Расчет надежности РЭС по внезапным отказам

1. Из анализа логической схемы надежности определяется способ резервирования, используемый в изделии. Если схема со­стоит только из последовательно включенных элементов, то система является нерезервированной. Логические схемы резервиро­ванных систем приведены на рис. 1.

Рис. 2.1. Логические схемы надежности резервированных систем: а —пассивное общее резервирование; б—пассивное раздельное резервирование: в— дроб­ное резервирование; г—активное общее резервирование; д— скользящее резервирование

 

2. Определяются интенсивности отказов элементов с учетом условий эксплуатации изделия:

(2)

где — номинальная интенсивность отказов; k ₁ и k ₂ — попра­вочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов; k з—поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры; k ₄ — поправочный коэф­фициент в зависимости от давления воздуха; — попра­вочный коэффициент в зависимости от температуры поверхности элемента (Т) и коэффициента нагрузки (). Значения номинальных интенсивностей отказов некоторых элементов даны в табл. 1.

 

Таблица 2.1. Интенсивности отказов ЭРЭ

 

Наименование элемента	1/ч	Наименование элемента	1/ч
Микросхемы со средней сте-­	0, 013	—”— силовые	0, 025
пенью интеграции		Автотрансформаторы	0, 06
Большие интегральные схемы	0, 01	Дроссели	0, 34
Наборы транзисторов	0, 4	Катушки индуктивности	0, 02
Транзисторы германиевые:		Обмотки электродвигателя	0, 08
до 2 мВт	0, 4	Реле	0, 25-n
до 20 мВт	0, 7	Соединители	0, 062-n
до 200 мВт	0, 6	Переключатели кнопочные	0.07-n
свыше 200 мВт	1, 91	Гнезда	0, 01
Транзисторы кремниевые:		Клеммы, зажимы	0, 0005
до 150 мВт	0, 84	Провода соединительные	0, 015
до 1 Вт	0, 5	Кабели	0, 475
до 4 Вт	0, 74	Изоляторы	0, 05
Диоды германиевые	0, 157	Аккумуляторы	7, 2
Диодые кремниевые	0, 2	Батареи заряжаемые	1, 4
Конденсаторы бумажные	0, 05	Электродвигатели à ñ è í õ ð î í í û å	8, 6
—”— керамические	0, 15
—”— слюдяные	0, 075	—”— синхронные	0, 359
—”— стеклянные	0, 06	—”— вентиляторные	2, 25
—”— электролити­ческие	0, 035	Антенны	0, 36
		Волноводы жесткие	1, 1
—”— воздушные	0, 034	Волноводы гибкие	2, 6
переменные		Предохранители	0, 5
Резисторы композиционные	0, 043	Выводы высокочастотные	2.63
—”— пленочные	0, 03	Плата печатной схемы	0, 7
—”— проволочные	0, 087	Пайка печатного монтажа	0, 01
—”— угольные	0, 045	Пайка навесного монтажа	0.03
Трансформаторы входные	1, 09	Пайка объемного монтажа	0, 02
—”— выходные	0, 09	Микрофоны динамические
—”— звуковой частоты	0.02	Громкоговорители динамические
—”— высокочастотные	0.045	Датчики оптические	4.7
Примечание: n — число контактов

В табл. 2.2 —2. 4 приведены попра­вочные коэффициенты .

Таблица 2.2.

Коэффициенты влияния механических воздействий

Условия эксплуатации aппаратуры	Вибрация k1	Ударные нагрузки k2	Суммарные воз­действия
Лабораторные Стационарные (полевые)	1, 0 1, 04	1, 0 1, 03	1, 0 1, 07
Корабельные Автофургонные	1, 3 1, 35	1, 05 1, 08	1, 37 1, 46
Железнодорожные	1, 4	1, 1	1, 54
Самолетные /	1, 46	1, 13	1, 65

 

 

Таблица 2.3.

Коэффициент влияния влажности

Влажность, %	Температура, oС	Поправочный коэффициент
60...70	20...40	1, 0
90...98	20...25	2, 0
90...98	30...40	2, 5

Таблица 2.4.

Коэффициент влияния атмосферного давления

Давление, кПа	Поправочный коэф­фициент k 4	Давление, кПа	Поправочный коэф­фициент k 4
0, 1...1, 3	1, 45	32, 0...42, 0	1.2
1, 3...2, 4	1.40	42, 0...50, 0	1, 16
2, 4...4.4	1, 36	50, 0...65, 0	1, 14
4, 4...12, 0	1, 35	65, 0...80, 0	1, 1
12, 0...24, 0	1, 3	80, О...100, 0	1.0
24, 0...32, 0	1, 25

Коэффициенты электрической нагрузки k_н определяются по формулам, приведенным в табл. 2.5 в зависимости от типа ра­диоэлемента.

