книги / Надежность судовой электронной аппаратуры и систем автоматического управления
..pdfЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
И СИСТЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
Издательство „Судостроение**. Ленинград. 1967
В книге рассматриваются основы теории надежности и инженерные методы ее расчета. Приводятся примеры определения характери стик изделий и расчеты надежности электронной аппаратуры. Рассма триваются методы испытаний из делий на надежность, способы опре деления законов распределения времени между отказами, а также оценки уровня надежности изделий по данным испытаний и эксплуа тации.
Книга предназначена для инже нерно-технических работников су достроительной и других отраслей промышленности. Она будет полезна студентам старших курсов вузов, специализирующихся в области при боростроения, вычислительной тех ники, автоматики и радиотехники
3-18-5
107-66
Оглавление
От автора ............................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
Раздел |
|
1. |
ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ |
|
|||
|
|
|
|
|
I. Проблема надежности |
|
||
§ 1. |
Возникновение |
проблемы надежности................................................... |
9 |
|||||
§ 2. |
Факторы, влияющие на надеж ность....................................................... |
|
14 |
|||||
§ 3. |
Пути решения |
проблемы надежности |
.................................................... |
19 |
||||
|
II. Основные понятия теории надежности |
|
||||||
§ 4. |
Надежность |
|
............................................................... |
|
|
- ............................... |
21 |
|
§ 5. |
Критерий надежности .................................... |
|
25 |
|||||
§ 6. |
Характеристика |
надежности |
............................................................... |
|
26 |
|||
§ 7. |
О тк аз................................................................... |
|
|
|
|
|
........................................... |
27 |
§ 8. |
Ремонтопригодность, сохранность,долговечность, ресурс . . . . |
29 |
||||||
§ 9. |
Элемент |
расчета |
надежности................................................................... |
|
— |
|||
§ 10. |
Основное, резервное и смешанное соединения элементов............... |
30 |
||||||
§ 11. |
Резервирование |
....................................................... |
|
............................... |
— |
|||
|
III. Основные теоремы теории надежности |
|
||||||
§ 12. |
Случайные события и величины . . *.................................................... |
35 |
||||||
§ 13. |
Теорема |
сложения вероятностей........................................................... |
|
40 |
||||
§ 14. |
Теорема |
умножения вероятностей....................................................... |
|
42 |
||||
§ 15'. |
Теорема |
полной |
вероятности................................... |
|
44' |
|||
§ 16. |
Теорема |
гипотез |
(формула |
Бейеса) ........................................................ |
|
45 |
||
|
IV. Количественные характеристики |
|
||||||
|
|
|
|
|
надежности |
|
||
§17. Вероятность безотказной (исправной) |
работы .................................... |
46 |
||||||
§ 18. Среднее время безотказной работы ....................................................... |
|
52 |
||||||
§ 19. |
Среднее время между соседними отказами (наработка на отказ) |
55 |
||||||
§ 20. |
Частота |
отказов |
....................................... |
|
|
56 |
||
§21. Опасность (интенсивность) отказов......................................................... |
|
59 |
||||||
§ 22. |
Средняя |
частота |
отказов........................................................................... |
|
. . ’. ....................................... |
62 |
||
§ 23. |
Среднее |
время |
восстановления . . |
64 |
||||
§ 24. Коэффициент готовности (использования)........................................... |
65 |
|||||||
§ 25. |
Коэффициент |
вынужденного |
простоя................................................... |
|
66 |
|||
§ 26. |
Коэффициент |
профилактики |
................................................................ |
|
67 |
|||
§ 27. |
Частота |
профилактики ......................................................................... |
|
|
69 |
|||
§ 28. |
Коэффициент отказов ............................ |
отказов |
. * |
— |
||||
§ 29. |
Относительный |
коэффициент |
71 |
|||||
§ 30. |
Коэффициент |
расхода элементов ............................................................ |
|
72 |
||||
§ 31. |
Прочие |
характеристикинадежности........................... |
|
73 |
||||
V. Законы распределения времени
|
между отказами |
|
|
§ 32. |
Потоки отказов ........................................................................................... |
|
75 |
§ 33. Экспоненциальный закон распределения.............................................. |
|
77 |
|
§ 34. |
Нормальное распределение .................................................................. |
* . |
79 |
§ 35. |
Распределение Пуассона .................................................................. |
82 |
|
§ 36. |
Гамма-распределение ................................................................................... |
|
84 |
§ 37. |
Распределение Вейбулла ........................................................................... |
|
86 |
§ 38. |
Распределение Рэлея ............................................................................... |
|
90 |
§ 39. |
Логарифмически нормальное распределение.......................................... |
|
91 |
|
VI. Экспериментальная оценка надежности |
|
||||
§ 40. Статистическая |
оценка законов |
распределения......................... |
