Оценка надежности структурных частей и изделия 1 страница

3.1 Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в заранее установленных пределах. Надежность аппаратуры определяется надежностью и количеством используемых в ней элементов.

3.2 Исходя из режимов работы элементов в изделии, определяем λ для применяемых типов ЭРИ в устройстве.

3.3 Произведем расчет надежности для ИБП.

При расчете КПН имеют место следующие допущения:

- отказы электрорадиоизделий (ЭРИ) независимы и обнаруживаются мгновенно;

- отказы ЭРИ приводят к отказам ИБП;

- последствия отказов устраняются путем замены отказавших ЭРИ;

- простой ИБП из-за отказов ЭРИ не учитывается;

- закон распределения времени безотказной работы - экспоненциальный.

Расчетные формулы с учетом принятых допущений:

,

(1)

где Т₀ – наработка на отказ, ч;

Λ – интенсивность отказов, 1/ч.

,

(2)

где N – количество типономиналов в блоке;

l_i – интенсивность отказов ЭРИ i-го типа в рабочем режиме с учетом поправочных коэффициентов, 1/ч;

n_i – количество ЭРИ i-го типа.

,

(3)

где λ_0i – интенсивность отказов ЭРИ в номинальном режиме, 1/ч,

Кк – коэффициенты, учитывающие степень интеграции микросхем, функциональное назначение, режим работы и условия эксплуатации ЭРИ, уровень качества изготовления и рост надежности ЭРИ, качество производства РЭА;

m – число учитываемых факторов.

Расчет КПН устройства проведен для коэффициентов нагрузки ЭРИ
Кн = 0,5.

Интенсивности отказов ЭРИ определяются по методикам, приведенным в справочнике "Надежность электрорадиоизделий".

Интенсивность отказов микросхем определяется по формуле:

lЭ = l0СГ · КСТ · ККОРП · КЭ · КПР · КV,

(4)

где l_0СГ – интенсивность отказов группы интегральных микросхем;

К_СТ – коэффициент, зависящий от степени интеграции и температуры кристалла (корпуса);

К_КОРП – коэффициент, зависящий от типа корпуса;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации;

К_ПР – коэффициент, зависящий от степени жесткости требования к контролю качества и правил приемки изделий;

К_V – коэффициент, зависящий от максимальных значений напряжения питания;

Интенсивность отказов транзисторов определяется по формуле:

lЭ = l0 · КР · КФ · КS1 · КЭ · КПР,

(5)

где l₀ – интенсивность отказов транзисторов;

К_Р – коэффициент режима, зависящий от электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

К_Ф – коэффициент, зависящий от функционального назначения прибора;

К_S1 – коэффициент, зависящий от величины отношения рабочего напряжения к максимально допустимому по ТУ;

К_ПР – коэффициент, зависящий от степени жесткости требования к контролю качества и правил приемки изделий;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

Интенсивность отказов полевых транзисторов определяется по формуле:

lЭ = l0 · КР · КФ · КЭ · КПР,

(6)

где l₀ – интенсивность отказов транзисторов;

К_Р – коэффициент режима, зависящий от электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

К_Ф – коэффициент, зависящий от функционального назначения прибора;

К_ПР – коэффициент, зависящий от степени жесткости требования к контролю качества и правил приемки изделий;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

Интенсивность отказов диодных матриц определяется по формуле:

lЭ = l0 · КР · КФ · КS1 · КЭ · КПР,

(7)

где l₀ – интенсивность отказов диодных матриц;

К_Р – коэффициент режима, зависящий от электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

К_Ф – коэффициент, зависящий от функционального назначения прибора;

К_S1 – коэффициент, зависящий от величины отношения рабочего напряжения к максимально допустимому по ТУ;

К_ПР – коэффициент, зависящий от степени жесткости требования к контролю качества и правил приемки изделий;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

Интенсивность отказов стабилитронов определяется по формуле:

lЭ = l0 · КР · КЭ · КПР,

(8)

где l₀ – интенсивность отказов стабилитронов;

К_Р – коэффициент режима, зависящий от электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

К_ПР – коэффициент, зависящий от степени жесткости требования к контролю качества и правил приемки изделий;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

Интенсивность отказов конденсаторов определяется по формуле:

lЭ = l0 · КР · КПР · КЭ · КС,

(9)

где l₀ – интенсивность отказов типа конденсатора;

К_Р – коэффициент режима, зависящий от электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

К_ПР – коэффициент, зависящий от степени жесткости требования к контролю качества и правил приемки изделий;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации;

К_С – коэффициент, зависящий от величины номинальной емкости.

