Оценка показателей безотказной работы радиоэлектронного устройства (стр. 3 из 3)
1.Выбор электрических принципиальных схем, содержащих минимальное число элементов.
2.Выбор электрических принципиальных схем, выходные характеристики которых слабо зависят от изменения напряжения питания и разброса параметров элементов. Это позволяет в значительной степени повысить параметрическую надежность, т.е. свести к минимуму постепенные отказы.
3.Выбор электрических принципиальных схем, устойчивых к воздействию дестабилизирующих факторов, особенно температуры.
Среди методов второй группы необходимо отметить следующие:
1.Правильный выбор коэффициентов электрической нагрузки элементов. Замечено, что для большинства элементов оптимальные значения коэффициентов электрической нагрузки близки к числам 0,3...0,6. Их снижение повышает надежность элементов, однако ведет, как правило, к увеличению массы, габаритов, стоимости устройства. Кроме того, чрезмерное уменьшение коэффициентов электрической нагрузки может вызвать нестабильную работу ряда элементов, например, полупроводнико-вых приборов.
2.Отбраковка потенциально ненадежных элементов в условиях производства РЭУ. Используют как электротермотренировку, так и методы индиви-дуального прогнозирования надежности элементов.
3.Защита элементов РЭУ от воздействия факторов окружающей среды.
Особую группу методов составляет повышение надежности путем резервирования.
Резервирование - это введение в структуру устройства дополнительного числа элементов, цепей и(или) функциональных связей по сравнению с минимально необходимыми для функционирования устройства. В зависимости от того, как подключаются резервные элементы в случае отказа основных, различают следующие виды резервирования:
• постоянное;
• замещением;
• скользящее(может рассматриваться как частный случай резервирования замещением).
Воспользуемся резервированием замещением с нагруженным резервом ( «горячее» резервирование). Мой выбор обусловлен тем, что данное устройство – усилитель мощности. Усилитель мощности резервируется «горячим» резервированием, так как недопустимы перерывы в его работе. В случае резервирования с нагруженным резервом при отказе блок РЭС отключается от электрической схемы, и вместо него подключается один из резервных блоков.
Основной характеристикой резервирования замещением является кратность резерва, выражаемая несокращаемой дробью и определяемая соотношением (с.201 [1]):
(1)r – количество резервных элементов, способных замещать основные элементы данного типа;
r = m - n;
n – количество основных элементов, резервируемых резервными элементами.
Основные достоинства резервирования замещением:
1). Отсутствие даже кратковременного перерыва в функционировании устройства.
2). Простота технической реализации.
3). Отсутствие необходимости иметь переключающее устройство высокой надёжности.
Основные недостатки резервирования замещением:
1). Незначительный выигрыш в надёжности по сравнению с постоянным резервированием.
2). Резерв находится в таком же электрическом режиме, как и основной элемент, и его ресурс вырабатывается одновременно с ресурсом основного элемента, точно так же, как и при постоянном резервировании.
Таким образом, необходимо определить, какое количество резервных блоков РЭС будет обеспечивать заданный уровень надёжности, т.е. кратность резерва. Для резервирования замещением справедливо следующее выражение:
P(t)=1-(1- P'(t))m (2)
где P(t) - вероятность безотказной работы устройства;
P'(t) - вероятность безотказной работы отдельного блока РЭС;
m - количество резервированных изделий.
Чтобы надёжность удовлетворяла техническому условию, требуется выполнение условия:
P(t) > 0,95
Таблица 3. Повышение надежности резервирование (расчетная таблица).
| m | 1 | 2 | 3 |
| P(t) | 0.72 | 0.92 | 0.97 |
Таким образом, при m=3 начинает выполняться вышеупомянутое условие:
0,97 > 0,95
Следовательно- количество резервированных изделий =2, а кратность резерва 2/1. Двукратного резервирования замещением достаточно, чтобы обеспечить требуемый уровень надёжности.
5. Оценка влияния способа соединения элементов в узле на метода резервирования
Иногда в ходе расчёта надёжность системы не удовлетворяет техническому заданию. В этом случае необходимо принять меры, повышающие надёжность. В общем случае эти меры можно свести к следующим:
Общие;
Прогнозирование;
Граничные испытания;
Приработка изделия;
Резервирование.
К общим методам повышения надёжности относятся:
Правильный выбор схем и элементов схем, а так же режимов их работы;
Выбор соответствующих материалов конструкций, конструктивное решение РЭУ;
Удобство технического обслуживания аппаратуры и её восстановления;
Соблюдение и совершенствование технологии производства;
Контроль качества.
Прогнозирование является важным методом повышения надёжности, поскольку в результате его проведения получаются научно-обоснованные вероятностные данные о будущем состоянии промышленного объекта.
Граничные испытания ─ этот метод имеет перспективы на стадии проектирования аппаратуры. Сущность его заключается в экспериментальном определении области устойчивости работы системы или отдельных узлов при воздействии различных возмущающих факторов.
