Практическая работа №9

Содержание
1.Цель работы…………………………………………………………….2
2.Методические рекомендации…………………………………………..2
З.Порядок выполнения работы………………………………………….2
4. Содержание отчета…………………………………………………….2
5.Контрольные вопросы…………………………………………………2
Список используемой литературы……………………………………...2
Приложение А: Пример расчета надежности………………………….3
Приложение Б: Средне групповые значения интенсивностей отказов
элементов………………………………………………………………….6
Приложение В: Графики коэффициентов влияния…………………… 7
Приложение Г: Теоретические положения……………………………..8
Изм Лис № документа
т
Выполнил
Великая С.А.
Проверил Медянкина Е.Л
Подпись Дата
АКВТ220703.ПР51.0900
Предварительный расчет
показателей надежности
модулей МУ
Литер
У
Лист
1
АКВТ
Листов
13
1 Цель работы
1.1. Ознакомиться с теоретическими положениями по расчёту надёжности
модулей МУ.
1.2. Произвести предварительный расчёт надёжности модуля МУ, в
соответствии с практической работой №7.
2 Методические рекомендации
2.1. Теоретические положения.
2.2. Пример расчета надежности модуля МУ, см. Приложение А.
3 Порядок выполнения работы
3.1. Изучить теоретические положения по расчёту надёжности модулей МУ.
3.2.Произвести расчёт надёжности предложенной схемы.
3.3. Подготовить данные и свести их в таблицу.
3.4. Рассчитать вероятность безотказной работы при времени работы
системы 1000 ч.,2000 ч., 3000 ч., 5000 ч., 7000 ч., 10000 ч., 15000ч. и т.д.
3.5. Дать графическую зависимость вероятности безотказной работы от
времени работы системы.
3.6. Рассчитать среднее время наработки на отказ.
3.7. Ответить на контрольные вопросы.
4 Содержание отчета
4.1 Цель работы.
4.2 Методические рекомендации.
4.3 Порядок выполнения работы.
4.4 Ответ на контрольные вопросы.
4.5 Вывод.
4.6 Отчет должен быть оформлен в соответствии с требованиями ЕСКД.
5 Контрольные вопросы
5.1. Что такое надёжность?
5.2 Какие виды отказов Вы знаете?
5.2. Какими показателями оценивается безотказность.
5.3. От чего зависит интенсивность отказов?
5.4. Что такое долговечность? Сохраняемость?
Список используемой литературы
1. «Конструирование электронных вычислительных машин и систем».
Москва, Высшая школа, 1986 г. Преснухин Л. Н., Шахнов В. А.
2. «Основы проектирования сборочных единиц системы». Москва,
Машиностроение. 1980 г. Ольхов Б. О.
Лист
Изм Лис
т
АКВТ220703.ПР51.0900
№ документа
Подпись Дата
2
Приложение А
Пример расчет надежности
Предварительный расчёт показателей надёжности модулей МУ начинается
на этапе эскизного проектирования . когда анализируется выбранная элементная
база, обеспечивающая наибольшую вероятность безотказной работы.
В настоящее время имеются обширные справочные данные по
интенсивности отказов ЭРЭ. Эти данные приводятся для нормальных
температурных условий и для определённого электрического режима, а именно
температура (15 - 35)° С, влажность (65 ±15)%, коэффициент нагрузки = 1,
атмосферное давление (100 ± 4) Па.