Интенсивность отказов резисторов определяется по формуле:

lЭ = l0СГ · КР · КПР · КЭ · КR · КМ · КСТАБ,

(10)

где l_0СГ – интенсивность отказов группы резисторов;

К_Р – коэффициент режима, зависящий от электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

К_ПР – коэффициент, зависящий от степени жесткости требования к контролю качества и правил приемки изделий;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации;

К_R – коэффициент, зависящий от величины номинального сопротивления;

К_М – коэффициент, зависящий от величины номинальной мощности;

К_СТАБ – коэффициент, зависящий от стабильности резисторов.

Интенсивность отказов дросселей определяется по формуле:

lЭ = l0 · КР · КЭ · КПР,

(11)

где l₀ – интенсивность отказов дросселей;

К_Р – коэффициент режима, зависящий от электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

К_ПР – коэффициент, зависящий от степени жесткости требования к контролю качества и правил приемки изделий;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

Интенсивность отказов реле определяется по формуле:

lЭ = l0 · КР · ККК · Кf · КЭ · КПР,

(12)

где l₀ – интенсивность отказов реле;

К_Р – коэффициент режима, зависящий от электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

К_КК – коэффициент, зависящий от количества и видов задействованных контактов;

К_f – коэффициент, зависящий от частоты коммутаций в блоке;

К_ПР – коэффициент, зависящий от степени жесткости требования к контролю качества и правил приемки изделий;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

Интенсивность отказов соединителей определяется по формуле:

lЭ = l0СГ · КР · ККК · ККС · КЭ · КПР,

(13)

где l_0СГ – интенсивность отказов группы соединителей;

К_Р – коэффициент режима, зависящий от электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

К_КК – коэффициент, зависящий от количества задействованных контактов;

К_КС – коэффициент, зависящий от количества сочленений-расчленений;

К_ПР – коэффициент, зависящий от степени жесткости требования к контролю качества и правил приемки изделий;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

Интенсивность отказов соединений определяется по формуле:

lЭ = КЭ · · l0 i,

(14)

где l_{0 i} – интенсивность отказов соединений;

N_i – количество соединений одного вида;

n – количество видов соединений в блоке;

К_Э – коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации.

Результаты расчета интенсивностей отказов ЭРИ, блока в рабочем режиме с учетом поправочных коэффициентов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Интенсивность отказов ЭРИ ИБП в рабочем режиме

№№ пп	Наименование ЭРИ	Коли-чество ЭРИ в изделии ni, шт	Интенсивность отказов ЭРИ в номинальном режиме l 0i · 10^6, 1/ч	Интенсивность отказов ЭРИ в рабочем режиме с учетом поправочных коэффициентов l i · 10^6, 1/ч	Интенсивность отказов группы ЭРИ в рабочем режиме с учетом поправочных коэффициентов nil i · 10^6,1/ч
	Резисторы
	CR0805-JW–1R0E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 1 Ом ± 5 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-JW–200E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 20 Ом ± 5 %)		0,01	0,009	0,072
	CR0805-JW–470E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 47 Ом ± 5 %)		0,01	0,009	0,081
	CR0805-JW–820E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 82 Ом ± 5 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-FX–2370E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 237 Ом ± 1 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-JW–471E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 470 Ом ± 5 %)		0,01	0,009	0,018
	CR0805-JW–102E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 1 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,018
	CR0805-FX–2671E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 2,67 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,018
	CR0805-JW–472E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 4,7 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,018
	CR0805-FX–6811E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 6,81 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,018
	CR0805-JW–103E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 10 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,036
	CR0805-JW–153E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 15 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,018
	CR0805-FW–2002E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 20 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,072
	CR0805-FX–2492E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 24,9 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-FX–3012E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 30,1 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,018
	CR0805-JW–333E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 33 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,009

