ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ИЭТ И ПОЛНЫЙ РАСЧЕТ С УЧЕТОМ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Nbsp; МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ РАДИЭЛЕКТРОНИКИ
КАФЕДРА
ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к курсовой работе по дисциплине
«Надежность изделий электронной техники»
для студентов дневной формы обучения
специальностей 7.090801 и 7.090804
СЕВАСТОПОЛЬ 2002
Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине “Надежность тзделий электронной техники” / Сост. Н.В. Шевченко. – Севастополь, СевНТУ, 2002.
Целью методических указаний является оказание помощи студентам дневной формы обучения, при выполнении курсовой работы по дисциплине “Надежность тзделий электронной техники”, в освоении принципов расчета характеристик надежности микроэлектронных элементов.
Методические указания одобрены на заседании кафедры “Электронной техники“.
Рецензент: к.т.н. доц. Макаров В.К.
ВВЕДЕНИЕ
1. Цель курсовой работы:
Курсовая работа выполняется на завершающем этапе изучения дисциплины «Надежность изделий ЭТ» и имеет целью:
• систематизацию, углубление и закрепление теоретических знаний по специальностям 7.090801 и 7.090804,
• выработку инженерных навыков, самостоятельного проведения расчетов теплового режима и влагостойкости изделий электронной техники, а также ориентировочного расчета надежности ИЭТ на этапе проектирования,
|
|
• приобретение навыков составления и оформления научно-технической документации.
Оформление курсовой работы.
Курсовая работа является самостоятельной учебно-исследовательской работой студента, выполняемой по индивидуальному заданию, вариант которого выбирается из таблиц по указанию преподавателя.
Курсовая работа оформляется в виде расчетно-пояснительной записки на листах стандартного формата А4 (210 х 297мм), включающей реферат по заданной теме.
Изложение материала должно быть кратким, а все расчеты - сопровождаться необходимыми пояснениями и рисунками (графиками). Терминология и определения должны быть едиными и соответствовать установленным стандартам. В тексте реферата необходимо делать ссылки на использованные литературные источники. Все страницы курсовой работы, включая иллюстрации, нумеруются по порядку, начиная с титульного листа.
Структура пояснительной записки включает:
- титульный лист;
- содержание,
- расчетно-графическую часть,
- реферат,
- выводы,
- список использованных источников.
Объем реферата – не менее 10-12 листов формата А4. Образец титульного листа курсовой работы приведен в приложении.
|
|
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ.
Под расчетом надежности понимают определения количественных показателей надежности по тем или иным исходным данным для последующей оценки эксплуатационных свойств ИЭТ на этапе его проектирования. Как правило, расчет надежности ИЭТ сводится к определению показателей его безотказности: вероятности безотказной работы за определенное время t или интенсивность отказов l.
В зависимости от этапа разработки изделия различают ориентировочный, полныйи окончательный расчет надежности:
· На этапе эскизного проектирования проводят назначение (выбор) норм надежности на основе априорной информации и ориентировочную (прикидочную) оценку надежности изделия.
· На этапе разработки технического проекта производят полный расчет надежности с учетом режимов работы элементов и факторов, воздействующих на изделие.
· На этапе разработки рабочего проекта проводится окончательный расчет надежности с учетом дополнительных факторов, зависящих от принятых разработчиком схемно-конструктивных решений.
НАЗНАЧЕНИЕ (ВЫБОР) НОРМ НАДЕЖНОСТИ ИЭТ.
Если прототипа для разрабатываемого изделия не существует, то нормы надежности просто назначают, основываясь на накопленном опыте, а затем проверяют их правомерность и практическую реализуемость на основании упрощенных расчетов. При этом следует принять следующие допущения:
|
|
а) вероятность возникновения отказов в ИЭТ не зависит от времени и подчиняется экспоненциальному закону;
б) все элементы системы равнонадежны.
Исходными данными для расчета являются:
· требуемая вероятность безотказной работы ИЭТРс(t),
· среднее время работы ИЭТ (системы)tср,
· допустимая интенсивность отказов в системе lc,
· количество компонентов надежностного расчета N.
В зависимости от конкретного случая, в качестве компонентов расчета надежности (N) могут быть отдельные части ИЭТ, его блоки, узлы, элементы.
В данном случае, для конкретности, примем за компонент расчета надежности элементную базу ИЭТ.
При экспоненциальном законе распределения вероятность безотказной работы i-го элемента определяется:
(1.1)
где li = lс / N – максимально допустимая интенсивность отказов i-го элемента.
Величина li, является приближенной, но позволяет выбрать конкретные элементы для ИЭТ (например, тип ИМС) и оценить принципиальную возможность создания более сложных систем без дополнительных затрат при обеспечении требуемой надежности.
|
|
Задание 1.1. Известно, что ИЭТ конструктивно скомпоновано на нескольких (h) печатных платах: число размещенных на каждой из плат ИМС указано в таблице 1.1. Требуемая вероятность безотказной работы ИЭТ составляет величину Рс(t) в течение времени tср.
Необходимо установить нормы надежности для ИМС расчетным путем в виде допустимой интенсивности отказов li и вероятность безотказной работы Рi каждой из плат.
После проведения такого расчета, по установленному значению li инженер-конструктор выбирает подходящий тип ИМС и переходит к эскизному проектированию.
ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ИЭТ И ПОЛНЫЙ РАСЧЕТ С УЧЕТОМ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ.
Эта оценка учитывает влияние на надежность количества и типов примененных элементов, а также особенностей эксплуатации.
При числе блоков (плат) изделия ЭТ N, числе элементов в блоке (на плате)ni, интенсивности отказов элементов li, вероятность безотказной работы ИЭТ, как системы, определяется:
(1.2)
где Pi(t) – вероятность безотказной работы ш-го блока (платы) системы.
