Расчёт надёжности

3.3 Расчёт надёжности

Современная РЭА имеет очень высокую функциональную возможность. При непрерывном усложнении радиотехнических приборов и систем наблюдения происходит диспропорция между темпами роста сложности и покомпонентной надежности РЭА. Особое значение приобретает проблема надежности для систем управления сложными автоматическими процессами, для систем бортовой РЭА. Необходимо также учитывать, что элементной базой для современной специальной аппаратуры являются интегральные микросхемы (ИМС), где отказ каждой из них может привести к выходу из строя аппаратуры в целом. Таким образом, при проектировании РЭА одной из основных задач является задача обеспечения требуемой надежности. В ряде случаев задача обеспечения надежности приобретает первостепенное значение и имеет приоритет перед задачами обеспечения минимальных габаритов, массы и стоимости аппаратуры.

Надежность – свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям пользования. Из определения следует, что надежность является комплексным свойством аппаратуры, которое в зависимости от сложности изделия и условий его эксплуатации может характеризоваться одним или целым набором показателей, основным из которых является безотказность в работе.

Безотказностью называется свойство аппаратуры непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени.

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки – отказ не возникнет.

Отказом называется событие, заключающееся в полной или частичной потере работоспособности изделия.

Существуют различные методы повышения надежности. Наиболее жесткие требования по надежности предъявляют к космической РЭА и РЭА специального

назначения. При этом необходимо еще учитывать, что указанные категории аппаратуры, подвергаются сложным климатическим и механическим воздействиям. К общим мерам по обеспечению заданной высокой надежности относятся:

1.  четкая регламентация условий эксплуатации изделий;

2.  выбор для изделия комплектующих элементов обладающих высокой надежностью и стабильностью характеристик;

3.  реализация технологических мероприятий обеспечивающих бездефектное изготовление устройств;

4.  создание системы всесторонних производственных испытаний, обеспечивающих выявление производственных дефектов аппаратуры и ее элементов.

Произведем расчет надежности изделия.

Вначале рассчитаем интенсивность отказов каждой группы элементов. Выбранные по табличным данным значения λ_oi, для используемых в модуле ЭРИ.

Таблица 27 - Интенсивность отказов каждой группы элементов

Используя полученные данные, определяются интенсивности отказов ЭРИ.

Интенсивность отказов резисторов:

λ_р= λ_oр к m_р ,1/ч

λ_р= 0,87*2,07*8= 14,4 *10^-61/ч

Интенсивность отказов диодов:

λ_д= λ_oд к m_д ,1/ч

λ_д= 0,2*2,07*5= 2,07*10^-6 1/ч

Интенсивность отказов конденсаторов:

λ_к= λ_oк к m_к ,1/ч

λ_к= 0,04*2,07*28= 2,32*10^-6 1/ч

Интенсивность отказов микросхем:

λ_мкс= λ_oмкс к m_мкс ,1/ч

λ_мкс= 0,013*2,07*18= 0,48*10^-6 1/ч

Интенсивность отказов паяльных соединений:

λ_пс= λ_oпс к m_пс ,1/ч

λ_пс= 0,01*2,07*450= 9,32* 10^-61/ч

Интенсивность отказов кварца:

λ_кв= λ_oкв к m_кв ,1/ч

λ_кв= 0,05*2,07*1=0,1*10^-6 1/ч

Определяем интенсивность отказов модуля:

Λ=Σ λ_{i ,}1/ч

Λ=14,4 +2,07 +2,32 +0,48 +9,32+0,1=28,69 *10^-61/ч

Определяем среднее время наработки на отказ:

Т_{ср. расч}=1 / Λ, ч

Т_{ср. расч}=1 / 28,69*10^-6=34855 час

Определяем вероятность безотказной работы:

Р(t)=е ^{- Λt}

Р(1000)=е ^-28,69*1000 = 0.98

Заключение

В последнее время научно-исследовательские и производственные предприятия радиотехнической и электронной промышленности передовых стран мира тратят много сил и средств на отыскание путей уменьшения габаритов и массы радиоэлектронной аппаратуры. Работы эти получают поддержку потому, что развитие многих отраслей науки и техники, таких как космонавтика, вычислительная техника, кибернетика, бионика и другие, требуют исключительно сложного электронного оборудования. К этому оборудованию предъявляются высокие требования, поэтому аппаратура становится такой сложной и громоздкой, что требования высокой надежности и значительного уменьшения габаритов и массы приобретают важнейшее значение. Особенно эти требования предъявляются ракетной технике. Известно, что для подъема каждого килограмма массы аппаратуры космического корабля необходимо увеличить стартовую массу ракеты на несколько сотен килограммов. Чтобы удовлетворить эти требования, необходимо миниатюризировать аппаратуру. Это достигается несколькими методами конструирования радиоэлектронной аппаратуры.

При микромодульном методе конструирования повышение плотности монтажа достигается за счет применения специальных миниатюрных деталей и плотного их монтажа в микромодуле. Благодаря стандартным размерам микромодули размещаются в аппаратуре с минимальными промежутками.

Применение гибридных интегральных микросхем и микросборок также дало возможность миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры. При использовании микросхем повышение плотности монтажа достигается тем, что на общей изоляционной подложке располагаются в виде тонких пленок резисторы, проводники, обкладки конденсаторов, такой же принцип используются и в устройствах, изготовленных методом молекулярной электроники, при этом для создании пассивных (резисторы и конденсаторы) и активных (диоды, транзисторы) элементов схем используются слои полупроводниковых материалов.

Следующий этап развития технологии производства радиоэлектронной аппаратуры - технология поверхостного монтажа кристалла (ТПМК). ТМПК обеспечивает миниатюризацию радиоэлектронной аппаратуры при росте ее функциональной сложности. Навесные компоненты намного меньше, чем монтируемые в отверстия, что обеспечивает более высокую плотность монтажа и уменьшает массо-габаритные показатели. ТПМК допускает высокую автоматизацию установки электрорадиоэлементов вплоть до роботизации.

Повышение надежности радиоэлектронных устройств, выполненных указанными методами микроминиатюризации, достигается тем, что во первых, все методы основаны на автоматизации производственных процессов, при этом предусматривается тщательный контроль на отдельных операциях.

Вторая причина состоит в том, что в изделиях, изготовленных на базе микросхем, значительно уменьшается количество паяных соединений, которые являются причиной многих отказов. Метод молекулярной электроники исключает отказы, связанные с различными коэффициентами линейного расширения материалов, ибо при этом методе предусматривается, что конструкция выполняется из однородного материала.

Увеличение надежности конструкций, выполненных методами микроминиатюризации, объясняется также гораздо большими возможностями обеспечить защиту от воздействия внешней среды. Малогабаритные узлы могут быть гораздо легче герметизированы, что к тому же увеличит и механическую прочность. Наконец, применение миниатюрных узлов и деталей позволяет лучше решить задачи резервирования как общего, так и раздельного.

Приложения

Приложение А

Опись документов

Приложение B

Перечень элементов

Литература

1.Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры. Под редакцией В.А. Шахнова. Москва, изд. МГТУ им. Баумана. 2002.

2.Е.В. Пирогова. Проектирование и технология печатных плат. М.:Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана,2002

3.Шахнов В.А. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Москва, Радио и связь, 1992.

4.Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Москва, РадиоСофт, 2000.

5.Кузнецов С.А. Проектирование печатных плат. Москва, Информатика, 2001.