Продолжение таблицы 1

	CR0805-FX–3322E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 33,2 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-FX–3482E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 34,8 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-FX–4322E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 43,2 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,018
	CR0805-JW–473E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 47 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,045
	CR0805-FX–4992E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 49,9 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,036
	CR0805-FX–6652E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 66,5 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,018
	CR0805-JW–104E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 100 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,090
	CR0805-FX–1333E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 133 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,027
	CR0805-JW–154E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 150 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,054
	CR0805-FX–1783E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 178 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-JW–204E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 200 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,090
	CR0805-FX–2613E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 261 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-JW–334E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 330 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-JW–474E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 470 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,027
	CR0805-FX–6043E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 604 кОм ± 1 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-JW–684E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 680 кОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-JW–105E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 1 МОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,045
	CR0805-JW–205E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 2МОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,009
	CR0805-JW–685E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 6,8 МОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,018
	CR0805-JW–106E ф.Bourns (0805 0,125 Вт 10 МОм ± 5 %)		0,01	0,009	0,009
	Потенциометр PVZ3A503C01 ф. Murata (0,1 Вт-50 кОм±30 %)		0,02	0,116	0,464

Продолжение таблицы 1

	Конденсаторы
	C0805C332J5GAC ф. Kemet (0805 NP0-50 V-3300 пФ±5 %-чип)		0,03	0,024	0,096
	C0805C472J5GAC ф. Kemet (0805 NP0-50 V-4700 пФ±5 %-чип)		0,03	0,024	0,024
	C0805C103K5RAC ф. Kemet (0805 X7R-50 V-0,01 мкФ±10 %-чип)		0,03	0,024	0,096
	C0805C103J5GAC ф. Kemet (0805 NP0-50 V-0,01 мкФ±5 %-чип)		0,03	0,024	0,072
	C0805C223K5RAC ф. Kemet (0805 X7R-50 V-0,022 мкФ±10 %-чип)		0,03	0,024	0,024
	C0805C104K5RAC ф. Kemet (0805 X7R-50 V-0,1 мкФ±10 %-чип)		0,03	0,024	0,312
	C0805C224K5RAC ф. Kemet (0805 X7R-50 V-0,22 мкФ±10 %-чип)		0,03	0,024	0,048
	C0805C474K5RAC ф. Kemet (0805 X7R-50 V-0,47 мкФ±10 %-чип)		0,03	0,024	0,024
	C1206C105K5RAC ф. Kemet (1206 X7R-50 В-1 мкФ±10 %-чип)		0,03	0,024	0,024
	TAJC226M016R ф. AVX (6032-16 V-22 мкФ±20 %-C)		0,13	0,104	0,52
	SKR331M1J ф. Jamicon (25 V-330 мкФ±20 %-Æ8´11 мм)		0,13	0,104	0,104
	Микросхемы
	CD4001BCM ф. Fairchild Semiconductor		0,21	0,231	0,231
	CD4011BCM ф. Fairchild Semiconductor		0,21	0,231	0,231
	CD4066BCM ф. Fairchild Semiconductor		0,21	0,231	0,231
	LM317AT ф. National Semiconductor		0,22	0,242	0,462
	LN339AN ф. Texas Instruments		0,21	0,231	0,231
	MM74C14 ф. Fairchild Semiconductor		0,21	0,231	0,462
	SG3524 ф. LINFINITY Microelectronics		0,21	0,231	0,231

Продолжение таблицы 1

	Транзисторы
	BUZ71S2 ф. Siemens		0,29	0,2078	0,2078
	IRF743 ф. International Rectifier		0,29	0,2078	0,2078
	IRFZ42 ф. International Rectifier		0,29	0,2078	1,6624
	2N2222 ф. STMicroelectronics		0,29	0,2078	1,8702
	PN2222 ф. STMicroelectronics		0,29	0,2078	0,6234
	PN2907 ф. STMicroelectronics		0,29	0,2078	1,4546
	Дроссель CDRH127NP-250M ф. Sumida (25 мкГн±20 %)		0,002	0,0056	0,0112
	Трансформатор LM-LP-1005 ф. Bourns		1,0	0,5795	0,5795
	Трансформатор APC 1:18		1,0	0,5795	0,5795
	Диоды
	1N4001 ф. DC Components		0,085	0,0295	0,1475
	1N4005 ф. DC Components		0,085	0,0295	0,3835
	1N4148 ф. Vishay		0,085	0,0295	0,3540
	Предохранители
	C630 (ABE), 30 A, 250 В, 6.35´30 мм ф. Conquer Electronics		0,01	0,0167	0,0167
	0603FT 1А ф. Радиотех-Трейд		0,01	0,0167	0,0334