Так как Pi(t)=exp(-li×t), то исходное выражение имеет вид
(1.3)
где li – интенсивность отказов i-го блока (платы), которая определяется:
(1.4)
Ориентировочный расчет надежности предполагает учет особенностей эксплуатации ИЭТ с помощью поправочного коэффициента kl.
(1.5)
где ljH – интенсивность отказов элементов в лабораторных условиях работы.
В свою очередь, поправочный коэффициент kl, определяется:
(1.6)
где kl1 учитывает влияние на ИЭТ механических факторов (удар, вибрации),
kl2 – климатических (температура, влажность), kl3 – влияние пониженного атмосферного давления. Значения этих коэффициентов для расчетов следует брать из таблиц П1 – ПЗ Приложения.
Таким образом, с учетом условий эксплуатации расчет надежности ИЭТ проводится по формулам:
(1.7)
где
По известным значениям li,рассчитывается среднее время безотказной работы ИЭТ:
(1.8)
Полный расчет надежности ИЭТ при разработке технического проекта позволяет учесть влияние электрического режима работы элементов с помощью коэффициента нагрузки kН = Н/НН, гдеН иНН – соответственно электрическая нагрузка в реальном и номинальном режимах. При этом:
(1.9)
гдеl( i, j) и l( i, j)Н,соответственно, интенсивностиотказов блоков (плат) илиэлементов вреальных условиях эксплуатации и в режиме номинальной нагрузки.
Чтобы учесть влияние не тольконагруженности элементов, но и внешних факторов(радиация, давление и пр.) вводится поправочный коэффициент ai, значения которого для практических расчетов следует брать из таблицы П4 Приложения. Таким образом, с учетом реальных условий эксплуатации ИЭТ, если на интенсивность отказовэлементов влияют одновременно несколько (k) параметров, каждый из которых характеризуется коэффициентом ai, и влияние которого надо учесть, то:
(1.10)
(1.11)
(1.12)
Задание 1.2. Известно, что неремонтируемый блок микроэлектронной аппаратуры (МЭА) без резервирования состоит из комплекта элементов, режимы работы которых заданы техническими условиями. Известны также условия эксплуатации этого устройства:
- для вариантов 1-6 (стационарные): высота над уровнем моря 2500 м, температура окружающей среды до +40°С, относительная влажность 60%, нагрузка – вибрация, время наработки ti = 100 ч.
- для вариантов 7-12 (автофургонные): высота над уровнем моря до 1500 м, температура окружающей среды до +40°С, относительная влажность до 98%, нагрузка – вибрация и удар, время наработки ti = 50 ч.
- для вариантов 13-18 (самолетные): высота над уровнем моря до 10 км, температура окружающей среды до +35°С, относительная влажность до 70%, нагрузка – вибрация и удар, время наработки ti = 20 ч.
- для вариантов 19-24 (корабельные): высота на уровне моря, температура окружающей среды до +40°С, относительная влажность до 98%, нагрузка – вибрация, время наработки ti = 50 ч.
С учетом перечисленных данных в таблицах 2а и 2б приведен состав элементов, их количество и режимы работы. Требуется произвести ориентировочную оценку надежности устройства и оценку надежности с учетом режимов эксплуатации, определив при этом интенсивность отказов lс, среднюю наработку до отказа tср и вероятность безотказной работы Рс(t) в течение наработки ti.
Примечания
- Для заполнения расчетной таблицы 1.2 значения номинального параметра ljн следует определить по таблице П5, а для позиций 1-2, 9-10 – из таблицы П6 как средние.
- Значение параметра lj с учетом условий эксплуатации надо рассчитывать по формуле (1.5), определяя коэффициентkl. по таблицам П1-ПЗ.
- Расчет параметров lc, tср иPс(t) проводится по формулам (1.4), (1.7), (1.8).
- Для оценки надежности с учетом режимов эксплуатации надо использовать значения kH и температуры из расчетной таблицы 2 и поправочные коэффициенты ai из таблицы П4. Для позиций 1-2, 9-10 расчетной таблицы значения коэффициента ai, необходимо принять равными 1,0.
В рассмотренном задании проводилась оценка надежности неремонтируемого блока микроэлектронной аппаратуры без резервирования. В сложных технических системах, где отказы недопустимы по условиям работы (цифровые ЭВМ высоких уровней, бортовые системы космических летательных аппаратов и т.п.), для повышения надежности изделий применяют резервирование, т.е. введение в техническое устройство дополнительною числа компонентов и связей относительно минимально необходимого для его нормальной работы Теория этого вопроса и основные расчетные соотношения приведены в литературе. В данной работе для иллюстрации методики оценки надежности неремонтируемых резервируемых ИЭТ необходимо решить следующую задачу.
Задание 1.3. Считаем, что рассматриваемое ИЭТ укрупненно состоит из двух блоков: блока питания (блок 1) и основного блока (блок 2), которые соединены последовательно и характеризуются интенсивностями отказов lc1 и lc2. Конкретное значение lc1 принимается равным 140,5 10-6 ч-1 для нечетных номеров вариантов и 170,2 10-6 ч-1 – для четных. Значение lc2 для каждого варианта определяется по результатам расчета задания 1.2.
Требуется определить и сравнить между собой показатели надежности устройства Рс(ti), lci, tср в течение времени наработки ti = 20 ч (для нечетных вариантов) или ti = 50 ч (для четных вариантов) при пассивном общем резервировании и в пассвном резервном резервировании с неизменной нагрузкой всей системы (блоки 1 и 2).
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 482; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!