вели |
93 |
||
§ 41. |
Выравнивание |
статистического |
распределения случайной |
98 |
||
§ 42. |
чины Т . |
. . . ............................. ' ........................................................... |
|
|||
Критерий х2 |
П ирсона................................................................................... |
|
|
99 |
||
§ 43. Критерий А. Н. Колмогорова |
законараспределения.......................................................... |
|
101 |
|||
§ 44. |
Графический |
метод |
выявления |
|
106 |
|
§ 45. Оценка надежности |
изделий при |
ограниченном числе данных по |
|
|||
|
отказам ................................................................................... |
|
|
|
|
114 |
§ 46. Метод статистической проверки гипотез.................................................. |
|
124 |
||||
§ 47. Метододнократной |
вы борки....................................................................... |
|
|
127 |
||
§ 48. |
Метод последовательного ан ал и за ............................................................... |
|
131 |
|||
|
VII. Надежность элементов радиоэлектронной |
|
||||
|
|
|
аппаратуры |
|
|
|
§ 49. Применение радиоэлектронных элементов.............................................. |
|
139 |
||||
§ 50. |
Характеристики надежности элементов . . .......................................... |
142 |
||||
§ 51. |
Режимы работы элементов электронной аппаратуры и |
систем |
151 |
|||
§ 52. |
управления |
типовых............................................................................................ |
элементов |
_. . |
||
Надежность |
|
161 |
||||
|
Раздел 2. |
ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ |
|
|
||
|
|
|
РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ |
|
|
|
VIII. Организация работ по расчетам надежности
§ 53. |
Предварительные з а м е ч а н и я ....................................................................... |
надежности |
181 |
§ 54. |
Классификация методов расчета |
184 |
|
§ 55. |
Порядок расчета надежности................................. |
|
190 |
|
IX. Расчет норм надежности |
|
|
§ 56. Общие положения .................................................................. |
|
,195 |
|
§ 57. |
Номограммы, применяемые при расчетахнорм надежности . . . . |
196 |
|
§ 58. Примеры расчета норм надежности........................................................... |
199 |
||
§ 59. Аналитический способ расчета |
нормнадежности................................ |
205 |
|
|
X. Расчет надежности при основном |
|
|
|
соединении элементов |
|
|
§ 60. Общие положения ........................................................................................ |
|
209 |
|
§ 61. |
Графический способ ориентировочного расчета надежности из |
|
|
|
делия ....................................................................... |
.... ! ............................. |
210 |
§ 62. |
Ориентировочный расчет надежности изделия с основным соеди |
2\Ъ |
|
|
нением элементов .................... |
•............................................................ |
|
§ 63. Коэффициентный метод расчета надежности........................................ |
222 |
||
§ 64. Расчет надежности с учетом |
режимов работы элементов................ |
237 |
|
§ 65., Метод расчета надежности с использованием графиков.................... |
238 |
||
§ 66. |
Метод расчета надежности с использованием поправочных коэффи |
241 |
|
|
циентов опасностей отказов.................................................................... |
применением эксплуатационных по |
|
§ 67. Метод расчета’ надежности с |
253 |
||
|
правочных коэффициентов |
. ............................................................ |
|
|
XI. Расчет надежности при резервном |
|
|
|
соединении элементов |
|
|
§ 68. |
Вывод основных расчетных соотношений при общем резервиро |
255 |
|
§ 69. |
вании ........................................................................................ |
|
|
Вывод основных расчетных соотношений при поэлементном (раз |
|
||
|
дельном) резервировании . . . . ............................................ ... |
258 |
|||
§ 70. Ориентировочный |
расчет надежности |
при постоянном резерви |
261 |
||
§ 71. |
ровании ........................................ |
|
|
||
Расчет надежности при резервировании замещением . . . . . . . |
267 |
||||
§ 72. Расчет |
надежности |
с учетом переключающих устройств................ |
277 |
||
|
XII. Специальные методы расчета надежности |
|
|||
§ 73. |
Расчет |
надежностивосстанавливаемых |
изделий................................... |
287 |
|
§ 74. |
Расчет |
надежности |
припостепенныхо тк азах ...................................... |
295 |
|
П р и л о ж е н и я ............................................................................................................ |
|
|
299 |
||
Л и тература |
................................................................................................................ |
|
|
312 |
|
От автора
Повышение надежности промышленных изделий и прежде всего электронного обо рудования является одной из самых акту альных задач. Требования надежности сле дует учитывать при проектировании, про изводстве и эксплуатации технических средств.
Особое значение приобретает надеж ность электронной аппаратуры и систем управления кораблем. Объясняется это ее сложностью, а также необходимостью обеспечения длительного автономного пла вания судов.
Настоящая книга состоит из двух раз делов. В первом разделе излагаются основы теории надежности, ее количественные характеристики, законы распределения вре мени между отказами, а также теорети чески обосновываются методы эксперимен тальной оценки надежности изделий.
