«Надежность радиоэлектронной аппаратуры Учебное пособие»

Министерство общего и профессионального

Министерство общего и профессионального

образования Российской Федерации

Казанский государственный технический университет

им. А.Н. Туполева

Ю.Л. Комаров

Надежность радиоэлектронной

аппаратуры

Учебное пособие

Издательство Казанского государственного

Технического университета

2005

УДК. 621

Комаров Ю.Л. Надежность радиоэлектронной аппаратуры.

Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан.гос.техн.ун-та 2005

Содержатся некоторые вопросы из теории надежности для проектирования радиоэлектронной аппаратуры. Излагаются методы сбора и обработки данных о надежности аппаратуры по результатам эксплуатации и специальных испытаний на надежность. Рассмотрены некоторые математические модели и анализ структуры аппаратуры на этапе проектирования и изготовлении ее. Приведены расчетные соотношения при различных видах резервирования аппаратуры в ускоренных испытаниях.

Учебное пособие предназначено для студентов радиоэлектронных специальностей старших курсов и будет полезно широкому кругу инженерно-технических работников, специализирующихся в области надежности радиоэлектронной аппаратуры.

Ил… Табл… Библиогр. Наз

Рецензенты

Рекомендовано к изданию Учебно-методическим центром КГТУ им. А.Н. Туполева.

Оглавление.

Стр.

Оглавление

Введение

5

Глава 1

Основные понятия и определения теоретической надёжности и организации сбора данных о надёжности данных РЭА.

7

1.1

Анализ развития научно - технического направления «Надёжность техники», показатели надёжности.

7

1.2

Организационные основы обеспечения надёжности РЭА.

15

1.3

Меры и средства обеспечения надёжности РЭА.

21

1.4

Задачи развития методов исследования эффективности и надёжности радиотехнических систем.

23

Глава 2

Основы теории надёжности.

27

2.1

Термины в теории надежности.

27

2.2

Последовательное и параллельное соединение элементов.

28

2.3

Основные показатели надежности.

29

2.3.1

Вероятность безотказной работы.

29

2.3.2

Среднее значение и дисперсия длительности безотказной работы.

30

2.3.3

Интенсивность отказов.

31

2.3.4

Вероятность восстановления.

32

2.3.5

Вероятность характеристики потока отказов.

33

2.3.6

Коэффициенты готовности и простоя

34

2.3.7

Показатели долговечности и сохраняемости.

34

2.4

Основные математические модели.

36

2.4.1

Зависимости интенсивности отказов от времени.

36

2.4.2

Модель роста надёжности.

37

2.4.3

Распределение Вейбулла.

37

2.4.4

Экспоненциальное распределение.

38

2.4.5

Вероятность описания потоков отказов.

41

Глава 3

Статистические методы обработки данных, полученных при испытаниях на надежность.

44

3.1

Цель испытания на надежность.

44

3.2

Планирование испытаний.

45

3.3

Оценка показателей надежности.

45

3.3.1

Контрольные испытания на надежность.

47

3.3.2

Контрольные испытания на безотказность.

47

3.3.3

Одноступенчатый метод с ограниченной продолжительностью испытаний.

53

3.3.4

Определительные испытания на надежность.

53

3.3.5

Определительные испытания на безотказность.

54

3.4

Расчетно-экспериментальный метод.

56

3.4.1

Оценка надежности не резервированной аппаратуры.

56

3.4.2

Первый метод.

57

3.4.3

Второй метод.

57

3.4.4

Третий метод.

58

3.5

Метод расчета показателя интенсивности отказов радиоэлементов

61

Глава 4

Резервирование как средство повышения надёжности аппаратуры.

64

4.1

Пассивное активное резервирование.

64

4.2

Основные схемы резервирования.

66

4.3

Резервирование систем.

68

4.3.1

Система последовательных элементов.

68

4.3.2

Система параллельных элементов.

69

4.4

Раздельное дублирование системы.

70

Глава 5

Ремонтопригодность радиоэлектронной аппаратуры.

72

5.1

Вероятностные характеристики.

72

5.2

Время восстановления.

73

5.3

Оценка показателей ремонтопригодности.

74

5.4

Коэффициент стоимости эксплуатации.

74

Глава 6

Ускоренные испытания.

77

6.1

Ускоренные испытания аппаратуры на надежность.

77

6.2

Базовая закономерность.

78

6.3

Изделие как система из набора комплектующих элементов.

78

6.4

Форсированный режим, поле регрессии.

79

6.5

Коэффициент ускорения.

80

6.6

Планирование испытания.

82

6.7

Коэффициент ускорения при циклическом воздействии.

83

Заключение.

Список литературы.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры была сформулирована в 50-х годах. Потребность существенного улучшения надежности авиационного оборудования была признана Министерством Обороны США в начале 1960 г. на основе анализа расходов на материально-техническое обеспечение и на основе настоящих и будущих эксплуатационных требований к авиационной технике. Т.е. с этого периода времени надежность стала вопросом первостепенной важности с точки зрения выполнения задания и стоимости жизненного цикла радиоэлектронной аппаратуры. В программах разработок, руководимых военными ведомствами США и СССР, надежность и стоимость жизненного цикла являлись главными целями в расчетах, проектировании, производстве и эксплуатации аппаратуры.

