Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи розрахунок параметрів надійності електронних приладів з дисципліни

Скачати 176.98 Kb.

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи розрахунок параметрів надійності електронних приладів з дисципліни




Скачати 176.98 Kb.
Дата конвертації08.05.2017
Розмір176.98 Kb.
ТипМетодичні вказівки


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Інститут інформатики та радіоелектроніки


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання лабораторної роботи
РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ НАДІЙНОСТІ

ЕЛЕКТРОННИХ ПРИЛАДІВ

з дисципліни

“ФІЗИКО-ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ КОНСТРУЮВАННЯ ЕЛЕКТРОННИХ АПАРАТІВ”
для студентів за напрямком підготовки

6.050902 “Радіоелектронні апарати”

усіх форм навчання
2012
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи “Розрахунок параметрів надійності електронних приладів” з дисципліни “Фізико-теоретичні основи конструювання електронних апаратів” для студентів за напрямком підготовки 6.050902 “Радіоелектронні апарати” усіх форм навчання / Уклад.: Шинкаренко Е. М., Поспеєва І. Є., Фурманова Н. І. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2012. – 14 с.

Укладачі: Шинкаренко Едуард Миколайович, ст. викладач;

Поспеєва Ірина Євгенівна, асистент;

Фурманова Наталія Іванівна, асистент.


Рецензент: Петріщев Олексій Олександрович, к.т.н., доцент.
Відповідальний за випуск: Крищук Володимир Миколайович, к.т.н., професор, зав. кафедри КТВР

Затверджено

на засіданні кафедри КТВР

“ 28 ” _грудня_ 2011 р.

Протокол №__4____

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА


РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ НАДІЙНОСТІ

ЕЛЕКТРОННИХ ПРИЛАДІВ
Мета роботи: за результатами випробувань визначити закон розподілу відмов електронних приладів;

Закон розподілу ймовірностей - це поняття теорії ймовірностей, яке для дискретної випадкової величини показує множину можливих подій з ймовірностями їхнього настання.

Електро́нний при́лад (ЕП) - прилад для перетворення електромагнітної енергії з одного виду в інший, в процесі взаємодії створених в ньомо електронних потоків з електромагнітними полями, в середовищі, яке заповнює його внутрішній простір (вакуум, газ, напівпровідниковий матеріал, тощо).

визначити параметри надійності невідновлюваних елементів РЕА.


1 СТИСЛІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Радіоелектронна апаратура (РЕА) характеризується якістю, тобто певною сукупністю властивостей, що істотно відрізняють даний виріб від інших і визначають ступінь його придатності для експлуатації за своїм призначенням.

В процесі експлуатації РЕА внаслідок зносу і старіння характеристики виробу, а відповідно, і його якість будуть змінюватися.

Зміна якості у часі характеризується одним із головних його показників – надійністю.

Надійність – властивість виробу виконувати задані функції, зберігаючи свої експлуатаційні показники в заданих межах, що обумовлені нормативно-технічною документацією (ОСТ, ГОСТ, ДСТУ, ТУ), на протязі необхідного відрізку часу при дотриманні режимів експлуатації, зберігання і технічного обслуговування.

Техні́чне обслуго́вування озброєння та військової техніки - полягає у перевірці його укомплектованості і справності (працездатності), чистці і митті, налагодженні і регулюванні, змащуванні і заправленні (дозаправленні) експлуатаційними матеріалами, усуванні несправностей і недоліків, заміні деталей з обмеженими термінами служби і зберігання, перевірці засобів вимірювання, технічному огляді вантажопідйомних машин і посудин, які працюють під тиском.

Надійність РЕА і її елементів є комплексною властивістю, за допомогою якої оцінюють такі важливі характеристики виробу, як працездатність, довговічність, безвідмовність, ремонтопридатність, збережність, відновлюваність.



Працездатністьце стан виробу, при якому він здатний виконувати задані функції з параметрами, встановленими у нормативно-технічній документації.

