Методы обеспечения надежности на этапе проектирования РЭС

Министерство образования  Республики Беларусь

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

 

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по курсу «Надежность систем автотехники»

 
«Методы обеспечения надежности на этапе проектирования РЭС»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил 

студент группы  821901:                                                                  Розынко А.В.

                                                        

 

Проверил:                                                                     Курулев А.П.

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………………   3

1 Расчеты надежности на различных  этапах проектирования РЭС………………  4

1.1 Определение норм надежности…………………………………………………    6

1.2 Ориентировочный расчет надежности…………………………………………    7

1.3 Особенности уточненного расчета  надежности………………………………   10

1.4 Анализ структурных схем надежности  РЭС…………………………………… 14

2 Методы резервирования и их  использование для повышения  надежности РЭС……………………………………………………………………………………  19

2.1 Основные термины и понятия  резервирования………………………………    20

2.2 Характеристика методов структурного  резервирования………………………23

Список использованных источников………………………………………………  31

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Выпускаемые промышленностью изделия, в том числе и радиоэлектронные средства (РЭС), предназначены для выполнения заданных функций в течение определенного времени. Способность изделий безотказно и эффективно функционировать характеризуются показателями надежности, отражающими определенные свойства изделия. В отличие от любых физических величин надежность не может быть непосредственно измерена, а может быть только количественно оценена или предсказана. Это явилось одной из важнейших причин возникновения нового научного направления теории надежности.

Качественная подготовка инженеров-конструкторов  РЭС невозможна без знаний положений теории надежности и способов обеспечения требуемых показателей надежности на этапах проектирования РЭС.

Использование положений теории надежности на этапах проектно-конструкторских работ позволяет прогнозировать состояние и поведение изделия в реальных условиях эксплуатации (РУЭ).

В настоящее время теория надежности является одной из фундаментальных научных дисциплин, математический аппарат которой составляют теория вероятностей и математическая статистика.

Первая глава реферата посвящена решению задач теории надежности на различных этапах проектирования. Она содержит большую часть математического аппарата, необходимого для определения количественных значений показателей надежности проектируемых изделий. В ней же проводится анализ структурных схем РЭС и их сравнение с точки зрения надежности.

Вторая глава рассматривает вопросы улучшения показателей надежности изделий и систем РЭС путем резервирования. Для этого приводятся основные термины и понятия резервирования, дается сравнительная характеристика методов структурного резервирования

 

 

 

 

1 РАСЧЕТЫ НАДЕЖНОСТИ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭС

Процесс проектирования РЭС включает в себя ряд последовательных этапов, которые существенно отличаются друг от друга по целям и уровню описания будущего изделия. Поэтому в зависимости от степени проработки проекта, процедуры расчета надежности изменяются. Ниже будут рассмотрены виды расчетов надежности, связанные с этапами проектно-конструкторских работ.

 

Таблица 1.1

Соответствие  этапов проектирования и видов расчета  надежности

п/п	Этап проектирования РЭС	Вид расчета надежности
1	Разработка технического задания	Задание показателей надежности
2	Техническое предложение прпредложение	Определение норм надежности
3	Эскизный проект	Ориентировочный расчет надежности
4	Технический проект	Уточненный расчет надежности
5	Разработка рабочей конструкторской документации	Окончательный расчет с учетом дополнительных факторов, зависящих от принятых схемных и конструктивных решений
6	Готовый образец	Экспериментальная оценка уровня надежности изделия

 

Расчет надежности РЭС  заключается в вычислении показателей  надежности аппаратуры по известным показателям надежности ее элементов. В качестве элементов могут быть ИМС различной степени интеграции, ЭРЭ, микромодули, функциональные блоки и другие устройства, показатели надежности которых известны или могут быть сравнительно легко определены.

Расчет надежности РЭС на этапах эскизного и технического проектирования, как правило, сводится к расчету только показателей безотказности. Расчет же показателей ремонтопригодности на этих этапах практически невозможен из-за отсутствия исходных данных в необходимом объеме.

 

 

Очередность проведения расчетов надежности РЭС:

