Оценка качества

4. Оценка качества

  4.1 Расчет надежности по внезапным отказам

 

Прикидочный расчет

В начале для определённого класса объектов выбирается один из типов показателей надёжности: интервальный, мгновенный, числовой таблица 6 в [1]. Из нее выбираем, с учетом вида объекта (ремонтируемый с допустимыми перерывами в работе), числовые показатели надежности, т.е. m_t– средняя наработка между отказами, m_B – среднее время восстановления объекта, К_Г – коэффициент готовности. Таким образом, при конструкторском проектировании РЭС не требуется рассчитывать все ПН, необходимо, прежде всего, определить вид объекта и выбрать те ПН, которые наиболее полно характеризуют надёжностные свойства разрабатываемого объекта.

Для дальнейшего выбора показателей надежности установим шифр из четырёх цифр, по рекомендации таблицы 7 [1]: 2312. Что соответствует: по признаку ремонтопригодности — ремонтируемому (2), по признаку ограничение продолжительности эксплуатации— режим использования по назначению – непрерывный (1), по признаку доминирующий фактор при оценке последствий отказа – факт выполнения или не выполнения изделием заданных ему функций в заданном объеме(2).

Исходя из этих данных по таблице 8 [1] определяются показатели надежности. Полученные результаты сравниваем с таблицей 6 [1]. Окончательно получаем, что в связи с тем, что приёмник ремонтируемый, восстанавливаемый, с допустимыми перерывами в работе, то ПН будут m_t, m_в, К_г, Т. е. мы выбрали числовые ПН: наработку на отказ – m_t, среднее время восстановления объекта – m_в, коэффициент готовности – К_г.

Ответственным этапом в проектировании надёжности РЭА является обоснование норм, т. е. допустимых значений для выбранных показателей надежности. Это объясняется следующими причинами. Во-первых, от правильности результатов данного этапа зависит успех и смысл всех расчётов надёжности, т. к. здесь мы определяем, какое значение показателей надежности можно считать допустимым. Во-вторых, нет общих правил и рекомендаций для установления норм надёжности различных объектов, многое зависит от субъективных факторов и опыта конструктора. В-третьих, любая ошибка на данном этапе ведёт к тяжёлым последствиям: занижение нормы ведёт к повышению потерь от ненадёжности, завышение – от дороговизны. Итак, из таблицы 9 [1] мы определяем исходя из группы аппаратуры по ГОСТ 16019–78 – возимая на автомобилях; по числу ЭРЭ (700), что m_t допустимая равна 3000 часов.

Надёжность РЭА в значительной степени определяется надёжностью элементов электрической схемы (ЭЭС) и их числом. Поэтому точность расчёта ПН проектируемого объекта относительно отказов, обусловленных нарушениями ЭЭС, имеет большое значение. Заметим, что к ЭЭС следует относить места паек, контакты разъёмов, крепления элементов и т. д. При разработке РЭА можно выделить три этапа расчёта: прикидочный расчёт, расчёт с учётом условий эксплуатации и уточнённый расчёт. Прикидочный расчёт проводится с целью проверить возможность выполнения требований технического задания по надёжности, а также для сравнения ПН вариантов разрабатываемого объекта. Прикидочный расчёт может производиться, и когда принципиальной схемы ещё нет, в этом случае количество различных ЭЭС определяется с помощью объектов аналогов. Исходные данные и результаты расчёта представлены в таблице 1. По данным таблицы рассчитываются граничные и средние значения интенсивности отказов, а также другие показатели надёжности.

Следует учесть то, что после нахождения интенсивности отказов элементов одной платы необходимо для определения  всего приёмника произвести умножение на 8, что и будет отражаться в расчёте.

Таблица 2.

