Группа элементов

Кол-во элементов в группе

Интенсивность отказов для элементов j-ой группы

Коэффициент

электрической нагрузки

Макс. Рабочая температура

1

R1 – R25,

R27 – R47

40

0,05

<0,1

80

2

R26

1

0,5

<0,1

85

3

C2,С3,С4,С5

4

0,55

0,56

80

4

C1,С6 – С13,

С15 – С16

10

0,05

<0,1

120

5

C13,C14

2

0,06

0,9

85

6

VT1 – VT6

6

0,4

<0,1

150

7

№гр.

Кол-во

эл-тов

Значение

Значение

Значение

1

40

0,5

0,035

0,7

2

1

1,2

0,05

0,06

3

4

0,55

1,1

Значение представляет собой среднее время восстановления одного элемента и выбирается из таблицы [1, стр.316].

Определим вероятность безотказной работы за заданное время, указанное в исходных данных к проекту.

Расчёт произведём по формуле:

[1,стр.162],

получаем:

Гамма-процентную наработку до отказа при условии, что , рассчитаем, пользуясь следующей формулой:

[1,стр.162].

В результате получаем, что

Подсчитаем среднее время восстановления:

[1,стр.171],

где значение выбираем из таблицы 3 данного пункта, а значение - из таблицы 2 предыдущего пункта расчетов,

- среднее время восстановления одного элемента,

k – количество групп однотипных элементов.

Произведя расчет, получаем следующее значение для времени восстановления:

Рассчитаем вероятность восстановления устройства за заданное время, которое условно примем равным 2 часа, т.е.

.

[1,стр.172].

В результате вычислений получаем

Итак, произведя все необходимые расчеты и вычисления, согласно заданию определили требуемые показатели безотказности, значения которых для наглядности представили в виде таблицы:

Таблица 4 – Итоги расчетов

4. Обоснование метода резервирования для функционального узла РЭУ

Резервирование – это введение в структуру устройства дополнительного числа элементов, цепей.

Как упоминалось ранее, по способу подключения существует несколько видов резервирования: постоянное, замещением, скользящее.

При резервировании замещением основной элемент в случае его отказа отключается от электрической схемы, и вместо него подключается один из резервных элементов. Для подключения резервного элемента используется переключающее устройство. Такие устройства могут работать в автоматическом режиме либо быть ручными.

Основной характеристикой резервирования замещением является кратность резерва, выражаемая несокращенной дробью и определяемая отношением

(4.1)

где r — количество резервных элементов, способных замещать

основные элементы данного типа; r = m - n

(см. рис.5.24);

п — количество основных элементов, резервируемых резервными элементами.

Рис. 4.1 – Примеры оценки кратности резерва

Примеры оценки кратности резерва понятны из рис. 4.1.

Из рис.5.34 видно, что дробь, описывающую кратность резерва, нельзя сокращать, так как будет потеряна информация о характеристиках резервирования.

При резервировании замещением резервные элементы до вступления их в работу могут находиться в одном из трех режимов нагружения:

а) нагруженном режим. Резерв находится в таком же электрическом режиме, как и основной элемент, и его ресурс вырабатывается одновременно с ресурсом основного элемента, точно так же, как и при постоянном резервировании;

б) облегченный режим.

Ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения всего устройства в работу, однако интенсивность расхода ресурса резервных элементов до момента включения их вместо отказавших (время t) значительно ниже, чем в обычных рабочихI условиях;

в) ненагруженный режим.

Условия, в которых находится резерв, настолько легче рабочих, что практически резервные элементы начинают расходовать свой ресурс только с момента включения их в работу вместо отказавших.

Основные достоинства резервирования замещением
резервируемой аппаратуры:

1) больший выигрыш в надежности по сравнению с постоянным резервированием (в случаях ненагруженного и облегченного резерва);

2) отсутствие необходимости дополнительной регулировки в случае замещения основного элемента резервным, так как основной и резервный элементы одинаковы.

Основные недостатки резервирования замещением:

1) сложность технической реализации и связанное с этим увеличение массы, габаритов и стоимости всего резервируемого РЭУ;

2) перерыв в работе в случае замещения отказавшего элемента;

3) необходимость иметь переключающее устройство высокой надежности. Для обеспечения этого иногда приходится резервировать сами переключающие устройства, обычно используя постоянное резервирование. На практике считается, что надежность переключающего устройства должна быть, по меньшей мере, на порядок выше надежности резервируемого элемента.

На практике резервирование замещением обычно используют на уровне комплектующих элементов и каскадов блока. В данном курсовом проекте воспользуемся резервированием отдельных каскадов в составе функционального блока РЭУ.

Постоянное резервирование – это такое резервирование, при котором резервные элементы участвуют в функционировании ТС наравне с основными. При этом основные и резервные элементы могут иметь общий вход и общий выход, в частности, гальваническую связь по входу и выходу, а могут быть и автономными, т.е. не иметь такой связи. При постоянном резервировании в случае отказа основного элемента не требуется специальных переключательных устройств, вводящих в действие резервный элемент, поскольку он вводится в действие одновременно с основным.

Основными достоинствами постоянного резервирования являются: простота технической реализация и отсутствие даже кратковременного перерыва в работе в случае отказа элементов резервируемого узла.

