Проектирование аппаратной части автоматизированной системы мониторинга подключений оптического кросса, страница 7

3.1 [14].44Таблица 3.1 - Классификации отказовКлассификационный признакХарактер возникновения отказаВремя существования отказаХарактер появления отказаЗависимость отказов между собойПричина возникновения отказаВид отказаВнезапныйПостепенныйПостоянныйВременныйПеремежающийся (временныеследующие один за другим)ЯвныйНеявныйЗависимыйНезависимыйКонструктивныйПроизводственныйЭксплуатационныйДеградационныйотказы,Внезапный отказ (ранее называемый также мгновенным) – это отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значения одного или нескольких параметров изделия.Этот отказ обычно приводит к полной потере работоспособности изделия.Под постепенным (ранее называемым также параметрическим) понимают отказ, возникающий в результате постепенного, обычно непрерывного и монотонного изменениязначения одного или нескольких функциональных параметров изделия и ухода их за пределы норм, указанных в технической документации.

С определением других видов отказовможно ознакомиться в [14, 15, 16].Примерное распределение числа отказов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА): отказы из-за ошибок проектирования – 40…50 %, отказы из-за ошибок производства –30…40 %, отказы из-за неправильных действий оператора – 20…30 %. Замечено, что в75…80 % случаев различные причины отказов дают о себе знать в виде отказа элементов. Это накладывает заметный психологический отпечаток на потребителей относительно истинных причин отказов.3.3 Общая характеристика показателей надежностиНадёжность является комплексным свойством изделия.

Для описания различных сторон этого свойства на практике пользуются показателями надёжности, представляющими45собой количественные характеристики одного или нескольких свойств, определяющихнадёжность изделия.На практике используют пять групп показателей: показатели безотказности; показателиремонтопригодности; показатели долговечности; показатели сохраняемости; комплексныепоказатели надёжности. Все показатели, кроме комплексных, относят к единичным показателям. Под единичным понимают такой показатель, который характеризует одно из свойств,составляющих надёжность изделия: или безотказность, или ремонтопригодность и т.

д.Комплексный показатель характеризует несколько свойств из числа, составляющихнадёжность изделия (два и более свойств).Основные единичные показатели надёжности, используемые в инженерной практике,указаны на рис. 3.1. Они записаны с помощью своих условных обозначений, пояснение которых приведено в табл. 3.2.Рисунок 3.1 - Основные показатели надежности46Таблица 3.2 - Пояснение показателей надежностиОбозначениеПояснение показателя надежностипоказателяПоказатели безотказностиP(tз)Вероятность безотказной работы за заданное (интересующее) время tзq(tз)Вероятность отказа за заданное время tзTсрСредняя наработка до отказа.

Если наработка выражается временем, то показатель называют средним временем безотказной работыTγГамма-процентная наработка до отказа (обычно γ ≥ 90 %)λ(t)Интенсивность отказов, в общем случае является функцией времени. Используется в качестве основной справочной характеристики безотказностиэлементов, причём принимается λ(t) = λ0 = const при наработке, равной tн(указывается конкретное значение tн в часах)T0Средняя наработка на отказ, кратко – наработка на отказ.

Имеет физический смысл только для восстанавливаемых РЭУПоказатели ремонтопригодностиTВСреднее время восстановления РЭУ. Представляет математическое ожидание времени восстановленияν(tз)Вероятность восстановления РЭУ за заданное время tзτγГамма-процентное время восстановления (обычно γ ≥ 90 %)GВСредние затраты на восстановление РЭУ. Показывает, сколько в среднемпотребуется денежных средств на восстановление работоспособности РЭУПоказатели ремонтопригодностиtср(рес)Средний ресурс изделия.

Представляет собой математическое ожиданиересурса изделий рассматриваемого типа(рес)tγГамма-процентный ресурс (обычно γ ≥ 90 %)tminМинимальная наработка. Характеризует ресурсные возможности изделия,считают, что tmin соответствует значению tγ (рес) при γ = 99,99 %tср(ср. сл.)Средний срок службы изделия. Представляет собой математическое ожидание срока службы изделий рассматриваемого типаtγ (ср.

сл.)Гамма-процентный срок службы (обычно γ ≥ 90 %)(ср. сл.)tminМинимальный срок службы. Считают, что tmin(ср. сл.)соответствует гаммапроцентному сроку службы tγ (ср. сл.) при γ = 99,99 %Показатели сохраняемостиtср(сохр)Средний срок сохраняемости изделия. Представляет собой математическоеожидание срока сохраняемости изделий рассматриваемого типаtγ (сохр)Гамма-процентный срок сохраняемости (обычно γ ≥ 90 %)(сохр)tminМинимальный срок сохраняемости.

Считают, что tmin(сохр) совествует значению tγ (сохр) при γ = 99,99 %tср(хр.)Средний срок хранения изделия. Представляет собой математическое ожидание срока хранения изделий рассматриваемого типа(хр.)tγГамма-процентный срок хранения (обычно γ ≥ 90 %)(хр.)tminМинимальный срок хранения.

