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
|
K н
|
темп, о
|
a i
|
a i
1/ч |
ai
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
|
... |
|||
| 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
|
Наименование элемента |
loi
|
|
| 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 |