Довговічність – властивість виробу тривалий час зберігати працездатність до настання граничного стану при встановлених правилах обслуговування і ремонту.

Грани́чний стан (англ. limit state, ultimate state) - стан об'єкта, за яким його подальша експлуатація неприпустима чи недоцільна.

Граничний стан – втрата працездатності в результаті зносу або старіння. Показниками довговічності є ресурс і термін служби.

Термін служби - календарна тривалість експлуатації виробу від початку чи її поновлення після ремонту до переходу в граничний стан.

Безвідмовність – властивість виробу безперервно зберігати працездатність на протязі заданого проміжку часу.

Ремонтопридатність – властивість виробу бути пристосованим до попередження, виявлення та усунення відмов за допомогою технічного обслуговування та ремонту.

Збережність – здатність виробу зберігати показники довговічності, безвідмовності і ремонтопридатності на протязі часу зберігання.

Так само, як надійність, безвідмовність, довговічність і ремонтопридатність кількісно визначається ймовірнісними показниками.

В теорії надійності одним із фундаментальних понять є відмова.

Тео́рія наді́йності - наука, що вивчає закономірності розподілу відмов технічних пристроїв, причини і моделі їх виникнення.



Відмовавипадкова подія, що призводить до порушення працездатності.

Випадкова подія - подія, яка при заданих умовах може як відбутись, так і не відбутись, при чому існує визначена ймовірність p (0 ≤ p ≤ 1) того, що вона відбудеться при заданих умовах. Випадкова подія є підмножиною простору елементарних подій.

Розрізняють раптові і поступові відмови. Раптова відмова виникає в результаті зносу і старіння. Поступова відмова виникає як наслідок поступової зміни основних параметрів виробу через знос і старіння.

Наробіток – тривалість роботи виробу, що вимірюється часом, циклами, періодами.

Наробіток до відмови – тривалість часу роботи виробу від початку експлуатації до першої відмови.

Наробіток на відмовусереднє значення часу між відмовами.

Нормальний розподіл (розподіл Ґауса) - розподіл ймовірностей випадкової величини, що характеризується густиною ймовірності




    1. Показники надійності невідновлюваних виробів

Показниками надійності невідновлюваних виробів є:



  • ймовірність безвідмовної роботи;

  • ймовірність відмов;

  • інтенсивність відмов;

  • середній наробіток до відмови ( середній час безвідмовної роботи).

Одним із важливих показників надійності невідновлюваних виробів є ймовірність безвідмовної роботи за проміжок часу t. Це ймовірність того, що за певних умов експлуатації в межах заданого проміжку часу роботи відмова не виникне.

Умо́ви експлуата́ції - сукупність факторів, що діють на виріб при його експлуатації і впливають на функціювання й працездатність цього виробу.

Ймовірність безвідмовної роботи виробу p(t) за проміжок часу t можна розрахувати на основі показників надійності елементів, що складають даний виріб, або на основі статистичної обробки результатів випробувань великої кількості виробів даного типу. В цьому випадку ймовірність безвідмовної роботи можна визначити за формулою:



, (1.1)

де - кількість виробів, що випробовувалися на протязі часу t;



- кількість працездатних за час випробування виробів;

- кількість виробів, що відмовили за час t.

Помилка розрахунку за формулою (1.1) тим менша, чим більша кількість виробів, що випробовуються.

Ймовірність безвідмовної роботи виробу p(t) за проміжок часу t пов’язана з імовірністю відмов q(t) за той же проміжок часу співвідношенням:

. (1.2)
Ймовірність того, що за час t виріб відмовить, за результатами статистичних випробувань, можна визначити за формулою:

, (1.3)

де - кількість виробів, що відмовили за час t;



- кількість виробів, що випробовувалися на протязі часу t.

У якості показника надійності невідновлюваних виробів використовується щільність розподілу наробітку до відмови f(t).