Исходными данными для предварительного расчёта надёжности являются:
а) количество компонентов, входящих в состав модуля или системы МУ;
б) требуемое время работы;
в) интенсивность отказов элементов, входящих компонентов в нормальных
условиях работы (лабораторные условия) ;
;
1) Главный параметр при расчете надежности - расчёт вероятности безотказной
работы, см. формулу (1)
P (t )  e  *t
(1)
где P(t) - вероятность безотказной работы;
е основание натурального логарифма, равно 2,7
λ * суммарная интенсивность отказов элементов входящих в модуль ;
t - время испытаний (время работы системы), в часах
2) Суммарная интенсивность отказов всех входящих в объект элементов,
рассчитывается по формуле (2)
 *об 
K
 i Ni
i 1
(2)
где λ*об- суммарная интенсивность отказа;
i -начальная интенсивность отказов i - го элемента перед установкой в
модуль, значение интенсивности отказов, полученное в нормальных условиях при
температуре окружающей среды (15 - 35)° С, атмосферном давлении (100 ± 4) Па,
относительной влажности (65 ± 15)%, коэффициенте нагрузки 1 см. таблице2.
Ni – количество однотипных элементов в модуле;
Кколичество разновидностей элементов по типам и режимам
использования.
Температурные коэффициенты определяются по
графическим
зависимостям, см. рисунок 1...рисунок 10 (лист 8).
Среднее время безотказной работы (наработка на отказ) рассчитывается по
формуле (3),
Tcp =1/*об
(3)
где Т-наработка на отказ;
λ *об- суммарная интенсивность отказов.
Все данные для расчёта сведены в таблицу 1.
Лист
Изм Лис
т
АКВТ220703.ПР51.0900
№ документа
Подпись Дата
3
Таблица 1
Расчет надежности
Наименование и тип
элемента
Интенсивность Кол-во
отказов
элеме(х0,000001)
нтов
Интенсивность
отказов (х
0,000001)
0,02000
1Микросхема К564ИЕ
0,02000
1
2 Микросхема К1113П
3Микросхема КР591К
4Микросхема К1000С
0,02000
0,02000
0,02000
1
1
1
0,02000
0,02000
0,02000
5Микросхема К564ИР
6Микросхема К564ЛИ
0,2000
0,2000
1
1
0,02000
0,02000
7Микросхема К564ИП
8Микросхема К564ЛЕ
0,2000
0,2000
4
1
0,02000
0,02000
9Конденсатор КМ-5А
0,1500
8
1,20000
10 Разъем
11 Пайка
0,00100
0,00010
1
195
0,00100
0,01950
12Плата
0,85000
1
0,85000
Итого:
0,0000220051
Среднее время безотказной работы (наработка па отказ), соответствующее
рассчитанному значению суммарной интенсивности отказов составляет:
Тср=45500час
Данные для построения графика зависимости безотказной работы от
времени P(t):
при t =1000 час
P(t)=0,9978
t =3000 час
P(t)=0,9934
t =5000 час
P(t)=0,9891
t =10000 час
P(t)=0,9782
t =20000 час
P(t)= 0,9570
t =30000 час
P(t)=0,9361
t =50000 час
P(t)=0,8958
,
График зависимости вероятности безотказной работы от времени, см.
рисунок 1
Лист
Изм Лис
т
АКВТ220703.ПР51.0900
№ документа
Подпись Дата
4
Рисунок 1
Лист
Изм Лис
т
АКВТ220703.ПР51.0900
№ документа
Подпись Дата
5
Приложение Б
Таблица 2
Среднегрупповые значения интенсивностей отказов элементов
Наименование
l
1 Интегральные микросхемы
гибридные
полупроводниковые
2. Транзисторы кремневые
3. Диоды кремневые, стабилитроны
4. Конденсаторы
керамические
стеклянные
танталовые
электролитические
5. Резисторы
металлопленочные
потенциометры
проволочные прецизионные
6. Трансформаторы
импульсные
питания
разделительные
7. Дроссели
НЧ
ВЧ
катушки индуктивности
8. Источники питания
аккумуляторы
батареи однозарядные
батареи заряжаемые
9. Электровакуумные приборы
тиратроны маломощные
тиратроны субминиатюрные
тиратроны мощные
лампы неоновые
лампы накапливания
ЭЛТ с магнитным отклонением
ЭЛТ с электрическим отклонением
10. Коммутационные элементы и
соединители Переходные колодки
Выключатели термические
Провода соединительные
Кабели
предохранители плавкие
соединение пайкой
тумблеры
гнезда
реле малогабаритные
переключатели миниатюрные
переключатели кнопочные
Интенсивность отказов 6 10 1/час
2
0.075
0.020
0.500
0.200
0.150
0.020
0.600
0,035
0.200
0.260
0.073
0.170
0.025
0.030
0.175
2.100
0. 020
7 200
30.000
1.400
0.600
1.700
5.000
0.100
0.640
1.650
1.020
5.200
0.300
0.015
0.475
0.500
0.010
0.060 на 1 контакт
0.010 на 1 штырек
0.250 на контактную группу
0.250 на контактную группу
0,270 на контактную группу
Лист
Изм Лис
т
АКВТ220703.ПР51.0900
№ документа
Подпись Дата
6
Приложение В
Графики коэффициентов влияния (для полного расчета надежности)
Рисунок 1 Зависимость относительной
опас-ности отказов от
режимов работы для
проволочных сопротивлений резисторов.
