книги / Надежность судовой электронной аппаратуры и систем автоматического управления

чет надежности производится последовательно от простого к слож­ ному. Например, при расчете надежности системы следует опре­ делить вначале количественные характеристики надежности от­ дельных приборов по известным количественным характеристикам надежности их узлов и деталей, затем вычислить количественныехарактеристики надежности системы по рассчитанным количест­ венным характеристикам надежности отдельных приборов.

Будем называть каждое устройство, имеющее самостоятельную количественную характеристику надежности, э л е м е н т о м р а с ч е т а н а д е ж н о с т и (см. § 9). Основным параметром, используемым для оценки надежности аппаратуры, является опасность отказов. Общая опасность отказов основных элементов аппаратуры позволяет ответить на вопрос, каково будет среднее время безотказной работы аппаратуры, состоящей из многих элементов различного типа, подвергающихся воздействию электри­ ческих, температурных и других нагрузок, или чему будет равна вероятность безотказной работы аппаратуры за заданное время P{t).

Расчет надежности электронных схем производится следующим образом.

Определяется тип каждого отдельного элемента, его характе­ ристика, ТУ и т. д.

Расчету надежности должны предшествовать подробная про­ верка соответствия элементов ТУ на изделие в целом, а также из­ учение окружающих условий режима работы элементов с тем, чтобы обеспечить возможность применения наиболее рациональ­ ных методов расчета.

Выбирается метод расчета с последующим подбором определен­ ных номограмм, таблиц, графиков или поправочных коэффи­ циентов.

- Определяются эквивалентные постоянно действующие электри­ ческие нагрузки -и влияние внешней среды на каждый элемент.

Определяются по соответствующей таблице или графику опас­ ности отказов каждого элемента.

Складываются все опасности отказов для определения общего значения опасности отказов изделия.

При расчете надежности изделия целесообразно придержи­ ваться следующего порядка.

1. Формулируется понятие отказа конкретного изделия. При расчете надежности необходимо учитывать только те элементы, выход из строя которых приводит к отказу. Часто в сложных си­ стемах имеются элементы, выход из строя которых приводит лишь

кухудшению некоторых.характеристик системы (точности, качества переходного процесса и т. д.). Отказы других элементов приводят

кнарушению работоспособности системы, т. е. с точки зрения на­ дежности элементы системы не равнозначны. Таким образом, прежде чем приступить к-расчету надежности,' необходимо четко сформулировать, что следует понимать под отказом изделия, а за-

тем уже выбирать число элементов, которое должно быть учтено при расчете вероятности исправной работы, или при расчете дру­ гих количественных характеристик надежности.

2. Составляется схема расчета надежности. Схему расчета удобно составить таким образом, чтобы элементами расчета были конструктивно оформленные блоки. Может оказаться, что в этих блоках имеются элементы, работающие только некоторую часть времени. В этом случае целесообразно такие элементы распреде­ лить по времени их работы на группы и образовать из этих групп самостоятельные элементы расчета. На схеме расчета целесообразно указывать временной интервал работы каждого элемента расчета.

3. Выбирается метод расчета надежности. В соответствии с ти­ пом соединения элементов выбираются расчетные формулы и по соответствующим таблицам производится выбор величин опасно­ стей отказов элементов. При наличии ведомостей (карт) режимов работы элементов определяются коэффициенты нагрузки и по графикам или по поправочным формулам подсчитываются для всех элементов расчета надежности. Совершенно очевидно, что насколько выбранная величина Xt- (t) будет соответствовать факти­ ческим условиям работы рассчитываемого изделия, настолько результаты расчета будут иметь отклонения от истинного значения рассчитываемой величины.

Степень достоверности расчета зависит от принятых допущений при выборе величины опасности отказов и от полноты учета факторов, влияющих на надежность изделия.

К числу подобных факторов относятся:

— наличие в изделии элементов, частичный или даже полный отказ которых фактически не приводит к отказу изделия;

— наличие функциональных связей между элементами, вслед­ ствие чего частичный или полный отказ одних элементов вызы­ вает изменение надежности других элементов:

— недостаточно полный учет влияния внешней окружающей среды;

— недостаточная приработка отдельных элементов в изделии, из-за чего в начальный период эксплуатации наблюдается большое количество внезапных отказов по сравнению с последующим пе­ риодом работы изделия, и ряд других.

