Определение случайного времени до отказа и характер отказа элементов

2. Определение случайного времени до отказа и характер отказа элементов

При проектировании РЭС возникает вопрос: “Будет ли создаваемая система обладать достаточной надежностью? ”. Поэтому на самых ранних этапах проектирования необходимо ориентировочная оценка ожидаемой надежности.

Такая оценка позволяет сопоставить результаты расчета с техническим заданием и принять меры схемотехнического, конструкторского и технологического характера для повышения надежности.

Надежность – способность изделия выполнять определенные задачи в определенных условиях эксплуатации за требуемое время с минимальными затратами.

Надежность – комплексное свойство, которое в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость в отдельности или определенное сочетание этих свойств как изделия в целом, так и его частей.

Основное понятие, используемое в теории надежности, - отказ, то есть утрата работоспособности, наступающей внезапно либо постепенно.

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно соответствует требованиям, предъявляемым к его основным параметрам.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение данного времени.

Долговечность – свойство изделия длительно (с возможными в процессе эксплуатации перерывами) сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации до полного выхода из строя.

Ремонтопригодность – это свойство объекта, заключается в приспособлении объекта к ремонту и техническому обслуживанию.

Исправность – это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям технического задания.

Сохраняемость – свойство изделия непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение, и после хранения и транспортировки. Для определения и прогнозирования надежности необходимы критерии и количественные показатели надежности.

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что за данный период времени не произойдет ни одного отказа. Чтобы определить вероятность безотказной работы, нужно знать функцию отказов во времени f(t), которая представляет собой частоту отказов. При этом вероятность безотказной работы P(t), мы можем определить P отказа:

 (1)

Если f(t) – частота отказа, то

 (2)

 (3)

Кроме данной формулы вероятности безотказной работы можно определить, исходя из статистических данных:

 (4)

где N – начальное число элементов в изделии, ni – число элементов, отказавших за заданное время.

Интенсивность отказов – это отношение отказов в единицу времени, отнесенных к числу элементов, оставшихся исправными, к началу рассматриваемого промежутка времени:

 (5)

где ∆ni – число отказов за ∆t.

ni – общее число отказавших элементов к началу рассматриваемого

промежутка времени.

N – начальное число элементов.

Соотношение между и P(t) имеет вид:

 (6)

Для экспоненциального закона:

 (7)

Существует несколько методов расчета надежности РЭС.

Выбор того или иного метода зависит от того, какими исходными данными мы располагаем и на какой стадии проектирования производится расчет.

Различают два основных метода расчета:

приближенный (ориентировочный)

полный (или окончательный)

Оба вида расчета предполагают расчет вероятности безотказной работы P(t), которая должна учитывать три вида отказов:

внезапный;

постепенный;

перемежающийся.

В случаи независимости вышеназванных отказов:

 (8)

Для систем РЭС:

 (9)

Можем пренебречь и Pпост(t), то есть Pпост(t)=1, если расчет будем производить для области нормального функционирования системы.

Приближенный расчет надежности производится на начальной стадии проектирования с целью определения грубой оценки уровня надежности разрабатываемой системы.

Получают несколько разновидностей приближенного расчета надежности:

а) расчет по среднегрупповым интенсивностям отказа элементов.

б) коэффициентный метод расчета

в) расчет надежности с использованием данных опытов и эксплуатации.

Полный расчет надежности выполняется на более поздних стадиях проектирования и для его расчета необходимо располагать:

- данными о реальных режимах работы элементов устройства

- зависимость интенсивности отказов элементов от температуры и от электрических (и других) условий эксплуатации устройства.

Расчет блока РЭС по средне групповым интенсивностям отказов:

Интенсивность отказов каждого элемента устройства – постоянная величина

 (10)

Для всей системы:

 (11)

где K – общее число групп элементов в изделии.

Ni – общее число элементов в i – той группе.

В соответствии с  можем определить вероятность безотказной работы:

 (12)

Вероятность отказа:

 (13)

Наработка на отказ:

 (14)

Вероятность восстановления:

 (15)

где - интенсивность восстановления:

 (16)

где Tв – время восстановления системы.

При полном расчете дополнительно учитывают, что лi имеет функцию от некоторых параметров (режимы и условия работы элементов). При полном расчете дополнительно определяют (в зависимости от условий):

Вероятность отказов;

Вероятность восстановления;

Среднее время восстановления;

Интенсивность восстановления;

Коэффициент готовности;

Вероятность нормального функционирования.