Рисунок 3. Зависимость относительно
опасности отказов от
режимов работы для
непроволочных сопротивлений резисторов.
Рисунок 5. Зависимость относительно
опасности отказов от
режимов работы для
трансформаторов.
Рисунок 2. Зависимость относительной
опасности отказов от
режимов работы для
керамических конденсаторов.
Рисунок 4. Зависимость относительной
опасности отказов от
режимов работы для
бумажных и металобумажных
конденсаторов.
Рисунок 6. Зависимость относительной
опасности отказов от
Рисунок 7. Для
пленочных резисторов (типа МЛТ).
Рисунок 8. Для
кремниевых транзисторов.
Рисунок 9. Для германиевых транзисторов.
режимов работы для
кремниевых диодов и
стабилитронов.
Рисунок 10. Для
германиевых диодов.
Лист
Изм Лис
т
АКВТ220703.ПР51.0900
№ документа
Подпись Дата
7
Модуль МДК05.01 тема4.1 Основы теории надёжности
Теория надежности изучает процессы возникновения отказов объектов и
способы борьбы с этими отказами.
Надежность - это свойство объекта выполнять заданные функции ,
сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных
показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и
условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и
транспортирования. Для оценки надежности важнейшее значение имеет
понятие отказ.
Отказ - это событие, заключающееся в нарушении
работоспособности, т. е. такое состояние системы, при котором хотя бы
один из параметров не соответствует техническим условиям.
1) По характеру изменения параметров до возникновения отказы делят
на внезапные (катастрофические) и постепенные (параметрические).
а)Внезапные отказы характеризуются резким скачкообразным
изменением параметра и обуславливаются скрытыми технологическими и
конструктивными дефектами. Устранение внезапного отказа производят
заменой отказавшего элемента (блока, устройства) исправным, или его
ремонтом.
б)Постепенные отказы характеризуются постепенным изменением
параметров и обуславливаются старением и износом элементов деталей.
Устранение постепенного отказа производится заменой, ремонтом,
регулировкой параметров отказавшего элемента.
2) По характеру устранения отказа делят на устойчивые и
самоустраняющиеся.
Для устранения устойчивого отказа оператор обслужив ающий
системы должен отрегулировать или заменить отказавший элемент.
Самоустраняющийся отказ - исчезнет без вмешательства оператора и
проявляется в форме сбоя.
Сбой - однократно возникающий самоустраняющийся отказ.
Появление сбоев обуславливается внешними и внутренними факторами.
а) К внешним факторам появления сбоев относят: колебания
питающего напряжения, вибрации, температурные колебания.
б) К внутренним факторам - флуктационные (случайные
отклонения величин) колебания параметров элементов, несинхронная
работа отдаленных устройств, внутренние шумы, наводки.
