Радио электронные средства бытового назначения

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее  время развиваются радиоэлектронные средства бытового назначения [1]. Они обладают определенными свойствами и качествами. Одним из основных свойств является надежность. Надежность характеризует работоспособность объекта при заданных параметрах в течении требуемого промежутка времени [2]. Особенностью проблемы надежности является ее связь со всеми этапами “жизненного цикла” РЭС от зарождения идеи создания до списания: при расчете и проектировании изделия его надежность закладывается в проект, при изготовлении надежность обеспечивается, при эксплуатации - реализуется. В связи с этим проблема надежности является комплексной проблемой, и решать ее необходимо на всех этапах и разными средствами. Так, на этапе проектирования изделия определяется его структура, производится выбор или разработка элементной базы. В связи с этим здесь имеются наибольшие возможности обеспечения требуемого уровня надежности РЭС. Основным методом решения этой задачи являются расчеты надежности (в первую очередь - безотказности), в зависимости от структуры объекта и характеристик его составляющих частей, с последующей необходимой коррекцией проекта. Теория надежности также устанавливает и изучает количественные характеристики надежности и исследует связь между показателями экономичности и надежности. Основные показателями, определяющими надежность устройства являются средняя интенсивность отказов λ_ср и средняя наработка на отказ Т_ср.

В курсовой работе рассчитываются  параметры  надежности генератора синусоидальных колебаний и показывается возможность  повышения надежности, путем полного резервирования схемы устройства.

 

 

1 Основные параметры  надежности

1.1 Одним из основных параметров радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) является надежность [2, 3]. Она зависит как от надежности используемой элементной базы, так и от принятых схемотехнических и конструкторских решений. Требования к надежности аппаратуры постоянно повышаются. Вопросам повышения надежности РЭА на всех этапах ее проектирования и производства уделяется самое большое внимание.

Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение  требуемого промежутка времени или  требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки [2, 3].

Надежность – это сложное  комплексное понятие, с помощью  которого оценивают такие важнейшие  характеристики изделий, как работоспособность, долговечность, безотказность, ремонтопригодность, восстанавливаемость и др. [2].

В любой момент времени РЭА может  находиться в исправном или неисправном состоянии. Если РЭА в данный момент времени удовлетворяет всем требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение вычислительных процессов (точность, быстродействие и др.), так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих внешний вид и удобство эксплуатации, то такое состояние называют исправным состоянием [1-4].

Неисправное состояние – это  состояние РЭА, при котором она  в данный момент времени не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, установленных в отношении как основных, так и второстепенных параметров [1-4].

Не каждая неисправность приводит к невыполнению РЭА заданных функций. Различают неисправности основные и второстепенные. Второстепенные неисправности называют дефектами.

1.2 Основные эксплуатационные свойства изделий с позиций обеспечения надежной работы: безотказность, ремонтоспособность, долговечность и сохраняемость.

Наработка – продолжительность (или  объем) работы изделия, измеряемая временем, циклами, периодами и т. п. [3]. В процессе эксплуатации или испытания изделия в зависимости от его назначения различают суточную или месячную наработку, наработку на отказ, среднюю наработку до первого отказа, гарантийную наработку и т. п. Суточная и месячная наработки оцениваются временем (циклами, периодами), которое изделие проработало в течение суток или месяца.

Наработка на отказ – среднее  значение наработки ремонтируемого изделия между отказами [1-4].

Если наработка выражена в единицах времени, то используется термин среднее время безотказной работы. Под средней наработкой до первого отказа понимают среднее значение наработки изделий в партии до первого отказа. Для неремонтируемых изделий этот термин равнозначен понятию средней наработки до отказа.

Гарантийная наработка представляет собой наработку изделия, до завершения которой изготовитель гарантирует и обеспечивает выполнение определенных требований к изделию, при условии соблюдения потребителем правил эксплуатации, в том числе правил хранения и транспортировки [1-4]. Срок гарантии устанавливается в технической документации или договорах между изготовителем и заказчиком.

Безотказностью называют свойство изделия сохранять свою работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. Безотказность измеряется в единицах наработки [1-4].

Ремонтоспособность – свойство РЭА, заключающееся в приспособлении к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов [1-4].

Долговечность – свойство РЭА сохранять  работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов [1-4]. Предельное состояние определяется технической непригодностью РЭА из-за снижения эффективности эксплуатации или требований техники безопасности и оговаривается в технической документации.

Сохраняемость – свойство изделия  сохранять эксплуатационные показатели в течение заданного срока хранения и после него [1-4].

1.3 Интенсивность отказов – зависимость интенсивности отказов от времени [1-4].

Различают три вида отказов, отличающихся их причинами [1-4]:

• скрытыми ошибками в конструкторско-технологической документации и производственными дефектами при изготовлении изделий;
• старением и износом радио- и конструкционных элементов;
• случайными факторами различной природы.

Для оценки надежности систем введены  понятия «работоспособность» и  «отказ».

1.4 Рассмотрим понятия работоспособности и отказов [1-4]. Работоспособность – это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации. Отказ – событие, приводящее к полной или частичной утрате работоспособности изделия. По характеру изменения параметров аппаратуры отказы подразделяют на внезапные и постепенные.

Внезапные (катастрофические) отказы характеризуются скачкообразным изменением одного или нескольких параметров аппаратуры и возникают в результате внезапного изменения одного или нескольких параметров элементов, из которых построена РЭА (обрыв или короткое замыкание). Устранение внезапного отказа производят заменой отказавшего элемента исправным или его ремонтом.

