Расчет надежности медицинских устройств: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Диагностика и обслуживание медицинской техники»

Схема резервирования замещением:  а – общее; б – раздельное 

Резервные элементы могут находиться в различных режимах: нагруженном, облегченном и не нагруженном. Включение резервных элементов может осуществляться вручную или автоматически.

Если объект МА содержит несколько групп однотипных основных элементов, то для резервирования замещением нет необходимости иметь такое же число резервных элементов. Для резервирования достаточно иметь один или несколько резервных элементов.

Резервирование замещением, при котором группа основных элементов объекта резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе, называют скользящим резервированием. Скользящее резервирование применяется при наличии в аппаратуре одинаковых элементов (узлов, блоков) (см. рис.7.3).

Рис. 7.3 - Схема скользящего резервирования

8  РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ

8.1 Структурная надежность

Под расчетом надежности будем понимать определение числовых значений показателей по исходным данным. Сложная МА состоит из отдельных блоков, узлов, элементов, от надежности которых зависит реализация установленных параметров надежности МА в целом. Соединение элементов в систему, когда отказ любого из них приводит к отказу системы, называют логически последовательным (рис. 8.1), или основным. Если элементы соединены так, что отказ системы наступает только при отказе всех элементов, соединение называют логически параллельным (рис 8.2).

Рис. 8.1 – Последовательное соединение элементов в систему

Надежность при последовательном соединении  n функциональных частей, имеющих надежности Р₁, Р₂, … Р_n, будет соответствовать совпадению надежной работы всех частей:

n

P_∑(t) = ∏P_i .

i=1

                                                                                                   При           параллельном соединении

Рис. 8.2 – Параллельное ненадежность  одной функциональной части соединение элементов в выражается равенством: системе q(t) =1− P_∑(t).

                                                                                                  Следовательно,     при     m                                                                                  параллельно

соединенных элементах ненадежность каждого элемента выразится: q₁ =1− P₁; q₂ =1− P₂; ... q_m =1− P_m .

Отказ всей системы выразится:

m q_∑(t) = ∏q_i .

i=1

Откуда вероятность нормальной работы всей системы:

m

P_∑(t) =1−∏q_i .

i=1

При смешанном соединении определяют ненадежность для групп параллельно соединенных элементов в ветви, затем определяют надежность параллельных ветвей и результирующую надежность. 

8.2  Расчет надежности с учетом режимов работы элементов

Расчеты показателей надежности и точностных характеристик являются одними из главных расчетов при конструировании МА, так как определяемые при этом параметры характеризуют важные показатели качества функционирования МА. Основываются на одних и тех же исходных данных - интенсивностях отказов комплектующих элементов; в основе расчета точностных характеристик МА лежат точностные, температурные и временные характеристики тех же элементов. 

Расчет показателей надежности по статистическим характеристикам комплектующих элементов должен содержать краткое теоретическое описание задачи, где приводятся определения рассчитываемых в работе показателей надежности, обозначения и основные расчетные соотношения. Полный расчет показателей надежности рекомендуется проводить в следующем порядке.

1)  Формулировка понятия отказа.

Четко формулируется, что следует понимать под отказом анализируемого изделия, и на основе этого выбираются элементы, которые должны быть учтены в расчете.

2)  Принятые допущения.

Проводятся основные допущения и предположения, применяемые при расчете, например: справедлив экспоненциальный закон надежности, отказ изделия происходит при отказе любого из комплектующих элементов.

3)  Вспомогательные расчеты.

Выбираются коэффициенты, учитывающие условия эксплуатации изделия. Рассчитываются коэффициенты нагрузки элементов и поправочные коэффициенты, учитывающие режим работы элемента (электрическую нагрузку и температуру). Если расчет точных значений коэффициентов нагрузки затруднителен, то рекомендуется качественно определить нагруженность элемента и для слабо нагруженных принять  К_Н = 0,1…0,2, для сильно нагруженных - 0,5…0,7. Для микросхем рекомендуется принять К_Н  = 1. Точные значения коэффициентов нагрузки необходимо рассчитать только для нескольких элементов, остальные можно принять приближенно. Все рассчитанные характеристики сводятся в таблицы – отдельно для каждого функционального узла, входящего в состав изделия (таблица 8.1).

Таблица 8.1

4)  Основные расчеты.

Закон распределения времени безотказной работы определяет основные соотношения, применяемые для расчета показателей надежности. Экспоненциальное распределение типично для большинства сложных объектов, содержащих большое количество неремонтируемых элементов, имеющих преимущественно внезапные отказы. Это распределение применимо и к ремонтируемым объектам с простейшим потоком отказов. Основное достоинство этого распределения в том, что интенсивность