| МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Воронежский государственный технический университет
Естественно - технический колледж
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению лабораторно - практической работы
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ
по курсам «Проектирование электронной техники»
и «Конструкция ЭВМ»
для студентов ЕТК специальностей 2003 «Радиоаппаратостроение» и
2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
Воронеж 2001
Рассмотрена на заседании СОГЛАСОВАНА:
ЦМК КИПРА ЦМК ВКС
протокол №___________ Предс.____ Р.В.Халанский
«____»___________2001г
предс. ЦМК ________В. А. Китин
Работа выполнена
преподавателем ЕТК
___________ А. И. Коваленко
Лабораторная работа
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ
1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
Цель работы: ознакомить и научить студентов методике окончательного расчета надежности изделий электронной техники.
Основным содержанием работы является приобретение навыков окончательного расчета надежности и определение гарантийного срока службы изделия.
Время на выполнение домашнего задания - 2 часа, общее время на выполнение работы, включая собеседование и отчет по работе - 4 часа.
2 ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Для выполнения домашнего задания следует повторить материал соответствующих лекций, а также / 1, с. 16-37/. При повторении следует обратить внимание на терминологию и основные количественные показатели надежности, их физический смысл.
В зависимости от этапа проектирования изделий электронной техники различают прикидочный, ориентировочный и окончательный расчеты надежности.
Окончательный расчет надежности изделия проводится на этапе технического проектирования, когда известны условия эксплуатации устройства, окончательный вариант принципиальной электрической схемы, используемые в ней типы элементов, реальные электрические и тепловые режимы работы элементов.
Окончательный расчет позволяет определить количественные характеристики надежности изделия с учетом всех воздействующих факторов.
Для упрощения расчета принимаются два допущения:
- в схеме используется основное соединение элементов, т. е. oтказ изделия наступает тогда, когда откажет хотя бы один элемент;
- отказы носят случайный и независимый характер.
В этом случае интенсивность отказов может быть определена по формуле:
n
lу
= k l
S a i
l o i
n i
,
i = 1
где k l
- поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации,
a i
- поправочный коэффициент, учитывающий режим работы элемента и температуру внутри блока,
l o i
- интенсивность отказа элемента, работающего в номинальном режиме при нормальных условиях эксплуатации, приводится в соответствующих справочниках, /можно воспользоваться приложением А/,
n i
- количество однотипных элементов, работающих в одинаковых режимах при одинаковых температурах.
Значения поправочного коэффициента, учитывающего условия эксплуатации можно ориентировочно взять из таблицы 1.
Таблица 1
| Условия эксплуатации
аппаратуры
|
Поправочный коэффициент k l
|
| Лабораторные
Стационарные (полевые)
Корабельные
Автофургонные
Железнодорожные
Самолетные
|
1,0
2,7
3,4
3,7
3,9
6,0
|
Исходные данные для расчета интенсивности отказов всего устройства сводятся в таблицу 2.
Таблица 2
| Наименование
|
Коли-чество
|
Интенсив-ность отка
зов номин.
|
Режим
работы
|
Попра-
вочны
коэфф.
|
Интенсивность
отказов действительная
|
| и тип элемента
|
элемен
|
l o i
10 6
1/ч
|
K н
|
темп,
о
С
|
a i
|
a i
l o i
106
1/ч
|
ai
loi
ni
106
1/ч
|
| 1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
Следует не забывать вносить в таблицу пайку элементов.
После определения интенсивности отказов всего устройства следует определить среднюю наработку до первого отказа по формуле:
1
Тс р
= ¾¾
lу
Теперь можно определить вероятность безотказной работы в любой момент времени и построить график зависимости P(t). Эта зависимость рассчитывается по формуле:
P(t) = e -
l
у
t
,
причем, если l у
t < 0,1 , то с достаточной степенью точности можно считать P(t) = 1 - l у
t, если l у
t > 0,1, то можно использовать приложение В.
Результаты расчетов следует свести в таблицу 3.
По результатам расчета строится график P(t), причем, вероятность безотказной работы откладывается в линейном масштабе, а время - в логарифмическом.
Таблица 3.
| t, час
|
10
|
100
|
...
|
Tср
|
| l
t
|
|
|
...
|
|
| P(t)
|
|
|
...
|
|
График зависимости P(t) может служить и для определения гарантийного срока службы изделия. Для этого определяется время, при котором P(t) = 0,7.