Исходные данные для прикидочного расчета надежности РЭА

Порядковый номер и тип элемента	Число элемен. каждого типа nj	Границы и среднее значение интенсивности отказов			Суммарное значение интенсивности отказов элементов определенного типа
		imin	imax	iср	nimin	nimax	niср
1. Резисторы постоянные	330	0,4	0,6	0,5	18,8	28,2	23,5
2. Конденсаторы	150	0,263	0,513	0,31	11,05	21,55	13,04
3. Микросхемы	285
4. Диоды	120	0,36	0,678	0,439	1,44	2,71	1,76
5. Транзисторы	60	0,370	0,840	0,740	3,33	7,56	6,66
6. Индикаторы единичные	12	0,51	1,018	0,50	6,12	12,22	6
7. Тумблеры	5
8. Реле	50
9. Разъем	38	0,10	0,20	0,15	0,4	0,6	0,8
10. Основание ПП (текстолит)	16	0,006	0,010	0,008	0,006	0,008	0,010
11. Пайка	1500	0,083	0,150	0,117	26,15	47,25	36,86

Произведём вычисления:

 

 

 

 

Расчёт с учётом условий эксплуатации.

Расчёт безотказности конструируемого объекта с учётом условий эксплуатации аппаратуры, т.е. влияние механических воздействий, высотности и климатических факторов производится с помощью поправочных коэффициентов для интенсивностей отказов по одной из следующих формул: ;

 где _оэ – интенсивность отказов j-го элемента в номинальном режиме ( температура окружающей элемент среды 20С, коэффициент нагрузки равен 1);

 - поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно воздействия вибрации, ударных нагрузок, климатических факторов (влажности и температуры) и высоты; k1,2,j- коэффициент, учитывающий одновременно воздействие вибрации и ударных нагрузок.

Значения интенсивностей оj и поправочных коэффициентов k,j берутся из научно-технической литературы по надёжности РЭА. Для наиболее распространённых элементов и условий эксплуатации эти значения приведены в приложении [2].

Обозначим произведение поправочных коэффициентов для j-го элемента через , тогда

Исходные данные интенсивности отказов  для расчёта электрической схемы с учетом условий эксплуатации заносятся в таблицу 2. Если в объекте имеется nj однотипных элементов, имеющих одинаковые значения и , то для всей электрической схемы интенсивность определяется по формуле  На основе этого значения определяются другие показатели с учётом условий эксплуатации:  

Таблица 3. Исходные данные для уточненного расчета с учетом условий эксплуатации

Номер и наименование элемента	Кол-. элем. j-го типа	Интенс. отказов оj 10-6, 1/час	Поправочные коэффициенты						Интен. отказов с учетом усл.экспл, njkэ
			k1j	k2j	k1,2j	k3j	k4j
1. Резисторы	47	0,5	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	84,6
2. Переменный резистор	2	1,65	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	11,88
3. Конденсатор	42	0,31	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	46,87
4. Переменный конденсатор	4	0,02	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	0,29
5. Диод	4	0,439	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	6,32
6. Транзистор	9	0,740	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	23,98
7. Индуктивность	12	0,50	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	21,6
8. Трансформатор	6	1,090	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	23,54
9, Разъем	4	0,15	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	2,16
10. Основание ПП	1	0,008	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	0,029
11. Пайка	315	0,117	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	132,68

Из таблицы 2 получаем, что

 

 

Уточнённый расчёт.

Уточнённый расчёт показателей безотказности производится, когда конструкция объекта в основном определена. Здесь, прежде всего, учитывается отклонение электрической нагрузки ЭЭС и окружающей их температуры от номинальных значений, кроме того, анализируется изменение ПН при используемой системе обслуживания. Интенсивности отказов элемента j-го типа уточнённая  и всей схемы рассчитываются по формулам:

 

 

где a_j – поправочный коэффициент, определяемый как функция коэффициента к_н,j, учитывающего электрическую нагрузку, и температуры Т_jдля элемента j-го типа. Значения коэффициента Т_j для элементов с учетом их температуры приведены в приложении 2 в таблице П 4.1, П 4.2, П 4.3, П4.4.

Для удобства расчёта заполняется таблица 3. Коэффициенты нагрузки для резисторов и конденсаторов определяются соответственно по формулам:

 

где W_доп , W – допустимая и средняя мощности рассеяния на резисторе; U_ном ,U_П – номинальное и постоянное напряжение на конденсаторе; U_им – амплитуда импульсного напряжения.

