Методы повышения надёжности РЭУ

Повышение уровня надёжности РЭУ достигается как сведением к минимуму конструкторских, технологических и эксплуатационных ошибок, так и принятием специальных мер.

Принципиальные основы надёжности РЭУ закладываются на самых ранних этапах конструирования. Улучшить заложенные показатели невозможно ни в процессе изготовления РЭУ, ни в процессе эксплуатации. Поэтому этап конструирования является важнейшим для обеспечения надёжности будущего изделия.

Некоторые методы повышения надёжности РЭУ вытекают из уравнения (2.6)

Во-первых, повысить надёжность можно уменьшением количества элементов в устройстве.

Например, переход к другой структурной или функциональной схеме в ряде случаев позволяет упростить принципиальную электрическую схему и уменьшить число элементов в РЭУ.

Более тщательная разработка принципиальной электрической схемы также может привести к уменьшению числа элементов в конструкции.

Переход от дискретных элементов к интегральным микросхемам позволяет резко уменьшить . При этом интенсивность отказов одной микросхемы, заменяющей десятки, сотни и даже тысячи дискретных элементов, равна или бывает даже меньше интенсивности отказов одного заменяемого элемента.

Во-вторых, повысить надёжность можно путём уменьшения интенсивностей отказов отдельных элементов.

Одним из способов достижения этого является улучшение конструкции элемента. Например, ползунковая конструкция переменного резистора более надёжна, чем вращательная.

Уменьшить интенсивность отказов можно также переходом к элементам, работающим на ином принципе, например, заменяя индикаторные лампы накаливания полупроводниковыми светодиодами.

Улучшение технологии производства, например, путём повышения автоматизации, уменьшает интенсивность отказов изготовленных элементов.

Надёжность РЭУ можно повысить, если при конструировании стремиться соблюдать принцип равнопрочности её компонентов. В этом случае можно не ремонтировать устройство, а просто заменить на новое, когда истечёт срок его службы.

Равномерное распределение нагрузки между элементами также повышает в целом надёжность всего РЭУ. При этом нагрузки, действующие на РЭУ, можно разделить на две группы: 1) приводящие к постепенным отказам, 2) приводящие к внезапным отказам [4].

Нагрузки, вызывающие постепенные отказы, обусловлены в основном влиянием внешней среды. Уменьшить это влияние или перераспределить его равномерно можно конструктивным путём, вводя герметизацию, амортизируя конструкцию и т.д.

Нагрузки, вызывающие внезапные отказы, обусловлены режимом работы элементов и проявляются во время эксплуатации. Это влияние напряжения, магнитных и электромагнитных полей, теплового режима и др. По­высить надёжность при этом можно за счёт улучшения компоновки конс­трукции, чтобы уменьшить максимальную температуру внутри блоков РЭУ. Например, снижение тепловых нагрузок на 20% увеличивает надёжность РЭУ в среднем в 2÷2,5 раза.

Упрощение конструкции РЭУ также приводит к повышению надёжности работы, так как конструкция становится более технологичной. Она оказывается лучше приспособленной к серийному выпуску на серийных заводах с использованием хорошо отработанных технологических процессов. Чтобы сохранить высокую надёжность РЭУ в серийном производстве, необходима высокая культура производства, подразумевающая такие моменты как:

– строгое выполнение технологических процессов,

– высокий уровень автоматизации производства,

– ритмичность работы,

– эффективность системы технического контроля,

– соблюдение чистоты в рабочих помещениях,

– соблюдение эргономических норм,

– соблюдение необходимого уровня тишины в рабочих помещениях,

– соблюдение норм технической эстетики и др.

В период эксплуатации основной задачей является максимальное сохранение надёжности, достигнутой на этапах конструирования и производства. Это решается путём обязательного соблюдением правил эксплуатации, повышения уровня квалификации обслуживающего персонала и разработкой высококачественной технической эксплуатационной документации.

Обратная связь потребителя с разработчиком и производителем РЭУ является очень важным фактором повышения надёжности. Информация потребителя позволяет выявить наиболее характерные отказы, а тщательный анализ полученной информации – принять меры по улучшению характеристик РЭУ.

Информация о надёжности при этом должна быть достоверной, полной и поступать непрерывно.

Уравнение (6.1), позволяет рассчитать вероятность безотказной работы в предположении, что с точки зрения надёжности все элементы РЭУ соединены последовательно. Возможность параллельного соединения элементов по надёжности на практике реализуется в виде резервирования.

 

Резервирование

Резервирование есть избыточность, которая вступает в работу по мере необходимости. Резервирование предполагает введение в РЭУ дополнительных элементов и соединений по сравнению с минимально необходимым их количеством для нормальной работы устройства.

По режиму работы резервного устройства до включения его вместо основного различают нагруженное, облегченное и ненагруженное резервирование.

Резервирование называют нагруженным, если резерв постоянно находится в таком же режиме работы, как основной блок. Такой резерв всегда готов к включению в работу вместо основного, однако он быстро изнашивается.

Резервирование называют ненагруженным, если резервное устройство постоянно находится в выключенном состоянии и вступает в работу по мере необходимости. В выключенном состоянии износ отсутствует и поэтому к моменту включения ненагруженный резерв более надёжен, чем нагруженный. Недостатком этого вида резервирования является то, что требуется некоторое время, чтобы параметры резервного устройства достигли необходимых значений.

Резервирование называют облегченным, если до момента замещения основного устройства резервное работает не в полной мере, или если часть элементов резервного устройства работает в нагруженном режиме, а часть в ненагруженном. Например, может быть постоянно включён термостат, поддерживающий температуру кварца для того, чтобы немедленно после включения частота генератора была бы получена с необходимой точностью. Облегченное резервирование повышает надёжность больше, чем нагруженное и меньше, чем ненагруженное.

По характеру включения резервных элементов относительно основного устройства различают общее (групповое), раздельное (поэлементное) и смешанное резервирование.

Резервирование называют общим или групповым, если резервируют основное устройство целиком.

Резервирование называют раздельным или поэлементным, если все элементы устройства резервируют поодиночке.

Резервирование называют смешанным, если сочетают общее резервирование некоторой группы элементов с отсутствием резервирования, или оба вида резервирования как друг с другом, так и с отсутствием резервирования некоторых элементов основного устройства.

Резервирование характеризуют кратностью – отношением количества резервных элементов к количеству элементов основного блока. Наиболее часто встречается дублирование, когда это отношение равно единице. Кратность общего резервирования выражается целым числом, а в случае раздельного и смешанного резервирования она может быть дробной величиной как меньше, так и больше единицы.

Эффект от введения резервирования – выигрыш – можно оценить количественно.

Это может быть либо выигрыш по надёжности – отношение вероятностей безотказной работы устройства с резервированием и без резервирования в один и тот же требуемый момент времени, либо выигрыш по времени – отношение времени достижения заданного уровня надёжности устройства с резервированием к времени достижения заданного уровня надёжности устройства без резервирования. Понятие выигрыша позволяет также сравнивать между собой разные виды резервирования.