резервировании возникает проблема надежности ключейP(t) = Рвх (1-[1-РклРрэс]m)Ркл(t) > Ррэс(t) - должно быть, иначе аппаратура менее надежна, чем до резервирования.Переключение может быть автоматическим (быстрее), либо ручным (надежнее).

Резервныйэлемент может быть нагруженным, ненагруженным и в облегченном состоянии. Принагруженном резервировании элемент работает в том же режиме, что и основной, приненагруженном режиме полностью обесточен, при облегченном элемент подключен, но воблегченном эл. режиме.Тср2 > Тср3 > Tcp1Мажоритарное резервирование (голосованием) применяется только для цифровой техники ииспользует кворум-элемент, формирующий свой выходной сигнал 0 или 1, в зависимости отсостояния 0 и 1, в котором находится большинство элементов на его входе. Число входовдолжно быть нечетным и не менее 3-х.10.6 Методы оценки надежности на МСБ.Экспериментальная оценка интенсивности отказа для МСБ невозможно, т.к. λ(интенсивность отказа) = 1/час и проведение испытаний требует большего количествавремени и средств.

Для оценки их надежности используются методы, в основе которыхположены методы о том, что любую ИС или МСБ можно рассматривать как узел,состоящий из разнородных дискретных элементов. Это позволяет рассчитать λмсбпростым суммированием составляющих элементов. Учет реальных условий эксплуатациипроизводится за счет поправочного коэффициента.α = f(kn·t); λмсб = Nαλt + Nдλдtд + … + (3Nt + 2Nд + …)λсоедαсоед10.7 Физический (причинный) метод оценки надежности.Основывается: безотказность - функция стабильности качества и устойчивости групповыхметодов изготовления МСБ и ИС. Изготовление большинства ИC и МСБ базируется натехнологических типовых процессах.

Можно считать, что МСБ и ИС разного назначения иразной степени интеграции являются технологически однотипными, т.е. не взирая на ихразличие можно анализировать причину и физику их отказов. Полученные результатыраспределяются на однотипные ИC и МСБ. Для определения λ изделия систем-ся свыделением компонент ненадежности. В ИC выделяют 4 компонента ненадежности:- внешние соединения- внутренние соединения- корпус- S пов-тиλнс = Nвн.соедλвс+Nвнут.соедλвс+λк2+λsSСчитаются отказывнутр 26%, внеш 30%, корпус 25%, S 19%10.8 Конструктивно-технологическиеметодыобеспечениянадежностиРЭСподразделяются на общие и специальные.Общие:- четкая регламентация условия эксплуатации- оптимальный выбор функциональной схемы- выбор комплектующих элементов, обладающих высокой надежностью- проведение схемных и конструктивных предприятий, обеспечивающих щадящийрежим работы элементов- реализация технологических мероприятий, обеспечивающихбездефектноеизготовление устройств- проведение всесторонних испытаний, обеспечивающих наиболее полное выявлениелюбых схем и конструкций- создание системы всесторонних производственных испытаний, обеспечивающихвыявление производственных дефектов аппаратуры и ее элементов- создание системы наблюдения за качеством работы устройств период работы ипрофилактики.Специальные: резервированиеПоказатели качества функционирования и их связь с показателем функциональнойточности.Качество функционирования любого устройства принято характеризировать точностьюего функциональных параметров.