3) Если в системе АУ возникает сразу несколько отказов, то по их
взаимосвязи различают.
а) Независимые отказы - не связаны, с предшествующими
отказами.
б) Зависимые отказы - появление их вызвано отказом в предыдущий
момент времени.
Лист
АКВТ220703.ПР51.0900
Изм Лис
т
№ документа
Подпись Дата
10
4) По внешним признакам проявления отказы делят на явные и
неявные. Явный отказ обнаруживается при внешнем осмотре. Неявные
отказы обнаруживаются специальными методами контроля Понятие отказ,
позволяет рассмотреть основные эксплутационные свойства системы АУ:
- безотказность;
-ремонтоспособность;
-долговечность;
-сохраняемость.
Безотказность - свойство системы непрерывно сохранять
работоспособность в заданных режимах и условиях эксплуатации (без
вынужденных простоев в течении некоторого времени, или некоторой наработки.
Ремонтоспособность
свойство
системы,
заключается
в
приспособлении к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и
неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
Долговечность - свойство системы АУ сохранять работоспособность до
наступления предельного состояния с необходимыми перерывами для
технического обслуживания и ремонтов.
Сохраняемость - свойство изделия сохранять эксплутационные
показатели в стечении зад л иного срока хранения и после него, или
транспортирования.
Выбор количественных характеристик зависит от вида системы:
а) восстанавливаемые системы
б) невосстанавливаемые системы
Невосстанавливаемые системы - системы, которые в процессе работы не
допускают ремонта (в системах
ПВО,
управлением воздушным
движением,
управления
техпроцессами
химическими,
м е та л л ур г и ч е с к и м и ) .
Восстанавливаемые системы в процессе выполнения своих функций
допускают ремонт.
2 Основные показатели надежности
Показателями надежности невостанавливаемых систем являются:
- вероятность безоткаказной работы P(t)
- вероятность отказов Q(t)
- интенсивность отказов λ(t)
-средняя наработка до первого отказа Тср.
1) Вероятность безотказной работы Р(t)- это вероятность того, что в
заданном интервале времени и при заданных условиях эксплуатации не
произойдет отказа. Статическое значение вероятности безотказной работы
определяются по формуле (1):
Лист
АКВТ220703.ПР51.0900
Изм Лис
т
№ документа
Подпись Дата
11
P t  
NO 
m

i 1
ni
1
(1)
NO
где NО- число изделий в начале испытаний или эксплуатации
m - число интервалов времени.
ni - число изделий вышедших из строя в i-м интервале времени.
Число интервалов времени m зависит от времени испытаний t , см.
формулу (2)
m
t
t
(2)
где t- время испытаний;
t - продолжительность интервала времени;
2) Вероятность отказа есть величина, противоположная вероятности
безотказной работы P(t), формула(3)
Q(t)=1-P(t)
(3)
3) Среднее время безотказной работы аппаратуру Тер или наработке
на отказ есть ожидаемая наработка объекта до первого отказа
и
статистически определяется отношением суммы наработки испытуемых
объектов до отказа к количеству наблюдаемых объектов, если они все отказали
за время испытаний, см. формулу (4).
NO
Tcp 

i 1
tcpi
NO
(4)
где tcp- наработка на отказ i-гo объекта .
4) Вероятность безотказной работы зависит от количества элементов,
времени работы системы и индивидуальных особенностей
элементов в
виде - интенсивности
отказов
(λ0 начальной,
обусловленной
конструктивными особенностями элементов).
5) Интенсивность отказов - это число отказов в единицу времени,
отнесенное среднему числу элементов, безотказно работающих на данном
отрезке времени.
n t 
 t  
(5)
N  t  * t
где n(t) - число отказавших элементов в течение рассматриваемого
интервала времени.
N(t) - число объектов, работоспособных к началу промежутка времени t .
