При ориентировочном расчете надежности (на этапе проектирования) используются величины интенсивности отказов различных радиоэлементов
при температуре +20°С и коэффициентах нагрузки Кнi =1 (таблица 3.1). Метод используется для оценки достижимого уровня надежности и разработки мероприятий для ее дальнейшего увеличения.
Для уточненных (полных) методов расчета необходимо иметь опытные образцы СВТ для оценки реальных значений температуры и коэффициентов нагрузок Кнi всех радиоэлементов. В этом случае реальные интенсивности отказов элементов
определяются путем введения специальных поправочных коэффициентов, учитывающих влияние условий эксплуатации СВТ, электрических режимов, температуры и пр.
,
где
- коэффициент, учитывающий влияние условий эксплуатации на интенсивность отказов СВТ (см. таблицы приложения 3.1)
;
- поправочный коэффициент для i -го радиоэлемента, учитывающий влияние температуры окружающей среды
и электрической нагрузки
.
Значения коэффициента
для различных типов элементов приведены на соответствующих графиках приложения 3.1. Величина
для
и температуре окружающей среды близкой к нормальной может быть осуществлено ниже единицы.
В общем случае коэффициент нагрузки радиоэлемента
равен
,
где
и
– соответственно реальная и номинальная (по техническим условиям) электрическая нагрузка радиоэлемента.
Коэффициент нагрузки
либо рассчитывается, либо определяется экспериментально, путем замера режимов работы образцов СВТ.
Литература
1 Основы эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры/ А.К.Быкадоров, Л.И.Кульбак, В.Ю.Лавриненко и др.; Под ред. В.Ю.Лавриненко.- М.: Высшая школа, 1978.- 320с.
2 Савельев М.В. Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ: Учеб. пособие для вузов. – Высш. шк., 2001.- 319с.
Таблицы и графики для расчета величин
радиоэлементов
Таблица 3.1- Номинальные интенсивности отказов различных радиоэлементов при t=+20°С и Кн =1(только для учебных целей)
Радиоэлементы
| Интенсивность
отказов λ0i, 10-6 1/ч
|
диоды маломощные
| 0,8
|
мощные (силовые)
| 1,2
|
импульсные
| 0,3
|
стабилитроны
| 1,5
|
варикапы
| 0,9
|
светодиоды
| 1,1
|
|
|
транзисторы биполярные
| 1,2
|
полевые
| 1,5
|
|
|
микросхемы аналоговые
| 0,3
|
цифровые
| 0,1
|
|
|
резисторы постоянные
| 0,5
|
переменные
| 1,7
|
|
|
конденсаторы неполярные
| 0,4
|
полярные
| 1,4
|
|
|
индикаторы светодиодные
| 1,4
|
жидкокристаллические
| 3,2
|
|
|
реле электромеханические малогабаритные
| 0,3
|
электромагниты общего назначения
| 0,3
|
трансформаторы силовые
| 3,0
|
дроссели
| 1,0
|
катушки индуктивности
| 0,5
|
|
|
громкоговорители динамические
| 0,7
|
микрофоны динамические
| 2,8
|
|
|
резонаторы кварцевые
| 1,1
|
антенны
| 3,3
|
выключатели, переключатели
| 2,3
|
кнопки миниатюрные
| 1,4
|
тумблеры
| 0,1
|
разъемы
| 1,0
|
предохранители
| 0,2
|
|
|
аккумуляторы
| 7,2
|
батареи одноразрядные
| 30,0
|
|
|
провода соединительные
| 0,02
|
кабели ленточные (шлейфы)
| 0,2
|
пайки печатного монтажа
| 0,01
|
пайки навесного монтажа
| 0,03
|
основания печатных плат из текстолита
| 0,01
|
Таблица 3.2 - Значения коэффициента k1 (воздействие влажности)
Климатическая
зона
| Относительная влажность, %
| Температура, t, °С
| Общее воздействие k1
|
континентальная
субтропическая
тропическая
| 60—70
90—98
90—98
| 20—40
20—25
30—40
| 1,0
2,0
2,5
|
Таблица 3.3 - Значения коэффициента k2 (воздействие пониженного давления)
Высота, км
| Общее воздействие k2
| Высота, км
| Общее воздействие
k2
|
0-1
1-2
2-3
3-5
5-6
6-8
| 1,00
1,05
1,10
1,14
1,16
1,20
| 8—10
10—15
15—20
20—25
25—30
30—40
| 1,25
1,30
1,35
1,38
1,40
1,45
|
Таблица 3.4 - Значения коэффициентов k3 и k4 (механические воздействия)
Условия эксплуатации аппаратуры
| Вибрации
k3
| Удары
k4
| Общее воздействие
k3∙ k4
|
лабораторная, бытовая
стационарная (полевая)
корабельная
автомобильная
железнодорожная
авиационная
| 1,00
1,04
1,30
1,35
1,40
1,46
| 1,00
1,03
1,05
1,08
1,10
1,13
| 1.00
1,07
1,36
1,46
1.54
1,65
|
Графики для расчета поправочного коэффициента аi = f(tº, Кнi)
I – область рекомендуемых нагрузок, II - нагрузки, допускаемые по ТУ или ЧТУ


| | | | | | | |
| |
Рисунок 3.10 - Зависимость величины аi от температуры и коэффициента нагрузки для неполярных конденсаторов
| |
| | |
Рисунок 3.11 - Зависимость величины аi от температуры и коэффициента нагрузки для полярных конденсаторов
| |
|
|
| |
Рисунок 3.13 - Зависимость величины аi оттемпературы и коэффициента нагрузки для кварцевых резонаторов
| |
|
Рисунок 3.12 - Зависимость величины аi от температуры и коэффициента нагрузки для жидкокристаллических индикаторов
| |
|


Для радиокомпонентов, не приведенных на рисунках и имеющих малые величины
принять
.
