Расчет показателей надежности устройства

Проблема обеспечения надежности связана со всеми этапами создания изделия и всем периодом его практического использования. Надежность изделия в основном закладывается в процессе его конструирования и обеспечивается в процессе его изготовления путем правильного выбора технологии производства, контроля качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, контроля режимов и условий изготовления. Надежность обеспечивается применением правильных способов хранения изделия и поддерживается правильной эксплуатацией, планомерным уходом, профилактическим контролем и ремонтом. Принимая во внимание выше сказанное, следует определить необходимость специальных мер для повышения или же для стабилизации показателей надежности [8].

В зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации, надежность может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Для конкретных же объектов и условий эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость. Применительно к цифровому синтезатору частотно – модулированных сигналов, наиболее часто употребляются следующие показатели надежности:

- вероятность безотказной работы  - вероятность того, что в пределах заданной наработки, отказ объекта не возникнет;

- средняя наработка на отказ  - отношение суммарной наработки объекта к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки

- заданная наработка  (заданное время безотказной работы) - наработка, в течение которой объект должен безотказно работать для выполнения своих функций;

    - интенсивность отказов  - вероятность отказов неремонтируемого изделия в единицу времени после заданного момента времени при условии, что до этого отказ не возникал. Другими словами - это число отказов в единицу времени отнесенное к среднему числу элементов, исправно работающих в данный момент времени.

Оперируя этими понятиями можно судить о надежностных характеристиках изделия. Итак, произведем расчет, приняв следующие допущения:

-отказы случайны и независимы;

-учитываются только внезапные отказы;

-имеет место экспоненциальный закон надежности.

Последнее допущение основано на том, что для аппаратуры, в которой имеют место только случайные отказы, действует экспоненциальный закон распределения - закон Пуассона - и вероятность работы в течение времени  равна:

 

 (3. 1)

 

Учитывая то что с точки зрения надежности все основные функциональные узлы и элементы в изделии соединены последовательно и значения их надежностей не зависят друг от друга, т.е. выход из строя одного элемента не меняет надежности другого и приводит к внезапному отказу изделия, то надежность изделия в целом определяется как произведение значений надежности для отдельных  элементов [8]:

 

 (3.2)

С учетом (3.1) получим:

 

 (3.3)

 

где - интенсивность отказов -го элемента с учетом режима и условий работы.

Учет влияния режима работы и условий эксплуатации изделия при расчетах производится с помощью поправочного коэффициента  - коэффициента эксплуатации и тогда  в формуле (3.4) выразится как:

 

(3.4)

 

где  - интенсивность отказов - го элемента при лабораторных условиях работы и коэффициенте электрической нагрузки .

Для точной оценки  нужно учитывать несколько внешних и внутренних факторов: температуру корпусов элементов; относительную влажность; уровень вибрации, передаваемый на элементы и т.д. С этой целью может быть использовано следующее выражение:

 

, (3.5)

 

где - поправочный коэффициент, учитывающий -ый фактор;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние электрической нагрузки;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние влажности;

 - поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий.

Все  определяются из справочных зависимостей и таблиц, где они приведены в виде  и , как объединенные с  и с .

После этого можно определить значение суммарной интенсивности отказов элементов изделия по формуле:

 

 , (3.6)

 

где - число элементов в группе;

 - интенсивность отказа элементов в -ой группе;

 - коэффициент эксплуатации элементов в -ой группе;

 - общее число групп.

Исходные данные по группам элементов, необходимые для расчета показателей надежности приведены в табл. 3.1 Значения интенсивностей отказов взяты из справочников.

 

Таблица 3.1 - Справочные и расчетные данные об элементах конструкции

гр.	Наименование группы		1/ч				1/ч	ч
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Резисторы	9	0.06	1.71	1.07	1.83	2.75	0.8	0.03
2	Конденсаторы	4	0.15	0.35	1.07	0.38	0.97	1.1	0.01
3	Диодный мост	1	0.4	1.08	1.07	1.16	0.46	0.4	0.01
4	Микросхемы	27	0.02	0.7	1.07	0.75	0.05	0.5	0.01
5	Трансформатор	1	0.025	3.0	1.07	3.21	0.08	2.1	0.01
6	Переключатель сетевой	1	0.4	0.8	1.07	0.86	0.34	1.2	0.01
7	Разъем (20 выв. )	3	0.4	0.7	1.07	75	0.3	6	0.01
8	Разъем (40 выв. )	1	3.2	0.7	1.07	0.75	4.8	2	0.6
9	Предохранитель плавкий	1	0.5	0.5	1.07	0.54	0.27	1	0.1
10	Шнур питания	1	4.0	0.5	1.07	0.54	16	9	03
11	Держатель предохранителя	1	0.2	0.7	1.07	0.75	15	3	01
12	Провода соединительные	35	0.3	0.8	1.07	0.86	9.29	0.3	11
13	Соединения пайкой	341	0.1	0.8	1.07	0.86	9.3	1.2	0.36
14	Плата печатная	1	0.2	0.6	1.07	0.64	13	3.2	0.01
15	Несущая конструкция РЭА	1	3.0	0.6	1.07	0.64	92	3	0.02
16	Соединения винтами	30	0.001	0.6	1.07	0.64	0.2	5	0.01