Если в течение времени работы аппаратуры элемент имеет не­ постоянную опасность отказов, но существуют четко выраженные временные интервалы, в течение которых опасность отказов эле­ мента в основном постоянна, то для расчета надежности исполь­ зуется так называемая эквивалентная опасность отказа элемента.

Допустим, что опасность отказов элемента за период времени tx равна Л*, за период t 2—Я,2 и т. д. Опасность отказа такого элемента

При использовании поправочных коэффициентов значение опасности отказа данного типа элемента в реальных условиях

мальных условиях при номинальной электри­ ческой нагрузке;

аха 2 . . . ап — поправочные коэффициенты, зависящие от раз­ личных воздействующих факторов.

5.Производится расчет вероятности исправной работы изделия

взависимости от времени работы. Расчет производится по форму­

лам экспоненциального закона надежности. Данные расчета запи­ сываются по форме:

Р( 0

6.Строятся графики значений зависимости вероятности исправ­ ной работы изделия от времени работы. Обычно строят зависи­ мость P = / (t). При коэффициентном способе расчета надежно­ сти строят зависимости Р = / (Я0/) для максимальных и мини­ мальных значений коэффициентов надежности изделия. По дан­ ным графиков делается сравнительный вывод о надежности от­ дельных частей изделия и изделия в целом.

7.Вычисляется среднее время исправной работы Тср по зави­ симостям (200) или (201).

8.На основании приведенного расчета надежности делается вывод о годности изделия по параметру надежности и составляются рекомендации, направленные на повышение надежности рассчиты­ ваемого изделия..

IX. Р асч ет ______

норм________

н адеж н ости

§ 56. Общие положения

Под нормой надежности понимается предельно допустимая величина показателя надежности, подлежащая обеспечению.

Определение норм надежности составных частей изделия и из­ делия в целом должно производиться:

—при проработке требований по надежности, выдвинутых заказчиком в тактико-техническом задании (ТТЗ);

—при проектировании изделия, для определения нормативных данных по надежности составных частей изделия по заданной на­ дежности на изделие в целом.

Норма надежности изделия может формулироваться, либо средним временем исправной работы Теру либо вероятностью без­ отказной работы P (t).

Определение норм надежности обычно основывается на сле­ дующих допущениях:

.— все элементы изделия равнонадежны;

—опасность отказов элементов изделия не зависит от времени работы.

При проведении расчетов исходными данными являются:

—сложность изделия, характеризуемая количеством элемен­ тов N ;

—требуемое время непрерывной исправной работы t\

—средняя величина опасности отказов элементов изделия Яс.э. Сложность изделия определяется сравнительным анализом вновь

проектируемого изделия с аналогичным, реально осуществленным. Требуемое время непрерывной работы изделия определяется из

тактических соображений и должно быть указано в ТТЗ. Задачами, возникающими при определении норм надежности,

являются:

—определение нормы надежности, реально выполнимой в из­ делии, без принятия специальных мер по повышению надежности;

—определение предельно допустимой сложности проектируе­ мого изделия при удовлетворении заданной нормы надежности без применения резервирования;

4) диагональ, проведенная из левого верхнего в правый ниж­ ний угол номограммы — шкала уровней Xtопасности отказов элементов.

Указанная номограмма позволяет:

— по заданному среднему времени исправной работы системы Тср и по принятому в процессе расчета количеству элементов Nc, входящих в систему, определить, с какими элементами по уровню надежности может быть выполнена система, т. *е. какую величину опасности отказов должны иметь элементы, и вычислить вели­ чину вероятности исправной работы в течение одного часа Рс (1);

— по заданной вероятности исправной работы системы Рс (1) и по принятому в процессе расчета количеству элементов Nc, вхо­ дящих в систему, определить требующуюся опасность отказа эле­

какие значения вероятности исправной работы Рс (1) и среднего времени исправной работы Тср можно получить при различной сложности системы.

2. Номограмма, определяющая зависимость вероятности исправ­ ной работы составной части изделия от вероятности исправной работы изделия в целом и доли сложности его составной части

(рис. 84), построена по формуле экспоненциального закона надеж­ ности.

Номограмма имеет следующие шкалы:

1) левая вертикальная — шкала вероятности исправной ра­ боты составной части изделия Р,*;

2)правая вертикальная — шкала вероятности исправной ра­ боты изделия Р;

3)нижняя горизонтальная ‘— шкала доли сложности состав-

ной части изделия JV* .

