Выбор значений показателей надежности элементов

В зависимости от стадии проектирования, на которой выполняется расчет надежности, можно выделить три этапа выбора значений показателей надежности элементов.

1. Предварительный расчет надежности системы проводится при решении вопроса о принципах построения структурной схемы системы. Обычно систему, предназначенную для решения какойлибо определенной задачи, можно создать различными путями. При выборе пути решения поставленной задачи нужно сравнить различные варианты системы по их характеристикам, в том числе и по надежности. На этом этапе проектирования сведений об устройстве системы недостаточно, и поэтому расчет является весьма приближенным.

Вначале необходимо определить число элементов каждого типа в блоках рассматриваемого варианта системы. При этом учитываются только те элементы, при отказе которых система выходит из строя. Так как принципиальных схем блоков проектируемой системы еше нет, то количество различных элементов в этих блоках можно определить путем сравнения с аналогичными, ранее разработанными блоками. Отдельные узлы структурной схемы часто бывают стандартными и имеют определенное число элементов каждого типа.

Затем по справочникам следует выбрать значения показателей надежности применяемых элементов, например средние интенсивности отказов. Значения интенсивности отказов одноименных элементов могут иметь значительный разброс. При этом большую роль играют качество элемента и условия его применения, а также количество и качество информации об отказах. Поэтому целесообразно иметь справочные данные об элементах примерно одинаковой аппаратуры, работающих в условиях, близких к ожидаемым для проектируемой аппаратуры. Иначе говоря, здесь необходима, как и во всяком другом деле, преемственность.

При отсутствии сведений о значениях интенсивностей отказов элементов рассматриваемой системы можно использовать табличные данные об интенсивностях отказов элементов других аналогичных систем. Эти данные пересчитываются на условия работы системы методом коэффициентов.

Поскольку на рассматриваемом этапе расчета неизвестны типы и марки элементов и режимы их работы, то часто оказывается целесообразным рассчитать надежность для двух крайних значений интенсивностей отказов элементов. При этом вычисляются два значения интенсивности отказов системы A._min и Х_тах и определяются соответственно две функции надежности p_min(t) и p_max(t).

Истинное значение интенсивности отказов или вероятности безотказной работы лежит между вычисленными минимальным и максимальным значениями.

2. На втором этапе расчета надежности системы подбор типов элементов выполняется по уточненной принципиальной схеме системы. При этом значения X одноименных элементов не принимаются средними, а выбираются конкретными для элементов различных типов и марок.

Поскольку выбор элементов системы конструктор выполняет не только по их надежности, а руководствуется при этом рядом других соображений, например стоимостью, объемом, то и на этом этапе проектирования обычно необходим расчет нескольких вариантов системы, причем обычно один вариант отличается от другого марками (качеством) применяемых элементов. Выбор наиболее надежных элементов часто также связан с рассмотрением различных схем одной и той же системы.

На этом этапе расчета надежности уточняются также условия работы системы (температура, давление, вибрация, агрессивность химической среды и т. д.) и выбираются соответствующие этим условиям работы типы и марки элементов. Для правильного выбора элементов желательно иметь графики или таблицы, характеризующие зависимость средней интенсивности отказов элементов различных типов и марок от их конструктивных особенностей и условий применения. При этом стараются учесть режимы работы элементов. Здесь могут быть использованы графические зависимости интенсивности отказов элементов от конкретных параметров режимов работы (температура, электрическая нагрузка и т. д.).

В процессе расчета надежности системы с учетом режимов работы элементов целесообразно составлять таблицы вида табл. 6.1.

При более сложных расчетах учитываются теплоизлучение соседних элементов, обусловленные компактностью монтажа, снижение номинальных значений нагрузки и ряд других факторов. Следует отметить, что не всегда целесообразно усложнять расчет в погоне за неоправданной и недостижимой точностью, которая в основном определяется точностью входных данных.

При наличии созданных макетов проектируемых электронных схем целесообразно провести их лабораторные испытания, в ходе которых специально вводят грубые отказы (например, обрыв и короткое замыкание элементов). При этом оценивают влияние отказов элементов на работоспособность объекта в целом и уточняют логическую схему расчета надежности. В ходе испытаний может быть обнаружено, что при отказах отдельных элементов работоспособность объекта сохраняется, но оставшиеся работоспособными элементы будут работать в других режимах и иметь измененные интенсивности отказов.

При последовательном логическом соединении вероятность безотказной работы системы равна произведению вероятностей безотказной работы элементов, а функция надежности системы.

где pj (t) — функция надежности у-го элемента.

Отсюда интенсивность отказов системы из п элементов.

(предполагается, что интенсивности отказов элементов постоянны).

Соответственно средняя наработка системы до отказа.

где m_ti — средняя наработка до отказа у-го элемента.

Для параллельного нагруженного логического соединения вероятность отказа системы равна произведению вероятностей отказа элементов, функция ненадежности системы.

где qj (t) — функция ненадежности у-го элемента.

Поскольку q_c(t) = 1 — p_c(t), то.

В этом случае речь идет о нагруженном резервировании, когда основные и резервные элементы находятся в одинаковых рабочих условиях. При одинаково надежных к элементах.

При расчете резервированных систем особое внимание необходимо обращать на возможность организации профилактических осмотров.

Вычисление функции надежности системы иногда ведется для двух крайних значениях X_min и Х_тах элементов. Когда значения р_с близки к единице, удобно использовать приближенные формулы:

Общий недостаток этого приближенного расчета надежности — малая и недостоверная информация о надежности типовых элементов.

Расчеты надежности при проектировании целесообразно завершить моделированием процессов появления отказов систем и испытанием первых опытных образцов. В ходе моделирования выявляются интенсивности отказов систем из-за постепенных изменений параметров элементов. При испытаниях уточняются действующие на элементы нагрузки и данные о надежности отдельных элементов.