Таблица 2.5.

Коэффициенты нагрузки ЭРЭ

Наименование	Контролируемы параметры	Коэффициент	Рекомендуемые значения в режиме
элемента		нагрузки k S	импуль-сный	статичес-кий
Микросхемы	Максимальный выходной ток, I вых.max Входной ток микросхем включенных на выходе, I вхi Число нагруженных входов n		-	-
Транзисторы	Мощность, рассеиваемая на коллекторе, Р к		0, 5	0, 2
Полупроводни-ковые диоды	Обратное напряжение, U 0		0, 5	0, 2
Конденсаторы	Напряжение на обкладках, U		0, 7	0, 5
Резисторы	Рассеиваемая мощность, Р		0, 6	0, 5
Трансформаторы	Ток нагрузки, I н		0, 9	0, 7
Электрические соединители	Ток, I к		0, 8	0, 5

Графики для определения поправочных коэффициентов для ряда различных радиоэлементов приведены на рис. 2.

Рис. 2.2. Зависимости : а - для транзисторов; б - для трансформаторов; в - для полупроводниковых диодов; г - для конденсаторов; д - для резисторов

 

Результаты удобно представлять в виде табл. 2.6.

Таблица 2.6.

Определение интенсивности отказов

№	Наиме-нование элемента	Кол-во эл-тов, шт. N i	Интен-сивность отказов в нормальном режиме, 1/ч	Коэффи-циент нагруз-ки, kн	Темпера-тура, Тi, оС	Попра-вочный коэффи-циент,	Интенсивность отказов i-го элемента с учетом внешних условий 1/ч	Интенсивность отказов i-го элемента в рабочем режиме 1/ч
. . . n

3. Рассчитывается вероятность безотказной работыв течениезаданной наработки (0, tp). Для нерезервированныхсистем

(3)

где n — число элементов. При этом интенсивность отказов си­стемы а среднее время наработки до отказа .

Для пассивного общего резервирования (рис. 1, а)

(4)

где k — кратность резервирования.

4. Для ремонтируемой РЭА определяется коэффициент готов­ности, равный вероятности нахождения системы в состоянии ра­ботоспособности при длительной эксплуатации:

- для нерезервированной системы

где - интенсивность восстановления РЭС.

На этом расчет надежности по внезапным отказам заканчи­вается.

 

Практическое занятие № 3

 

Технологичность конструкции. РЭС

Основные понятия и определения. ( ГОСТ 14.205-83)

Quot; Совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности опти­мальных затрат труда, средств, материалов и времени при техни­ческой подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ре­монте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении уста­новленных значений показателей качества и принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта".

 

Технологичность изделия отражает степень пригодности его к промышленному изготовлению (соответствие конструкции технологическим процессам). Высокий уровень технологичности обеспечивает решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат, сокращение времени на производство, в том числе и монтажа вне предприятия–изготовителя, технологическое обслуживание и ремонт изделий.

От уровня технологичности конструкции изделия зависят:

- объем и длительность конструкторской подготовки производства и технологической подготовки производства;

- надежность ТП (процент явного и скрытого брака), а следовательно стоимость РЭС в производстве и расходы на эксплуатацию.

Единым критерием технологичности конструкции изделия должна быть ее экономическая целесообразность при заданном качестве и принятых условиях производства, эксплуатации и ремонта.

Основная задача отработки конструкции на техно­логичность заключается в повышении производительности труда при оптимальном снижении затрат труда, средств, материалов и времени на проектирование, подготовку производства, изготовле­ние, техническое обслуживание и ремонт, обеспечении прочих за­данных показателей качества изделия в принятых условиях его производства и эксплуатации.

Оценка технологичности конструкции изделия основана на трех видах показателей:

- базовые показатели технологичности, значения которые регламентированы в обязательном порядке соответствующей ди­рективной документацией на изделие (ТЗ и пр.);

- показатели проектируемой конструкции, достигнутые в про­цессе отработки конструкции на технологичность;

- показатели уровня технологичности конструкции изделия, значения которых регламентированы соответствующей директив­ной документацией, обуславливающей производство (изготовле­ние) изделия (ТУ и др.).