Считают, что tmin(хр.) соответствует гаммапроцентному сроку хранения tγ(хр.) при γ = 99,99 %473.4 Основные расчетные соотношенияПри проектировании радиоэлектронного устройства (РЭУ) всегда рассчитывают показатели безотказности и показатели ремонтопригодности (если по техническому заданиюРЭУ относится к восстанавливаемым изделиям).Основное расчётное соотношение для вероятности безотказной работы устройства получают в предположении, что элементы электрической схемы РЭУ с точки зрения надёжности соединены последовательно. Эта модель надёжности РЭУ иллюстрируется рис. 3.2 иозначает, что отказ РЭУ в целом происходит при отказе хотя бы одного из элементов.Рисунок 3.2 - Схема последовательного соединения элементов РЭУ с точки зрения надежностиС учётом принятой модели надёжности РЭУ и гипотезы об экспоненциальном законенадёжности элементов вероятность безотказной работы РЭУ РΣ(tЗ) за заданное время tЗнаходят, используя выражение:Σ (з ) = −з×∑=1 ,(3.1)где N – количество элементов в устройстве;λi – параметр экспоненциального распределения для i-го элемента, численно равныйинтенсивности отказов этого элемента, i = 1, ..., N.Из выражения (3.1) видно, что расчёт показателя безотказности PΣ(tЗ) сводится к определению величины, называемой суммарной интенсивностью отказов устройства: Σ = ∑=1 ,(3.2)Для среднего времени восстановления РЭУ ТВ может быть получено выражение [14]:в ≈ ∑=1 ×× / ∑=1 ,(3.3)где τi – среднее время восстановления i-го элемента.3.5 Методы расчета показателей надежностиСуществующие методы расчёта показателей безотказности и ремонтопригодностиРЭУ различаются степенью точности учёта электрического режима, условий работы, кон48структорско-технологических, функциональных и других особенностей элементов, входящих в состав устройства.Расчёты подразделяют на предварительные (приближённые или ориентировочные) иокончательные.Приближённые выполняют на ранних стадиях проектирования, обычно на стадии эскизного проекта (ЭП), окончательные – на стадии технического проекта (ТП).

На практикеиспользуют различные виды приближённого расчёта. В этих случаях учёт электрическогорежима, температуры, других параметров окружающей среды и факторов, влияющих наэксплуатационную безотказность элементов, выполняется приближённо с помощьюобобщённого эксплуатационного коэффициента KЭ.ОБ.

Значение этого коэффициента зависит от вида РЭУ и условий его эксплуатации (табл. 3.3).Таблица 3.3 - Значения обобщенного эксплуатационного коэффициентаВид РЭУ, условия эксплуатацииЛабораторные условияПомещения с регулируемой температурой и влажностьюКосмос (орбита)Наземные стационарные условияНаземные возимые РЭУНаземные подвижные РЭУМорские защищенные условияМорские незащищенные условияБортовые самолеты РЭУЗапуск ракетыЗначение KЭ.ОБ.1,01,11,52,55,07,07,610,07,020,0Суммарную интенсивность отказов РЭУ с учётом электрического режима и условийэксплуатации ΛРЭУ определяют какРЭУ = Э.ОБ.

× ∑=1 0 ,(3.4)где λоj – среднегрупповое значение интенсивности отказов элементов j-й группы, найденноес использованием справочников, j = 1, …, k;k – число сформированных групп однотипных элементов;nj – количество элементов в j-й группе, j = 1, …, k.Другие показатели безотказности подсчитывают по принятым формулам для экспоненциального распределения времени до отказа РЭУ (табл. 3.4) [14, 16].49Таблица 3.4 - Расчет показателей безотказностиПоказатель безотказностиРасчетная формула Номер формулыНаработка на отказ(3.5)0 = 1/ΛРЭУВероятность безотказной работы за заданное РЭУ (з ) = −з×ΛРЭУ(3.6)время tзСреднее время безотказной работы устройства(3.7)ср = 0Гамма-процентная наработка до отказа(3.8) = −0 ln⁡(/100)3.6 Расчет показателей надежностиТак как расчет надежности устройства мониторинга ведется на этапе техническогопроектирования, значение всех поправочных коэффициентов еще не определены.

Поэтомувоспользуемся приближенным методом расчета. Данное устройство предназначено дляэксплуатации в помещении с регулируемой температурой и влажностью (KЭ.ОБ. = 1,1). Заданное время работы, указанное заказчиком tз = 20000 часов.Также, ввиду отсутствия резервных элементов, проектируемая система рассматривается как не резервированная невосстанавливаемая (рассчитываются только показатели безотказности).Разрабатываемое устройство представляет собой двухслойную печатную плату с металлизированными сквозными отверстиями и размещенными на ней элементами, а такжедатчики, подключаемые к плате монтажными проводами.

Общее количество металлизированных отверстий на печатной плате – 322. Информация о компонентах, входящих вустройство, предоставлена в табл. 3.5:50Таблица 3.5 - Элементы модуляЭлементКонденсаторыэлектролитическиеКонденсаторыкерамическиеИМСИМСОптопары диодные,транзисторныеРезисторыПозиционноеобозначениеC1, C6к50-35-Колво2C2 - C5smd1206-3DD1DD2 - DD4DD5 - DD28ESP8266К555ИР9ITR9609МикропроцессорРегистрФотопрерыватель1324R1 – R24с2-23РезисторыR25 – R51РезисторыR52 – R57Регулятор напряжения UV1БиполярныйVT1 - VT3транзисторСоединитель (розетка) XP1Соединитель (разъем)XS1, XS2Печатная плата с МОСоединения пайкойПровода монтажные-ТипФункциональноеназначениеПостоянные,металлодиэлектрическиес1-4Постоянные,металлодиэлектрическиес1-4Постоянные,металлодиэлектрическиеAME1117 ПреобразовательнапряженияКТ315Переключающий режимработыMiniUSB- AUDMA40-24276131232239072Этапы расчета:1) Находим справочные значения интенсивностей отказов элементов устройства;2) Для каждой группы элементов находим суммарную эксплуатационную интенсивность отказов по формулеэΣ = Э.ОБ.