Обоснование потока внезапных отказов.

Закономерности потока отказов элементов изделия корректно можно узнать из массовых статистических экспериментов. После обработки опытов по выявлению закономерностей потока внезапных отказов. Такой путь нам недоступен. Остается другой: выдвигать гипотезы на основании имеющейся информации.

Математиками установлены и описаны закономерности более тридцати различных потоков случайных процессов. Известны и причинно-следственные связи их определяющие.

В нашем случае не противоречит объективной реальности гипотеза о простейшем потоке отказов и соответственно экспоненциальном законе распределения случайных величин. Как известно простейший (стационарный пуассоновский) поток имеет место, когда существует конъюнкция трех свойств: ординарности, стационарности, отсутствия последействия.

Ординарный поток имеет место когда вероятность возникновения двух или более отказов на элементарном отрезке времени ничтожно мала по сравнению с вероятностью одного отказа (отказы редки! ).

Стационарный поток – это поток с постоянной плотностью событий (интенсивность отказа является неизменной на рабочем участке временного интервала). Это свойство, безусловно, имеет место. Ибо в настоящее все электрорадиоэлементы подвергаются интенсивным воздействиям (температура, вибрация, форсирование электрических режимов) в течение 20 – 100 часов с целью выявления скрытых дефектов и выхода на участок нормальной работы, где постоянна во времени и имеет минимальное значение.

Отсутствие последействия имеет место тогда, когда отказы возникают независимо друг от друга. Иными словами, один отказ не служит причиной других отказов.

Упомянутая ситуация может иметь место, если изделие разрабатывалось малоквалифицированными инженерами, не разбирающимися в сути порученной им задачи.

Для простейшего потока отказов вероятность безотказной работы P(t) и интенсивность отказов связаны элементарной зависимостью

Числовые характеристики:

- среднее время наработки до отказа ;

- дисперсия времени работы до отказа .

В справочниках на электрорадиоэлементы принято указывать не среднюю, а минимальную наработку. Тогда

[1/час].

Если оценивать надежность, используя в формулах , то истинный уровень надежности будет выше расчетного.

2.6.2. Оценка вероятности безотказной работы изделия с учетом только внезапных отказов.

Внезапные отказы возникают из-за скрытых дефектов при изготовлении элементов, грубых ошибок при эксплуатации изделий и по иным причинам.

При прогнозе влияния внезапных отказов на надёжность будем считать, что для элементов имеет место простейший поток отказов, а именно: для отказов элементов характерна конъюнкция свойств ординарности, стационарности и отсутствия последействия.

Только в этом случае мы имеем право воспользоваться формулой:

, где:

– результирующая интенсивность отказов изделия;

– прогнозируемая интенсивность отказов i-го элемента;

– средняя интенсивность отказов i-го элемента, определённая в стандартных условиях (t = +20є, влажность 60%), определяется из среднего времени наработки;

– поправочный коэффициент, для отличных от стандартных условий режимов работы.

Значение поправочного коэффициента определяется по кривым зависимости относительного коэффициента интенсивности отказов от изменения температуры окружающей среды и величины электрической нагрузки для электрорадиоэлемента.

Коэффициенты нагрузки выбираются по критерию “слабое место”, т.е. причины из-за которых отказы наиболее вероятны.

Так, слабым местом конденсаторов является электрический пробой. Поэтому для конденсаторов коэффициент нагрузки определяется соотношением

К_нС=V/V_ном

где: V– постоянное напряжение, реально приложенное к электродам конденсатора:

V_ном– номинальное рабочее напряжение, указанное в паспорте или маркировке.

Рассчитаем коэффициент нагрузки для конденсатора С1:

K_н_C₁=1.8В/50В=0.036

Для С2:

K_н_C₁=2.0В/50В=0.02

Слабым местом резисторов является перегрев. Поэтому за коэффициент нагрузки принимают соотношение мощностей рассеяния:

K_н_R=P/P_ном, где: P – мощность, реально рассеиваемая резистором (P=I2·R);

P_ном – номинальная (паспортная) мощность рассеяния резистора (0, 125 Вт, 0, 25 Вт, …).

Рассчитаем коэффициент нагрузки для резистора R1:

P_раб_.R1=I_R1²*R_1,I_R1=U1/R1.

P_раб._R₁=(5*10^-4)²*2.7*10³=6.75*10^-3 Вт

K_н_R1=6.75/0.125=0.054

Для R2:

P_раб._R₂=(1*10^-4)²*2.2*10³=2.2*10^-5 Вт

K_н_R₂=2.2*10^-⁵/0.125=1.76*10^-4

Для того, чтобы найти поправочный коэффициент воспользуемся графиком зависимости относительного коэффициента интенсивности отказов от изменения температуры окружающей среды и величины рабочего напряжения для сопротивлений типа МЛТ и подобных:

Рассчитаем коэффициенты нагрузки для диодов.

K_н_VD=P/P_ном

Для устройств типа Д311 номинальная мощность составляет 0.3Вт.