1. этап. При разработке технического задания в его состав включается раздел, содержащий требования по надежности. Как правило, задаются следующие показатели надежности: средняя наработка на отказ Т, гамма-процентная наработка до отказа Т_γ, вероятность безотказной работы P(t), средние сроки службы и сохраняемости.
2. этап. Используя требования, предъявляемые к надежности проектируемого образца РЭС в целом, определяются нормы надежности на составляющие образец функциональные узлы. Делается вывод о возможности или невозможности построения изделия на основании данных надежности функциональных узлов.
3. этап. На этапе разработки эскизного проекта с учетом эмпирического опыта конструкторов производят ориентировочный расчет, который позволяет оценить возможность реализации требований по надежности в разработанной структурной или функциональной схеме.
4. этап. В процессе разработки технического проекта на основе принципиальной схемы выполняют уточненный расчет надежности (с учетом режимов работы элементов и факторов, воздействующих на изделие в РУЭ). Этот вид расчета предназначен для выявления недостаточно надежных узлов и блоков аппаратуры и может быть осуществлен на основе анализа электронной модели, выполненной в современных пакетах моделирования.
5. этап. Окончательный вариант расчета производят с целью оценки влияния принятых схемных и конструктивных решений на надежность изделия. Как правило, этот вид расчета не выполняется, кроме тех случаев, когда необходимо оценить эффективность принятых дополнительных мер при изготовлении РЭС.
6. этап. Для проверки соответствия истинных показателей надежности изделия требуемым осуществляют экспериментальную оценку уровня надежности. Цель проведения этого вида расчета заключается в необходимости выявления конструктивных недостатков и их устранения путем внесения изменений в конструкцию изделия. Сложность проведения такого расчета и связанные с экспериментом большие материальные и временные затраты дают возможность его проведения только в специальных условиях.

1.1 Определение норм надежности

Для проектируемых РЭС показатели надежности задаются нормативнотехнической документацией или прописываются в техническом задании. При разработке технического предложения необходимо эти показатели сопоставить с функциональными узлами изделия. Целью расчетов является определение принципиальной возможности создания изделия без специальных мер, направленных на повышение надежности.

При расчетах применяются следующие допущения:

• отказы изделия вызываются только внезапными отказами элементов;
• интенсивность отказов элементов есть величина постоянная: λ(t)= const;
• все элементы изделия считают равнонадежными.

Методика определения норм надежности на отдельные функциональные узлы заключается в следующем:

1. Определяют количество функциональных узлов r в проектируемом изделии.
2. Рассчитывают требуемую вероятность безотказной работы i-го узла в течение заданного времени t:

, (1.1)

где - заданное требуемое значение вероятности безотказной работы аппаратуры, которое необходимо обеспечить.

3. По формуле

                                                    (1.2)

определяют допустимое значение интенсивности отказов функционального узла.

4. Ориентировочно определяют количество функциональных элементов в любом из функциональных узлов
5. Рассчитывают допустимое значение интенсивности отказов функциональных элементов:

 

.                                              (1.3)

 

Полученное значение сравнивают с имеющимися данными о значениях интенсивностей отказов типовых элементов, которые планируется использовать при изготовлении функционального узла. Имеющиеся данные для нормальных условий эксплуатации не должны превышать рассчитанное значение более чем в 2 раза.

Полученное значение имеет лишь приближенное значение, которое позволяет оценить возможность построения изделия без дополнительных средств увеличения надежности его компонентов.

Если же окажется, что имеющиеся данные по интенсивностям отказов элементов в нормальных условиях эксплуатации более чем в 2 раза превышают рассчитанное значение , то необходимо искать способы сокращения общего количества функциональных узлов и элементов в изделии.

1.2 Ориентировочный расчет надежности

Процесс проектирования любого РЭС представляет собой отбор одного из нескольких вариантов. При проектировании аппаратуры сталкиваются с двумя задачами: спроектировать аппаратуру с заданными характеристиками и одновременно обеспечить заданную надежность.

В большинстве случаев требования к характеристикам можно удовлетворить большим числом вариантов. И до того, как будет выбран определенный вариант, ориентировочный расчет надежности может дать правильное представление о том, какой из них обеспечит наиболее высокую надежность или позволит выполнить требования к надежности наиболее экономным путем.

Ориентировочный расчет производится на этапе эскизного проектирования, когда еще отсутствуют полные данные о режимах и условиях работы отдельных элементов проектируемого изделия, но уже разработана функциональная схема.

При расчетах принимаются следующие допущения:

• отказы элементов считают событиями случайными и независимыми;
• отказ любого из элементов приводит к отказу аппаратуры;
• все элементы функционируют в типовых, номинальных режимах;
• однотипные элементы равнонадежны;
• вероятности безотказной работы элементов изменяются во времени по экспоненциальному закону, т. е. считают, что интенсивности отказов элементов есть величины постоянные λ(t)= const.

Методика проведения ориентировочного расчета заключается в следующем:

1. По функциональной схеме определяют количество r узлов (блоков) в проектируемом изделии.
2. Для каждого функционального блока по известным входным и выходным параметрам с использованием эмпирического опыта и выбрав элементную базу подсчитывают количество (m_r) групп однотипных элементов и количество элементов в каждой группе (N_i).
3. Определяют интенсивность отказов для каждой группы элементов. Величины интенсивности отказов стандартных элементов для расчета берутся из соответствующих справочников для номинальных режимов работы. Учитывая разброс в количестве элементов, входящих в функциональный узел, и разброс номиналов, задается минимальная и максимальная интенсивность отказов элементов или усредненное значение

 

;                                           (1.4)