Похідна ймовірності відмови q(t) за часом t характеризує щільність розподілу наробітку до відмови (часу безвідмовної роботи виробу), або швидкість «спадання» безвідмовності виробу:

. (1.4)

З урахуванням виразу (1.3) маємо:



. (1.5)

Вираз (1.5) застосовується в тому випадку, коли всі вироби однотипні і випробовуються у однаковому режимі.


Найбільш розповсюдженим кількісним показником надійності є інтенсивність відмов, що являє собою відношення щільності розподілу наробітку до відмови до ймовірності безвідмовної роботи виробу, взяті для одного і того ж моменту часу:

. (1.6)

Підставивши в (1.6) вирази (1.1) і (1.5), маємо:



. (1.7)

Інтенсивність відмов, отримана за результатами статистичних випробувань, визначається як відношення кількості виробів, що відмовили на протязі розглянутого проміжку часу, до добутку кількості виробів, які працездатні до початку цього проміжку, і його тривалості:


, (1.8)

де - розглянутий проміжок часу;



кількість виробів, що відмовили за проміжок часу;

- кількість виробів, що залишилися справними до розглянутого проміжку часу;

- кількість виробів, що відмовили з початку випробувань до розглянутого проміжку часу ;

- кількість виробів, що випробовувалися.

Залежність інтенсивності відмов від часу, що представлена на рис. 1.

Інтенси́вність відмо́в (рос. интенсивность отказов; англ. instantaneous failure rate; failure rate; fault rate; нім. Ausfallrate f) - умовна густина імовірності виникнення відмови об'єкта, яка визначається за умови, що до цього моменту відмова не виникла.

1, має три періоди.




Рисунок 1.1 – Залежність інтенсивності відмов від часу
І період – період приробітку . Цей період характеризується високою інтенсивністю відмов, що обумовлено виходом з ладу виробів, що мають приховані дефекти, які не вдалося виявити при їх виготовленні. Тривалість періоду приробітку складає частку відсотка часу нормальної роботи виробу. Період приробітку вважається завершеним, коли інтенсивність відмов наближується до . Приробіточні відмови можуть бути наслідком конструктивних, технологічних та експлуатаційних помилок.

ІІ період – період нормальної роботи . Цей період характеризується мінімальною і постійною інтенсивністю відмов. Величина тим менша, а інтервал тим більший, чим досконаліша конструкція, вища якість її виготовлення і більш ретельно дотримані режими експлуатації. Цей період складає десятки тисяч годин.

ІІІ період – період зносу і старіння . Цей період характеризується різким зростанням інтенсивності відмов через появу зносу і старіння матеріалів.

Старі́ння матеріа́лів (англ. ageing of materials) - поступове незворотне змінювання властивостей об'єкта, спричинене хімічними та (або) фізичними процесами, що самочинно протікають в матеріалах.

Завершується період ІІІ, а разом з тим припиняється експлуатація виробу, коли інтенсивність відмов наближається до максимально допустимого значення .

Ймовірність безвідмовної роботи та інтенсивність відмов пов’язані співвідношенням:

. (1.9)

Для ІІ періоду - нормальної роботи виробу, коли ,



. (1.10)
Отримана залежність має назву експоненціального закону надійності.

Ще одним показником надійності невідновлюваних виробів є середній час безвідмовної роботи або середній наробіток до відмови , що визначається за виразом:



. (1.11)

Якщо , то вираз (1.11) має вигляд:



. (1.12)

Тоді


. (1.13)
Статистично (за результатами випробувань) визначається як відношення суми часу безперервної роботи кожного виробу до загальної кількості виробів, що випробовуються:
, (1.14)
де - час безперервної роботи і-го виробу.

Усі розглянуті показники надійності невідновлюваних виробів є рівноправними. Проте на практиці перевага віддається інтенсивності відмов, оскільки ця функція легко визначається експериментально.