Виды технологичности определяются признаками, характеризующими области проявления свойств технологичности конструкции изделия.

 

3.1. Задачи при отработке конструкции изделия на технологичность

 

При решении основной задачи отработки конструкции на технологичность необходимо учитывать, что каждое изде­лие должно рассматриваться:

- как объект проектирования;

- как объект производства;

- как объект эксплуатации.

При отработке на технологичность конструкции изделия, являющегося объектом производства, учитываются:

- виды и методы получения заготовок;

- виды и методы обработки;

- виды и методы сборки;

- виды и методы контроля и испытаний;

- возможность использования типовых технологических про­цессов;

- возможность механизации и автоматизации процессов изго­товления и технологической подготовки производства;

- условия материального обеспечения производства;

- требуемая квалификация рабочих кадров.

При отработке на технологичность конструкции изделия, являющегося объектом эксплуатации, анализируют:

- приспособленность (удобство) изделия к использованию (управлению) и сокращению трудоемкости подготовки к функци­онированию и контролю работоспособности;

- удобство и сокращение трудоемкости профилактических работ технического обслуживания, необходимых для повышения срока службы изделия (долговечности) и обеспечения надежно­сти при работе;

- удобство и сокращение трудоемкости ремонтных работ, не­обходимых для восстановления работоспособности изделия;

- обеспечение требований техники безопасности;

- транспортабельность.

Классификация показателей технологичности кон­струкции изделия производится пo различным признакам. В общем случае классификацию показателей техно­логичности конструкций целесообразно проводить по следующим признакам:

- по объекту и области проявления: производственные, эксплуатационные;

- по количеству признаков технологичности: частные, комплексные;

- по области анализа: технические, технико-экономические;

- по способу выражения: абсолютные, относительные;

- пo значимости: основные, дополнительные.

- по системе оценки: базовые, разрабатываемой конструкции, включающие " уровень технологичности".

 

3.2. Методика расчета показателей технологичности

Конструкторские показатели.

Конструкторские показатели определяют конструктивную преемственность – совокупность свойств изделия, характеризуемую повторяемостью в нем составных частей, относящихся к изделиям данной классификационной группы, и применяемостью новых составных частей, обусловленных его функциональным назначением, а также некоторые требования к ТП сборки.

Коэффициент применяемости деталей определяется по формуле:

К_п.д.= 1 - N_т.ор/N_т, где N_т.ор - число типоразмеров оригинальных деталей в изде­лии; N_т — общее число типоразмеров деталей в изделии без учета нормализо­ванного крепежа.

Коэффициент применяемости ЭРЭ определяется по формуле:

К_{п ЭРЭ} = 1- N_{т.ор ЭРЭ}/N_{т ЭРЭ}, где N_{т.ор ЭРЭ} — число типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии; N_{т ЭРЭ} — общее число типоразмеров ЭРЭ в изделии.

К оригинальным относятся составные части (детали, узлы, ЭРЭ), разраба­тываемые и изготавливаемые впервые как самим предприятием-разработчиком так и в порядке кооперирования с другими предприятиями.

Коэффициент применяемости узлов определяется по формуле:

К_п.у = 1- N_т.ор.у/ N_т.у , где N_т.ор.у — число типоразмеров оригинальных узлов в изделии; N_т.у — общее число типоразмеров узлов в изделии.

Коэффициент повторяемости деталей и узлов определяется по формуле:

К_пов.д.у = 1-(D_т+D_т.у)/(N_о+N_у), где N_о — общее число деталей (без нормализованного крепежа) в изделии; N_у — общее число узлов в изделии.

Коэффициент повторяемости ЭРЭ:

К_{пов ЭРЭ} = 1-N_{т ЭРЭ}/N_ЭРЭ , где N_ЭРЭ - общее число ЭРЭ.

Коэффициент повторяемости ИС и МСБ определяется по формуле:

К_пов.сх = 1-N_т.к/N_сх , где N_т.к - число типоразмеров корпусов ИС и МСБ в изде­лии, N_сх — общее число ИС и МСБ в изделии.

Коэффициент повторяемости печатных плат:

К_пов = 1-N_т.п/N_п, где N_т.п — число типоразмеров печатных плат в изделии, в том числе многослойных (без учета числа слоев); типоразмер печатной платы определяется габаритными раз­мерами и материалами, используемыми в конструкции без учета различии в рисунке проводников; N_п — общее число печатных плат в изделии.