Во втором разделе книги рассмотрены инженерные методы расчета надежности изделий при основном и резервном соедине нии элементов и некоторые специальные вопросы.
Автор стремился систематизированно изложить основы теории и расчета надеж ности для использования их специалистами при проектировании, изготовлении и экс плуатации автоматических систем управ ления и сложной электронной аппаратуры.
Автор |
будет признателен |
за отзывы |
|
о книге, |
которые |
следует направлять по |
|
адресу: Ленинград, |
ул. Гоголя, |
д. 8, изда |
|
тельство „Судостроение"%
Р а з д е л
Основы___
теории____
надежности
I. Проблема надежности
§ 1. Возникновение проблемы надежности
Современный уровень развития техники характеризуется ком плексной разработкой сложнейших систем управления и возра стающим применением средств радиоэлектроники во всех отрас лях народного хозяйства, науки, и техники.
За несколько десятков лет Своего’ существования радиоэлек троника прошла большой путь развития: от простейшего средства передачи распоряжений или донесений до мощных средств управ ления сложными процессами и операциями.
В настоящее время все шире внедряется автоматизация произ водства — переход на более высокую ступень управления произ водственными процессами.
Прогресс современнойтехники, расширение круга задач, возложенных на системы управления, высокие требования к точ ности, помехозащищенности, быстродействию привели к усложне нию электронной аппаратуры, к созданию сложнейших систем, предназначенных для выполнения комплекса задач. Но усложне ние аппаратуры резко снижает надежность современного радио электронного оборудования.
Согласно американским отчетным материалам, радио-обору дование находилось в нерабочем состоянии 14% времени, гидро акустическое 48%, радиолокационное до 84% [27].
Низкая |
надежность |
приводит |
к |
тому, что |
стоимость |
эксплуатации |
радиоэлектронного |
оборудования |
в течение |
||
одного года |
иногда в |
несколько |
раз |
превышает |
стоимость |
самого оборудования. Например, стоимость эксплуатации аппа
ратуры |
ВМФ США в течение ее срока службы во флоте в |
10 раз |
превышает покупную. стоимость аппаратуры. Ремонтом |
и профилактикой военной радиоаппаратуры в США занят каждый седьмой военнослужащий и каждый пятый вольнонаем ный [42].
Ненадежность не только резко снижает эффективность исполь зования радиоэлектронной техники, но и приводит к огромным экономическим потерям, к неоправданному повышению стоимости эксплуатации и тормозит дальнейшее использование средств радиоэлектроники.
Возникновение проблемы надежности обусловлено, главным образом, следующими причинами:
1)ростом сложности электронной аппаратуры;
2)отставанием качества элементов радиоэлектроники от их количественного применения;
3)повышением ответственности функций, выполняемых аппа
ратурой —- так называемой ценой отказа;
4)исключением человека-оператора (полным или частичным) при выполнении аппаратурой своих функций;
5)сложностью условий, в которых эксплуатируется современ ная электронная аппаратура.
1. Одной из главных причин возникновения проблемы надеж ности является непрерывный рост сложности электронного обо рудования, устанавливаемого на некоторых объектах, который характеризуется следующими данными [27]:
— число ламп, установленных в радиоэлектронном оборудо вании эсминца ВМФ США, увеличилось с 60 шт. в 1937 г. до 3200
в1952 г.;
—авианосец имеет электронную аппаратуру, включающую около 1200 одновременно работающих ламп;
.— современная американская система приборов управления артиллерийским зенитным огнем наземной батареи включает около 500 ламп и 20 000 радиодеталей (1953 г.).
Если |
учесть, что на каждую лампу |
в |
среднем приходится |
от 5 до |
16 конденсаторов 'и столько |
же |
сопротивлений, то |
станет ясно, как сложна система управления современными объектами. «-
Тенденцию к непрерывному росту сложности электронной аппаратуры, в частности, увеличение количества применяемых элементов на самолетах-бомбардировщиках США [62, 68, 73 J, наглядно иллюстрирует рис. 1 (кривая А). Если на самолетах В -17 и В-29 применялась аппаратура, состоящая из 1000—2000 элемен тов, то на самолете В-58 количество элементов возросло до .95 000, а на* бомбардировщике В-70 использована аппаратура, состоящая из 150 000 элементов.
В связи с развитием электронной вычислительной техники наблюдается дальнейший рост сложности радиоэлектронной аппа ратуры. Так, например, вычислительное устройство AN/FSQ-7
системы |
дальнего |
обнаружения- |
ПВО США содержит |
более |
50 000 ламп, 170 000 полупроводниковых диодов, 547 000 |
сопро |
|||
тивлений, |
189 000 |
конденсаторов |
и большое количество |
других |
элементов |
[27]. |
|
|
|