    1. Закони розподілу випадкових величин

В теорії надійності найбільше розповсюдження отримали наступні закони розподілу випадкових величин:

- експоненціальний закон;

Випадкова величина (англ. Random variable) - одне з основних понять теорії ймовірностей.

- закон Вейбула;

- нормальний закон (закон Гауса);

- логарифмічний нормальний закон.

Ці закони справедливі для неперервних випадкових величин.

Експоненціальний закон розподілу наробітку до відмови широко використовується в інженерній практиці. Для цього закону щільність розподілу наробітку до відмови має вид:
, (1.15)
де .

Ймовірність безвідмовної роботи визначається виразом:


. (1.16)
Середній наробіток до відмови пов'язаний з інтенсивністю відмов наступним співвідношенням:

. (1.17)
На практиці цей закон логічно застосовувати в тому випадку, коли процеси старіння і зносу протікають достатньо повільно, тобто для періоду нормальної роботи виробу.

Цей закон можна використовувати і в тих випадках, коли у виробах мають місце приховані дефекти, що призводять до раптових відмов.



Закон розподілу Вейбула використовується для оцінки надійності виробів в період їх приробітку, а також при зносі і старінні.

Для цього закону щільність розподілу наробітку до відмови визначається виразом:



, (1.18)

де m і t0 – параметри розподілу закону Вейбула – сталі величини; для кожного класу виробів мають певні значення.

Ймовірність безвідмовної роботи виробу визначається виразом:

. (1.19)

Інтенсивність відмов визначається виразом:



. (1.20)

Наробіток на відмову визначається за формулою:



, (1.21)

Де Г – гамма-функція.

При m=1 розподіл Вейбула перетворюється в експоненціальний.

Нормальний закон розподілу (розподіл Гауса) найчастіше зустрічається на практиці. Його використовують, коли випадкова величина залежить від великої кількості випадкових факторів, однорідних за своїм впливом, при цьому вплив кожного з них у порівнянні з усією їхньою сукупністю незначний.

Цим законом розподілу добре описуються результати незалежних вимірювань фізичних величин, а також використовуються при оцінці надійності виробів в процесі їхнього зносу і, відповідно, старіння.

Фізи́чна величи́на - властивість, спільна в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів (фізичних систем, їхніх станів і процесів, що в них відбуваються) та індивідуальна в кількісному відношенні для кожного з них.

Його використовують для визначення часу наробітку до відмови.

Щільність розподілу наробітку до відмови:

, (1.22)

де і - середнє значення і дисперсія випадкових величин відповідно;

с – стала нормального розподілу:

. (1.23)

Вона визначається із умови ;



- нормована функція Лапласа:

. (1.24)

Функція Лапласа протабульована для різних значень t.

Ймовірність безвідмовної роботи виробу визначається за виразом:

. (1.25)

Інтенсивність відмов виробу визначається за виразом:



. (1.26)
Логарифмічно нормальний закон розподілу використовується при оцінці відмов через зніс в тих випадках, коли відмова виникає через утомне пошкодження.

Показники надійності виробу при логарифмічно нормальному законі розподілу мають вид:



  • функція розподілу:

; (1.27)

  • ймовірність безвідмовної роботи:

; (1.28)

  • інтенсивність відмов:

; (1.29)

  • логарифм середнього часу безвідмовної роботи:

. (1.30)


  1. ВИХІДНІ ДАНІ

Випробовувались 10000 інтегральних мікросхем (ІМС), кількість відмов фіксувалась кожні 100 годин випробувань. Дані випробувань наведені у табл. 2.1.


3 ЛАБОРАТОРНЕ ЗАВДАННЯ
3.1 Користуючись рекомендованою літературою та даними методичними вказівками, вивчити параметри надійності невідновлюваних виробів та основні закони розподілу відмов.

Мікросхе́ма, інтегральна мікросхема (англ. integrated circuit) - електронна схема, що реалізована у вигляді напівпровідникового кристалу (чипу) та виконує певну функцію. Винайдена у 1958 році американськими винахідниками Джеком Кілбі та Робертом Нойсом.