Основные недостатки постоянного резервирования:

• меньший выигрыш в надежности по сравнению с резервированием замещением;

• изменение электрического режима работы элементов резервируемого узла при отказе хотя бы одного из элементов;

• отказ резервируемого узла в целом при коротком замыкании одного из элементов в случае параллельного способа соединения элементов в узле;

• отказ резервируемого узла в целом при обрыве одного из элементов в случае последовательного соединения элементов в узле.

На практике постоянное резервирование обычно выполняется на уровне комплектующих элементов и каскадов.

Для оценки постоянного резервирования условно разобьём схему электрическую принципиальную, приведённую в Приложении 1, на отдельные блоки исходя из их функционального назначения в устройстве. В итоге получаем 6 блоков, которые выполняют отдельные функции в устройстве.

Схема разбиения устройства на блоки:

1 2 3 4 5 6

Определим количество резервных элементов для каждого блока. Для этого требуется рассчитать вероятность безотказной работы каждого блока. Резервирование будем проводить до тех, пока вероятность безотказной работы не станет удовлетворительной. Минимально допустимое значение должно составлять приблизительно 0,91.

Необходимые данные для расчёта вероятности безотказной работы возьмём из таблиц 1 и 2 во втором пункте проекта, используя тот же принцип расчета, но уже для каждого отдельно выделенного блока.

Для расчета вероятности безотказной работы используем следующую формулу:

В данной формуле

– вероятность безотказной работы отдельного блока;

m – число резервных элементов.

Все полученные результаты представим в виде таблицы 5.

Таблица 5 – Вероятность безотказной работы каждого блока

Выясним, сколько резервирований необходимо провести для каждого блока. Результат для каждого отдельно взятого блока представим в виде таблиц, в которых укажем шаг резервирования и вероятность безотказной работы данного блока на данном шаге.

Для блока №3: Для блока №4:

Для блока №5:

Для блока №6:

В результате получаем, что поставленное условие по достижению оптимального значения вероятности безотказной работы для первых двух блоков достигается при m = 3, для остальных при m = 2.

Данный результат является удовлетворительным.

Проведем оценку резервирования замещением. Условимся использовать нагруженный резерв, так как для нашего устройства недопустимы перерывы в работе.

По проведены ранее расчетам вероятность безотказной работы устройства за период времени 10000 часов составила

,

что является не совсем удовлетворительным значением.

Для повышения данного значения применим резервирование замещением и будем резервировать все устройство.

Воспользуемся следующей формулой

Чтобы надёжность удовлетворяла техническим требованиям, требуется выполнение условия:

P(t) > 0,91

При выполнении вышеописанных расчётов были получены следующие результаты:

Таким образом, при m = 4 начинает выполняться условие:

0,92 > 0,91

Следовательно, кратность резерва равна 2/1.

Двухкратного резервирования достаточно, чтобы обеспечить необходимый уровень надежности.

Если сравнить рассмотренные способы исходя из расчетов, проведенных для каждого из них, то отдать предпочтение конкретно одному нельзя. Полученные значения вероятности безотказной работы и количество резервирований для разных способов близки и похожи, к тому же, для постоянного резервирования применялось поэлементное резервирование, для резервирования замещением – общее.

Заключение

Целью данной курсовой работы являлась оценка показателей безотказности функционального узла РЭУ при наличии постоянного резервирования и резервирования замещением. По условию было необходимо использовать расчетный способ оценки. Для осуществления данного проекта была выдана схема электрическая принципиальная и исходные данные к ней, которые подлежали уточнению.

Рассчитав показатели надёжности, я выяснила, что они не соответствуют желаемым. Для повышения надёжности схема была разбита на отдельные блоки (для постоянного резервирования), и к ней было применено резервирование. При резервировании замещением резервированию подвергалось все устройство сразу. Это позволило достичь требуемых условием показателей надёжности. Результатом выступили соответствующие расчеты.

Также была установлена зависимость вероятности безотказной работы от времени, которая для наглядности представлена соответствующей диаграммой.

Итак, в данном курсовом проекте, согласно заданию, я произвела оценку показателей безотказности схемы функционального узла РЭУ при заданных условиях расчетным способом, выполнила все необходимые вычисления, построила диаграммы и составила необходимые схемы.

Литература

1. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. - Мн. : Дизайн ПРО, 1998. 335 с.

2. А.П.Ястребов. Проектирование и производство радиоэлектронных средств. - С-П.:Учеб. Пособие, 1998. –279 с.

3. Cпpaвoчник "Haдeжнocть издeлий элeктpoннoй тexники для уcтройств нapoднoxoзяйcтвeннoгo нaзнaчeния". M,1989г.

4. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования технологии и надежности РЭА. – М.: Радио и связь, 1991, - 360 с.

5. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутирующие устройства РЭА. Справочник Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Кодоренах, Ю.П. Кодоренах – Мн.: Беларусь, 1994. – 591с.: ил.

6. Электронный справочник по отечественным и зарубежным полупроводниковым приборам: транзисторам, тиристорам, диодам, оптоэлектронным приборам, включающий более 30 тысяч элементов. Version 1.02/Шульгин О.А., Шульгина И.Б., Воробьев А.Б.