Резервирование является основным средством повышения надёжности систем и устройств РЭС. Резервирование ─ это введение в структуру устройства дополнительного числа элементов, цепей и (или) функциональных связей по сравнению с минимально необходимым для функционирования устройства. Соединение изделий при этом производится так, что отказ наступает только после отказа основного изделия и всех резервных устройств. Резервирование позволяет получать изделия, надёжность которых может быть выше надёжности входящих в неё элементов. В зависимости от того, как подключаются резервные элементы в случае отказа основных, различают следующие виды резервирования:
Постоянное;
Замещением;
Скользящее.
При постоянном резервировании резервные элементы присоединены к основным в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ним рабочем режиме.
При резервировании замещением основной элемент в случае его отказа отключается от электрической цепи, обычно как по входу, так и по выходу, и вместо него подключается один из резервных элементов. Для этого применяются реле, коммутаторы и т. д.
Скользящее резервирование ─ это резервирование замещением, при котором любой резервный элемент может замещать любой основной элемент. Это возможно лишь при их однотипности.
При постоянном резервировании система работает без остановок, а при резервировании замещением она останавливается на время, определяемое коммутирующим устройством, однако метод постоянного резервирования более дешёвый.
6.Описание работ, выполняемых с применением ЭВМ
При выполнении данного курсового проекта я использовал следующее програмнное обеспечение: Microsft Office(Word,Excel), MathCad13, T-FLEX 3D70.
Так, в T-FLEX рассматривал свою схему, в MathCad13 производил все основные расчеты, в Excel стрографик зависимости без отказа работыP(t) от времени, и наконец в Word составлял окончательный вариант проекта.
Заключение
На основании технического условия был произведен расчет надежности электронного блока РЭУ – усилитель мощности КВ диапазона. Были получены следующие результаты: вероятность безотказной работы 0.72,наработка на отказ 15532 ч, вероятность восстановления системы 0,847, среднее время восстановления 0,8ч.
Данные не удовлетворяли ТУ, поэтому пришлось прибегнуть к резервированию ─ одному из способов повышения надежности РЭУ. После чего результаты расчета стали соответствовать требуемым, (вероятность безотказной работы устройства стала больше, чем 95% - 0.97).
Литература
1. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. - Мн. : Дизайн ПРО, 1998. 335 с.
2. А.П.Ястребов. Проектирование и производство радиоэлектронных средств. - С-П.:Учеб. Пособие, 1998. –279 с.
3. Официальный сайт фирмы “Платан” : www.platan.ru.
4. Журнал “Радио” №3 Виталий Кляровский “Современный усилитель мощности КВ диапазона” с.62, 2004г.
Приложение 1
Схема электрическая принципиальная
Приложение 2
График зависимости вероятности без отказной работы P(t) от времени
График зависимости вероятности без отказной работы P(t) от времени (красный – с резервированием, черный – без резервированием).
| Время,ч | 0 | 500 | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | 3500 | 4000 | 4500 | 5000 |
| P(t) без резерв. | 1 | 0,968 | 0,937 | 0,9 | 0,879 | 0,85 | 0,824 | 0,795 | 0,77 | 0,74 | 0,72 |
| P(t) с резерв. | 1 | 0,999 | 0,999 | 0,999 | 0,998 | 0,996 | 0,994 | 0,991 | 0,987 | 0,982 | 0,978 |
Приложение 3
Выбор элементной базы
Выбор элементной базы [4]
| № п/п | Наименование и тип элемента | Внешний вид (размеры) | |
| 1 | Транзисторы : (размеры в мм) | КТ503Е |  |
| КТ209Л |  | ||
| КТ819Г |  | ||
| BU208A |  | ||
| 2 | Диоды:(размеры в мм) | Д816А |  |
| Д816Д |  | ||
| АЛ307А |  | ||
| FD600 |  | ||
| 3 | Резисторы:(размеры в мм) | Pном<0,5ВтТип KNP-0.5 |  D=3.2 L=9.0 Н=28 D=0.6 |
| Pном=1..2ВтТип KNP-200 |  D=5 L=15 Н=35 D=0.8 | ||
| Pном<10ВтТип KNP-1000 | D=8 L=54 Н=35 D=0.8 | ||
| Тип SH-083 |  | ||
| SH-655MCL |  | ||
| 4 | Конденсаторы:(размеры в мм) | Серия SR |  |
| КМ6 |  | ||
| STS-038RA |  | ||
| 5 | Трансформатор МТ506-1  | ||
| 6 | Реле электромагнитные | SCH  | |
851H  | |||
| 7 | Кнопки,Тумблеры | B170H  | |
B1011  | |||
| 8 | Тетрод ГУ-40Б  | К-катод (кольцевой вывод); С1-первая сетка (стержневой вывод);С2-вторая сетка (кольцевой вывод); А-анод.Баллон металлостеклянный с кольцевыми выводами катода и второй сетки и стержневым выводом первой сетки. Катод вольфрамовый прямого накала. Работает в вертикальном положении. Охлаждение принудительное, воздушное | |
| 9 | Соединители | AC-2  | |
BNC-AC Amphenol  | |||
BNC-S1 Amphenol  | |||