Для транзисторов в качестве Кн берётся максимальный из следующих коэффициентов:

U_кэ/U_кэ,д ; U_кб/U_кб,д ; U_эб/U_эб,д ; W/W_д,

где U_кэ, U_кб, U_эб – прямое напряжение между коллектором и эмиттером, коллектором и базой, эмиттером и базой; U_кэ,д , U_{кб, д,} U_эб,д – прямое допустимое напряжение между коллектором и эмиттером, коллектором и базой, эмиттером и базой; W_д , W – допустимая и рассеиваемая на транзисторе мощности.

Для диодов коэффициент нагрузки берётся с учётом коэффициентов по прямому току (I_пр), обратному току и напряжению (U), т. е.

К_н = max{ I_{обр.раб}./I_{обр.ном}.; I_{обр.раб}./I_{обр.ном}.; U_раб/U_ном }.

Рекомендуемые значения коэффициентов нагрузки различных ЭЭС приведены в приложении 4 [2].

Таблица 4. Исходные данные для уточненного расчета.

Номер и наименование элемента	Кол-во элементов j-го типа	Интенсивность отказов с учетом усл.экспл, эj	Поправочные коэффициенты			Уточненная интенсивность отказов эj aj	Уточненная интенсивность отказов элементов nj j aj 1/ч
			Kнj	Тj°C	aj
1. Резисторы	47	84,6	0,2	30	0,27	23,4	1099,8
2.Переменный резистор	2	11,88	0,3	40	0,33	3,6	7,2
3. Конденсатор	42	46,87	0,4	40	0,42	18,7	876,47
4.Переменный конденсатор	4	0,29	0,2	40	0,34	0,099	0,4
5. Диод	4	6,32	0,6	40	0,41	2,59	10,36
6. Транзистор	9	23,98	0,3	60	0,19	4,56	41,04
7.Индуктивность	12	21,6	0,5	40	0,2	4,32	51,84
8.Трансформатор	6	23,54	0,4	60	0,3	7,06	42,36
9. Разъем	4	2,16	0,6	20	0,5	1,08	4,32
10.Основание ПП	1	0,029	0,75	20	0,72	0,02	0,02
11. Пайка	315	132,68	0,45	20	0,43	57,05	17970,75

Уточним значение :  1/час,

ч.

Расчёт надёжности с учётом других видов отказов.

Примем к расчёту, что отказы родственных РЭА показывают, что 60 % всех отказов вызвано нарушениями ЭРЭ принципиальной схемы, 30 % - ошибками конструкции и 10 % - нарушениями технологии изготовления и сборки. В этом случае _сх К_к К_т,

где К_к и К_т– поправочные коэффициенты, учитывающие увеличение интенсивности за счёт ошибок в конструкции и нарушений технологии соответственно. Коэффициенты К_к и К_т:

;

 

Тогда 20,1×10–5 × 1,1 × 1,5 = 33,2 × 10–5 1/час

Окончательно, с учётом всех видов отказов и с учётом количества плат в приёмнике, получаем: = 33,2 ×10–5 = 0,0312 ×10–5 1/час; m_t = 3120 ч; m_в = 2 ч; К_г = 0,999359.

Сравним с нормой: 3120 > 3000 ч. По полученным данным можно сделать вывод, что усилитель предварительный КВ по средней наработке на отказ может эксплуатироваться, но учитывая не значительное превышение средней наработки над допустимой наработкой в дальнейшем следует увеличить надежность элементной базы.

4.2 Оценка качества

Показатель качества , Б_i – показатель базового образца; Д_i – значение показателя оцениваемого образца. – когда улучшение конструкции характеризуется уменьшением показателя. – когда улучшение конструкции характеризуется увеличением показателя.

Оцениваемый образец – предварительный усилитель мощности блока усилителя мощности КВ передатчика. Для данного образца рассматриваем 5 групп показателей для каждой группы , где m_i – весовой коэффициент, ; , где k – число группы.

