1.1. 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 ИЭТ Р_с(t),

• среднее время работы ИЭТ (системы) t_ср,

• допустимая интенсивность отказов в системе _c,

• 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 _i = _с / N – максимально допустимая интенсивность отказов i-го элемента.

Величина _i, 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 Р_с(t) в течение времени t_ср.

Необходимо установить нормы надежности для ИМС расчетным путем в виде допустимой интенсивности отказов _i и вероятность безотказной работы Р_i каж­дой из плат.

После проведения такого расчета, по установленному значению _i инженер-конструктор выбирает подходящий тип ИМС и переходит к эскизному проектиро­ванию.

1.2. 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) n_i, ин­тенсивности отказов элементов _i, вероятность безотказной работы ИЭТ, как системы, определяется:

(1.2)

где P_i(t) – вероятность безотказной работы ш-го блока (платы) системы.

Так как P_i(t)=exp(-_it), то исходное выражение имеет вид

(1.3)

где _i – интенсивность отказов i-го блока (платы), которая определяется:

(1.4)

Ориентировочный расчет надежности предполагает учет особенностей эксплуата­ции ИЭТ с помощью поправочного коэффициента k_.

(1.5)

где _jH – интенсивность отказов элементов в лабораторных условиях работы.

В свою очередь, поправочный коэффициент k_, определяется:

(1.6)

где k_1 учитывает влияние на ИЭТ механических факторов (удар, вибрации),

k_2 – климатических (температура, влажность), k_3 – 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 _i, 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 k_Н = Н/Н_Н, где Н и Н_Н – соответственно электрическая нагрузка в реальном и номинальном режимах. При этом:

(1.9)

где _{( i, j)} и _{( i, j)Н}, соответственно, интенсивности отказов блоков (плат) или элементов в реальных условиях эксплуатации и в режиме номинальной нагрузки.

Чтобы учесть влияние не только нагруженности элементов, но и внешних факторов (радиация, давление и пр.) вводится поправочный коэффициент _i, значения которого для практических расчетов следует брать из таблицы П4 Приложения. Таким образом, с учетом реальных условий эксплуатации ИЭТ, если на интенсивность отказов элементов влияют одновременно несколько (k) параметров, каждый из которых характеризуется ко­эффициентом _i, 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 t_i = 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 t_i = 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 t_i = 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 t_i = 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 _с, среднюю наработку до отказа t_ср и вероятность безотказной работы Р_с(t) в течение наработки t_i.