Индивидуальные конструктивные особенности элементов, выраженные
начальной интенсивностью отказов, представленные в приложении 1. Величина
λ(t) показывает, какая часть элементов по отношению к общему количеству
Лист
АКВТ220703.ПР51.0900
Изм Лис
т
№ документа
Подпись Дата
12
исправно работающих элементов, в среднем выходе из строя за единицу
времени (за 1 час).
Зависимость
интенсивности
отказов
от
времени
определяется экспериментально. Типовая зависимость имеет вид, смотри
рисунок 1.
Рисунок 1
Зависимость интенсивности отказов от времени может быть
определена экспериментально. Анализируя полученную кривую 1,
снятую, допустим, при испытаниях в нормальных условиях, можно
отметить три временных интервала:
1) от 0 до t } — время приработки (1—1,5%) всего времени
испытаний, характеризуется высоким значением интенсивности отказов,
которые являются результатом скрытых дефектов, обусловленных нарушением
технологии изготовления.
Для ответственных изделии на заводах изготовителях необходимо
проводить электротренировку объектов в течение времени, превышающем
длительность периода приработки, с
целью выявления и устранения
скрытых дефектов. Для современной электронной базы это может быть
несколько сот часов.
2) Временной интервал от t } до t 2 — время нормальной работы,
с практически постоянной интенсивностью отказов.
3) Временной отрезок от t2 до  —время старения
При ослаблении (кривая 2) или ужесточении (кривая 3) условий
испытаний зависимость λ(t) изменится, но три характерных временных
интервала сохранятся.
Время нормальной работы — высокой надежностью испытуемых
изделий (интенсивность отказов на этом интервале практически постоянна).
В этот период интенсивность отказов и среднее время безотказной
работы находится в зависимости, см. формулу (6).
1
(6)
t  
Tcp
где Тер - средняя наработка до отказа, или среднее время безотказной работы.
Лист
АКВТ220703.ПР51.0900
Изм Лис
т
№ документа
Подпись Дата
13
Вероятность безотказной работы для этого периода рассчитывается по
формуле ( 7 ) :
P (t )  e  *t
(7)
где е- основание натурального логарифма-2,7.
λ -суммарная интенсивность отказов
t- время работы системы .
Вероятность безотказной работы в зависимости от времени
имеет экспоненциальную зависимость см. рисунок 2.
Рисунок 2
Сравнивая такие характеристики как наработка на отказ и среднее
время восстановление необходимо отметить:
1) Наработка на отказ является аппаратной характеристикой и зависит
от внутренних свойств аппаратуры.
2) Характеризуется системой человек-машина, т. е зависит от внутренних
свойств аппаратуры и квалификации обслуживающего персонала.
Эти показатели связаны коэффициентом готовности, т.е. системы
окажется работоспособной в произвольный момент времени, кроме
планируемых периодов,
в
состояния,
которые
использование
по
назначению
не предусмотрено т. е вероятность исправного, а именно
коэффициент готовности, см. формулу(9):
TO
(9)
Kг 
TO  Tв
Где ТО > -среднее значение наработки восстанавливаемого объекта
между отказами.
Тв -среднее время восстановление системы, объекта.
Этот коэффициент позволяет найти вероятность исправного состояния
аппаратуры в любой момент, времени.
Коэффициентом вынужденного простоя К п называют, отношение
времени вынужденного простоя к сумме времени исправной работы и
вынужденных простоев системы взятых за один и тот же календарный срок и
противоположные коэффициенту готовности (формула 10).
Лист
АКВТ220703.ПР51.0900
Изм Лис
т
№ документа
Подпись Дата
14
Tn
(10)
Tn  Tr
где Тn- время простоя системы
Тr- время работы системы
Коэффициент готовности и вынужденного простоя связаны между собой
зависимостью см. формулу (11)
Кr= 1-Кn
(11)
Kn 
Лист
АКВТ220703.ПР51.0900
Изм Лис
т
№ документа
Подпись Дата
15