Рассмотренная номограмма позволяет:

— по заданной вероятности исправной работы системы Р и от-

носительной доле сложности составной части изделия опреде­

лить вероятность исправной работы составной части изделия Pf;

— по заданным величинам вероятности исправной работы из­ делия Р, вероятности исправной работы составной части изделия Р,- и сложности изделия N определить сложность составной части изделия.

3. Номограмма произведений вероятностей исправной работы отдельных частей системы (рис. 85, см. вкладку в конце книги) имеет следующие шкалы:

1) верхняя и правая вертикальная — шкалы вероятностей исправной работы изделия Pt. На них указаны одинаковые сомно­ жители Р*, абсолютные значения которых обозначены в про­ центах;

2) наклонна я по диагонали — шкала квадратов вероятностей исправной работы изделия Pi% В клетках этой шкалы вписаны произведения одинаковых сомножителей, указанных на верхней и правой шкалах; '*3

Рис. 84. Номограмма, определяющая зависимость вероятности исправной работы составной части изделия от вероятности исправной работы изделия и доли слож­ ности составной части изделия.

3) вторая наклонная шкала — шкала кубов вероятностей исправной работы изделия Pt. В каждой клетке шкалы написано произведение, полученное от умножения' расположенного над ним в вертикальном направлении квадрата Р\ и множителя Ркверхней шкалы.

Номограмма дополнена таблицей произведений сомножите­ лей Ph приведенных на верхней и правой шкале, перемножен­ ных в разных комбинациях.

Все произведения, расположенные слева от нормали, проведен­ ной к границам любого квадрата Pf; превосходят цифру послед­

него по абсолютной величине.

Номограмма (см. рис. 85) может быть использована для облег­ чения разработки нормативных заданий по надежности на отдель­ ные части системы, число которых может быть равно двум и более.

§ 58. Примеры расчета норм надежности

При расчетах норм надежности могут иметь место следующие случаи.

1.Определение норм надежности, реально выполнимых без применения специальных мер по повышению надежности.

2.Определение предельно допустимой сложности нерезервиро­ ванного изделия при заданной норме надежности'

3.Выявление необходимых мер по повышению надежности изделия, обеспечивающих достижение заданных норм.

4.Определение норм надежности для отдельных частей изде­ лия по заданной норме надежности на изделие в целом.

При рассмотрении первого случая необходимо выполнить сле­ дующие операции:

1.На основании сравнительного анализа вновь проектируемого изделия с аналогичным, ранее разработанным, определить ожи­ даемое количество элементов N.

2.По номограмме, приведенной на рис. 83, и пользуясь схемой

решения, указанной на рис. 86, а, определить среднее время ис­ правной работы Гер, приняв X = 2,5* 10“5.

3.Из тактических соображений выявить время t непрерыв­ ной работы аппаратуры.

4.Рассчитать фиктивное время исправной работы по выраже­

нию

5. По номограмме рис. 83 определить вероятность исправной работы P (t), пользуясь схемой решения, указанной на рис. 86, б.

Пример. Определить нормы надежности, выполняемые без применения специальных мер по повышению надеж­ ности для проектируемого усилителя.

Решение.

1.В результате сравнения возможной схемы усилителя

сранее разработанными получаем, что N = 80.

2.По номограмме рис. 83 находим Гср = 480 час.

3.Из технического задания или из условий эксплуа­ тации усилителя на объекте выясняем, что требуемое время непрерывной работы составляет 10 час.

4.Рассчитываем фиктивное время исправной работы

=48.

. 5. По номограмме рис. 83 находим, что норма надеж­ ности для усилителя должна быть Р (10) = 0,98.

При рассмотрении второго случая возможны два варианта.

Рис. 86. Схемы решения задач по номограмме рис. 83.

Первый вариант. Норма надежности задана средним временем исправной работы Тср. Порядок решения для этого варианта сле­ дующий:

По номограмме рис. 83 определяем искомое количество элемен­

Второй вариант. Норма надежности задана вероятностью ис­ правной работы P (t) в течение времени t.

При решении необходимо выполнить следующие операции.

1. По номограмме рис. 83 определяем Тф, пользуясь схемой решения, приведенной на рис. 86, г.