Опытом установлено, что выгоднее затратить дополнительные средства на обеспечение надежности на этапе разработки, чем расплачиваться за кажущуюся экономию затрат при проектировании ненадежной аппаратуры при ее эксплуатации. Решение задачи повышения надежности аппаратуры связаны с разработкой теоретических методов анализа надежности на стадии проектирования, с выбором показателей надежности и их оценкой по результатам испытаний, с изучением физических и химических процессов, приводящим к отказам аппаратуры, к конструкторским поискам оптимальных схемных решений, с технологией и организацией производства, с планированием испытаний, с организацией получения данных о надежности аппаратуры с мест эксплуатации, с подготовкой обслуживающего персонала и вопросами экономики.

Отсутствие единых методов первичного анализа причин отказов аппаратуры при эксплуатации приводит к серьезным трудностям в использовании данных для обеспечения требуемой надежности аппаратуры при ее разработке. Это связано со сложностью анализа отказов и отказовых ситуаций, т.е. воздействия на аппаратуру механических и климатических факторов, ионизирующих излучений естественного и искусственного происхождения.

В ряде промышленно-развитых стран созданы государственные специальные службы надежности.

С методами и результатами теории надежности должны быть знакомы не только исследователи, но и широкий круг инженеров-разработчиков, инженеров-практиков, экономистов, организаторов производства, что позволит избежать многих ошибок при проектировании, изготовлении и эксплуатации аппаратуры.

В данном учебном пособие изложены математические основы теории надежности, административно-организационные мероприятия по получению информации о надежности и методы оценки надежности аппаратуры при специальных испытаниях. Оно поможет студенту в овладении основными методами оценки параметров надежности радиоэлектронной аппаратуры, которые необходимы инженеру-разработчику в его практической работе.

При написании данного пособия автор использовал опыт работы в Казанском научно-исследовательском институте радиоэлектроники и курса лекций по теории надежности на радиотехническом факультете Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. Учебное пособие рассчитано на студентов старших курсов радиотехнических факультетов вузов и инженеров-разработчиков радиотехнической аппаратуры.

Глава 1. Основные направления развития, понятия и определения в теории надежности

Анализ развития научно-технического направления «Надежность аппаратуры»

Обеспечение надежности и качества радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) является важнейшей проблемой, от решения которой во многом зависит научно-технический и социальный прогресс.

Технический прогресс ставит все более сложные задачи обеспечения прочности конструкций, надежности передачи информации и др. Введение запасов прочности к увеличению габаритов и массы оборудования, дополнительному расходу материалов, что привело к стимулированию изучения реальных нагрузок и процессов усталости материалов. Эти вопросы могли быть решены с помощью теории вероятности и математической статистики.

Вопросы качества всегда играли важную роль в процессе создания РЭА. Но если раньше допускалось достижение высокого качества при неограниченных расходах, то начиная с 60-х годов в МО США и СССР больше внимания уделялось экономическим аспектам обеспечения качества.

Качество - величина интегральная, комплексная. В понятие «качество» включается стоимость жизненного цикла. Жизненный цикл зависит от тактико-технических характеристик, надежности, ремонтопригодности и др.

Увеличение расходов на эксплуатацию вынудило МО обратить внимание на вопросы надежности и ремонтопригодности РЭА. Высокая надежность и ремонтопригодность легче и дешевле достигается в ходе разработки, чем на этапах производства и эксплуатации. Основные требования к программе обеспечения надежности изложены в стандарте MIL - STQ -785, а ремонтопригодность - MIL - STQ - 470.

Одновременно с развитием электроники росли требования уменьшения габаритов и массы аппаратуры, возникла проблема надежности бортовой РЭА. Индуктивный и эмпирические подходы не удовлетворяли требованиям практики.

Возникла предпосылка для создания новой научной дисциплины - теории надежности. Эта научная дисциплина, изучающая общие закономерности, которых следует придерживаться при проектировании, испытаниях, изготовлении, приемке и эксплуатации изделий для получения максимальной эффективности их использования.

Понятия и определения в теории надёжности.

Под изделием понимается техническое устройство, его часть, деталь, блок, узел, агрегат.

Эксплуатацию - составляет совокупность различных фаз существования изделия, включая транспортировку, хранение, использование по назначению, а так же техническое обслуживание и ремонт. Время начала эксплуатации исчисляется с момента приёмки изделия заказчика.

Эффективность использования - показатель, характеризующий степень полноты выполнения изделием своего назначения при оговорённых условиях эксплуатации.

В теории надёжности принято оперировать понятиями система и элементы.

Система - целое, составленное из частей множество изделий, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство.

Элементы - неделимые части изделия, на которые его можно расчленить при анализе надёжности.

Основные факторы развития научно-технического направления «надежность РЭА» условно можно разделить на три группы:

Первая группа факторов, которая характеризует исходные условия развития и актуальность:

уровень сложности создаваемых систем

уровень надежности создаваемых систем

уровень надежности используемых готовых элементов и изученность характеристик материалов и элементов

изменчивость и изученность условий эксплуатации

объем производства создаваемых изделий и ответственность решаемых ими задач

В первом приближении сложность системы может быть охарактеризована минимальным членом элементов, позволяющим системе выполнять возложенные функции. При этом необходимо рассматривать минимизированную структуру системы, лишенную избыточности.

Избыточность - характеризуется отношением общего числа элементов к числу элементов минимизированной структуры.

Надёжность элементов - характеризуется одним или несколькими количественными показателями, являющимися мерой основных составляющих надёжности: безотказность, ремонтопригодность, долговечность, сохраняемости.

Во многих случаях радиоэлементы характеризуются интенсивностью отказов (

Реклама на сайте