Представим показатели качества изделия в таблице 5.

Таблица 5. Показатели качества.

№	Наименование	Числовое значение
		Базов.	Оценв.	qi	mi	qi×mi
1. Группа назначения
1,1	Объем, м3	0,02	0,02	1	0,1	0,1
1,2	Масса, кг	3,5	2,8	1	0,1	0,1
1,3	Потребляемая мощность, Вт	5	4	1,2	0,2	0,24
1,4	Уровень миниатюризации	0,037	0,04	1,08	0,3	0,324
1,5	Быстродействие, мс	15	10	1,5	0,3	0,45
М1= 0,2 214 M1Q1=0.24
2. Группа надежности
2,1	Безотказность, ч	3000	3120	1,04	0,4	0,416
2,2	Долговечность, лет	5	5	1	0,3	0,3
2,3	Ремонтопригодность, баллы	2	2	1	0,3	0,3
М2=0,2 =1.016 M2Q2=0.2
3. группа безопасности и эргономики
3,1	Безопасность, баллы	2	2	1	0,3	0,3
3,2	Гигеенические, баллы	2	2	1	0,2	0,2
3,3	Антропометрические, баллы	3	3	1	0,3	0,3
3,4	Психофизиологические, баллы	3	3	1	0,2	0,2
М3=0,1 =1 M3Q3=0.1

Продолжение таблицы 10

4. Группа эстетики
4,1	Выразительность, баллы	2	2	1	0,3	0,3
4,2	Рациональность формы, баллы	3	3	1	0,3	0,3
4,3	Целостность композиции, баллы	2	2	1	0,2	0,2
4,4	Совершенство производственного исполнения, баллы	2	3	1,5	0,2	0,3
М4=0,2 =1,1 М4Q4=0.22
5. Группа технологичности и унификации
5,1	Трудоемкость, н×ч	12,1	9,21	1,31	0,2	0,262
5,2	Материалоемкость, кг	9	8,2	1,1	0,2	0,22
5,3	Себестоимость, тыс.руб	1,4	1,3	1,08	0,2	0,22
5,4	Применяемость	0,5	0,6	1,2	0,2	0,24
5,4	Коэффициент технологичности	0,58	0,46	1,26	0,2	0,25
M5=0.3 =1.19 M5Q5=0.33
=1.09

Анализируя результаты сравнения полученных показателей качества базового и рассматриваемого образцов можно сделать вывод, что новый образец качественнее старого на 9%.

Заключение

В процессе курсовой работы была разработана конструкция предварительного усилителя мощности коротковолнового передатчика, был произведен расчет печатного монтажа, радиатора применяемого для охлаждения, надежности применяемых ЭРЭ и комплексного показателя качества.

Полученные результаты показали, что в дальнейшем следует большее внимание уделить разработке и расчетам систем охлаждения и повышению надежности блока.

В процессе выполнения курсовой работы, мною были приобретены навыки разработки конструкции блока, расчета его печатного монтажа, надежности применяемых ЭРЭ, теплового режима и качества изделия.

Список используемых источников

1. Муромцев Ю.Л., Грошев В.Н., Чернышева Т.И. “Надежность радиоэлектронных и микропроцессорных систем”: Учебное пособие/ Московский институт хим. Машиностр. М.: 2006.–104с.

2. Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры / Е.М. Парфенов, В.П. Усачев.– М.: Радио и связь, 2003

3. Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник/Под ред. А.В. Голомедова.–М.:Радио и связь, 2005.

4. Несущие конструкции радиоэлектронной аппаратуры / П.И. Овсищер, Ю.В. Голованов, В.П. Кровешников и др.; под ред. П.И. Овсищера. – М.: Радио и связь, 1998. – 232 с.; ил.

5. Конструирование и микроминитюаризация радиоэлектронной аппаратуры / П.П. Гелль, Н.К. Иванов-Есипович. – Л.: Энергоатомиздат, 1999. – 536 с.

6. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справ. Пособие / Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов, Т.П. Новикова. – М.: Радио и связь, 1994. – 256 с.