Продолжение таблицы 1

	Соединители
	PLS-1		0,018	0,0300	0,4800
	Клемма ножевая 36063LB ф.Cirmaker (0,8 ´ 6,4 мм)		0,018	0,0300	0,0600
	DB-9		0,018	0,0300	0,0300
	Реле RY210012 ф. Tyco Electronics (1 пер., 12 В DC, 8 А 250 В AC)		0,56	0,9352	0,9352
	Кнопка SPA-118A (4 кн. 250 В 10 А)		0,15	0,2505	0,2505
	Аккумулятор RBC2, ф. APC (APC Replacement Battery Cartridge #2,
	12 В, 7 А·ч, свинцово-кислотный)		0,08	0,1336	0,1336
	Соединения		–	0,001	0,6440
				Σni λi =	15,5328

Среднее время наработки на отказ Тср.

ч

(15)

Вероятность безотказной работы Р(tp)

Р(tp) = е^-^λ∑∙^tp= = 0,992

(16)

Вероятность отказа Р`(tp)

Р`(tp) = 1 – 0,992 = 0,008

(17)

Расчет надежности показал, что наработка на отказ составляет 64379,9 ч, при этом вероятность безотказной работы 0,992.

Таблица 3 - Интенсивность отказов ЭРИ структурных частей ИБП (по платам) в рабочем режиме

№№ пп	Наименование ЭРИ	Коли-чество ЭРИ в изделии ni, шт	Интенсивность отказов ЭРИ в номинальном режиме l 0i · 10^6, 1/ч	Интенсивность отказов ЭРИ в рабочем режиме с учетом поправочных коэффициентов l i · 10^6, 1/ч	Интенсивность отказов группы ЭРИ в рабочем режиме с учетом поправочных коэффициентов nil i · 10^6,1/ч
	Входные цепи
	Конденсатор C0805C332J5GAC ф. Kemet (0805 NP0-50 V-3300 пФ±5 %-чип)		0,03	0,024	0,0960
	Конденсатор C0805C103K5RAC ф. Kemet (0805 X7R-50 V-0,01 мкФ±10 %-чип)		0,03	0,024	0,0480
	Конденсатор C0805C223K5RAC ф. Kemet (0805 X7R-50 V-0,022 мкФ±10 %-чип)		0,03	0,024	0,0240
	Конденсатор C0805C104K5RAC ф. Kemet (0805 X7R-50 V-0,1 мкФ±10 %-чип)		0,03	0,024	0,1920
	Конденсатор C0805C224K5RAC ф. Kemet (0805 X7R-50 V-0,22 мкФ±10 %-чип)		0,03	0,024	0,0240
	Конденсатор TAJC226M016R ф. AVX (6032-16 V-22 мкФ±20 %-C)		0,13	0,104	0,1040
	Конденсатор SKR331M1J ф. Jamicon (25 V-330 мкФ±20 %-Æ8´11 мм)		0,13	0,104	0,1040
	Диод 1N4005 ф. DC Components		0,085	0,0295	0,2065
	Диод 1N4148 ф. Vishay		0,085	0,0295	0,2065
	Предохранитель C630 (ABE), 30 A, 250 В, 6.35´30 мм ф. Conquer Electronics		0,01	0,0167	0,0167
	Предохранитель 0603FT 1А ф. Радиотех-Трейд		0,01	0,0167	0,0334
	Аккумулятор RBC2, ф. APC (APC Replacement Battery Cartridge #2,
	12 В, 7 А·ч, свинцово-кислотный)		0,08	0,1336	0,1336
	Микросхема MM74C14 ф. Fairchild Semiconductor		0,21	0,231	0,2310

Продолжение таблицы 3

Дата добавления: 2015-07-13