Постепенные (параметрические) отказы характеризуются изменением одного или нескольких параметров аппаратуры с течением времени. Они возникают  в результате постепенного изменения  параметров элементов до тех пор, пока значение одного из параметров не выйдет за некоторые пределы, определяющие нормальную работу элементов. Это может быть последствием старения элементов, воздействия колебаний температуры, влажности, механических воздействий, и т.п. Устранение постепенного отказа связано либо с заменой, ремонтом, регулировкой параметров отказавшего элемента, либо с компенсацией за счет изменения параметров других элементов.

По взаимосвязи между собой  различают отказы независимые, не связанные с другими отказами, и зависимые. По повторяемости возникновения отказы бывают одноразовые (сбои) и перемежающиеся. Сбой – однократно возникающий самоустраняющийся отказ, перемежающийся – многократно возникающий сбой одного и того же характера.

По наличию внешних признаков  различают отказы явные – имеющие  внешние признаки появления, и неявные (скрытые), для обнаружения которых требуется провести определенные действия.

По причине возникновения отказы подразделяют на конструкционные, производственные и эксплуатационные, вызванные нарушением установленных норм и правил при конструировании, производстве и эксплуатации РЭА.

По характеру устранения отказы делятся на устойчивые и самоустраняющиеся. Устойчивый отказ устраняется заменой отказавшего элемента (модуля), а самоустраняющийся исчезает сам, но может повториться. Самоустраняющийся отказ может проявиться в виде сбоя или в форме перемежающегося отказа. Отказ типа сбоя особенно характерен для РЭА. Появление сбоев обусловливается внешними и внутренними факторами.

К внешним факторам относятся колебания  напряжения питания, вибрации, температурные колебания. Специальными мерами (стабилизации питания, амортизация, термостатирование и др.) влияние этих факторов может быть значительно ослаблено. К внутренним факторам относятся флуктуационные колебания параметров элементов, несинхронность работы отдельных устройств, внутренние шумы и наводки.

 

 

 

 2 Количественные характеристики  надежности

Надежность как сочетание свойств  безотказности, ремонтоспособности, долговечности и сохраняемости, а также сами эти качества количественно характеризуются различными функциями и числовыми параметрами [1-6]. Правильный выбор количественных показателей надежности РЭА позволяет объективно сравнивать технические характеристики различных изделий как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации (правильный выбор системы элементов, технические обоснования работы по эксплуатации и ремонту РЭА, объем необходимого запасного имущества и др.).

Возникновение отказов носит случайный  характер [4-8]. Процесс возникновения отказов в РЭА описывается сложными вероятностными законами. В инженерной практике для оценки надежности РЭА вводят количественные характеристики, основанные на обработке экспериментальных данных [4-8].

Безотказность изделий, определяющая скорость снижения надежности во времени, характеризуется вероятностью безотказной работы P(t), частотой отказов F(t), (t), средней наработкой на отказTλ_cp интенсивностью отказов. Надежность РЭА можно также оценивать вероятностью отказа [1-8]

.

Рассмотрим оценку надежности неремонтируемых  систем. Следует отметить, что данные характеристики верны и для ремонтируемых систем, если их рассматривать для случая до первого отказа.

Пусть на испытания поставлена партия, содержащая N изделий. В процессе испытаний к моменту времени t вышли из строя n изделий. Осталось исправными:

Отношение является оценкой вероятности выхода из строя изделия за время t. Чем больше число изделий, тем точнее оценка надежности результатов, строгое выражение для которой выглядит следующим образом:

.

Величина P(t), равная

называется теоретической вероятностью безотказной работы и характеризует  вероятность того, что к моменту t не произойдет отказа [4-8].

Вероятность безотказной работы изделия  может быть определена и для произвольного  интервала времени (t₁; t₂) с момента начала эксплуатации. В этом случае говорят об условной вероятности P(t₁; t₂) в период (t₁; t₂) при рабочем состоянии в момент времени t₁. Условная вероятность P(t₁; t₂) определяется отношением [4-8]:

,

где P(t₁) и P(t₂) - соответственно значения вероятностей в начале (t₁) и конце (t₂) наработки.

Значение частоты отказов за время t в данном опыте определяется отношением [4-8]:

.

В качестве показателя надежности неремонтируемых  систем чаще используют производную по времени от функции отказа Q(t), которая характеризует плотность распределения наработки изделия до отказа f(t) [4-8]:

.

Величина f(t)dt характеризует вероятность того, что система откажет в интервале времени (t; t+dt) при условии, что в момент времени t она находилась в рабочем состоянии [4-8].

Критерием, более полно определяющим надежность неремонтируемой РЭА  и ее модулей, является интенсивность  отказов (t) [2, 4-8]. Интенсивность отказов l(t) представляет условную вероятность возникновения отказа в системе в некоторый момент времени наработки при условии, что до этого момента отказов в системе не было.

Величина l(t) определяется отношением [4-8]:

.

Из анализа данного соотношения  следует, что величина l(t)dt характеризует условную вероятность того, что система откажет в интервале времени (t; t+dt) при условии, что в момент времени t она находилась в работоспособном состоянии.

Вероятность безотказной работы связана  с величинами l(t) и f(t) следующими выражениями [4-8]:

Зная одну из характеристик надежности P(t), l(t) или f(t), можно найти две другие.