 

Воспользовавшись данными табл. 3.1 по формуле (3.6) можно определить суммарную интенсивность отказов :

 

 1/час.

 

Далее найдем среднюю наработку на отказ , применив следующую формулу:

 

 (3.7)

 

Итак, имеем:

 

 часов.

Вероятность безотказной работы определяется исходя из формулы (3.3), приведенной к следующему виду:

, (3.8)

 

где  время безотказной работы.

Итак, имеем:

 

 

Среднее время восстановления определяется последующей формуле [8]:

 

, (3.9)

 

где -вероятность отказа элемента i-ой группы;

- случайное время восстановления элемента i-ой группы.

подставив значения в формулу (3.9), получим среднее время восстановления =0.877ч. Далее можно определить вероятность восстановления по формуле:

 

, (3.10)

 

где =0.72ч.

Следовательно по формуле (3.10) определим , что больше .

Таким образом, полученные данные удовлетворяют требованиям по надежности, так как при заданном времени непрерывной работы  ч проектируемый блок будет работать с вероятностью  . При этом он будет иметь среднюю наработку на отказ  ч и вероятность восстановления  следовательно, дополнительных мер по повышению надежности цифрового синтезатора ч.м. - сигналов не требуется.

 

Расчет массы изделия

Рассчитаем габаритные размеры, объем и массу изделия по формулам:

 

V =  * , (3.11)

 

M = Km *  , (3.12)

 

M = M' * V,(3.13)

 

 

Здесь V, M – общий объем и масса изделия;

k_v – обобщенный коэффициент заполнения объема изделия элементами

Vi,Mi – значения установочных объемов и массы i-х элементов конструкции;

Km – обобщенный коэффициент объемной массы изделия;

М' – объемная масса аппарата;

n – общее количество элементов конструкции изделия.

Исходными данными для расчета являются:

1) количество элементов в блоке;

2) установочная площадь каждого элемента;

3) установочный объем каждого элемента;

4) установочный вес каждого элемента;

5) количество деталей;

6) объем блока;

7) вес блока;

8) количество наименований деталей;

9) линейные размеры.

 

k_v возьмем равным 0.55. Для прибора можно принять Мў=0.4кг/дм³.

 

Сведения об установочных размерах элементов и их массе сведены в таблицу 3.2

 

Таблица 3.2

Значение установочного объема и массы элементов изделия

Наименование элемента	Кол-во	Vi,мм3	Мi,гр.
1	2	3	4
1.Плата:
Резистор МЛТ–0.25	9	1865	2.2
Конденсатор К53-1А	4	2016	6
Микросхема 533ТЛ2	2	1320	2.3
Микросхема 533АГ3	2	1210	1.9
Микросхема 533ЛА3	2	1150	1.7
Микросхема 573РФ2	6	1920	3.1
Микросхема 533ИК4	4	1310	2.1
Микросхема КМ1118ПА2А	1	1540	3.3
Микросхема К1518ВЖ1	1	2320	4.3
Микросхема 533ЛП5	3	1410	2.8
Микросхема 1108ПА1А	1	1830	3.2
Плата	1	39400	43.4
2.Плата сетевая	1	19200	19.2
3.Тумблер	2	17640	24
4.Разьем	4	7500	50
5.Трансформатор	1	126000	500
6.Разьем	4	7500	50
7.Ручка	2	2386	5
8.Панель	1	16500	50

 

Суммарный объем, занимаемый всеми элементами конструкции, посчитанный по табличным данным составляет

 

=2058625мм³

 

По формуле (4.1.1)определяем ориентировочный объем блока

 

V=6548000мм³

 

Согласно проведенным расчетам выбираем габаритные размеры блока 320х245х150 мм.

По формуле (3.12) определяем ориентировочную массу блока:

 

М =2.426 кг

 

В соответствии с ТЗ масса блока должна быть не более 3 кг.

По результатам расчета можно сделать вывод: полученные данные расчета вполне удовлетворяют требованиям технического задания. Коэффициент использования объемаравен 0.55 потому.