Расчёт надёжности по внезапным отказам

4.1. Нормирование значений величин вероятности безотказной работы и интенсивности отказов (ориентировочный расчёт надёжности)

Нормирование надёжности – это установление в нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной) документации количественных и качественных требований к надёжности. Оно производится на стадиях составления технического задания и эскизного проектирования и включает:

- выбор номенклатуры нормируемых показателей надёжности (см. раздел 3.8.1);

- технико-экономическое обоснование значений показателей надёжности объекта и его составных частей (см. раздел 3.8.2);

- задание требований к точности и достоверности исходных данных; формулирование критериев отказов, повреждений и предельных состояний; задание требований к методам контроля надёжности на всех этапах жизненного цикла объекта.

Типичными критериями отказов могут быть [15]:

- прекращение выполнения изделием заданных функций;

- снижение качества функционирования (мощности, точности, чувствительности и других параметров) за пределы допустимого уровня;

- искажения информации (неправильные решения) на выходе изделий, имеющих в своем составе ЭВМ или другие устройства дискретной техники, из-за сбоев (отказов сбойного характера);

- внешние проявления, свидетельствующие о наступлении или предпосылках наступления неработоспособного состояния (шум, стук в механических частях изделий, вибрация, перегрев, выделение химических веществ и т. п.)·

Типичными критериями предельных состояний изделиймогут быть [15]:

- отказ одной или нескольких составных частей, восстановление или замена которых на месте эксплуатации не предусмотрена эксплуатационной документацией (должна выполняться в ремонтных органах);

- механический износ ответственных деталей (узлов) или снижение физических, химических, электрических свойств материалов до предельно допустимого уровня;

- снижение наработки на отказ (повышение интенсивности отказов) изделий ниже (выше) допустимого уровня;

- превышение установленного уровня текущих (суммарных) затрат на техническое обслуживание и ремонты или другие признаки, определяющие экономическую нецелесообразность дальнейшей эксплуатации.

Нормируемый показатель надёжности - это показатель надёжности, значение которого регламентировано нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документацией на объект [14]. В качестве нормируемых показателей надёжности могут быть использованы один или несколько показателей, рассмотренных в разделе 3.

Мы рассмотрим здесь лишь нормирование значений величин вероятности безотказной работы и интенсивности отказов. Такое нормирование иногда называют ориентировочным расчётом надёжности. На стадии составления технического задания обоснованные нормы этих показателей надёжности можно задать, опираясь на информацию о достигнутых показателях надёжности у изделий-прототипов. Если прототипы не известны, то ориентировочно задают число узлов (блоков и т.п.) N, значения числа элементов n_i в узлах (блоках и т.п.), и интенсивности отказов элементов λ_J. Вероятность безотказной работы изделия (системы) рассчитывают по формуле

(4.1)

где р_i(t) - вероятность безотказной работы i–го узла (блока и т. п.) изделия, рассчитываемая по формуле (3.16), при подстановке которой в последнее выражение получаем

(4.2)

где λ_i - интенсивность отказов i–го узла, блока и т.п. с числом элементов расчета надежности n_i, равная

(4.3)

а λ_С - интенсивность отказов изделия (системы)

(4.4)

Средняя наработка до отказа изделия согласно формуле (3.18) равна

(4.5)

Тогда

(4.6)

Условия эксплуатации учитывают с помощью поправочных коэффициентов

λ_J = λ_JН × k_λ, (4.7)

где λ_JН - интенсивность отказов элементов в лабораторных условиях работы;

k_λ = k_λ1 × k_λ2 × k_λ3 (4.8)

Коэффициенты учитывают воздействие на РЭС: k_λ1 - ударов и вибраций; k_λ2 – температуры и влажности; k_λ3 – пониженного атмосферного давления. Их значения приведены в таблице 4.1.

В зависимости от назначения в РЭС используют или элементы малой стоимости c максимальными значениями интенсивности отказов λ_J_max или элементы большой стоимости c минимальными значениями интенсивности отказов λ_J_m_in. Иногда λ_J_max и λ_J_m_in отличаются в 2…3 раза (например, у полупроводниковых ИС λ_Jmax = 0,03×10^-6 1/ч и λ_J_m_in = 0,01×10^-6 1/ч), а иногда и в 10…20 раз (например, у танталовых электролитических конденсаторов λ_J_max = 1,934×10^-6 1/ч и λ_J_m_in = 0,108×10^-6 1/ч). Помимо λ_J_max и λ_J_m_in в литературе по надёжности [1, 8, 19] и в приложении А настоящего пособия приводят средние значения интенсивности отказов λ_J. Поэтому вероятность безотказной работы изделия (системы) Р_c(t) можно рассчитывать по формуле (4.7), для трёх значений интенсивности отказов: λ_J, λ_J_max и λ_J_m_in. По этим значениям и по формуле (4.5) находят среднюю наработку до отказа изделия Т_1С, Т_1Сmin и Т₁_С_max. Разработка требований к надёжности составных частей объекта, исходя из заданной надёжности на объект, которую также можно считать нормированием надёжности, рассмотрена в разделе 4.4.

Таблица 4.1 - Поправочные коэффициенты k_λ1, k_λ2 и k_λ3 для расчёта интенсивности отказов [1, 8]