Коэффициент повторяемости материалов в изделии определяется по форму­ле:

К_пов.м = 1-N_м.м/N_т.ор, где N_м.м — количество маркосортаментов материалов, применяемых в изделии. Под маркосортаментом понимается определенное сочетание марки материала и его сечения (профиля), применяемых в качестве заготовки, например сплав Д16Т (пруток диаметром 30 мм или 40 мм, лист толщиной 2 мм).

Коэффициент использования ИС и МСБ:

К_исп.сх = N_сх/(N_сх + N_ЭРЭ).

Коэффициент установочных размеров (шагов) ЭРЭ:

К_у.р = 1-N_у.р/N_ЭРЭ, где N_у.р — число видов установочных размеров ЭРЭ в изделии.

Коэффициент сложности печатных плат:

К_сл = 1-N_м.п/N_п, где N_м.п — об­щее число многослойных печатных плат.

Коэффициент освоенности деталей:

К_осв = 1-N_ор/N_о, где N_ор — общее чи­сло оригинальных деталей в изделии.

Коэффициент сложности сборки:

К_сл.сб = 1-N_т.сл/N_т.у, где N_т.сл — число типоразмеров узлов, входящих в изделие, требующих регулировки в составе изделия с применением специальных устройств либо прогонки или совместной обработки с последующей разборкой и повторной сборкой.

Коэффициент сборности изделия:

К_сб = N_у/(N_у + N_о).

Коэффициент точности обработки:

К_т.ч = 1-N_т.ч/N_о, где N_т.ч — число де­талей (штук), имеющих размеры с допусками по За классу точности и выше.

Технологические показатели

Технологические показатели технологичности конструкции определяют технологическую преемственность конструкции, при­способленность ее к механизации и автоматизации при изготовлении, а также сложность ТП обработки деталей.

Под технологической преемственностью понимают совокупность свойств изделия, характеризуемую применяемостью и повторя­емостью технологических методов выполнения узлов и их конструктивных элементов, относящихся к изделиям данной классификационной группы.

К технологическим показателям тех­нологичности конструкции относятся:

Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу:

К_м.п = N_{м.п ЭРЭ}/N_ЭРЭ, где N_{м.п ЭРЭ} — число ЭРЭ (штук), подготовка которых к монтажу может осуществляться механизированным или автоматизированным способом. В число указанных ЭРЭ включаются ЭРЭ, не требующие специаль­ной подготовки к монтажу (реле, разъемы, патроны и т. п.).

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделия:

К_а.м = N_а.м/N_м , где N_а.м — число монтажных соединений, которые могут осущест­вляться либо осуществляются механизированным или автоматизированным спо­собом, т. е. имеются механизмы, оборудование или оснастка (или техническая документация) для выполнения монтажных соединений; N_м — общее число монтажных соединений.

Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настрой­ки электрических параметров:

К_м.к.н = N_м.к.н/N_к.н , где N_м.к.н — число операций контроля и настройки, которые можно осуществить механизированным или ав­томатизированным способом. В число указанных операции включаются опера­ции, не требующие средств механизации; N_к.н — общее число операций конт­роля и настройки.

Коэффициент применения типовых технологических процессов:

К_т.пр = N_т.пр/N_пр , где N_т.пр — число наименований типовых технологических процес­сов, применяемых для изготовления изделия; N_пр — общее число наименований технологических процессов, применяемых для изготовления изделий (в том чис­ле оригинальных).

Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:

К_ф = N_пр/N_о, где N_пр — число деталей (штук), заготовки которых или сами детали получе­ны прогрессивными методами формообразования (штамповкой, прессованием, порошковой металлургией, литьем по выплавляемым моделям, под давлением и в кокиль, пайкой, сваркой, склеиванием, из профилированного материала).

Коэффициент сложности обработки:

К_сл.о = 1-N_стр/N_о, где N_стр — число деталей (штук), включая заимствованные и стандартные, требующие обработ­ки снятием стружки.

Коэффициент использования материалов:

К_и.м = G_т/G_т.м, где G_т — масса изделия без учета комплектующих, кг; G_т.м — масса материала, израсходованного на изготовление изделия, кг.

К технологическим показателям технологичности относятся также энергоемкость изделия, характеризующая расход топлива или энергии на производство, обслуживание и ремонт изделий, а также его трудоемкость, материалоемкость, металлоемкость.

Частные и комплексные показатели

Частные показатели характеризуют только один признак технологичности.

Комплексные показатели технологичности конструкции в от­личие от частных характеризуют не отдельные частные признаки технологичности, а определенную группy признаков технологично­сти конструкции изделия.