P(t)
t, час
Тгар
Исходя из длительности работы изделия в день и количества рабочих дней в году, можно определить гарантийный срок службы изделия в годах.
3 ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ.
1 Получить у преподавателя задание на условия эксплуатации изделия, схема которого выполнялась на предыдущей работе.
2 Произвести все необходимые расчеты показателей надежности .
3 Построить график зависимости P(t) и определить гарантийный срок службы изделия.
4 Оформить отчет по выполненной работе.
4 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать все необходимые обоснования и пояснения к расчетам, необходимые таблицы и график зависимости P(t), по этому графику определить гарантийный срок службы.
Отчет оформляется по правилам оформления пояснительных записок текстовой конструкторской документации в соответствии с внутривузовским стандартом на оформление курсовых и дипломных проектов.
График P(t) вычерчивается карандашом или черными чернилами непосредственно по тексту.
5 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1 Дайте определение надежности, отказа, сбоя.
2 Основные показатели надежности для невосстанавливаемых и восстанавливаемых систем, их физический смысл.
3 Методы расчета надежности. Когда и какой метод используется?
4 Особенности окончательного расчета надежности.
5 Поправочные коэффициенты, используемые в окончательном расчете надежности.
6 Определение гарантийного срока службы изделия.
7 Общие методы повышения надежности на этапе проектирования.
8 Общие методы повышения надежности на этапе производства.
9 Специальные методы повышения надежности.
10 Виды резервирования.
ЛИТЕРАТУРА
Г. Д. Фрумкин.
Расчет и конструирование РЭА. - М.: Высшая школа, 1989, 328 с.
Е. П. Угрюмов.
Проектирование элементов и узлов ЭВМ. - М.: Высшая школа, 1987, 318 с.
Л. Н. Преснухин, В. А. Шахнов.
Конструирование электронных вычислительных машин и систем. - М.: Высшая школа, 1986, с. 512.
В. А. Мордвинов и др.
Расчет и прогнозирование надежности РЭА на стадии проектирования с использованием ПЭВМ IBM PC. М.: МИРЭА, 1995, 78 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Интенсивность отказов некоторых электрорадиоэлементов
| Наименование элемента
|
loi
·106
, 1/ч
|
Наименование элемента
|
loi
·106
, 1/ч
|
| 1
|
2
|
1
|
2
|
| Полупроводниковые приборы
|
Ge
|
Si
|
|
|
| Диоды
Выпрямительные точечные
« микроплоскостные
« плоскостные
« повышенной мощности
« « надежности
Импульсные точечные
« плоскостные мезадиоды
Импульсные сплавные
Управляемые
Стабилитроны
Варикапы
Диодные сборки
Транзисторы
Маломощные низкочастот.
Мощные низкочастотные
Маломощные высокочаст.
Мощные высокочастотные
Транзисторные сборки
Непроволочные резисторы
С2-23 0,125 Вт
« 0,25 «
« 0,5 «
« 1,0 «
« 2,0 «
С2- 33 0,125 «
« 0,25 «
« 0,5 «
« 1,0 «
« 2,0 «
СП3-38
СП3-4
СП4-3
Проволочные резисторы
С5-5
С5-25
СП5-16
РП-2
|
0,07
-
-
-
-
0,3
0,2
-
-
-
-
-
0,3
0,46
0,26
0,5
-
|
0,2
0,07
0,5
0,5
0,25
-
0,25
0,06
0,5
0,5
0,5
0,1
0,4
0,26
0,13
0,17
0,1
|
Конденсаторы
Керамические
Стеклянные
Слюдяные
Бумажные
