Анализ и расчет надежности разработанной системы. Увеличение надежности радиотехнических систем

9. Анализ и расчет надежности разработанной системы.

Во время проектирования радиотехнических систем одним из важных является вопрос обеспечения необходимой надежности работы системы в процессе ее эксплуатации. Проблема надежности систем в настоящее время стоит на одном из первых мест в связи с их усложнением и повышенным внедрением во все отрасли народного хозяйства. Обеспечение высокой надежности работы радиоэлектронной аппаратуры является первостепенной задачей инженеров и техников, занятых их разработкой, производством и эксплуатацией.

Теория надежности позволяет получить количественные данные о работе устройств системы, а следовательно о системе в целом. По результатам расчета надежности можно вскрыть конструктивные недостатки аппаратуры, более рационально выбрать ее составные части и элементы, найти наиболее выгодные режимы ее работы. Поэтому расчет надежности должен входить составным звеном в расчет аппаратуры [26].

Увеличение надежности, как правило, всегда сопряжено с дополнительными затратами времени, материалов и денежных средств. Однако, аппаратура, предназначенная для работы в ряде систем, должна обладать максимальной надежностью.

Надежность - свойства изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные свойства в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надежность изделия обусловлена его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью, а также долговечностью его частей. Важным показателем надежности  является вероятность безотказной работы системы в течении заданного промежутка времени в расчетных условиях эксплуатации.

Надежность системы, а также устройств и элементов, входящих в ее состав зависит от большого количества внешних и внутренних воздействий, к числу которых относятся режим работы, воздействие температуры, влажности, атмосферного давления. Если наступает нарушение нормальной работы, при котором происходит полное прекращение работоспособности устройства, то такое состояние называется отказом. Отказ - явление случайное, то есть такое, которое при неоднократном воспроизведении одного и того же опыта протекает каждый раз несколько по иному. Отказы подразделяют на внезапные и постепенные. Первые возникают в результате скачкообразного изменения параметров устройства, например, обрывов, коротких замыканий, пробоев, механических повреждений. Постепенные отказы характеризуются постепенным изменением одного или нескольких параметров, при котором последние выходят за допустимые пределы (допуски). Определяются процессами электрического и механического старения (снижения крутизны приборов, ухудшение изоляции и т.п.), а также внешними воздействиями. Кроме того, надежность изделия определяется его серийноспособностью - устойчивостью к влиянию производственных погрешностей.

Количественно надежность описывается следующими параметрами [26]:

1) Средним временем безотказной работы аппаратуры Т_ср.

2) Вероятностью безотказной работы аппаратуры в течении заданного отрезка времени Р(t).

3) Интенсивностью отказов l.

При расчете надежности приняты следующие допущения:

- отказ любого элемента системы приводит к отказу всей системы, т.е. элементы в смысле надежности соединены последовательно.

- отказы элементов являются случайными независимыми событиями;

- интенсивность отказов всех элементов системы не зависит от времени, т.е. время работы до отказа элементов и всей системы распределено по экспоненциальному закону.

Расчет надежности разработанной системы предупреждения аварийных ситуаций на железнодорожных переездах произведем по методике, изложенной в [26]. В таблице 9.1 приведены параметры, определяющие надежность типовых элементов РЭА, входящих в состав разработанной системы.

Режим электрической нагрузки оценивается коэффициентом нагрузки:

К_н=x_p/x₀, где x_p - значение параметра элемента в реальном режиме; x₀ - номинальное или допустимое значение параметра.

В процессе эксплуатации РЭА подвергается воздействию различных факторов внешней среды, степень влияния которых учитывается коэффициентом а_э.

Коэффициент а_i показывает во сколько раз интенсивность отказов элемента при данном К_н и температуре внутри корпуса отличается от интенсивности отказов при номинальных условиях:

a_i=l_i/l_0i

Интенсивность отказов элементов i-го типа при заданных условиях:

l_i=l_0i´a_i´a_в´а_вл, где l_0i - интенсивность отказов элементов при номинальных условиях; а_i,а_в,а_вл - коэффициенты. учитывающие влияние температуры, К_н, вибрации и влажности.

Суммарная интенсивность отказов элементов системы:

l₀=ål_iN_i=95,33´10^-6 (1/ч).

Среднее время работы системы до отказа:

Т_ср=1/l₀=10489,88 (ч).

Вероятность безотказной работы системы за время t:

Р(t)=exp(-l₀t).

График зависимости вероятности безотказной работы от времени t представлен на рис.   .

Табл.  9.1.

Рис.    . Зависимость вероятности безотказной работы от времени.