Конститу́ція (лат. constitutio - установлення, устрій, порядок) - основний державний документ (закон), який визначає державний устрій, порядок і принципи функціонування представницьких, виконавчих та судових органів влади, виборчу систему, права й обов'язки держави, суспільства та громадян.

3.2 Відповісти на контрольні питання.

3.3 За результатами випробувань накреслити гістограму розподілу відмов у часі та визначити закон розподілення відмов ІМС.

3.4 Розрахувати ймовірність відмов , ймовірність безвідмовної роботи , інтенсивність відмов ІМС. Вихідні дані для розрахунку наведені в табл. 2.1.

Вихідні́ відо́мості - відомості, що містять довідкову інформацію про друковане видання, ідентифікують і класифікують його. Залежно від характеру видання вони розташовані на обкладинці, палітурці, титульному аркуші, поєднаному титульному аркуші, першій сторінці, останній сторінці, кінцевий сторінці видання.

Результати розрахунку занести до табл. 2.1.



3.5 За результатами розрахунків побудувати графіки залежності , , та зробити висновки.
Таблиця 2.1 – Вихідні дані для розрахунку параметрів надійності

№ випр.

, год







, 1/год

1

100

50 К










2

200

40 К










3

300

32 К










4

400

25 К










5

500

20 К










6

600

17 К










7

700

16 К










8

800

16 К










9

900

15 К










10

1000

14 К










11

1100

15 К










12

1200

14 К










13

1300

14 К










14

1400

13 К










15

1500

14 К










16

1600

13 К










17

1700

13 К










18

1800

13 К










19

1900

14 К










20

2000

12 К










21

2100

12 К










22

2200

13 К










23

2300

12 К










24

2400

13 К










25

2500

14 К










26

2600

16 К










27

2700

20 К










28

2800

25 К










29

2900

30 К










30

3000

40 К










К – номер студента в журналі
4 ЗМІСТ ЗВІТУ
Звіт повинен містити:

  • назву та мету роботи;

  • стислі теоретичні відомості;

  • результати розрахунків у вигляді табл.2.1 та графіків;

  • висновки до роботи.


5 КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
5.1 Дайте визначення надійності.

5.2 Назвіть параметри надійності невідновлюваних виробів та дайте їм визначення.

5.3 Яким чином параметри надійності пов’язані між собою?

5.4 Дайте визначення відмові. Назвіть види відмов.

5.5 Що являє собою «крива життя» виробу? Які періоди вона має?

5.6 Назвіть основні закони розподілу відмов. В якому випадку вони застосовуються?


ЛІТЕРАТУРА
1 Кофанов Ю. Н. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности радиоэлектронных средств: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1991. – 360 с.

2 Яншин А.А. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВА: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1983. – 312 с.

3 Бердичевский Б.Е. Вопросы обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры при разработке. М.: Сов. радио, 1997. – 384 с.

4 ДСТУ 2860-94 Надійність техніки. Терміни та визначення.





Скачати 176.98 Kb.

  • МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до виконання лабораторної роботи РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ НАДІЙНОСТІ ЕЛЕКТРОННИХ ПРИЛАДІВ
  • РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ НАДІЙНОСТІ ЕЛЕКТРОННИХ ПРИЛАДІВ Мета роботи: за результатами випробувань визначити закон розподілу
  • 1 СТИСЛІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
  • Працездатність
  • Безвідмовність
  • Відмова – випадкова подія
  • Наробіток
  • Наробіток на відмову – середнє значення
  • Показники надійності невідновлюваних виробів
  • Закони розподілу випадкових величин
  • ВИХІДНІ ДАНІ Випробовувались 10000 інтегральних мікросхем
  • 3 ЛАБОРАТОРНЕ ЗАВДАННЯ 3.1 Користуючись рекомендованою літературою та даними методичними вказівками, вивчити параметри надійності невідновлюваних виробів та основні закони