K_н_VD₁=0.15/0.3=0.5

K_н_VD₁=0.01/0.3=0.03

Для того, чтобы найти поправочный коэффициент воспользуемся графиком зависимости относительного коэффициента интенсивности отказов от изменения температуры окружающей среды и величины электрической нагрузки для электровакуумных диодов и триодов:

Элемент	Интенсивность отказов, 1/час	Коэффициент нагрузки элемента	Поправочный коэффициент	Интенсивность отказов элементов ПЭЗ
С1	50*10^-6	0.036	0.01	0.5*10^-6
С2	50*10^-6	0.02	0.01	0.5*10^-6
R1	4*10^-6	0.04	0.55	2.2*10^-6
R2	4*10^-6	0.0017	0.5	2.0*10^-6
VD1	10^-⁶	0.5	0.8	0.8*10^-6
VD2	10^-⁶	0.03	0.6	0.6*10^-6
Паяные соединения	0.2*10^-6			0.2*10^-6
Монтажная плата	5*10^-6	0.3		1.5*10^-6

Суммарная интенсивность отказов усилителя равна 0.83*10^-5.

Рассчитаем вероятность безотказной работы по приведенной ранее формуле:

P_{внезапн}=е^{-λ ∑ *}^t; P_{внезапн=}e^{-1.22*0.00001*3000}=0.964

2.7. Заключение.

Целью представленной работы была разработка схемы электрической принципиальной генератора прямоугольных импульсов, пригодного для серийного производства и выполняющего свои функции в указанных условиях эксплуатации в течение 3000 часов, с вероятностью не менее 0, 98. Основным критерием разработки изделия согласно ТЗ являлся критерий надежности – вероятность безотказной работы. Вероятность безотказной работы изделия в общем случае зависит от четырех составляющих: вероятности безотказной работы с учетом постепенных отказов, внезапных отказов, сбоев и накапливающихся отказов. ГПИ разрабатываемого типа не резервируют, поэтому накапливающиеся отказы не имеют места, и хорошо экранируют, поэтому отсутствуют сбои. Следовательно, в данной работе производилась оценка вероятности безотказной работы ГПИ в оговоренных условиях в течение заданного времени с учетом только двух составляющих: постепенных и внезапных отказов.

Соответствие значений всех параметров разработанного ГПИ значениям, заданным в ТЗ, приведено в таблице.

Спроектированное устройство выполнено на серийных элементах, и его сборку можно выполнить с использованием серийных методов сборки, т.е. требование серийнопригодности разработанного изделия выполнено. При выборе элементов, использованных в схеме, помимо критериев серийнопригодности и надежности, был учтен критерий стоимости изделия.

В ходе проектирования был разработан следующий комплект документации: схема электрическая принципиальная и перечень элементов к ней, спецификация и сборочный чертеж, чертеж печатной платы.

Таблица соответствия

Наименование параметра	Требования заказчика	Результаты прогноза
Длительность импульта и паузы ГПИ, Т1+Т2	900нс	900нс
Максимально допустимая нестабильность периода ГПИ, %	15%	15%
Вероятность нахождения значений выходного параметра в поле допуска(не менее)	0.98	0.986
Интервал рабочих температур, °С	От -30 до +60	От -30 до +60
Время безотказной работы, ч
Доверительная вероятность оценок	0.98	0.98
Тип микросхемы	К155АГ3	К155АГ3

Выводы:

1. Прогнозируемый уровень надежности ГПИ(0, 986) выше заданного (0, 98).

Следовательно требования заказчика по критерию надежности выполнены.

2. Уверенность в результатах прогноза усиливается еще и тем, что при

имитационном моделировании поведение факторов, о законах случайных изменений которых не было достоверной информации, реализовано из гипотезы наихудшей ситуации.

Список использованной литературы

Конспект лекций по курсу “Механика”, МЭИ, принтер, 2010г, -250с.
Василькевич И.В. “Определение коэффициентов влияния первичных параметров на технические характеристик вычислительных средств”. Лабораторная работа №1 и методические указания к ней, изд. МЭИ, 2006, -23с.
Василькевич И.В. “Прогнозирование серийнопригодности и надежности ВС сетодом матричных испытаний”. Лабораторная работа №2 и методические указания к ней, изд. МЭИ, 2006, -27с.
Василькевич И.В. “Прогнозирование серийнопригодности и надежности ВС методом статистических испытаний”. Лабораторная работа №3 и методические указания к ней, изд. МЭИ, 2006, -26с.
И.В. Василькевич, Э.Г. Панкова, Н.А. Трофимова «Руководство по эксплуатации системы помощи при выполнении самостоятельных работ по курсу “Конструирование ЭВС”» - М.: Издательство МЭИ, 2001, -28с.
Программа “HELP-1” и “HELP-2”, База данных на электронных носителях.
Василькевич И.В. «Методические указания по оформлению конструкторских документов для курсовых и дипломных проектов» - М.: Издательство МЭИ, 2001, 36с.
Резисторы: Справочник/ В.В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др.; Под ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Радио и связь, 1991, -528с.: ил.
Конденсаторы: Справочник/ И.И. Четверткв, М.Н.Дьяконов, В.И. Пресняков и др.; Под ред. И.И. Четверткова и М.Н.Дьяконова. – М.: Радио и связь, 1993, -392с.: ил.
Междуведомственная нормаль «Аппаратура и приборы военного назначения» часть 5 приложения. НО.005.030 ред. 1-92. Надежность.
Ред. Тарабрин Б.В., Интегральные микросхемы, Справочник, 2004г.

1 2 3 4 56