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 ИЭТР_с(t),

· среднее время работы ИЭТ (системы)t_ср,

· допустимая интенсивность отказов в системе l_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 l_i = l_с / N – максимально допустимая интенсивность отказов i-го элемента.

Величина l_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 l_i и вероятность безотказной работы Р_i каж­дой из плат.

После проведения такого расчета, по установленному значению l_i 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)n_i, ин­тенсивности отказов элементов l_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(-l_i×t), то исходное выражение имеет вид

 

                            (1.3)

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

 

                                              (1.4)

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

 

                                              (1.5)

где l_jH – интенсивность отказов элементов в лабораторных условиях работы.

В свою очередь, поправочный коэффициент k_l, определяется:

 

                                      (1.6)

где k_l1 учитывает влияние на ИЭТ механических факторов (удар, вибрации),

k_l2 – климатических (температура, влажность), k_l3 – 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 l_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, гдеН иН_Н – 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 a_i, 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 a_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 l_с, среднюю наработку до отказа t_ср и вероятность безотказной работы Р_с(t) в течение наработки t_i.

Примечания

1. Для заполнения расчетной таблицы 1.2 значения номинального параметра l_jн следует определить по таблице П5, а для позиций 1-2, 9-10 – из таблицы П6 как средние.
2. Значение параметра l_j с учетом условий эксплуатации надо рассчитывать по формуле (1.5), определяя коэффициентk_l. по таблицам П1-ПЗ.
3. Расчет параметров l_c, t_ср иP_с(t) проводится по формулам (1.4), (1.7), (1.8).
4. Для оценки надежности с учетом режимов эксплуатации надо использовать значения k_H и температуры из расчетной таблицы 2 и поправочные коэффициенты a_i из таблицы П4. Для позиций 1-2, 9-10 расчетной таблицы значения коэффициента a_i, 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 l_c1 и l_c2. Конкретное значение l_c1 принимается равным 140,5 10^-6 ч^-1 для нечетных номеров вариантов и 170,2 10^-6 ч^-1 – для четных. Значение l_c2 для каждого варианта определяется по ре­зультатам расчета задания 1.2.

Требуется определить и сравнить между собой показатели надежности устройства Р_с(t_i), l_ci, t_ср в течение времени наработки t_i = 20 ч (для нечетных вариантов) или t_i = 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!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!