Металлобумажные
Пленочные
Электролитические Al
Электролитические Та
Моточные изделия
Автотрансформаторы
Трансформаторы силовые
« импульсные
« высоковольтные
Дроссели
Катушки индуктивности
Линии задержки
Микросхемы
Полупроводниковые:
-малой интеграции
-большой интеграции
-процессоры
Гибридные
Микросборки
Переключатели и другие элементы
Кнопочные
Галетные
Тумблеры
Предохранители
Кварцы
Пьезоэлементы
Разъемы высокочастотные
« низкочастотные
Гнезда контактные
Лампы сигнальные
Светодиоды
Реле электромеханические
Реле малогабаритные
Пайка
|
0,14
0,16
0,12
0,18
0,2
0,2
0,24
0,22
0,5
0,3
0,1
0,4
0,1
0,05
0,5
0,1
0,15
0,2
0,8
1,0
1,2
1,3
2,5
0,8
2,7
1,8
0,2
0,3
0,1
0,8
1,8
1,4
0,6
0,004
|
| 0,02
0,03
0,04
0,06
0,08
0,03
0,04
0,05
0,07
0,09
0,07
0,09
0,1
0,1
0,2
0,4
0,3
|
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Таблица значений функции 
| |
x
|
| x
|
0
|
0,01
|
0,02
|
0,03
|
0,04
|
0,05
|
0,06
|
0,07
|
0,08
|
0,09
|
| 0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
|
0,9018
0,8187
0,7408
0,6703
0,6065
0,5488
0,4966
0,4493
0,4066
0,3679
0,3329
0,3012
0,2725
0,2466
0,2231
0,2019
0,1827
0,1653
0,1496
0,1353
0,1225
0,1108
0,1003
0,0907
0,0821
0,0743
0,0672
0,0608
0,0550
|
0,8958
0,8106
0,7334
0,6637
0,6035
0,5434
0,4916
0,4449
0,4025
0,3642
0,3296
0,2982
0,2698
0,2441
0,2209
0,1999
0,1809
0,1637
0,1481
0,1340
0,1212
0,1097
0,0993
0,0898
0,0813
0,0735
0,0665
0,0602
0,0545
|
0,8869
0,8025
0,7261
0,6570
0,5945
0,5379
0,4869
0,4404
0,3985
0,3606
0,3263
0,2952
0,2671
0,2417
0,2187
0,1979
0,1791
0,1620
0,1466
0,1327
0,1200
0,1086
0,0983
0,0889
0,0805
0,0728
0,0659
0,0596
0,0539
|
0,8781
0,7945
0,7189
0,6505
0,5886
0,5326
0,4819
0,4360
0,3946
0,3570
0,3230
0,2923
0,2645
0,2393
0,2165
0,1959
0,1773
0,1604
0,1451
0,1313
0,1188
0,1075
0,0973
0,0880
0,0797
0,0724
0,0652
0,0590
0,0534
|
0,8694
0,7866
0,7118
0,6440
0,5825
0,5273
0,4771
0,4317
0,3906
0,3535
0,3198
0,2894
0,2618
0,2369
0,2144
0,1940
0,1755
0,1588
0,1437
0,1300
0,1177
0,1065
0,0963
0,0872
0,0789
0,0714
0,0646
0,0584
0,0529
|
0,8607
0,7788
0,7047
0,6376
0,5769
0,5220
0,4724
0,4274
0,3867
0,3499
0,3166
0,2865
0,2592
0,2346
0,2122
0,1920
0,1738
0,1572
0,1423
0,1287
0,1165
0,1054
0,0954
0,0863
0,0781
0,0707
0,0639
0,0578
0,0523
|
0,8521
0,7711
0,6977
0,6313
0,5712
0,5169
0,4677
0,4232
0,3829
0,3465
0,3135
0,2837
0,2567
0,2822
0,2101
0,1901
0,1720
0,1557
0,1409
0,1275
0,1153
0,1044
0,0944
0,0854
0,0773
0,0699
0,0633
0,0573
0,0518
|
0,84370,7634
0,6907
0,6250
0,5655
0,5117
0,4630
0,4190
0,3791
0,3430
0,3104
0,2808
0,2541
0,2299
0,2080
0,1882
0,1703
0,1541
0,1395
0,1262
0,1142
0,1033
0,0935
0,0846
0,0765
0,0693
0,0627
0,0567
0,0513
|
0,8353
0,7558
0,6839
0,6188
0,5599
0,5066
0,4584
0,4148
0,3753
0,3396
0,3073
0,2780
0,2516
0,2276
0,2060
0,1864
0,1686
0,1526
0,1381
0,1249
0,1130
0,1023
0,0926
0,0837
0,0758
0,0686
0,0620
0,0561
0,0508
|
0,8270
0,7483
0,6771
0,6126
0,5543
0,5016
0,4538
0,4107
0,3716
0,3362
0,3042
0,2753
0,2491
0,2254
0,2039
0,1845
0,1670
0,1511
0,1367
0,1237
0,1119
0,1013
0,0916
0,0829
0,0750
0,0679
0,0614
0,0556
0,0503
|
|