Пример расчета надежности СВТ
Расчет надежности автономного программатора. Автономный программатор относится к не резервируемому виду радиоаппаратуры. Поэтому вероятность безотказной работы изделия равна произведению вероятностей безотказной работы его элементов:
Ризд= Р1Р2Р3...Рn =
.
Выполняя расчет для периода нормальной эксплуатации, считают интенсивности отказов радиоэлементов l0i величинами постоянными, а вероятность их безотказной работы, подчиняющуюся экспоненциальному закону: Рi = ехр(- l0i ∙t).
Отсюда наработка на отказ То = 1/lΣ, а вероятность безотказной работы Ризд = ехр(-t/То). Здесь lΣ =
-параметр, характеризующий интенсивность отказов изделия.
Сущность расчетов надежности заключается в определении численных значений основных вышеуказанных показателей. На начальном этапе проектирования после разработки принципиальных электрических схем СВТ с целью рационального выбора типов отдельных элементов и определения (в случае необходимости) путей и мер по обеспечению требуемых показателей надежности производятся приближенные или ориентировочные расчеты.
В основу этих расчетов обычно кладутся следующие допущения:
- все элементы данного типа равнонадежны,
- все элементы работают в номинальных режимах с Кн=1,
- интенсивности отказов элементов не зависят от наработки,
- отказы различных элементов являются независимыми случайными событиями,
- все элементы аппаратуры работают одновременно.
Величина интенсивности отказов СВТ lΣ определяется по формуле
lΣ =
.
Учитывая вышеизложенное, проведем ориентировочный расчет основных показателей надежности разработанного устройства. Схема программатора приведена на рисунке 3.20. Полученные данные сведены в таблицу 3.5.
Таблица 3.5 – Результаты ориентировочного расчета показателей надежности СВТ
Наименование и тип элемента
| Обозначение
по схеме
| Кол-во элементов Ni, шт.
| Интенсивность отказов, l0i ∙10-6
| Интенсивность отказов группы lΣ∙∙ 10-6
|
Резисторы постоянные С2-33-0,125
| R
|
| 0,5
| 3,5
|
Резисторы переменные СП5-2ВА
| R
|
| 1,7
| 3,4
|
Конденсаторы неполярные К10-17б
| С
|
| 0,4
| 0,4
|
Конденсаторы полярные К50-35
| С
|
| 1,4
| 1,4
|
Микросхемы аналоговые и цифровые
| DА, DD
|
| 0,1
| 0,6
|
Диоды импульсные
| VD
|
| 0,3
| 0,6
|
Светодиод АЛС323А-5
| VD
|
| 1,1
| 1,1
|
Переключатель RCL371
| S
|
| 2,3
| 2,3
|
Джампер MJ-O-4,5
| SP
|
| 0,1
| 0,3
|
Вилка WF-3
| Х
|
| 1,6
| 1,6
|
Кабель плоский FRC-5 (шлейф)
| Х
|
| 0,2
| 0,2
|
Панельки для ИС
| Х
|
| 0,1
| 0,3
|
Паяные соединения
| -
|
| 0,01
| 2,17
|
|
|
|
| lΣ =17,87
|
Согласно приведенным выше формулам, наработка на отказ автономного программатора составляет То= 1/17,87∙10-6 = 55960 ≈ 56тыс. часов. Вероятность безотказной работы за 1000 часов составит 0,98.
Полученное значение наработки на отказ с учетом объема программирования ИС UVPROM (10…30 ед/день) обеспечит безотказную работу устройства в течение всего срока службы. Профилактической замены потребуют только панельки для ИС после превышения количества гарантированного производителем операций установки и снятия ИС UVPROM.
При эксплуатации программатора в составе автомобильной аппаратуры (
) в субтропическом климате (
) и в гористой местности до 3 км над уровнем моря (
) его интенсивность отказов увеличится на коэффициент
и в результате составит
=2,0∙1,1∙1,46∙17,87∙10-6= 3,21·17,87∙10-6= 57,40∙10-6 1\час. Отсюда наработка на отказ автономного программатора с учетом влияния только условий эксплуатации составит 17420 часов.
После создания макетных образцов можно провести дальнейшее уточнение результатов расчета надежности СВТ. Для этого проводят измерения электрических режимов радиокомпонентов, входящих в состав СВТ с целью определения значений их реальных коэффициентов нагрузок.
Для оценки влияния электрических режимов работы (электрической нагрузки) и температуры окружающей среды необходимо воспользоваться графиками рисунков 3.2- 3.19 и скорректировать значения интенсивностей отказов
всех элементов программатора.
Например, интенсивность отказов полярных конденсаторов при t=60ºC и Кн =0,7 согласно графика рисунка 3.11 увеличится в ai ≈2,7 раза и составит
1\час. Это значение
и следует учитывать при расчете надежности устройства (таблица 3.6).
Таблица 3.6 – Результаты уточненного расчета показателей надежности СВТ
Наименование
и тип элемента
| Обознач. по схеме
| Кол-во элементов Ni, шт.
| Интенсивность отказов, l0i ∙10-6
| Поправоч-ный коэффициент ai
| Интенсивность отказов, ∙10-6
| Интенсивность отказов группы lΣ∙∙ 10-6
|
Конденсаторы полярные К50-35
| С
|
| 1,4
| 2,7
| 3,78
| 3,78
|
Аналогичным образом уточняются интенсивности отказов других компонентов программатора.
С учетом условий эксплуатации программатора в составе автомобильной аппаратуры (см. выше) его суммарная интенсивность отказов lΣ должна быть увеличена на коэффициент
= 3,21.
